Apostila Canais-2020 2

27/10/2020 1 Canais IPH-01102 Prof. Eduardo Puhl Até o momento • Conduto Forçado: “Conduto que escoa a uma pressão diferente da pressão atmosférica“ Área = constante para uma dada geometria e dimensão linear. Consequência: • Elementos geométricos = constantes • 𝐴 = 𝑓(Geometria, 1 dimensão linear) • 𝑃𝑀 = 𝑓(Geometria, 1 dimensão linear) • 𝑅𝐻 = 𝑓(Geometria, 1 dimensão linear) A partir de agora • Canal ou Conduto Livre: “Conduto que escoa à superfície livre, mais especificamente à pressão atmosférica “ Área = 𝑓(ℎ) para uma dada geometria e dimensão linear. Consequência: • Elementos geométricos = constantes • 𝐴 = 𝑓(ℎ, Geometria, 1 dimensão linear) • 𝑃𝑀 = 𝑓(ℎ, Geometria, 1 dimensão linear) • 𝑅𝐻 = 𝑓(ℎ, Geometria, 1 dimensão linear) Finalmente, mais um grau de liberdade! E, ainda, a rugosidade do canal a ser caracterizada Definição de Canal Independe da forma do canal, mas sim da presença da superfície livre: • Seção regular • Seção irregular • Seção fechada Diagrama representando a pressão atmosférica Linha d'água Pressão atmosférica Elementos Geométricos • Profundidade (ℎ) • Largura Superficial (𝐵) • Área Molhada (𝐴) • Perímetro Molhado (𝑃𝑀) • Raio Hidráulico (𝑅𝐻) • Profundidade Média (ℎ𝑚) Classificação de Canais • Quanto à Geometria: – Seção Irregular: – Seção Regular: h 1 m b D h B Canal retangular Canal trapezoidal Canal com seção composta Canal triangular Canal circular 27/10/2020 2 Formas da seção transversal Retangular Triangular Trapezoidal Circular Semi-Circular Qualquer (parabólica) Ferradura (Arroio Tamandaré) Classificação de Canais • Quanto à Natureza: – Natural: Sem intervenção humana – Artificial: Construído pelo homem Tanto os canais naturais como os artificiais estão sujeitos as mesmas leis (resistência, energia, formação do leito, etc...) Classificação só conceitual, sem importância para projeto Canais naturais Arroio Pinto, São Miguel do Iguaçú - Paraná Arroio canalizado Arroios Rios Rio Tocantins Imagem SPOT 15/07/1986 Rios Negro e Amazonas Rio Amazonas Assoreamento de reservatórios Erosão localizada Erosão urbana Depósito entrada afluente Onda de cheia x sedimentos Erosão e Deposição Galeria de drenagem urbana – São Paulo (Q=18,2 m³/s) Canal principal de bombeamento do projeto Jaíba: extensão: 7 km, área irrigada: 28 mil hectares, local: região norte de Minas Gerais. Eclusa Amarópolis – Rio Jacuí Arroio Dilúvio - Ipiranga Canais Artificiais Classificação de Canais • Quanto à Natureza das paredes: – Fundo móvel Deformável Conduz Água+Sedimentos Propriedades se alteram – Fundo fixo Indeformável Características da seção se mantém constante Conduz água limpa 27/10/2020 3 Classificação de Canais • Quanto ao tipo de Revestimento: Faz-se uso de diversos materiais: – Superfície lisa de aço – Metal corrugado – Concreto liso – Bueiro de concreto (com junta) – Tijolo – Escavação em terra, limpa – Leito natural de riacho, limpo, reto – Leito em rocha lisa – Canais sem conservação Quantificado por um coeficiente de resistência Semelhante ao fator 𝑓 Paredes dos canais Talude e fundo revestidos Talude revestido e fundo móvel Talude vegetalizado e fundo não- revestido Taludes e fundo não-revestidos Taludes (margens) e fundo Classificação de Escoamentos • Segundo o Número de Reynolds (Turbulência) 𝑅𝑒 = 𝐹𝑖𝑛é𝑟𝑐𝑖𝑎 𝐹𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑎𝑠 = 𝑉𝐿∗ 𝜐 , 𝑛𝑜 𝑐𝑎𝑠𝑜, 𝐿∗ = ℎ𝑚é𝑑𝑖𝑎 – Regime Laminar (𝑅𝑒 < 500) Pouco presente em escoamento em canais – Regime Turbulento (𝑅𝑒 > 2000) Quase sempre existente, mas algumas vezes não percebido Classificação de Escoamentos • Segundo o Número de Froude (Inércia/Gravidade) 𝐹𝑟 = 𝐹𝑖𝑛é𝑟𝑐𝑖𝑎 𝐹𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 𝑉 𝑔ℎ𝑚 – Esc. Lento/Fluvial/Subcrítico (𝐹𝑟 < 1) – Esc. Crítico (𝐹𝑟 = 1) – Esc. Rápido/Torrencial/Supercrítico (𝐹𝑟 > 1) Seção longitudinal a = (g.h)1/2 h V Classificação de Escoamentos • Segundo a Permanência no Tempo – Movimento Permanente – Movimento Não-permanente (fora do escopo) Classificação de Escoamentos • Segundo a Permanência no Tempo – Movimento Permanente – Movimento Não-permanente (fora do escopo) • Segundo a Permanência no Espaço – Movimento Uniforme – Movimento Variado 27/10/2020 4 Classificação de Escoamentos Veremos: • Movimento Permanente Uniforme (mais simples) • Movimento Permanente Variado – Mov. Bruscamente Variado (Ressalto Hidráulico) – Mov. Gradualmente Variado (Curvas de Remanso) Consideração sobre a Declividade Até um limite é possível considerar as dimensões verticais iguais às dimensões perpendiculares ao fundo do canal: • Canal de pequena declividade (𝜃 < 3,5°) • Canal de grande declividade (𝜃 > 5°) Consequência h1 z1 V1 2 2g Linha de energia A A<<B I0 J ou IE L x h2 z2 V2 2 2g Erro pequeno na utilização (ℎ, 𝑥) em substituição a (𝑧, 𝐿) Exemplo: 𝑧1 = ℎ1. cos 3,5° = 0,998. ℎ1 𝑑𝑥 = 0,998. 𝑑𝐿 Erro <2‰ Elementos Geométricos •Quanto a geometria : Classificação de canais.