Em obras de Engenharia Hidráulica a necessidade de utilização de dispositivos de regulação de caudais é frequente. Entre esses dispositivos encontram-se as comportas, sendo importante a função que desempenham. A sua forma e dimensão são variadas, devendo a sua definição ser objecto de cuidadoso estudo feito em função das condições de trabalho impostas pelo fim a que se destinam. É, consequentemente, parte importante desse estudo o conhecimento das acções a que irão ficar sujeitos durante o seu funcionamento bem como a definição de critérios para o seu dimensionamento.
As acções que se fazem sentir em comportas São, essencialmente de dois tipos: hidrostáticas e hidrodinâmicas, pelo que é nesses campos que a investigação concentra os seus esforços, e se, no que respeita ao primeiro, informação detalhada e de relativa fácil obtenção, o mesmo não acontece com o segundo em que, por vezes, os conhecimentos são ainda insuficientes. É sobretudo no que se refere a acções variáveis com o tempo que, presentemente, a investigação se desenvolve, com o objectivo de analisar as acções dinâmicas em comportas, especialmente nos casos em que a sua forma de fixação, em relação às restantes estruturas hidráulicas pode influenciar o seu comportamento relativamente ao escoamento.
As acções, susceptíveis de causar problemas de instabilidade nas referidas estruturas, são, normalmente, devidas a oscilações dos escoamentos e surgem em variadas situações.
A determinação dos factores que influenciam o aparecimento dessas oscilações e modificam o comportamento de escoamentos, geralmente de caracter turbulento, é preocupação importante neste campo da Engenharia Hidráulica.
Os problemas de vibrações em comportas foram, quer na prática, quer na teoria, largamente estudados em protótipos e em modelos hidráulicos com o objectivo de obtenção de informação útil para a definição de critérios para o seu dimensionamento.
Diferentes modos de vibrações de comportas foram analisadas, referentes a mecanismos que envolvem flutuações do valor do caudal descarregado através daqueles dispositivos.
A estabilidade de comportas móveis, no que respeita à forma do seu bordo inferior foi estudada por Vrigger e as causas e soluções de vibrações de comportas de grande carga foram descritas por Saxena, Vaukatarama, Ramanathan e Sinnarkar.
Estudos preliminares de comportas podem ser encontradas no trabalho de Naudascher e Locker, sendo ainda de realçar os estudos de Martin, Naudascher e Padmanabham sobre forças induzidas em comportas rigidamente fixadas.
A configuração do escoamento em torno de uma comporta depende de vários parâmetros, mas, normalmente, surgem zonas de recirculação em torno da estrutura, nomeadamente na sua parte inferior. As características geométricas da comporta e o número de Reynolds do escoamento definem a forma como este se desenvolve nessa zona.
A referida zona de recirculação é tal que o escoamento, após a separação, “recola” novamente ao bordo inferior da estrutura. Em algumas situações, esse fenómeno é intermitente e, no que respeita a oscilações do escoamento, mesmo se o sistema de fixação da comporta for rígido e não elástico, poderá estabelecer-se um mecanismo de controlo.
O movimento da “camada de atrito” (Shear layer) originada pela separação do escoamento, anteriormente referida é devido à necessidade da compensação do volume líquido contido na zona de recirculação. Assim, quando essa camada não está em contacto com a comporta, deverá forçosamente aproximar-se daquela, de forma a que o volume de líquido, referido anteriormente, se mantenha constante e igual ao correspondente à linha média do movimento. Este movimento é responsável pelas oscilações no escoamento.
O carácter de instabilidade do escoamento e particularmente o comportamento de “camadas de atrito” (shear layers) estão de certa forma relacionados com as oscilações em escoamentos e seu possível grau de amplificação, pelo que o seu conhecimento pormenorizado é do maior interesse.
Em estudos de escoamentos em torno de comportas é, pois, de especial importância a forma como aquele se desenvolve em torno da estrutura e, particularmente, na proximidade do seu bordo inferior.
