Sedimentos 4

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TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E 
MORFODINÂMICA
Prof. Guilherme A. S. Franz
Propriedades dos sedimentos
As propriedades físicas do sedimento podem ser divididas em dois grupos:
• propriedades inerentes ao sedimento (e.g., mineralogia, tamanho dos grãos,
velocidade de queda, densidade, porosidade,)
• propriedades comportamentais (e.g., resistência à erosão, formas de transporte)
Distribuição Granulométrica
• Os sedimentos naturais consistem em sua maioria em uma combinação de
diferentes tamanhos de grãos minerais:
• argila (< 0,004 mm)
• silte (0,004 – 0,063 mm)
• areia (0,063 – 2 mm)
• cascalho (2 – 64 mm)
Lama
Distribuição Granulométrica
• Ambientes marinhos e estuarinos são zonas ecologicamente ativas.
• Sedimentos são combinações de diferentes granulometrias, assim como
componentes significantes de biota (morta e viva), no interior e no topo dos
sedimentos bentônicos.
Distribuição Granulométrica
A escala phi também é adotada para representar a distribuição de tamanhos de
partículas de sedimento:
𝜑 = −𝑙𝑜𝑔2𝑑
𝑑 : diâmetro do grão emmm
𝑑 = 2−𝜑
Distribuição Granulométrica
Distribuição Granulométrica
• As areias naturais sempre contêm uma mistura de tamanhos de grãos, alguns dos
quais podem sair da faixa de areia.
• O método mais comum de medir a distribuição do tamanho de grão é peneirar
usando peneiras cujas malhas diminuem de tamanho por uma razão definida,
geralmente equivalente a metade de phi ou um quarto de phi.
Distribuição Granulométrica
• A distribuição granulométrica é geralmente apresentada como uma curva
cumulativa mostrando a porcentagem em massa de grãos menor que d, versus d.
• O sedimento é frequentemente caracterizado pelo seu diâmetro mediano de
peneira d50 (o diâmetro para o qual 50% dos grãos em massa é mais fino).
• A notação dn indica o diâmetro de grão para o qual n% dos grãos em massa é
mais fino. Os percentis mais comumente usados são (em ordem crescente): d10,
d16, d35, d50, d65, d84, d90.
Distribuição Granulométrica
Distribuição Granulométrica
• Se o diâmetro do grão é denotado simplesmente por d em uma fórmula de
previsão, geralmente pode ser considerado como sendo d50 do material do leito.
• No entanto, nos cálculos da distribuição vertical da concentração de sedimentos
em suspensão, é melhor basear a velocidade de sedimentação dos grãos em d50
do material em suspensão, que é frequentemente menor que d50 do material do
leito.
Distribuição Granulométrica
• A distribuição dos tamanhos é indicada pelos tamanhos de percentil 10 e 90 (d10
e d90) ou, alternativamente, d16 e d84.
• Uma medida comumente usada do grau de seleção do sedimento é o desvio
padrão geométrico:
Distribuição Granulométrica
• As amostras de sedimentos são classificadas como bem selecionadas se
contiverem uma faixa estreita de tamanhos de grãos e bem misturadas se
contiverem uma ampla faixa.
• Como um guia aproximado, se uma amostra de sedimento tiver d84/d16 < 2 (ou
d90/d10 < 2,4), então ela é bem selecionada, enquanto que se tiver d84/d16> 16 (ou
d90/d10 > 35), então está bem misturada.
Distribuição Granulométrica
Amostras de sedimento são classificadas em:
• Bem selecionados (well sorted): tamanhos de grão uniformes ( Τ𝑑90 𝑑10 < 2)
• Bem misturados (poorly sorted): grande variedade de tamanhos de grão
( Τ𝑑90 𝑑10 > 35)
Distribuição Granulométrica
• O exemplo de distribuição de tamanhos de grão abaixo tem d10 = 0,23 mm e d90 =
2,6 mm, de modo que d90/d10 = 11 e, portanto, tem uma seleção intermediária.
