AULA 06

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HIDRÁULICA
AULA 6
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Robinson Ploszai
CONVERSA INICIAL
Nesta etapa, é apresentado o dimensionamento de orifícios, bocais e bueiros. É observada a importância
destes estudos separadamente, pois caso sejam dimensionados conforme canais ou condutos forçados apenas,
conduzem a erros grosseiros que facilmente levam essas obras hidráulicas à ruína. O dimensionamento destes
adendos hidráulicos foi dividido ao longo dos seguintes tópicos:
1. Orifícios;
2. Características e fenômenos;
3. Bocais;
4. Características;
5. Bueiros.
TEMA 1 – ORIFÍCIOS
Os orifícios são perfurações (aberturas) que ocorrem nas paredes ou fundo dos canais, tanques, tubulações,
reservatórios, estando a níveis inferiores à lâmina do fluido. Os orifícios são aplicados para esvaziar recipientes,
bem como realizar o controle e medição de vazões. Existem orifícios em formatos variados, porém geralmente
são encontrados nas seções retangulares, circulares ou triangulares. Os orifícios podem ser grandes [ ]
ou pequenos [ ], sendo [ ] o diâmetro ou medida vertical do orifício e [ ] a profundidade.
Existem também os orifícios de parede espessa (ver Figura 2) e delgada (com ou sem bisel). Os primeiros
apresentam uma pequena tubulação para a passagem do fluido, enquanto nos segundos ocorre um toque do
fluido na abertura (perfuração). Os orifícios produzem um jato parabólico conhecido como veia líquida, e a
velocidade do fluido é desprezada quando a área do orifício [ ] é consideravelmente menor que a área
superficial [ ] do reservatório ou tanque, i.e. [ ]. A Figura 1 apresenta os tipos de parede nos
orifícios. Partindo da esquerda para a direita, os dois primeiros [a e b] são de parede delgada e o último [c] é de
parede espessa.
Figura 1 – Tipos de parede nos orifícios
Fonte: Netto et al., 2000, p. 64.
Figura 2 – Orifícios em parede espessa de concreto
Créditos: Another77/Shutterstock.
1.1 PEQUENOS ORIFÍCIOS
Os pequenos orifícios (ver Figura 3 e Figura 4) apresentam área menor que 0,1 vezes a área superficial da
lâmina de água no recipiente. Este recipiente é um reservatório, sendo considerados pressão atmosférica e
velocidade nula na superfície para o dimensionamento e aplicação da equação de Bernoulli. A aplicação da
equação de Bernoulli permite a obtenção de variáveis referentes aos orifícios.
Figura 3 – Representação do fluxo em orifícios
Fonte: Netto et al., 2000, p. 64.
Tabela 1 – Coeficientes de contração em orifícios de paredes delgadas
Orifícios circulares em paredes delgadas. Coeficientes de contração Cc
Carga h, m
Diâmetro do orifício, cm
2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,50
2,00
3,00
5,00
10,00
0,685
0,681
0,676
0,673
0,670
0,666
0,665
0,663
0,663
0,662
0,656
0,646
0,644
0,641
0,639
0,637
0,636
0,634
0,634
0,633
0,626
0,625
0,623
0,622
0,621
0,620
0,620
0,620
0,619
0,617
0,621
0,619
0,618
0,617
0,617
0,617
0,617
0,616
0,616
0,615
0,617
0,616
0,615
0,615
0,615
0,615
0,615
0,615
0,614
0,614
Fonte: Netto et al., 2000, p. 65.
Os fluidos sofrem uma contração após a passagem pelos orifícios. Essa relação pode ser obtida por meio do
coeficiente de contração [ ], representado pela Equação (1).
(1)
Figura 4 – Pequenos orifícios
Créditos: Another77/Shutterstock.
 é a área do orifício (m²) e  é a área superficial da lâmina do fluido (m²). É costumeira a adoção de 0,62
como coeficiente de contração, porém este também pode ser obtido consultando a Tabela 1. Os fluidos
apresentam certa convergência na chegada dos orifícios e apresentam as linhas de corrente paralelas quando
saem dos orifícios. Nos cálculos, em orifícios pequenos é considerada a velocidade igual em todos os pontos do
fluxo. Aplicando Bernoulli entre um reservatório e um orifício e realizando manipulações algébricas, resulta na
Equação (2), conhecida como equação de Torricelli aplicada a fluidos ideais.
(2)
em que  é a aceleração da gravidade (m/s²),  é a profundidade (m) e  é a velocidade dita teórica porque
desconsidera as perdas (m/s). No entanto, a velocidade real é influenciada pela viscosidade do fluido, sendo
ligeiramente menor e determinada multiplicando a Equação (2) pelo coeficiente de velocidade []. A Equação (3)
apresenta a determinação do coeficiente de velocidade.
(3)
em que  é a velocidade real (m/s) e  é a velocidade teórica (m/s). Este coeficiente é considerado como 0,985
para a água. Além desses coeficientes determinados anteriormente, há o coeficiente de descarga [] que é obtido
pela Equação (4).
