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Obras Hidráulicas
Obras Hidráulicas
Obras Hidráulicas
Rugosidade relativa
Pa . Na+ Pb . Nb+ Pn . Nn
¿=¿
P
n= coeficiente de rugosidade equivalente;
Pa, Pb, Pn= perímetros molhados referente ao revestimento.
Atuando nas dimensões da seção do canal e na sua forma: para evitar baixas velocidades,
causando assoreamento em canais submetidos a grandes variações de vazão.
Observações:
a) A escolha da melhor seção geométrica e de suas dimensões deve ser feita
pelos engenheiros projetistas em função da vazão a ser escoada sob uma
declividade e rugosidade do canal.
b) As soluções de dimensionamento das seções são inúmeras, ou seja, várias
dimensões das seções geométricas, oferece soluções da equação de
manning. Entretanto, condições locais podem limitar algumas das
dimensões do canal, como por exemplo, a existência de rocha a pouca
profundidade ou do lençol freático e etc;
c) Procura-se no dimensionamento obter de uma seção mínima (seção mais
econômica) que conduza a vazão necessária (vazão do projeto). De acordo
com a vazão de manning, a vazão será máxima quando:
1. Coeficiente de rugosidade for mínimo (isso representa um revestimento
mais liso e consequentemente, maior custo).
2. Maior área de escoamento, maior volume de escoamento e
consequentemente, mais custo;
3. Maior inclinação (maior velocidade de escoamento, maior potencial
erosivo);
4. Maior raio hidráulico (maior relação A/P, ou seja, menor perímetro
molhado).
Equação da resistência
Considere um trecho de um canal com escoamento uniforme:
Superfície livre de água
Segundo o movimento uniforme, o balanço de forças que agem no trecho é nulo. Desse
modo:
F 1=F 2
Assim,
Peso=. A . L
Mas, sen ∝ tan ∝(em canais, a declividade é, normalmente, muito pequena, ou seja, o
ângulo de inclinação é pequeno. A tangente do ângulo é a declividade do próprio
canal).
K= constante de proporcionalidade;
√
A
V= ❑ . .i
K P
A
=R
P
Substituindo na equação anterior, a reação entre a área e perímetro pelo raio hidráulico,
teremos:
√
V = ❑ . r . i -> equação geral da resistência
K
Chezy (1769) introduziu um fator de resistência “c” na equação geral da resistência:
1/ 2
c=( ❑ ) ; V =c √ R . i
K
Obs: esta expressão é conhecida como fórmula de Chezy para o escoamento uniforme
em condutos livres. A dificuldade do emprego desta equação está na definição do fator
de resistência “c”.
v= velocidade de (m.s^-1)
Q= vazão (m³.s^-1)
M= coeficiente de rugosidade de Manning
A= área da seção transversal ao escoamento (m³)
R= raio hidráulico (m)
i= declividade (m.m^-1)
Distribuição da velocidade nos canais
Os condutos livres podem ser abertos ou fechados, com as mais variadas formas:
circular trapezoidal, retangular, triangular, etc.
A velocidade de escoamento varia dentro de uma seção do canal (seção transversal e
longitridinal), com a resistência do fundo e da lateral, há redução da velocidade. Além
disso, existe influência da atmosfera e ventos, oferecendo resistência ao escoamento,
influenciando a velocidade.
A velocidade varia desde um valor igual, junto ou fundo, até um valor máximo logo
abaixo da superfície próxima a 15% da profundidade (fig.2).
A velocidade média pode ser estimada por meio de uma das seguintes expressões:
a) Um 80% a 90% da velocidade superficial de superficial;
b) Um velocidade a seis décimos de profundidade superficial (v 60%)
c) Vm (v20% + v80%) / 2;
d) Vm (v20%+v30%+2v60%) /4.
Folgas nos canais
Em canais abertos e fechados, deve-se prever uma folga de 20 a 30% de sua altura,
acima do nível de água máxima do projeto. Este acréscimo representa uma vargem de
segurança contra possíveis elevações do nível d’água acima do calculado, o que poderia
causar transbordamento.
Além disso, em muitas circunstâncias, esta folga poderá funcionar como uma prevenção
à diminuição da capacidade do canal, devido a sedimentação do fundo do canal.
Obs: para a obtenção da seção final do canal, procede-se da seguinte forma:
1) Após a determinação da seção hidráulica, prolonga-se verticalmente, o valor da
profundidade de 20 à 30%;
2) A partir desse ponto, traça-se uma horizontal;
3) Prolonga-se os taludes até a intercessão com a horizontal.
Escada de dissipação:
Uma vez definida a seção do canal para extravasar a vazão de projeto, deve-se avaliar as
possibilidades de dissipação de energia no local de restituição das águas ao leite do
manancial. Se o local de restituição existir rochas ou material rochoso fraturado,
verificar se o tamanho dos blocos de rocha será suficiente para a dissipação de energia
do caudal.
Caso a região seja composta por solo, deverá ser projetada uma proteção com rocha,
concreto, alvonaria ou gabião constituindo uma escada para dissipação da energia.
A escada de dissipação de energia, deve ter um comprimento e alturas de acordo com a
topografia natural do terreno, devendo, entretanto, utilizar degraus com comprimento
pelo menos duas vezes sua altura. A largura da escada deve ter a mesma dimensão do
canal extravasor, ligando o final deste até o leito do manancial e contendo uma proteção
lateral.