Distribuição Granulométrica
• Muitos sedimentos mistos têm uma distribuição granulométrica que se aproxima
de uma distribuição log-normal; isto é, o logaritmo do tamanho de grão tem uma
distribuição de frequência aproximadamente normal (Gaussiana) por peso.
• Se apenas o d50 e uma medida de seleção, como d84/d16, são conhecidos em um
local, os outros percentis podem ser aproximados assumindo uma distribuição
log-normal.
Textura
Clay = Argila ou Argilosa
Sandy Clay = Argila Arenosa
Silty Clay = Argila Síltica
Clayed Sand = Areia Argilosa
Clayed Silt = Silte-Argilosa
Sand = Areia ou Arenosa
Silty Sand = Areia Síltica
Sandy Silt = Silte Arenosa
Silte = Silte ou Siltosa
Diagrama de Shepard
Classe Textural
Textura
Diagrama de Shepard
Classe Textural
1
2 3
1 = Argila-síltica-arenosa
2 = Areia-síltica-argilosa
3 = Silte-argilo-arenosa
Textura
Diagrama de Shepard
70% Argila , 20% Silte, 10% Areia
Textura
Diagrama de Shepard
70% Argila , 20% Silte, 10% Areia
Textura
Diagrama de Shepard
70% Argila , 20% Silte, 10% Areia
Textura
Diagrama de Shepard
70% Argila , 20% Silte, 10% Areia
Argila Síltica
Textura
Diagrama de Shepard
40% Argila , 30% Silte, 30% Areia
Textura
Diagrama de Shepard
40% Argila , 30% Silte, 30% Areia
Argila-síltica-arenosa
Textura
Diagrama de Shepard
10% Argila , 40% Silte, 50% Areia
Textura
Diagrama de Shepard
10% Argila , 40% Silte, 50% Areia
Areia Síltica
Textura
Diagrama de Shepard
0% Argila , 60% Silte, 40% Areia
Textura
Diagrama de Shepard
0% Argila , 60% Silte, 40% Areia
Silte Arenosa
Propriedades dos sedimentos
• A mineralogia da areia e a forma dos grãos determinam suas propriedades
hidráulicas.
• A maioria das areias é composta principalmente de grãos de quartzo. Estes
geralmente têm uma densidade próxima a 2650 kg m-3 e são grosseiramente
esféricos (ou seja, seus eixos maior e menor não costumam variar mais do que
um fator de 2).
• Proporções variadas de conchas inteiras ou quebradas de criaturas marinhas
estão frequentemente presentes. Conchas têm uma densidade de cerca de 2400
kg m-3.
•
Propriedades dos sedimentos
• Outros minerais, como carvão com uma densidade de cerca de 1400 kg m-3,
também podem estar presentes.
• Grãos que possuem baixa densidade e/ou forma plana comportam-se
hidraulicamente como os grãos de quartzo de menor diâmetro e, como resultado
da seleção hidráulica pelos fluxos predominantes, são geralmente encontrados
misturados com tais grãos.
• Como resultado, é prática comum para os cálculos de transporte de sedimentos
tratar os grãos em uma amostra como se todos fossem representados pelos grãos
de quartzo por razões de similaridade.
Propriedades dos sedimentos
• As misturas de água e sedimento ocorrem em diferentes proporções. Existe uma
ampla variedade de medidas para esta proporção, cujo uso depende do tipo de
mistura e do histórico acadêmico do usuário.
• A medida mais fundamental é a concentração em volume, e isso geralmente é o
mais simples de usar nas análises teóricas.
• Os resultados experimentais são geralmente obtidos pela pesagem do sedimento,
portanto a concentração em massa é a mais apropriada.
Propriedades dos sedimentos
• Nas discussões do leito fixo, a porosidade é mais usada. Ao considerar efeitos de
flutuabilidade, a densidade aparente é mais apropriada.
• A porosidade dos leitos de sedimentos assentados depende do grau de seleção e
do grau de compactação.
Densidade
• A densidade das partículas que compõem o sedimento é de aproximadamente
𝜌𝑠 =2650 kg/m3.
