Conceitos de Condutos Livres e Canais

Hidráulica Condutos livres Canais Profª Maiara Foiato Email maiarafoiatounoescedubr Condutos livres ou canais estão sujeitos à pressão atmosférica pelo menos em um ponto da sua seção de escoamento Canais normalmente apresentam uma superfície livre Condutos livres de seção aberta Ex rios canais calhas e drenos Condutos livres de seção fechada Tubos quando funcionam parcialmente cheios Ex galerias pluviais e bueiros Objetivo dos revestimentos Reduzir perdas por infiltração Evitar o crescimento da vegetação Evitar o desmoronamento das paredes do canal Materiais para revestimentos Concreto Manta de borracha Alvenaria de tijolos ou pedras Materiais préfabricados concreto ou poliméricos Elementos Geométricos de um Canal Seção transversal S toda a área de escavação para construção do canal linha verde na figura Área molhada A área ocupada pela água durante o escoamento e pode variar de acordo com a vazão do canal Elementos Geométricos de um Canal Perímetro molhado P é a linha que limita a seção molhada junto às paredes e ao fundo do canal Quanto maior o perímetro molhado de um canal maior será a superfície de contato entre a água que escoa e as paredes O atrito ocasionado por este contato contribui para reduzir a velocidade média do escoamento Elementos Geométricos de um Canal Raio hidráulico é a relação entre área molhada A e o perímetro molhado P de um canal 10 2 10 2 Elementos Geométricos de um Canal Declividade do canal I0 define a inclinação do fundo do canal em relação ao plano horizontal Inclinação do canal pequena I0 Y X Canais são construídos com certa declividade suficiente para superar as perdas de carga e manter uma velocidade de escoamento constante Elementos Geométricos de um Canal Declividade do canal I0 Para canais de navegação a declividade indicada é de até 000025 mm já para canais industriais os valores usuais variam entre 00004 a 00005 mm Para aquedutos de água potável a declividade recomendada é de 00015 a 0001 mm Elementos Geométricos de um Canal Inclinação das paredes laterais talude Distribuição de Velocidade Junto às margens e ao fundo do canal o atrito da água contra essas superfícies sólidas reduz a velocidade Na superfície livre a resistência oferecida pela atmosfera e pelos ventos também influencia na velocidade A velocidade máxima será na vertical central em um ponto pouco abaixo da superfície Seção longitudinal Seção transversal Distribuição de Velocidade Velocidade média a velocidade adotada nos cálculos será um valor médio já que na seção molhada a velocidade varia com a posição e com a profundidade considerada V máx V méd Forma dos Canais Seção trapezoidal utilizada para canais escavados em terra com ou sem revestimento OU Forma dos Canais Seção retangular utilizada para canais com revestimento Forma dos Canais Seção circular tubos de concreto para galerias de águas pluviais e esgoto sanitário Equações apenas para seção em meia altura de água Forma dos Canais B D sen θ 2 θ 2 arccos 1 2h D θ deve ser calculado em radianos h D 1 cos θ 2 2 Rh D 1sen θθ 4 Tipos de movimento Para movimento permanente o líquido que entra e que sai é constante Se ao longo do tempo a velocidade não se alterar em determinado ponto de um líquido em movimento o escoamento é permanente No entanto esta característica pode variar de uma seção para outra ao longo do canal se elas não variarem de seção para seção o movimento será uniforme caso contrário o movimento será variado Considere um canal longo de forma geométrica única rugosidade homogênea e pequena declividade com certa velocidade e profundidade Ao aumentar a declividade a velocidade aumenta a profundidade reduz para manter o balanço do sistema regime permanente variado Fórmula de Chézy onde C 8𝑔 𝑓 Em 1775 Chézy propôs uma expressão da seguinte forma v C RhI Fórmula de Chézy com coeficiente de Manning A fórmula de Chésy com coeficiente de Manning C 6 RH n é a mais utilizada por ter sido experimentada desde canais de dimensões minúsculas até os grandes canais com resultados coerentes entre o projeto e a obra construída Fórmula de Manning onde V é a velocidade média do escoamento ms Rh é o raio hidráulico do canal m I0 é a declividade do fundo do canal mm n é um coeficiente dado em função da rugosidade das paredes e do fundo do canal sm13 Fonte Costa Lança 2001 Onde Q é a vazão escoada no canal m³s V é a velocidade média do escoamento ms A é a área molhada na seção transversal m² Equação da continuidade Casos práticos 1 Verificação do funcionamento hidráulico Conhecendo n I0 A e Rh calcular Q resolução direta Ex Qual a capacidade de vazão de um canal de determinada forma declividade e rugosidade sabendo qual é a profundidade 2 Dimensionamento hidráulico Conhecendo Q n e I0 calcular A e Rh por tentativas Ex Quais as dimensões que deve ter o canal de determinada forma rugosidade e declividade para conduzir uma determinada vazão Ex Qual a altura dágua dentro de uma galeria de drenagem urbana