Efeito da rugosidade de fundo sobre a formação dos depósitos em canal de fundo fixo rugoso

Abstract

A maioria das pesquisas sobre transporte de sedimentos trata da definição da capacidade de transporte de um escoamento e considera os depósitos como corolários dessa noção: eles se formam quando o valor da descarga sólida ultrapassa aquela capacidade. Neste trabalho, ao contrário, a capacidade de transporte e definida à partir da formação do depósito e do conhecimento das condições hidráulicas a esta associadas. Essas condições hidráulicas são expressas pela potência do escoamento (γql) pois a mesma além de ser uma grandeza independente e controlável não se altera antes nem durante a injeção de sedimento na corrente líquida. Os escassos trabalhos sob o mesmo enfoque abordaram: a) Experiências com fundo fixo liso. b) Experiências com fundo fixo rugoso onde o sedimento injetado (di) no escoamento sempre teve o mesmo tamanho da rugosidade do fundo (df). Esta pesquisa trata especificamente de fundo fixo rugoso onde o tamanho do sedimento injetado é diferente da rugosidade do fundo. Dessa forma foi possível, com o auxílio dos resultados de outros pesquisadores, começar um estudo mais profundo sobre a influência da rugosidade de fundo na formação dos depósitos. As principais conclusões são: 1) A potência do escoamento necessária para manter em movimento uma determinada descarga sólida não cresce necessariamente com a rugosidade de fundo como seria de esperar: ela passa por um valor mínimo quando o diâmetro do sedimento transportado é igual à rugosidade do fundo e parece existir um valor de df/di < I para o qual a potência do escoamento passa por um valor máximo. 2) Era esperado que o tamanho do sedimento transportado (di) e a rugosidade relativa (df/di) tivessem influência sobre o valor da potência do escoamento necessária para manter em movimento uma determinada descarga sólida. Essa pesquisa mostrou que o número de grãos em movimento também deve ser levado em consideração. 3) Pelo fato do número de grãos em movimento influir no atrito entre os mesmos, decorre a existência de três faixas de intensidade de descargas sólidas que diferem entre si pela taxa de consumo de energia. As fronteiras dessas faixas variam de acordo com o diâmetro do sedimento.

Most of the research on sediment transport deals with the definition of transport capacity of a stream and assumes that the deposits are corollaries of this concept they are formed when the value of the sediment discharge exceeds that capacity. In this study, on the contrary, the transport capacity is defined from deposit formation and the knowledge of associated hydraulic conditions. These hydraulic conditions are expressed by the stream power (γql) since besides being an independent, controllable magnitude, it does not change before or during sediment injection into the stream. The few papers focusing that point of view concern: a) Experiments with smooth fixed bed. b) Experiments with rough fixed bed, in which the sediment injected (di) into the stream was always the same size as the bottom roughness (df). The present investigation specifically deals with the rough fixed bed, in which the size of the injected sediment (di) is different from that of bottom roughness (df). Thus, with the help of results achieved by other researches, it became possible to initiate a more comprehensive study on the influence of bottom roughness on deposit formation. The main conclusions are: 1) The stream power required to keep a certain bed load moving does not necessarily increase with bottom roughness as might be expected; there is a minimum value when the diameter of transported sediment is equal to bottom roughness. Apparently there is a value of df/di (roughness/sediment diameter) < I for which stream power achieves a maximum. 2) It was expected that the size of the transported sediment (di) and relative roughness (df/di) would influence the value of stream power required to keep a given bed load moving. This investigation is showing that the number of grains in movement must also be taken into account. 3) Since the number of grains in movement affects friction between them three bed load ranges with differing energy consumption rates were identified. The limits of these zones vary according to sediment diameter.