• Densidade da água doce 𝜌𝑤 ≈ 1000 kg/m3.
• Densidade da água do mar 𝜌𝑤 ≈ 1027 kg/m3.
• Gravidade específica 𝑠 = 𝜌𝑠/𝜌𝑤 ≈ 2,65.
Porosidade
Porosidade (𝜀) é o volume de poros (espaços vazios) entre as partículas de
sedimento sobre o volume total da mistura (sólidos, água, ar)
𝜀 = 𝑉𝑝/𝑉𝑡
Depende do histórico de deposição e do grau de seleção do sedimento
Concentração volumétrica
Concentração volumétrica é o volume das partículas de sedimento por unidade de
volume total da mistura:
𝐶 =
𝑉𝑠
𝑉𝑡
= (1 − 𝜀)Concentração mássica ou densidade seca
Densidade seca (dry density) ou concentração mássica (mass concentration) é a
massa do sedimento seco por unidade de volume total:
𝜌𝑑𝑟𝑦 =
𝑀𝑠
𝑉𝑡
= 𝜌𝑠(1 − 𝜀)
Densidade aparente ou molhada
Densidade aparente (bulk density) é a massa total da mistura (saturada) por
unidade de volume total da mistura:
𝜌𝐵 =
𝑀𝑡
𝑉𝑡
= 𝜌𝑤𝜀 + 𝜌𝑠(1 − 𝜀)
Ângulo de repouso
• O ângulo de repouso ∅𝑖 é o ângulo com a horizontal em que os grãos começam a
rolar.
• O valor de ∅𝑖 para sedimentos não coesivos depende da forma, seleção e
compactação dos grãos. A concentração (ou porosidade) do leito também
depende dos mesmos fatores, e ∅𝑖 é aumenta com a concentração do leito
(diminui com a porosidade).
Ângulo de repouso
Ângulo de repouso
Permeabilidade
• O fluxo de água através de um meio poroso, como um leito de areia, depende da
permeabilidade do meio.
• Várias expressões têm sido propostas para expressar a permeabilidade de areia,
cascalho e rocha em termos de diâmetro de grão e porosidade.
• Todos os métodos dão um forte aumento da permeabilidade com a porosidade,
mas diferem por um fator de 2.
• A permeabilidade também varia com a forma dos grãos, sua compactação e
orientação, e a distribuição do tamanho dos grãos.
Permeabilidade
Permeabilidade é importante nas seguintes aplicações:
• amortecimento da energia das ondas, devido ao bombeamento viscoso de água
através do leito;
• arrastamento de sedimentos pelas ondas, porque o bombeamento de água para
dentro e para fora do leito aumentará e reduzirá, respectivamente, o peso efetivo
dos grãos;
• estabilização de praia por drenagem artificial;
• transferência de poluentes para dentro e para fora do leito;
• percolação através de praias de cascalho;
• estabilidade de quebra-mares e estruturas de rocha.
Fluidização do leito
• Um fluxo ascendente de água através de um leito de areia exerce uma força de
arrasto ascendente sobre os grãos.
• Se esta força for maior que o peso flutuante dos grãos, o leito se torna fluidizado.
• O peso dos grãos não é mais suportado pelo repouso em outros grãos, mas por
forças exercidas pelo fluido, e o leito se comporta como um fluido, de modo que
um objeto pesado colocado no leito afunda através dele.
Fluidização do leito
https://youtu.be/HyI7wK5A-5Q
Fluidização do leito
https://youtu.be/xjSYzT3CUnA
Características dos sedimentos costeiros
• A areia é convencionalmente definida como sedimento com diâmetros de grão na
faixa de 0,062 a 2 mm.
• Os sedimentos mais finos são classificados como argilas e siltes (lamas), e suas
propriedades são fortemente influenciadas pela coesão eletroquímica e biológica.
• Em sedimentos mistos, o efeito da coesão é importante na determinação das
propriedades do sedimento se mais de 10% do sedimento for mais fino que 0,062
mm.
• Essas misturas são mais resistentes à erosão do que uma areia pura ou uma lama
pura.
