Dimensionamento de Canais e Estruturas Hidraulicas - Conducao Armazenamento e Controle de Agua

Canais Bueiros Unidade 7 Estruturas Hidráulicas de Condução Cap 13 Estruturas de Armazenamento e Contenção de água barragens e diques Estruturas para Controle de água vertedouros e dissipadores de energia Estruturas para Transporte e Adução de água canais bueiros e ponte Estruturas Hidráulicas de Condução Canais São estruturas hidráulicas de condução da água que servem para Compatibilizam as necessidades com os volumes disponíveis no tempo e no espaço Possibilitam ou favorecem a navegação Abastecimento condução e drenagem de excedentes Dimensionamento Hidráulico de Canais O dimensionamento de canais é feito considerando a hipótese da existência de escoamento Uniforme Q 1n A Rh23 I Q A U Após o dimensionamento na condição Uniforme traçase a linha dágua para verificar a existência de escoamentos Gradualmente e Bruscamente Variados Dimensionamento Hidráulico de Canais Conceitos e exemplos httpswwwyoutubecomwatchvAcBdfjjiQ08 httpswwwyoutubecomwatchvSnAh7jtT0yg httpswwwyoutubecomwatchvtif6iCPbM8 Seção de Máxima Eficiência Q 1n A AP23 I 1n A53 P23 I Maior Q Menor P Forma Seção Geometria Ótima Profundidade Normal y Área A Trapezoidal α 60º b 23 y 0968 Qnl1238 1622 Qnl1234 Retangular b 2y 0917 Qnl1238 1682 Qnl1234 Forma Seção Geometria Ótima Profundidade Normal y Área A Triangular α 45º 1297 Qnl1238 1682 Qnl1234 Circular D 2 y 100 Qnl1238 1583 Qnl1234 Dimensionar um canal retangular em concreto n 0015 com declividade de 00018 mm para funcionar em condições de máxima eficiência conduzindo 50 m³s A condição de máxima eficiência em canais retangulares implica b 2 y Assim A y 2y 2y² P b 2 y 2y 2y 4 y Rh A P y 2 Q 1n 2yn² yn 223 l12 yn Qn213 l1238 0917 Qnl1238 yn 50 x 0015000180538 x 0917 269 m 270 m b 2 yn 2 x 270 m 540 m Dimensionamento de canais em materiais erodíveis Canais naturais estabilidade de taludes Velocidade Máxima Permissível Limitação de velocidade para que não ocorra erosão Para canais com y 10 m Para y 10 m devese multiplicar a velocidade pelo fator k k Rh Rh1 16 Obs Rh é da seção a ser dimensionada e Rh1 é da seção com y 10 m Velocidades Máxima Mínima para canais de revestimentos estáveis Velocidade Máxima evitar desgaste excessivo por abrasão Concreto Umáx 45 ms Aço Umáx 60 ms Velocidade Mínima evitar deposição de material e crescimento de vegetação Umín 060 ms Dimensionar um canal retilíneo pelo método das velocidades admissíveis em solo argiloso denso para transportar 25 m³s de água com sedimentos coloidais A sua declividade de implantação deverá ser de 015 sendo que a largura máxima da base é de 15 m seção trapezoidal com b 1500 m solo argiloso denso pelo Quadro 122 taludes com inclinação máxima z entre 05 e 10 Admitese em favor da segurança z 15 rugosidade arbitrado n 0023 Efetuandose o cálculo do escoamento uniforme vem y 098 m B 1794 m U 154 ms A velocidade de escoamento é praticamente idêntica à velocidade limite para solo argiloso denso que é de 152 ms de acordo com o Quadro 133 Manning Trapézio Continuidade Sobreelevação em Curvas Escoamento Subcrítico Δy U² B 2 g r c r c mín 4 U² B g y Sobrelevação em Curvas Escoamento Supercrítico β arcsenFr¹ λ Fr² sen²β θ2 hmáx λmáx h₀ hmín λmín h₀ B y BL h Borda Livre Borda Livre BL é a distância entre o nível de água e o limite físico superior do canal Ela é recomendada para evitar o transbordamento causado pela formação de ondas devido a ventos imperfeições nas paredes presença de obstáculos sedimentação e etc Segundo Ven Te Chow a Borda Livre deve ser adotada de 5 a 30 da profundidade da lâmina dágua no canal Cálculo da Borda Livre Dimensionamento Conhece Q I n e a relação Bh Aplicase Manning com Qd 13Q Qd 1n Ah AhPh23 I Obtémse h e B dimensões do canal Verificação da Borda Livre Aplicase Manning com Qp Q e B conhecidos Qp 1n Ay AyPy23 I Obtémse y BL h y Dimensionar um canal retangular em concreto n 0015 com declividade longitudinal de 00018 mm para transportar a vazão de 50 m³s Seção de máxima eficiência B 2h Dimensionamento A Bh 2hh 2h² P B 2h 2h 2h 4h Qd 1n 2h² 2h²4h23 I 13 50 10015 2h² 2h²4h23 00018 13 50 10015 223 h83 00018 h 297 m B 594 m Verificação da Borda Livre A By 594y P B 2y 594 2y Qp 1n 594y 594y 594 2y23 I 50 10015 594y 594y 594 2y23 00018 y 245 m BL h y 297 245 BL 052 m 21 y BUEIROS Bueiros são estruturas hidráulicas normalmente construídas em fundo de vales que objetivam a passagem de águas dos talvegues por sob obras de terraplanagem