Hidráulica e Hidrometria - Elementos Geométricos de Canais Livres

Hidráulica e Hidrometria Aula 9 Elementos Geométricos dos Canais P r o f e s s o r P O S S A S A n d r é L D B l u m e n a u 1 0 d e O u t u b r o d e 2 0 2 2 SOCIEDADE EDUCACIONAL LEONARDO DA VINCI SS LTDA CENTRO UNIVERSITÁRIO DANTE ENGENHARIA CIVIL SE TUDO ESTÁ SOB CONTROLE VOCÊ ESTÁ INDO MUITO DEVAGAR Mario Andretti TEMAS ANTERIORES Já estudamos nas aulas anteriores os conceitos e cálculos em condutos forçados ou seja onde a pressão interna é diferente da pressão atmosférica EXEMPLOS EMPREGO DE BOMBAS PARA CAPITAÇÃO DE ÁGUA INTRODUÇÃO CONCEITOS Agora estudaremos os conceitos e aplicações em Condutos Livres ou canais livres ou seja nos casos em que a superfície está em contato com a atmosfera CONDUTOS SOB PRESSÃO Conduto Livre P Patm Conduto forçado P Patm Conduto forçado P Patm EXEMPLOS AQUEDUTOS ROMANOS EXEMPLOS AQUEDUTOS ROMANOS EXEMPLOS AQUEDUTOS ROMANOS EXEMPLOS AQUEDUTOS ROMANOS EXEMPLOS AQUEDUTOS ROMANOS EXEMPLOS AQUEDUTOS ROMANOS EXEMPLOS TUNEIS DE TUBULAÇÕES EXEMPLOS CANAL DE TRANSPOSIÇÃO DO RIO SÃO FRANCISCO EXEMPLOS CANAL DO RIO TIETÊ SP EXEMPLOS PONTE AQUÍFERA MAGDEBURG A Ponte Aquífera de Magdeburgo ou de Madeburgo em alemão Wasserstraßenkreuz é a maior ponte aquífera de toda a Europa cruzando o rio Elba e conectando dois grandes canais da Alemanha O QUE DEVEMOS DISCUTIR SOBRE ESTE ASSUNTO ESCOAMENTO LIVRE Quais são os tipos de regime e elementos geométricos desse tipo de escoamento Como é a distribuição da velocidade em escoamento livre Haverá uma seção de máxima eficiência pensando de forma análoga ao diâmetro econômico de tubulações Naturais Os canais naturais são aqueles que ocorrem naturalmente em nosso meio como é caso dos corpos hídricos Artificiais de seção aberta ou fechada são aqueles construídos pelo homem categoria esta que inclui as redes coletoras de esgoto e canais de irrigação 1 CLASSIFICAÇÕES DE CANAIS Prismáticos têm seção reta e inclinação de fundo constante ao longo do comprimento deste Não Prismáticos Quando não atendem as condições acima citadas 1 CLASSIFICAÇÕES DE CANAIS Escoamento permanente escolhido determinado ponto do canal apesar da passagem do tempo suas características na qual a velocidade é a principal não se alteram ou seja as características do escoamento não se alteram com o passar do tempo e determinado ponto fixo Escoamento não permanente determinado um ponto específico suas características se alteram com o tempo Não há constância em sua vazão Um exemplo são as passagens de ondas de cheia por um canal 2 EM FUNÇÃO DO TEMPO Escoamento uniforme as diferentes velocidades das partículas devem ser paralelas e constantes ao longo do escoamento Nesse caso a linha dágua coincidirá com a de fundo Escoamento variado as trajetórias não são paralelas e consequentemente a linha dágua não é paralela à de fundo podendo ser a gradualmente ou b rapidamente variado 3 EM FUNÇÃO DO ESPAÇO 4 TIPOS DE ESCOAMENTO EPBV escoamento permanente bruscamente variado Fonte adaptada de Porto 2006 p 224 5 REGIME DE ESCOAMENTO Re ρvD μ ρvRh μ Rh Raio hidráulico Os valores limites da classificação para canais são os seguintes Regime laminar Re 500 Regime de transição 500 Re 2000 Regime turbulento Re 2000 5 REGIME DE ESCOAMENTO NÚMERO DE FOUDE 6 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS Altura da lamina dagua y distancia vertical da superfície livre ate o ponto mais baixo da seção Altura de escoamento h distância perpendicular superfície livre até o fundodo canal Nota Em canais de pequena declividade de fundo essas duas grandezas citadas anteriormente podem ser consideradas equivalentes 6 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS Forma Seção Área de Escoamento A Perímetro Molhado P Raio Hidráulico R Trapezoidal yb ycotg α b 2y sen α yb ycotg α sen α Triangular y² cotg α 2y sen α ycos α 2 Retangular by b 2y by b 2y Fundo Largo e Plano by b y Circular α sen α