Análise de erosão localizada a jusante de uma comporta vertical de abertura inferior

Abstract

O fenómeno de erosão localizada pode ocorrer junto a obstáculos ou devido à contração lateral do escoamento. Estas causas estão muitas vezes associadas aos colapsos de estruturas hidráulicas. É necessário prever qual será a máxima profundidade da cavidade de erosão localizada em torno de obstáculos como por exemplo comportas, para evitar acidentes que poderão pôr em risco vidas humanas. Na presente dissertação descreve-se o estudo experimental da erosão localizada em torno de uma comporta vertical de soleira delgada instalada em leitos móveis e leitos compostos (constituídos por um fundo fixo seguido de um fundo móvel) Utilizaram-se várias aberturas da comporta permitiram estudar os diferentes comportamentos da cavidade de erosão, da evolução do crescimento da barra e do transporte das partículas. Foi utilizada uma areia com um diâmetro médio igual a 0,328 mm, num escoamento com superfície livre e com três diferentes caudais. Nos ensaios de fundo móvel foi possível observar que à medida que altura do colchão de água a jusante aumenta, maior é a profundidade máxima da cavidade de erosão, por outro lado para uma menor altura do colchão de água a jusante, menor é o comprimento da cavidade de erosão e por último o declive do talude a jusante da cavidade de erosão é menos acentuado. Nos ensaios de fundo composto foi possível verificar que à medida que o comprimento da bacia de dissipação aumenta, a profundidade da cavidade de erosão diminui e por sua vez a inclinação do talude a jusante é menor. Observa-se igualmente que o ângulo do talude a jusante é mais acentuado quando o comprimento da bacia de dissipação é menor. Analisando a evolução da barra para as mesmas condições experimentais e mesmo instante de filmagem, mas com diferentes alturas do colchão de água a jusante, concluiu-se que esta evolução torna-se mais lenta para uma maior altura do colchão de água a jusante. À medida que o caudal de escoamento diminui é possível observar uma menor profundidade da cavidade de erosão e formação da barra. Por último foi possível verificar que as partículas de areia de maior diâmetro são as partículas que ficam depositadas e se concentram em toda a extensão da barra.

Scour can occur next to obstacles or due to the lateral contraction of the flow. These causes are often associated with the collapse of hydraulic structures. It is necessary to predict the maximum scour depth around obstacles such as sluice gates, to avoid accidents that could endanger human lives. This dissertation describes the experimental study of the scour around a sluice gate installed in moving and compound (consisting of a fixed bottom followed by a moving bottom) beds. Diverse gate openings allow the study of different behaviours of the scour cavity, the evolution of the growth of the bar and the transport of the sand particles. A sand with a mean diameter of 0.328 mm was used in a free surface flow for three different flow rates. In the mobile bed tests it was possible to observe that as the depth of the tailwater increases, the greater the maximum scour depth; on the other hand, for a smaller tailwater depth the smaller the length of the scour cavity and, finally, the downstream slope of the scour cavity will be less marked. In the compound bottom tests it was possible to verify that as the length of the fixed bed increases the depth of the scour cavity decreases and in turn the downstream slope of the scour cavity is smaller. The rest angle of the downstream slope is more pronounced when the length of the fixed bed is smaller. The evolution of the bar becomes slower for a greater height of the downstream weir. As the flow rate decreases it is possible to verify a smaller scour cavity maximum depth and formation of the dune. Finally it was possible to verify that the sand particles of higher diameter are those that are deposited and are concentrated throughout the length of the bar.