Os bueiros são considerados obras de arte corrente Os bueiros normalmente não possuem características de reservação de água desta forma o seu dimensionamento é feito pela vazão máxima do hidrograma de projeto BUEIROS Classificação Ex BDTM100 Bueiro Duplo Tubular Metálico com diâmetro 100 m BTCC 300x200 Bueiro Triplo Celular de Concreto com dimensões 300 m de base por 200 m de altura 1 Quanto ao número de linhas S simples D Duplo T Triplo 2 Quanto à forma da seção T Tubular C Celular 3 Quanto ao material de construção C Concreto M Metálicos BUEIROS Condições de Funcionamento como Canal Quando as extremidade de montante e de jusante não se encontram submersas Logo existe uma superfície livre ao longo de todo o conduto e a vazão afluente é inferior a vazão admissível à estrutura hidráulica Essa condição é verificada para profundidade de montante até 20 superior à dimensão vertical do bueiro BUEIROS Condições de Funcionamento como Canal Determinação do regime do escoamento Declividade Crítica Bueiros Tubulares Bueiros Celulares Ic 3282 n2 D Ic 26 n2 H 3 4 H B43 Seja I a declividade de implantação do fundo do bueiro então I Ic escoamento subcrítico I Ic escoamento supercrítico I Ic escoamento crítico BUEIROS Condições de Funcionamento como Canal Condições Subcríticas Bueiros Tubulares Bueiros Celulares Qadm 0305 n D83 I Qadm 08 B H5 B 16 H213 I n U 0452 n D23 I U Qadm 08 B H Obs Dimensionamento para profundidade de fluxo de 80 da dimensão vertical H ou D BUEIROS Condições de Funcionamento como Canal Condições Supercríticas Bueiros Tubulares Qadm 1533 D 52 U 256 D Bueiros Celulares Qadm 1705 B H 32 U 256 H Obs Dimensionamento para profundidade de fluxo de 80 da dimensão vertical H ou D BUEIROS Condições de Funcionamento como Orifício Quando a vazão de dimensionamento supera a vazão admissível do funcionamento como canal a água acumula na entrada do bueiro e este passa a funcionar como um orifício BUEIROS Condições de Funcionamento como Orifício Bueiros Tubulares Qadm 2192 D 2 h U 279 h Bueiros Celulares Qadm 279 B H h U 279h BUEIROS Condições de Funcionamento como Conduto Forçado Quando os níveis de água de montante e de jusante superam a altura do bueiro H ou D dizse que o bueiro trabalha afogado com funcionamento como conduto forçado BUEIROS Condições de Funcionamento como Conduto Forçado H I L H H j m 2 g U R L 2 g n C C H 2 3 4 h 2 s e onde H é a perda de carga total ao longo do bueiro m Ce e Cs são os coeficientes de perda de carga na entrada e na saída do bueiro respectivamente Entrada Saída Conduto Forçado BUEIROS Condições de Funcionamento como Conduto Forçado Concreto Metálico Bolsa saliente com ou sem muro e alas 02 Ponta saliente com ou sem muro e alas 05 Saliente sem muro e alas 09 Saliente com muro e alas 05 Muro de testa final do tubo arredondado 02 Muro de testa sem alas 02 05 Tubo biselado 07 07 Seção terminal conformada com aterro 05 05 Faixa Usual Entrada angular 02 07 05 Entrada hidraulicamente adequada 02 07 02 Tipo de estrutura de entrada Bueiro Celular Bueiro Tubular Tipo de estrutura de entrada Coeficientes de perda de carga na entrada Coeficientes de perda de carga na entrada BUEIROS Condições de Funcionamento como Conduto Forçado Coeficiente de Perda de Carga na Saída Valores variam entre 03 a 10 Valor usual 10 Para bueiros duplos ou triplos devese reduzir a capacidade de vazão em 5 para cada linha adicional em função das condições de entrada BUEIROS Eficiência das Linhas Adicionais Bueiro Simples Qadm1 Bueiro Duplo Qadm2 Qadm1 2 095 Bueiro Duplo Qadm3 Qadm1 3 090 Mais de 3 linhas a perda de eficiência é muito grande valendo a pena a verificação de aumento das dimensões do bueiro Verificar a condição hidráulica de funcionamento de um BDTC Ø 120 implantando com uma declividade de 030 sob uma altura de aterro de 420 m para uma vazão afluente de 8 m³s BDTC Bueiro Duplo Tubular em Concreto Ic 3282 n² ³D Qadm 0305 n D83 I Perda de 5 na capacidade de vazão devido a 2ª linha do bueiro Verificação do funcionamento como orifício como a vazão afluente total é de 800 m³s a vazão por tubo seria Q 800 m³s 2 x 095 421 m³s Q 2192 x 120² x h¹² Qadm 2192 D² h 421 2192 x 120² x h¹² h 178 m acima do eixo da obra A altura total seria h D2 178 m 060 m 238 m Como a altura do NA 238 m é inferior à altura do aterro 420 m a obra pode funcionar satisfatoriamente como orifício desde que não existam outras restrições locais Caminho inverso A vazão em cada tubo deve ser maior que a metade para compensar a perda