Hidráulica do Escoamento Livre em Canais - Universidade Federal de Pelotas

HIDRÁULICA DO ESCOAMENTO LIVRE CANAIS UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE ENGENHARIAS DISCIPLINA DE HIDRÁULICA APLICADA Novembro2021 Profa Claudia Fernanda Almeida TeixeiraGandra 1 Princípios Básicos pa O escoamento é dito livre quando o contorno da veia líquida está no seu todo ou em parte em contato com a atmosfera pa Patm Patm Canal é um conduto alongado no qual a água escoa tendo a superfície livre em contato com a atmosfera Canal aberto rio drenos canais de irrigação e drenagem Canal fechado o ar circula livremente bueiros drenos subterrâneos galerias pluviais 2 Tipos de escoamento em condutos livres Quanto à variação temporal do escoamento permanente nãopermanente ou variável Quanto à variação espacial do escoamento uniforme não uniforme 0 t v 0 s v 0 t v 0 s v Canal Prismático 3 Características Geométricas e Hidráulicas yb b y B Z 1 b y Z 1 B y y D y b 2 y b by 2 b y Zy y b 2 1 2 Z y b 2 1 2 Z y 2 1 2 Z y b Zy y b Zy b 2 Zy b Zy y b 2 Zy2 2 2 1 Z Zy 2Zy y 50 2 8 1 sen D B 2 D 4 1 D sen D sen 2 2 y y D D sen sen 2 8 1 A P Rh B ym A área da seção transversal m2 P perímetro molhado m Rh raio hidráulico m B largura superficial m Ym profundidade hidráulica m Escoamento Permanente e Uniforme Dimensionamento de Canais Exemplo 1 Calcular o raio hidráulico e a profundidade hidráulica do canal trapezoidal da figura abaixo sabendose que a profundidade do fluxo é de 2 m 4 m 4 1 2 m 4 Distribuição das velocidades nos canais Duas seções a Seção transversal Distribuição das velocidades nos canais Determinação da velocidade Flutuadores a Simples ou de superfície V superficial b Duplos ou subsuperficiais V média c Bastões flutuantes L 095 H Relações para a velocidade média a A velocidade média numa vertical geralmente equivale de 80 a 90 da velocidade superficial b A velocidade a 60 da altura de profundidade é geralmente a que mais se aproxima da velocidade média c d 0 60 méd V V 2 V V V 0 80 20 0 méd 3 V V V V 0 60 0 80 20 0 méd 5 Declividade dos canais A velocidade da água num canal é função da declividade do canal V 5 Declividade dos taludes do canal Z Z 1 É determinada em função da estabilidade do material com o qual será construído o canal tabelas Natureza das paredes 1Z tg Canais em terra em geral sem revestimento 125 a 15 21º48 a 11º19 Saibro terra porosa 12 26º34 Cascalho roliço 1175 29º46 Terra compacta sem revestimento 115 33º41 Terra muito compacta paredes rochosas 1125 38º40 Rochas estratificadas alvenaria de pedra bruta 105 63º20 Rochas compactas alvenaria acabada concreto 10 90º Azevedo Netto e Alvarez 1982 Taludes usuais para canais 6 Borda livre BL É a distância vertical entre o nível máximo da água e sua borda superfície do canal Vazão do canal m3 s1 Borda livre m Até 039 020 040 069 035 070 099 045 100 299 055 Z 1 BL 7 Movimento de água em condutos livres Em 1775 Chézy propôs a expressão I R C V H V velocidade m s1 C coeficiente de rugosidade adim RH raio hidráulico m I declividade do fundo do canal m m1 Fórmula de Chézy n I R V 12 3 2 H Fórmula de Manning A V Q n I A R Q 12 3 2 H n coeficiente de rugosidade adim Natureza das paredes n Alvenaria de pedras brutas 0020 Alvenaria de pedras retangulares 0017 Alvenaria de tijolos sem revestimento 0015 Alvenaria de tijolo revestida 0012 Canais de concreto acabamento ordinário 0014 Canais de concreto com revestimento liso 0012 Canais com revestimento muito liso 0010 Canais de terra em boas condições 0025 Canais de terra com plantas aquáticas 0035 Canais irregulares e mal conservados 0040 Condutos de madeira aparelhada 0011 Manilhas cerâmicas 0013 Tubos de aço soldado 0011 Tubos de concreto 0013 Tubos de ferro fundido 0012 Tubos de cimentoamianto 0011 Azevedo Netto e Alvarez 1982 Valores do coeficiente n Velocidades recomendadas para condutos livres Exemplo 2 Considerando os dados do Exemplo 1 canal em terra com boas condições e declividade do fundo do canal de 1 determine a vazão escoada 4 m 4 1 2 m