Características dos sedimentos costeiros
• Grãos maiores que 2 mm são classificados como cascalhos.
• A permeabilidade dos cascalhos é um fator importante na determinação do
comportamento do cascalho (e.g., inclinação da praia), e uma proporção de areia
misturada com o cascalho pode reduzir sua permeabilidade.
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
• Não-coesivos:
• São encontrados em áreas com correntes ou ondas intensas (e.g., praias e
canais estuarinos)
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
• Não-coesivos:
• Formados primariamente por areia ou cascalho
• O tamanho dos grãos controla a mobilidade, transporte e velocidade de
queda
• Podem ser transportados em contato com o fundo por arrastamento
(transporte de fundo)
• Geralmente formam formas de fundo
Velocidade de Queda
• A velocidade de queda ou velocidade de sedimentação de um grão é definida
como a velocidade terminal atingida pelo grão sob a ação da gravidade em fluido.
• Depende de vários parâmetros: tamanho e formato do grão, gravidade específica,
viscosidade do fluido.
• A força de arrasto sobre um corpo submerso é dada pela equação:
𝐹𝐷 =
1
2
𝐶𝐷𝜌𝑤𝑤𝑠
2𝐴
Velocidade de Queda
• A ação combinada da gravidade e do empuxo resulta na força:
𝐹𝑔 = 𝜌𝑠 − 𝜌𝑤 𝑔
𝜋
6
𝑑3
• Em situação de equilíbrio (𝐹𝐷 = 𝐹𝑔) e assumindo que o grão tem a forma de uma
esfera (𝐴 =
𝜋
4
𝑑2):
𝑤𝑠 =
4 𝑠 − 1 𝑔𝑑
3𝐶𝐷
0.5
Velocidade de Queda
𝑤𝑠 =
𝜐
𝑑
10.362 + 1.049𝐷∗
3 1/2 − 10.36
Viscosidade cinemática da água:
𝜐 = 1 × 10−6[𝑚2𝑠−1]
Diâmetro adimensional do grão:
𝐷∗ =
𝑔(𝑠 − 1)
𝜈2
1/3
𝑑
Velocidade de Queda
Velocidade de Queda
Exercício
Qual a velocidade de queda de partículas de sedimento com −3𝜑, −1𝜑 e 1𝜑 de
tamanho?
Tipos de Transporte
• A areia no mar pode ser movida por correntes (maré, vento ou ondas), ou por
ondas, ou muito comumente pelas correntes e ondas atuando juntas.
• A areia é transportada pelos processos básicos de arrastamento, transporte e
deposição.
• Estes três processos ocorrem ao mesmo tempo e podem interagir uns com os
outros.
Tipos de Transporte
• Arrastamento (entrainment) ocorre como resultado do atrito exercido no leito do
mar pelas correntes e/ou ondas, com difusão turbulenta, possivelmente levando
grãos a suspensão.
• O transporte de fundo ocorre por grãos rolando, pulando e deslizando ao longo
do leito em resposta ao atrito e, no caso de leitos inclinados, gravidade.
• O transporte de fundo é o modo dominante de transporte para fluxos lentos e/ou
grãos grandes.
Tipos de Transporte
• Se o fluxo for rápido o suficiente (ou as ondas grandes o suficiente) e os grãos
suficientemente finos, a areia será colocada em suspensão até uma altura de
vários metros acima do leito, e levada pelas correntes.
• Esse modo de transporte é conhecido como transporte em suspensão e
geralmente é muito maior que o transporte de fundo.
• Em situações típicas marinhas e estuarinas, o meio de transporte predominante é
o transporte de fundo para grãos mais grosseiros do que cerca de 2 mm, e
transporte em suspensão para grãos mais finos do que cerca de 0,2 mm.
Tipos de Transporte
• A deposição ocorre quando os grãos ficam em repouso no transporte de fundo
ou quando a suspensão é sedimentada.
• Na maior parte do tempo, o arrastamento de alguns grãos para suspensão e a
sedimentação de outros grãos, devido ao seu peso, ocorre simultaneamente.
