Marcelo Muta Hotta
Título
ESTUDOS DE FLUXO DE DETRITOS SUBMARINOS ATRAVÉS DE MÉTODOS EXPERIMENTAIS, ANALÍTICOS E NUMÉRICOS
Resumo
O presente trabalho tem por objetivo realizar a modelagem física e numérica de um fluxo de detritos submarino em taludes suaves. A utilização da centrífuga para o estudo de fluxos de detritos ganha importância pois a observação desses eventos na natureza, ou a sua modelagem em escala real é uma tarefa muito complexa. A modelagem física foi realizada na centrífuga de tambor do LM2C (Laboratório Multiusuário de Modelagem Centrífuga), que foi reconfigurada para a simulação de fluxos submersos. Foram estudadas diversas misturas visando o entendimento dos fenômenos de corrente de turbidez e aquaplanagem utilizando a análise dos números de Reynolds e de Froude. Foram realizadas medidas de poro pressão e tensão total e de velocimetria das partículas. Os parâmetros reológicos dos materiais foram determinados com o reômetro Brookfield RST-CC-SST. Com base nos resultados obtidos nesses ensaios foi proposto um modelo reológico que tem como única variável o índice de liquidez do material. Complementando o estudo foi realizada a modelagem numérica com a técnica SPH sem malha. A simulação tornou possível o entendimento dos mecanismos que provocam a aquaplanagem e as correntes de turbidez mediante a visualização dos esforços dinâmicos gerados pela iteração da lama com o meio aquoso.
Abstract
The present work aims to perform physical and numerical modeling of a submarine debris flow in gentle slopes. The use of the centrifuge for the study of debris flow is relevant as the observation of these events in nature or their real scale modeling is a quite complex task. The physical modeling was performed in the drum centrifuge of the LM2C lab (Centrifugal Modeling Laboratory), configured for the simulation of submerged flows. Several mixtures were studied aiming the understanding of turbidity current and hydroplaning phenomena through the analysis of Reynolds and Froude numbers. Measurements of pore pressure and total stress and velocity fields were performed. The rheological parameters of the materials were determined using the Brookfield RST-CC-SST rheometer. Based on the results obtained in these tests, a rheological model was proposed, which single variable is the material liquidity index. Numerical modeling using the meshless SPH technique was performed to complement the study. The simulation made it possible to understand the mechanisms that cause aquaplaning and turbidity currents by visualizing the dynamic forces generated by the iteration of the mud with the aqueous medium.
