Lista Hidráulica Condutos Livres

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HIDRÁULICA DE CONDUTOS LIVRES - EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO 
PROFESSORAS MELISSA GRACIOSA E CAMILA ARANTES 
EXERCÍCIO 1 – O cadastro anexo apresenta o perfil e seções do Rio Tamanduateí, na Av. dos 
Estados, no trecho em frente à Universidade Federal do ABC – UFABC, Campus Santo André. 
Nesse trecho, a vazão de projeto, que o rio deveria suportar, para comportar a cheia de TR 25 
anos, é de 290 m³/s. Em uma aproximação preliminar, assumindo a hipótese de escoamento em 
regime permanente e uniforme, avalie se o trecho em questão tem capacidade hidráulica para 
veicular tal vazão de projeto, elaborando, para tanto, as seguintes etapas: 
a) Selecione a seção mais restritiva ao escoamento (de menor área). Indique a seção 
escolhida (nome da seção). A verificação hidráulica de tal seção servirá como referência 
para o diagnóstico do trecho. (R: TA – 36) 
b) Desenhe o croqui da seção de área aproximadamente equivalente à seção escolhida, 
indicando suas dimensões. (as seções tem geometria irregular, sendo necessário fazer uma 
aproximação para geometria prismática, de área e perímetro aproximadamente equivalentes 
ao da seção original, de modo a facilitar o cálculo dos elementos geométricos da seção). 
c) Calcule os parâmetros geométricos da seção: área molhada, perímetro molhado, raio 
hidráulico. Considerar uma borda livre de 10% da altura da seção. (R: Am = 56,9 m², Pm = 
20,92 m e RH = 2,72 m) 
d) Calcule a declividade média do trecho, considerando as cotas de fundo das seções 
montante e jusante do trecho. Essa será a declividade utilizada para a verificação hidráulica. 
Atente que as distâncias no cadastro estão indicadas em estacas e o espaçamento entre as 
estacas é de 20 metros. (R: 0,0020 m/m) 
e) Calcule a capacidade hidráulica da seção. Adotar coeficiente de rugosidade de 0,021 
(concreto em mau estado de conservação, com vegetação aparente). Demonstre 
comparativamente a capacidade hidráulica e a vazão de projeto e responda: o trecho em 
questão comporta a cheia prevista? Se não, qual o déficit? (R: Não comporta; déficit de 53,8 
m³/s) 
f) Faça a verificação da velocidade: qual a velocidade de escoamento no trecho? Está 
adequada para o canal de concreto? Justifique sua resposta. Se não estiver adequada, 
como poderia ser feita a adequação? (R: velocidade adequada) 
 
EXERCÍCIO 2 – Dimensione um canal trapezoidal com taludes 1V:2H, declividade de fundo I0 = 
0,0010 m/m, revestimento em gabião revestido de grama, para transportar a vazão de 24 m³/s. 
Adotar a razão b/y = 4. Calcule a velocidade média de escoamento e verifique se está adequada. 
(R: b = 6,71 m, y = 1,68 m, B = 13,43 m, Am = 16,82 m², Pm = 14,22 m, RH = 1,19 m, V = 1,42 m/s) 
 
EXERCÍCIO 3 – Uma galeria de águas pluviais de 1,0 m de diâmetro, coeficiente de rugosidade 
de Manning igual a 0,013 e declividade de fundo I0 = 2,5 . 10
-3 m/m transporta, em condições de 
regime permanente e uniforme, a vazão de 1,0 m³/s. Pede-se determinar: 
a) A altura d’água e velocidade média; (R: y = 0,70 m, V = 1,70 m/s) 
b) A capacidade hidráulica da galeria, a seção plena. (R: Q = 1,20 m³/s) 
 
 
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EXERCÍCIO 4 – Um trecho de coletor de esgotos de uma cidade cuja rede está sendo 
remanejada tem 100 m de comprimento e desnível de 0,80 m. Verifique se o diâmetro atual, de 
200 mm, permite o escoamento de uma vazão de 35,0 l/s. Em caso contrário, qual deve ser o 
novo diâmetro desse trecho. Determine a lâmina d’água correspondente e a velocidade média. 
Material das tubulações: manilha cerâmica, com coeficiente de rugosidade de 0,013. Adotar 
lâmina d’água máxima admissível de 0,75D. (R: V = 1,14 m/s) 
 
