Simulação de escorregamento submarinos com o método da produndidade média
Fluxos de lama submarinos, Bingham, Herschel-Bulkley, Método da Profundidade Média, Aquaplanagem
Fluxos de lama submarinos representam riscos significativos para comunidades costeiras e infraestrutura submarina, com deslocamento frequentemente se estendendo por centenas de quilômetros apesar de taludes suaves do fundo marinho. Compreender esses eventos requer modelos computacionais que capturem com precisão a reologia viscoplástica e os mecanismos físicos responsáveis pela grande mobilidade. Este trabalho desenvolve uma formulação com o Método da Profundidade Média (DAM) para fluxos de lama submarinos incorporando reologia viscoplástica de Herschel-Bulkley, mecanismos de hidroplanagem e entrada de água. As equações governantes são derivadas usando aproximações de camada limite e integradas ao longo da profundidade do fluxo, reduzindo o problema de duas dimensões para uma enquanto preserva a física essencial. Um esquema Lagrangiano de diferenças finitas é implementado para solução numérica. O modelo é validado contra expe rimentos de ruptura de barragem subaéreos e experimentos de fluxos de lama submarinos do St. Anthony Falls Laboratory, alcançando concordância quantitativa com medições laboratoriais. Simulações demonstram que a hidroplanagem é o mecanismo crítico contro lando a mobilidade de fluxos de lama submarinos. Quando este mecanismo é negligenciado, o modelo sistematicamente subestima distâncias de deslocamento por fatores de dois a três. Estudos paramétricos revelam que parâmetros de hidroplanagem exercem controle principal sobre o deslocamento, com configurações ótimas alcançando erros abaixo de 1% comparado às observações experimentais. Uma nova implementação acoplada combinando hidroplanagem e entrada de água demonstra desempenho superior, sugerindo que fluxos de lama submarinos naturais envolvem ambos os mecanismos operando em zonas espaciais distintas. O DAM demonstra eficiência computacional mantendo capacidade preditiva para os deslocamentos e morfologia dos depósitos, estabelecendo uma estrutura validada para simulação de fluxos de lama submarinos.