D²8 αD2 D4 1 sen αα 6 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS Área molhada A área da seção ocupada pelo líquido ao escoar Perímetro molhado P somatória de todos os comprimentos do canal em contato com água ou seja a medida da superfície livre não é contabilizada 6 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS Largura de topo B medida da largura da superfície livre do escoamento Altura hidráulica ou média Hm relação da área molhada A e a largura de topo B É a área de um retângulo imaginário de mesma área que a molhada e base de largura de topo 6 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS Raio hidráulico Rh relação da área molhada A e perímetro molhado P Declividade de fundo Io declividade longitudinal do canal 6 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS Declividade da linha dágua ou piezométrica Ia declividade da superfície livre que em geral em canais é coincidente com a linha piezométrica Declividade da linha de energia If declividade que representa a variação da energia do escoamento no sentido do fluxo 7 DISTRIBUIÇÃO DA VELOCIDADE NA SEÇÃO TRANSVERSAL A velocidade média pode ser obtida de forma prática pela média entre a velocidade a 20 e 80 da profundidade total ou ainda como a velocidade aproximada de 40 da profundidade total a partir do fundo 8 DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO ESCOAMENTO PERMANENTE E UNIFORME 9 CÁLCULO EM CANAIS SEÇÃO TRAPEZOIDAL TRIANGULAR QUADRADA 91 CÁLCULO EM CANAIS SEÇÃO CIRCULAR 10 COEFICIENTE n referente ao revestimento do conduto 10 COEFICIENTE n referente ao revestimento do conduto 11 COEFICIENTE DE FORMA K Quadro 32 Coeficiente de forma K m by Z 00 Z 050 Z 10 Z 125 Z 15 Z 175 Z 20 0 0 053 0771 0859 0935 1001 1061 02 03 064 085 0929 0998 1058 1113 04 0453 0735 0921 0993 1056 1112 1163 06 0572 0818 0986 1052 111 1163 1211 08 0672 0893 1046 1107 1162 1211 1256 1 076 0961 1103 1159 121 1257 1299 12 0838 1023 1155 1209 1257 13 1341 14 0909 1082 1205 1255 1301 1342 138 16 0974 1136 1253 13 1343 1382 1419 18 1034 1082 1298 1342 1383 1421 1455 UNIASSELVI GRADUAÇÃO E PÓS 2 1091 1236 134 1383 1422 1458 1491 22 1143 1282 1382 1422 1459 1494 1526 24 1193 1326 1421 146 1495 1528 1559 26 1241 1368 1459 1496 153 1562 1592 28 1286 1408 1495 1531 1564 1595 1623 3 1329 1446 1531 1565 1597 1626 1654 32 137 1484 1565 1598 1629 1657 1684 34 141 1519 1598 163 166 1687 1713 36 1448 1554 163 1661 169 1716 1741 38 1484 1588 1661 1691 1719 1745 1769 4 152 162 1692 1721 1748 1773 1796 42 1554 1652 1721 175 1776 18 1823 44 1587 1682 175 1777 1803 1826 1849 46 1619 1712 1778 1805 1829 1852 1874 48 1651 1741 1805 1831 1855 1878 1899 5 1681 177 1832 1858 1881 1903 1923 52 1711 1797 1858 1883 1906 1927 1947 54 174 1824 1884 1908 193 1951 1971 56 1768 1851 1909 1933 1954 1975 1994 58 1795 1876 1933 1957 1978 1998 2017 6 1822 1902 1958 198 2001 2021 2039 62 1848 1926 1981 2004 2024 2043 2061 64 1874 1951 2004 2026 2046 2065 2083 66 1899 1975 2027 2049 2068 2086 2104 68 1924 1998 205 2071 209 2108 2125 7 1948 2021 2072 2092 2111 2129 2145 72 1972 2043 2093 2114 2132 2149 2166 74 1995 2066 2115 2134 2153 217 2186 76 2018 2087 2136 2155 2173 219 2205 78 2041 2109 2156 2175 2193 2209 2225 8 2063 213 2177 2195 2213 2229 2244 82 2084 2151 2197 2215 2232 2248 2263 11 COEFICIENTE DE FORMA K Fonte Porto 2006 p 268 UNIASSIVI GRADUAÇÃO E PÓS 11 COEFICIENTE DE FORMA K SEÇÃO CIRCULAR 11 COEFICIENTE DE FORMA K SEÇÃO CIRCULAR 12 EXERCÍCIO 1 Determinada galeria de águas pluviais é constituída de concreto n 0013 tem diâmetro de 90 cm e declividade de fundo Io 00035mm Sabendo que a galeria conduz a vazão de 850 Ls em regime permanente e uniforme podese determinar a altura da lâmina dágua M n x Q Io38 0013 x 0865 0003538 05365 D M K1 K1 M D 05365 09 0596 Utilizando o Quadro 33 para K1 0596 altura relativa y D é 068 y D 068 y 068 x 09 061m UNIASSIVI GRADUAÇÃO E PÓS Obrigado pela sua atenção UNIASSIVI GRADUAÇÃO E PÓS