EXERCÍCIO 5 - Um canal trapezoidal, em reboco de cimento não completamente liso (n = 0,013), 
com inclinação dos taludes 1V:2H, está sendo projetado para transportar uma vazão de 27 m³/s a 
uma velocidade média de 1,20 m/s. Determine a profundidade do canal em regime uniforme e a 
declividade de fundo sabendo que a largura de fundo do canal é de 1,1 m. (R: y = 2,4 m; Io = 
0,0002 m/m) 
 
EXERCÍCIO 6 - Um canal de drenagem, em terra com vegetação rasteira nos taludes e fundo (n = 
0,025), com taludes 1V:2,5H, declividade de fundo de ; Io = 30 cm/km, foi dimensionado para uma 
determinada vazão de projeto Qo, tendo-se chegado a uma seção com largura de fundo b = 1,75 
m e altura de água yo = 1,40m. 
a) Qual a vazão de projeto? (R: Q = 4,35 m³/s) 
b) Se o projeto deve ser refeito para uma vazão Q1 = 6,0 m³/s e a seção é retangular, em 
concreto (n = 0,014), qual será a altura de água para uma largura de fundo igual ao dobro da 
anterior? (R: y = 1,57 m) 
 
EXERCÍCIO 7 - Uma galeria de águas pluviais em concreto (n = 0,013), com diâmetro iguala a 1,0 
m esta assentada com declividade de fundo I0 = 0,001 m/m. Para uma vazão iguala a 400 L/s 
determine a lâmina de água e a velocidade média. Admita escoamento permanente e uniforme. 
(R: y = 0,515 m; V = 0,98 m/s) 
 
EXERCÍCIO 8 - Determine a vazão e a altura de água em um canal trapezoidal com largura de 
fundo de b = 2,0 m, coeficiente de rugosidade n = 0,030, taludes 1V:3H, declividade longitudinal 
fundo I0 = 0,05% e velocidade média 0,8 m/s. (R: Q = 13,2 m³/s; y = 2,03 m) 
 
EXERCÍCIO 9 - Pretende-se construir uma galeria em tubos de concreto para veicular uma vazão 
de 0,5 m³/s com uma declividade iguala a 0,002 m/m. Admitindo um coeficiente de Manning igual 
a 0,013 e lâmina d’água y/D aproximadamente igual a 60%, determine o diâmetro comercial para 
essa galeria. Sabendo que haverá um crescimento na vazão de cerca de 20% e que, devido ao 
envelhecimento do concreto, o coeficiente de Manning passará a 0,016, calcule a lâmina máxima 
esperada. Considere que diâmetros comerciais variam entre 400 e 1500 mm, com ∆D = 100 mm. 
(R: D = 900 mm; ymax = 0,675m) 
 
EXERCÍCIO 10 – Em um canal retangular de largura 6,0 m, revestimento em concreto (coeficiente 
de rugosidade = 0,018), escoa, em regime uniforme, a vazão de 74 m3/s. Dada a declividade de 
fundo igual a 0,004 m/m, determinar: (a) o tipo de escoamento (subcrítico ou supercrítico); (b) a 
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energia específica; (c) a altura crítica, (d) a velocidade crítica e (e) a energia específica crítica. (R: 
(a) escoamento subcrítico ou fluvial, (b) E = 3,78 m, (c) Vc = 4,95 m/s, (d) Ec = 3,74 m) 
 
EXERCÍCIO 11 – Uma galeria de águas pluviais de 1,0 m de diâmetro, n = 0,013, declividade de 
fundo I0 = 0,007 m/m, transporta, em regime permanente e uniforme, a vazão de 0,85 m³/s. Pede-
se determinar: 
a) a altura d’água; 
b) o tipo de escoamento, fluvial ou torrencial; 
c) a declividade de fundo para que, com a mesma vazão, o escoamento uniforme seja crítico. 
 
