Análise numérica e experimental de erosão por arraste

Abstract

No presente trabalho são apresentadas modelagens numéricas e ensaios laboratoriais para simular problemas de erosão superficial por arraste de partículas, em canal de fluxo aberto. Para ambas as abordagens, o estudo visa prever uma taxa de material erodido de um leito de sedimentos, devido à ação da água. A análise dos resultados obtidos de forma experimental, busca avaliar os fatores que influenciam na taxa de erosão do leito, sendo estes, o aumento da velocidade do fluxo e a inclinação do canal. A análise dos resultados obtidos de forma numérica, busca alcançar valores de taxa de erosão semelhantes aos obtidos nos ensaios laboratoriais, comprovando a eficácia do método utilizado. Para as simulações numéricas foi utilizado o método numérico Smoothed Particle Hydrodynamics – SPH, por meio do código DualSPHysics implementado com o critério hidráulico fundamentado no parâmetro de Shields. O critério consegue estimar de forma adequada a massa de material erodido sob condições de fluxo de baixa velocidade em regiões superficiais, sendo ideal para problemas que envolvem canais de fluxo aberto. Também foram realizadas simulações numéricas com o código DualSPHysics contendo as implementações do critério de ruptura de Drucker-Prager, sem adição do critério hidráulico de Shields. Os resultados fornecidos por cada código foram comparados e analisados com base nos resultados dos ensaios laboratoriais. Para conduzir simulações numéricas do fenômeno erosivo, adota-se uma abordagem multifásica que integra modelos constitutivos de fluidos com princípios da hidráulica de canais abertos e critérios de ruptura da Geomecânica. Utilizando o método SPH, que é Lagrangeano e sem malha, é possível lidar eficientemente com problemas multifásicos que envolvem superfícies livres e grandes deslocamentos de material. Essa técnica permite realizar simulações sob diversas condições de fluxo em intervalos de tempo relativamente curtos. Na metodologia aqui proposta, a água e o sedimento são considerados como fluidos newtonianos e pseudo-newtonianos, respectivamente, sendo representados por partículas distribuídas ao longo do espaço físico.