Tipos de Transporte
Taxa de transporte
• A taxa de transporte de sedimentos é definida como a quantidade de sedimento
por unidade de tempo passando por um plano vertical de largura unitária
perpendicular à direção do fluxo.
• A quantidade de sedimento pode ser medida em massa ou em volume, de modo
que em unidades SI a taxa de transporte de sedimentos é dada em kg m-1 s-1 ou
m3 m-1 s-1 (= m2s-1), respectivamente.
• Unidades práticas como toneladas por metro por dia são também
frequentemente usadas. A taxa de transporte de sedimentos no mar tem uma
magnitude e uma direção e, portanto, é uma quantidade vetorial.
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
• Coesivos:
• São encontrados em áreas com correntes e ondas pouco intensas (e.g., zona
intertidal de estuários, mangue)
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
• Coesivos:
• Formados primariamente por argila e silte (lama)
• Geralmente não geram grandes formas de fundo• Forças eletroquímicas causam floculação e consolidação
• A floculação pode aumentar significativamente a velocidade de queda dos
sedimentos em suspensão
Floculação
Floculação
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
• Coesivos:
• Podem ser encontrados em 4 estados: suspensos, lodo fluido (concentrações
altas junto ao fundo), depósitos recentes, e consolidados
Consolidação
Fonte: Camenen e Van Bang (2011)
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
• Coesivos:
• Consolidação é a expulsão gradual da água intersticial pelo próprio peso do
sedimento de fundo acompanhado pelo aumento da sua densidade e
resistência à erosão
• Grau de consolidação defini a mobilidade e transporte
• Sedimentos contendo mais de a 10% de material fino (< 63 um) podem exibir
propriedades coesivas
Consolidação
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
• Coesivos:
• Contaminantes são adsorvidos nas lamas estuarinas, que podem atuar como
fonte ou poço de contaminantes ao longo do tempo dependendo das
condições físico-químicas do ambiente (e.g., pH e temperatura)
• Os contaminantes podem ser liberados do sedimento por operações de
dragagens, erosão, ou expulsão da água intersticial durante o processo de
consolidação
Características dos sedimentos costeiros
Os sedimentos são separados em não-coesivos e coesivos
• Coesivos:
• Contém altas proporções de biomassa
• Bactérias nocivas podem estar presentes em sedimentos ricos em matéria
orgânica, particularmente onde são descarregados esgotos ou produtos
residuais de atividades antropogênicas
• Possuem cor escura e cheiro provenientes da decomposição da matéria
orgânica
Características dos sedimentos costeiros
A presença e a atividade de organismos bentônicos podem afetar o sedimentos em
diversas maneiras
Bioestabilização:
• Secreção de substâncias poliméricas extracelulares (mucos viscosos) por
microalgas, bactérias, fungos, etc.
• O crescimento de vegetação, como mangue, também aumenta a estabilização
do sedimento
Características dos sedimentos costeiros
A presença e a atividade de organismos bentônicos podem afetar o sedimentos em
diversas maneiras
Bioestabilização:
• Secreção de substâncias poliméricas extracelulares (mucos viscosos) por
microalgas, bactérias, fungos, etc.
