Formas de fundo experimentais geradas por correntes de densidade salinas e de turbidez : análise do escoamento e do leito móvel

As correntes de densidade são escoamentos originados da diferença de massa específica entre dois meios fluidos, como variações de temperatura, salinidade e/ou material particulado suspenso. As correntes de turbidez são correntes de densidade causadas pela presença de sedimentos em suspensão e os depósitos por elas gerados são denominados turbiditos, potenciais reservatórios de hidrocarboneto e, por isso, de grande interesse da indústria do petróleo e de grupos de pesquisa. As formas de fundo são estruturas sedimentares geradas pela interação desses escoamentos com o leito oceânico, que amparam a interpretação dos parâmetros hidráulicos das correntes geradoras dos depósitos turbidíticos. A modelagem física é uma ferramenta amplamente empregada no estudo das formas de fundo, na qual, muitas vezes, misturas salinas são utilizadas na representação das correntes de turbidez, em função da menor complexidade na operacionalização e obtenção de dados. Apesar das correntes salinas também serem observadas na natureza, e de gerarem formas de fundo, as mesmas não são capazes de gerar depósitos turbidíticos. Dessa forma, o presente estudo teve como objetivo investigar experimentalmente se correntes de densidade salinas (CS) podem ser utilizadas como substitutas de correntes de turbidez (CT) de similares parâmetros de entrada, no que se refere à reprodução dos processos hidráulicos e sedimentológicos e à habilidade de geração e desenvolvimento de formas de fundo do mesmo tipo e dimensões. Para tanto, foi construído um canal de acrílico, de 18 m de comprimento e 3° de inclinação, dentro de um tanque maior, preenchido com água antes de cada experimento. Foram utilizadas três vazões de injeção (270, 320 e 370 L min-1) para cada tipo de corrente, as quais escoaram sobre o fundo do canal de acrílico, preenchido com microesfera de vidro. Os perfis de velocidade e de concentração das correntes foram registrados ao longo do canal, utilizando-se aparelhos UVP e ADV e amostradores compostos de tubos e mangueiras. Fotografias do depósito obtidas de topo e lateralmente permitiram a análise espacial dos comprimentos (λ) e alturas (η) das formas de fundo geradas, e a distribuição granulométrica do material presente no leito foi analisada a partir de amostras coletadas ao longo do canal. Os seis experimentos resultaram em escoamentos de regime supercrítico (Frd > 1), e plenamente turbulentos (42566 1), and fully turbulent (42566 < Reynold number < 66850). Pictures of the deposit obtained from the top and laterally allowed the spatial analysis of wavelengths (λ) and heights (η) of the generated bedforms, and the grain size distribution was determined by samples collection and laser particle size analyzer. Ripples were observed in all six experiments, according to its dimensions, to values of near bed shear stresses (τb) and grain Reynolds values (Re*), to the absence of sediment entrainment, and supported by bedforms stability diagrams. The upstream section of the flume (up to the 10th meter) had its slope increased during the three TC experiments, due to the depositional characteristic of these flows, which, additionally to the increase in near bed concentrations (cb) and shear stresses (τb), resulted in longer bedforms, in relation to those generated by SC. Along the downstream section (from the 10th meter), bed slopes were similar for all experiments and, therefore, it was considered feasible to compare ripples dimensions along this region of the flume. Throughout this region, the dilution and low deposition rates of the TC allowed the hydraulic conditions of these flows to approach those observed in the SC, such as concentrations and velocity distributions. Results were effective in identifying differences in spatial and temporal variations of the hydraulic and sedimentological parameters of SC and TC, demonstrating the role of the suspension of sediments in altering turbulent processes and vertical stratification of these flows, depending on their concentrations. The methodology developed was effective in meeting the proposed objective, since it allowed the identification of differences in variations in the hydraulic and sedimentological parameters of SC and TC, demonstrating the role of the suspension of sediments in altering turbulent processes and vertical stratification of these flows. Bedforms generated in the physical model represent ripples that can be found at downstream zones of turbidites, in which TC develop lower velocities and generate thinner deposits composed of finer grains. The normalized profiles of the experimental supercritical currents of this study scale up well with observations of field-scale turbidity currents in the Monterey Canyon. This suggests that the experimental results can be used to interpret the flows responsible for forming the architecture of major submarine canyon-fan systems. Finally, it is worth noting that the data obtained from this work are satisfactory in the development and / or calibration of numerical simulation models, since they were based on the use of correlations and dimensionless parameters that support the characterization of mobile beds, density currents, and the mechanisms of interaction between these environments