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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Genesis and formation of subaqueous barchan dunes : from a morphological characterization to a description at the grain scale = Gênese e formação de dunas barcanas subaquáticas : de uma caracterização morfológica a uma descrição na escala dos grãos
Title Alternative: Gênese e formação de dunas barcanas subaquáticas : de uma caracterização morfológica a uma descrição na escala dos grãos
Author: Alvarez Zambrano, Carlos Azael, 1982-
Advisor: Franklin, Erick de Moraes, 1974-
Abstract: Resumo: Na morfodinâmica das dunas com forma crescente, conhecidas como barcanas, muitos aspectos complexos estão envolvidos. Esta tese analisa o crescimento das dunas do tipo barcana sob escoamentos turbulentos de água. Abordagens experimentais e numéricas são empregadas para identificar algumas características intrínsecas desses padrões granulares. Os resultados experimentais mostram a existência de tempos característicos para o surgimento e o equilíbrio das barcanas. Essas dunas são encontradas na natureza e na indústria. As escalas de comprimento e tempo vão do quilômetro e milênio em Marte, passando pelos 100 m e 1 ano nos desertos, até 10 cm e 1 minuto para as barcanas subaquáticas. Em todos os casos, a dinâmica é semelhante, mas as escalas são totalmente diferentes. Devido a que a característica única da duna barcana é a presença de suas extremidades, chamadas horns, este trabalho associa a escala de tempo para o aparecimento delas à formação da barcana inteira. Baseado em argumentos dimensionais, propõe-se uma escala de tempo para o crescimento das dunas. Posteriormente, usando um método de rastreamento na escala do grão, é demonstrado que a maioria dos grãos que formaram os horns vieram de regiões à montante, com um deslocamento médio da ordem do tamanho da duna. Os grãos que viajam para os horns têm deslocamentos transversais, por rolamento e deslizamento, que não são desprezíveis. Finalmente, as descobertas obtidas experimentalmente são reproduzidas numericamente, empregando as mesmas condições de contorno. Os resultados numéricos capturaram adequadamente a evolução da pilha inicial até uma duna barcana nas ambas escalas, do leito e do grão, com os mesmos tempos e comprimentos característicos observados nos experimentos. Todos os novos aspectos apresentados neste trabalho mudam a forma como tinha sido explicado o crescimento das barcanas subaquáticas, e representam um passo significativo na compreensão da formação das dunas barcanas

Abstract: In the morphodynamics of crescent-shaped dunes, known as barchans, many complex aspects are involved. This thesis addresses the growing of barchan dunes under turbulent water flows. Experimental and numerical approaches are employed to identify some intrinsic features of these bedforms. The experimental results show the existence of characteristic times for the appearance and equilibrium of the barchans. These dunes are found in both nature and industry. The length and time scales go from the kilometer and millennium on Mars, passing by the 100 m and 1 year on deserts, down to 10 cm and 1 minute for sand barchans in water. In all cases, the dynamics are similar, but the scales are entirely different. Because the unique feature of a barchan dune is its extremities, called horns, this work associates the time scale for the appearance of them to the formation of the whole barchan. Based on dimensional arguments, it is proposed a time scale for the growth of the dunes. Afterward, using a tracking method at the grain scale, it is demonstrated that most of the grains that formed the horns came from upstream regions with an average displacement of the order of the bedform size. The grains traveling to the horns have transverse displacements by rolling and sliding that are not negligible. In the last part, the findings retrieved from the experimental frame are reproduced numerically employing the same boundary conditions. The numerical results captured well the evolution of the initial pile toward a barchan dune in both the bedform and grain scales, with the same characteristic time and lengths observed in the experiments. All the new aspects presented in this work change how has been explained the growth of subaqueous barchans and represent a significant step toward understanding the formation of barchan dunes
Subject: Escoamento turbulento
Materiais granulares
Dunas
Processamento de imagens
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: ALVAREZ ZAMBRANO, Carlos Azael. Genesis and formation of subaqueous barchan dunes: from a morphological characterization to a description at the grain scale = Gênese e formação de dunas barcanas subaquáticas : de uma caracterização morfológica a uma descrição na escala dos grãos . 2020. 1 recurso online ( 136 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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