Estruturas Hidráulicas de Condução: Dimensionamento e Eficiência de Canais

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 Após o dimensionamento na condição Uniforme traçase a linha dágua para verificar a existência de escoamentos Gradualmente e Bruscamente Variados Q 1 n A R h 2 3 I Q A U Dimensionamento Hidráulico de Canais Conceitos e exemplos httpswwwyoutubecomwatchvAcBdfjjiQ08 httpswwwyoutubecomwatchvSnAh7jtT0yg httpswwwyoutubecomwatchvtif6iCPbM8 Seção de Máxima Eficiência Q 1 n A A P 2 3 I 1 n A 5 3 P 2 3 I Maior Q Menor P 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 2y² y n 2²³ l¹² Qn²³ Q n l¹² yn Q n 213 l¹2 0917 yn 50x0015 00018⁰⁵ 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 1 6 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 Sobrelevação em Curvas Escoamento Subcrítico Δy U 2 B 2 grc r cmí n4 U 2 B g y b h0 Sobrelevação em Curvas Escoamento Supercrítico βarcsen F r 1 hmí nλmí nh0 hmá xλmá x h0 λF r 2 se n2 β θ 2 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 Obtémse h e B dimensões do canal Qd1 n A h Ah Ph 2 3 I Verificação da Borda Livre Aplicase Manning com Qp Q e B conhecidos Obtémse y BL h y Q p1 n A y A y P y 2 3 I Dimensionar um canal retangular em concreto n 0015 com declividade longitudinal de 00018 mm para transportar a vazão de 50 m³s Qd1 n 2h 2 2h 2 4h 2 3 I 1350 1 0015 2h 2 2h 2 4h 2 300018 Dimensionamento A Bh 2hh 2h² P B 2h 2h 2h 4h Seção de máxima eficiência B 2h Verificação da Borda Livre A By 594y P B 2y 594 2y Qp1 n 594 𝑦 594 𝑦 5942 y 2 3 I y 245 m BL h y 297 245 BL 052 m 21 y 50 1 0015 594 𝑦 594 𝑦 5942 y 2 3 00018 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 I c3282 n 2 3 D I c 26n2 3 H 3 4 H B 4 3 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 U 0452 n D 2 3 I Q adm 0305 n D 8 3 I Q adm 08 B H 5 B16 H 2 I n U Qadm 0 8 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 Bueiros Celulares U256D Q adm1533 D 5 2 Q adm1705 B H 3 2 U256H 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 Bueiros Celulares U279h Qadm2192 D 2h Qadm27 9BH h U279h 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 BDTC Bueiro Duplo Tubular em Concreto Perda de 5 na capacidade de vazão devido a 2ª linha do bueiro I c3282 n 2 3 D Q adm0305 n D 8 3 I Caminho inverso A vazão em cada tubo deve ser maior que a metade para compensar a perda 421 2192 1202 h12 Hm D2 𝑄𝑎𝑑𝑚2192𝐷 2h