EXERCÍCIO 12 – Um ressalto hidráulico ocorre em um canal retangular, a jusante de um vertedor. 
A largura do canal é igual a 20 m e a vazão é de 68 m3/s. Sabendo-se que a profundidade inicial 
do ressalto é de 0,80 m, calcular: (a) a altura do escoamento no regime fluvial; (b) o comprimento 
do ressalto e (c) a energia dissipada. 
 
EXERCÍCIO 13 – Um ressalto hidráulico tem, no regime torrencial, altura d’água igual a 0,60m. 
Sabendo-se que o canal é retangular com base igual a 4,0m e que a vazão transportada é Q = 20 
m3/s, determinar: (a) O tipo de ressalto; (b) a altura conjugada y2; (c) o comprimento do ressalto e 
(d) a energia dissipada no ressalto. 
 
EXERCÍCIO 14 - Por um canal retangular de 3 metros de largura passa uma vazão de 1,5m3/s de 
água. Determine a profundidade crítica, a velocidade crítica e a energia específica mínima 
possível para este fluxo. (R: Yc =0,294 m, Vc = 1,69 m/s, Emin = Ec = 0,439 m) 
 
EXERCÍCIO 15 – Calcular o tempo de esvaziamento de um reservatório retangular, de área 
superficial 8,0 x 10,0 = 80,0 m² (seção constante ao longo de toda a profundidade), quando este 
estiver no seu NAmáx = 10,0 m de altura, quando o esgotamento se dá através de um orifício de 
fundo de diâmetro 150 mm. 
 
EXERCÍCIO 16 – Um canal retangular de base 20 cm, instalado em um sistema de irrigação, 
transporta a vazão de 15 l/s. Deve-se instalar um vertedor para a medição da vazão, escolhendo, 
entre o vertedor retangular e o triangular, aquele que proporcionar o menor erro de leitura. Pede-
se calcular: (a) a altura mínima do vertedor retangular de parede delgada, sem contração lateral, 
para veicular a vazão máxima prevista; (b) a altura mínima do vertedor triangular, de parede 
delgada, para veicular a vazão máxima prevista e (c) a diferença no valor da vazão que 
corresponde a um erro de leitura de 1 mm, nos dois casos. Com base no critério de menor erro, 
qual deveria ser o vertedor escolhido? 
 
EXERCÍCIO 17 – O decantador de uma estação de tratamento apresenta dimensões em planta de 
6m x 25m, altura máxima da lâmina d’água igual a 4 metros e tem um orifício no fundo para 
esvaziamento em caso de limpeza e manutenção. Considerando que a NBR 12.216/92 
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recomenda que o decantador deve ser esvaziado no tempo máximo de 6 horas, determine o 
diâmetro mínimo deste orifício. Admita coeficiente de descarga igual a 0,61. (R: Dmin = 0,114m) 
 
EXERCÍCIO 18 – Um vertedor triangular com ângulo de 90° descarrega água com uma carga de 
0,15 m em um tanque, que possui no fundo três orifícios circulares de parede delgada, com 40 
mm de diâmetro. Na condição de equilíbrio, determine a vazão e a profundidade da água no 
tanque. (R: Q=0,0123 m³/s e y = 1,25 m) 
 
EXERCÍCIO 19 – Uma bacia de detenção, com área em planta igual a 11800 m², possui como 
descarregadores um orifício retangular de 1,0m x 0,5 m no fundo e um vertedor retangular com 2 
metros de soleira, conforme representado abaixo. Sabendo que a carga máxima na soleira é igual 
a 1,6m, determine: 
a) A vazão máxima quando o vertedor não estiver operando (R: Q=3,0 m³/s); 
b) A vazão máxima quando o orifício e o vertedor estiverem operando e a altura da lâmina 
d’água for igual a 6,25 m (R: Q=12,2 m³/s); 
c) O tempo necessário para esvaziar o reservatório a partir do momento que a altura da lâmina 
d’água for igual a 4,65m (R: t =10 horas). 
 
Considerar orifício de pequena dimensão e descarga livre. Para o vertedor utilize a equação: Q = 
2,15.L.h1,5.