• O crescimento de vegetação, como mangue, também aumenta a estabilização
do sedimento
• A atividade biológica também pode causar a desestabilização do sedimento
(escavação do sedimento por organismos em busca de alimento e água)
Características dos sedimentos costeiros
A presença e a atividade de organismos bentônicos podem afetar o sedimentos em
diversas maneiras
Bioturbação :
• Retrabalho dos sedimentos por atividades biológicas que têm o efeito de
misturar os sedimentos e alterar a estrutura da matriz de sedimento,
introduzindo oxigênio em áreas que de outra forma seriam anóxicas
Transporte de areia
O transporte de areia desempenha um papel vital em muitos aspectos da
engenharia costeira, estuarina e marítima. O movimento da areia influencia:
• a construção de portos economicamente viáveis (custos de dragagem para portos
e canais de aproximação são frequentemente críticos para a viabilidade);
Transporte de areia
O transporte de areia desempenha um papel vital em muitos aspectos da
engenharia costeira, estuarina e marítima. O movimento da areia influencia:
• a construção de usinas costeiras e refinarias (areia pode entrar na água de
resfriamento);
Transporte de areia
O transporte de areia desempenha um papel vital em muitos aspectos da
engenharia costeira, estuarina e marítima. O movimento da areia influencia:
• defesa das inundações costeiras (integridade das praias e bancos offshore é
crucial para dissipar o ataque de ondas);
Transporte de areia
O transporte de areia desempenha um papel vital em muitos aspectos da
engenharia costeira, estuarina e marítima. O movimento da areia influencia:
• a perda ou o crescimento de praias de lazer (cruciais para o sucesso de muitas
estâncias de férias);
Transporte de areia
O transporte de areia desempenha um papel vital em muitos aspectos da
engenharia costeira, estuarina e marítima. O movimento da areia influencia:
• a segurança das plataformas e oleodutos offshore (queda de plataformas ou
quebra de oleodutos), e muitas outras aplicações.
Transporte de areia
• A taxa líquida de acreção ou erosão de uma área do fundo marinho depende da
diferença nas taxas em que a areia entra e sai da área.
• Se a areia é levada para dentro de uma região mais rapidamente do que é levada
fora da região, então o fundo sofre acreção; se o inverso for verdadeiro, então ele
será erodido.
• Mesmo que a taxa de transporte de sedimentos seja muito grande, o nível do
fundo não mudará se o transporte for igual em toda a área.
Transporte de areia
As operações necessárias para fazer uma previsão do padrão de erosão e acreção
em uma área de estudo são:
• Calcular as distribuições hidrodinâmicas de correntes e ondas e quantidades
dependentes, como tensão de cisalhamento do fundo;
• Calcular a distribuição resultante das taxas de transporte de sedimentos;
• Calcular a distribuição das taxas de erosão/acreção.
Transporte de areia
• Nosso foco será nos processos físicos que afetam o transporte de areia, mas,
além disso, influências biológicas podem desempenhar um papel importante,
embora em menor grau do que nas lamas.
• As secreções de muco podem ajudar a ligar os grãos; inversamente, os moldes de
vermes podem causar pontos altos que são mais facilmente erodidos pelas
correntes; organismos escavadores podem misturar os 10 cm superiores dentro
de 4 a 6 horas, achatando padrões ondulados formados pela corrente.
• Pouco trabalho ainda foi feito sobre a quantificação de influências biológicas em
sedimentos.
Transporte de areia
• Embora existam atualmente poucos métodos quantitativos para lidar com os
efeitos biológicos, os engenheiros devem estar cientes de que eles podem estar
presentes e podem tornar as previsões pouco confiáveis, especialmente em áreas
onde as correntes e ondas são fracas.
• Em áreas de correntes fortes ou ondas grandes, os principais efeitos são
geralmente hidrodinâmicos e os efeitos biológicos podem ser justificadamente
ignorados.
Tensão de cisalhamento de fundo
• Os efeitos das correntes e ondas na dinâmica dos sedimentos ocorrem
principalmente através do atrito que eles exercem no fundo do mar.
• Isso é expresso em termos da tensão de cisalhamento no fundo, que é a força de
atrito exercida pelo fluxo por unidade de área do fundo.
Tensão de cisalhamento de fundo
A tensão de cisalhamento de fundo, 𝜏0, que tem unidades de força por unidade de
área (Nm-2 em unidades SI), também pode ser escrita em unidades de velocidade
(ms-1 em unidades SI) como a velocidade de atrito (ou velocidade de cisalhamento),
𝑢∗, que é definida através da relação:
Onde 𝜌 é a densidade da água.
Tensão de cisalhamento de fundo
• Esta conversão é feita puramente por conveniência matemática para não repetir
a escrita de Τ𝜏0 𝜌
1/2.
• A velocidade de atrito não corresponde a uma velocidade 'real' no fluxo (embora
possa ser relacionada às flutuações turbulentas nas componentes reais da
velocidade).
