Medição do transporte sólido por arrastamento através de sensores acústicos

A quantificação do material sólido transportado (transporte sólido) ao longo de um curso de água é extremamente importante nas mais variadas áreas da engenharia fluvial. O transporte sólido em rios de montanha dá-se maioritariamente por arrastamento no fundo, através de deslizamento, rolamento e saltação dos sedimentos. Ao longo dos tempos foram desenvolvidas várias fórmulas para estimar o transporte sólido por arrastamento, contudo, devido à complexidade dos processos de transporte de sedimentos, bem como a variabilidade espacial e temporal, a previsão de taxas de transporte não foi conseguida exclusivamente através de investigação teórica. Para obter um melhor conhecimento sobre os processos de transporte sólido por arrastamento em rios de montanha, torna-se necessário monitorizá-los com maior precisão possível. Com os avanços na electrónica, novos métodos tecnológicos foram desenvolvidos para resolver a problemática da quantificação do transporte sólido, em detrimento dos atuais métodos tradicionais, que se baseiam na recolha de amostras em campo, para posterior correlação. O objetivo principal da presente dissertação foi o desenvolvimento de um equipamento capaz de estimar/monitorizar continuamente o transporte sólido por arrastamento em rios de montanha, que utilizasse tecnologia de baixo custo. Este equipamento dispõe de um sensor piezolelétrico que realizará medições à vibração causada pelo embate dos sedimentos sobre uma chapa metálica. A energia do sinal resultante dos impactos reverterá em peso. A metodologia usada para a obtenção das medições foi a realização de ensaios laboratoriais, tendo sido dado especial destaque à influência da variação do caudal, bem como da forma dos sedimentos, na intensidade do sinal adquirido.

The measurement of sediment load transport along a river flow is of great importance in fluvial engineering. The load transport in mountain river flows occurs mainly by bedload, through sliding, rolling and saltation of the sediments. Throughout the time, several formulae have been developed in order to estimate the bedload transportation, however, due to the complexity of the sediment transportation processes, as well as the spatial and temporal variability, theoretical investigation has not been enough to accurately predict the transportation rates. To obtain a better knowledge regarding the bedload transportation processes in mountain rivers, it becomes essential to monitor them with the highest possible precision. Along with electronic developments came new technological methods to address the bedload transportation measurement issue, replacing the current traditional methods based on the capture of field samples, for posterior correlation. The main purpose of this dissertation consists on the development of equipment that allows a continuous estimation/monitoring of the bedload transportation in mountain rivers, using low cost technology. This equipment includes a piezoelectric sensor that will measure the vibration caused by the impact of the sediments on a metal plate. The signal energy resulting from those impacts will be reverted in weight. The methodology used to obtain the measurements lied on laboratory experiments, highlighting the influence of the variation of the channel flow, as well as the shape of the sediments, in the acquired signal.

Mestrado em Engenharia Civil