Tensão de cisalhamento de fundo
• Para muitos propósitos, é utilizada uma forma adimensional da tensão de
cisalhamento de fundo e sua relação com o sedimento, ou seja, o parâmetro de
Shields, definido por:
Tensão de cisalhamento de fundo
• A tensão de cisalhamento de fundo gerada depende não apenas da velocidade do
fluxo, mas tambémda rugosidade do leito do mar.
• Isto pode ser medido pela rugosidade de Nikuradse, ks (que pode ser relacionada
ao tamanho de grão), ou pelo comprimento de rugosidade, z0 (que pode ser
derivado do perfil de velocidade). Os dois estão conectados através da relação:
• As notações acima se aplicam aos valores gerais, possivelmente variáveis no
tempo, da tensão de cisalhamento do leito e das outras quantidades.
Tensão de cisalhamento de fundo
• No entanto, também é útil distinguir entre diferentes mecanismos de geração
usando subscritos. A tensão de cisalhamento do leito pode ser gerada por:
- uma corrente, com as quantidades médias de tempo indicadas por 𝜏0, 𝑢∗ e 𝜃 (ou
seja, o mesmo que a notação geral);
- uma onda, com as amplitudes das grandezas oscilatórias denotadas por 𝜏𝑤, 𝑢∗𝑤 e
𝜃𝑤;
- um movimento combinado de onda e corrente, com as grandezas médias ao
longo de um ciclo de onda denotadas por 𝜏𝑚, 𝑢𝑚 e 𝜃𝑚, e os valores máximos das
grandezas durante um ciclo de onda denotadas por 𝜏𝑚𝑎𝑥, 𝑢∗𝑚𝑎𝑥 e 𝜃𝑚𝑎𝑥.
Tensão de cisalhamento de fundo
• Flutuações turbulentas causam grandes variações sobre os valores dados acima,
mas para a maioria dos propósitos práticos, os valores médios são suficientes.
• A tensão total de cisalhamento do leito (𝜏0) é composta de contribuições devido:
- ao atrito (skin friction, 𝜏0𝑠 ) produzido por (e atuando sobre) os grãos de
sedimentos;
- a resistência ao arrasto (𝜏0𝑓) produzida pelo campo de pressão associado ao fluxo
sobre ondulações e/ou feições maiores no leito;
- uma contribuição de transporte de sedimentos (𝜏0𝑡) causada pela transferência
de momento para mobilizar os grãos.
Tensão de cisalhamento de fundo
• As três componentes podem ser somadas:
𝜏0 = 𝜏0𝑠 + 𝜏0𝑓 + 𝜏0𝑡
• Da mesma forma, três contribuições para 𝜏0, 𝑢∗ e 𝜃 podem ser identificadas,
usando os subscritos s, f e t
• As tensões de cisalhamento de fundo devido a ondas, ou ondas combinadas com
correntes, podem ser subdivididas em contribuições de atrito relacionado ao
grão, arrasto de forma e transporte de sedimento da mesma maneira que as
mostradas para as correntes.
Tensão de cisalhamento de fundo
• Se o fundo é plano e o transporte de sedimentos não é intenso, 𝜏0 = 𝜏0𝑠, e a
distinção entre as quantidades total e de atrito relacionado ao grão não é
necessária.
• Este caso não é incomum para grãos grossos (digamos, d50> 0,8 mm), mas as
areias mais finas são geralmente onduladas (possivelmente com formas de leito
maiores).
Tensão de cisalhamento de fundo
• É importante estar ciente de que apenas a contribuição do atrito relacionado ao
grão (skin friction) age diretamente nos grãos do sedimento, e é, portanto, essa
contribuição que é usada para calcular o limiar de movimento, transporte de
fundo e concentração de referência ou taxa de ressuspensão.
• Por outro lado, é a tensão de cisalhamento total de fundo que corresponde à
resistência geral do fluxo e determina as intensidades de turbulência que
influenciam a difusão do sedimento em suspensão para níveis mais altos na
coluna de água.
• A não observância dessas distinções levaria a sérios erros nos cálculos.