(4)
Tabela 2 – Coeficientes de descarga em função do diâmetro e da profundidade
Orifícios circulares em paredes delgadas. Coeficiente de descarga Cd
Carga h, m
Diâmetro do orifício, cm
2,00 3,00 4,0 5,0 6,0
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,50
2,00
3,00
5,00
10,00
0,653
0,651
0,648
0,645
0,642
0,638
0,636
0,634
0,634
0,634
0,632
0,625
0,625
0,623
0,622
0,622
0,622
0,621
0,621
0,621
0,609
0,610
0,610
0,610
0,610
0,610
0,610
0,611
0,611
0,611
0,607
0,607
0,607
0,607
0,607
0,607
0,607
0,607
0,607
0,607
0,607
0,607
0,608
0,608
0,608
0,608
0,608
0,608
0,608
0,609
Fonte: Netto et al., 2000, p. 67.
Após a aplicação de coeficientes de correção nas velocidades e manipulações algébricas, resulta na
Equação (5) especial para orifícios pequenos.
(5)
em que  é o coeficiente de descarga (adimensional),  é a área do orifício (m²),  é a profundidade até o
eixo do orifício (m) e  é a aceleração da gravidade (m/s²). O coeficiente de descarga geralmente é adotado como
0,61 e pode ser obtido em função do diâmetro do orifício, conforme consta na Tabela 2. As comportas e adufas
também são encaradas como orifícios. As comportas apresentam variação no coeficiente de contração entre
0,61 a 0,70, enquanto que as adufas apresentam valores pouco superiores a 0,70.
1.2 ORIFÍCIOS AFOGADOS
Os orifícios afogados (ver Figura 5) ocorrem quando estão abaixo de duas lâminas de água, no caso de
ambos os reservatórios cheios. O dimensionamento dos orifícios afogados consiste em uma alteração na
profundidade na Equação (5), sendo representada pela Equação (6), em que [] é o nível a montante (m) e [] é o
nível a jusante (m). Além disso, são adotados coeficientes de descarga pouco menores que 0,61.
(6)
Figura 5 – Orifício afogado
Fonte: Netto et al., 2000, p. 68.
1.3 GRANDES ORIFÍCIOS
Os grandes orifícios (ver Figura 6) são determinados de outra maneira, uma vez que apresentam
profundidade (carga) e velocidade variáveis. Os grandes orifícios são determinados considerando um trecho
infinitesimal []. Após manipulações algébricas e integrações, a equação dos grandes orifícios é representada pela
Equação (7).
Figura 6 – Grande orifício
Créditos: Maksim Safaniuk/Shutterstock.
(7)
em que  é o coeficiente de descarga (adimensional),  é o nível a montante (m),  é a área do orifício (m²),  é
o nível a jusante (m),  é a vazão (m³/s) e  é a aceleração da gravidade (m/s²).
TEMA 2 – CARACTERÍSTICAS E FENÔMENOS
Os orifícios são dimensionados de acordo com as principais características do escoamento. Além disso,
existem outras situações, fenômenos e características que são inerentes ao estudo dos orifícios, como a
contração incompleta, vórtices, perdas de carga e níveis variáveis.
2.1 CONTRAÇÃO INCOMPLETA
A contração da veia incompleta pode ocorrer em virtude da localização dos orifícios nos reservatórios,
sendo necessário posicionar corretamente os orifícios para contornar essa situação. Essa contração pode ser
alterada, suprimida ou afetada dependendo da localização no reservatório e consequentemente. Esta pode
mudar o módulo do escoamento. Sendo assim, é importante corrigir o coeficiente de descarga no
dimensionamento. A Equação (8) representa tal correção para orifícios de seção retangular, já a Equação (9)
representa para orifícios de seção circular.
(8)
(9)
em que,  é o coeficiente de descarga corrigido (adimensional),  é o coeficiente dedescarga (adimensional) e
 é uma relação de perímetros (adimensional). A relação de perímetros é avaliada pelos casos apresentados na
Figura 7 e pelas Equações (10), (11) e (12), em que [] é altura (m) e [] é o comprimento dos orifícios (m).
Figura 7 – Posição do orifício
Fonte: Netto et al., 2000, p. 65.
(10)
(11)
(12)
As Equações (10), (11) e (12) apresentam a relação de perímetros para orifícios retangulares. Porém, nos
orifícios circulares é adotado: (1) parede lateral ou fundo [], (2) parede lateral e fundo [] e (3) duas paredes
laterais e fundo [].
2.2 VÓRTICES
Os vórtices (ver Figura 8) são formados na passagem de um fluido pelo orifício ao fundo de um reservatório
ou tanque. Isso ocorre quando [], sendo [ ] o diâmetro e [ ] a carga ou profundidade. O sentido do vórtice é
diferenciado dependendo do hemisfério em que o orifício foi instalado. É recomendado que sejam evitados os
vórtices para que não ocorra a formação de bolhas de ar nas tubulações, que podem reduzir a vazão.
Figura 8 – Vórtice na água
Crédito: Supachai Paiboolbanpot/Shutterstock.
2.3 PERDAS DE CARGA
As perdas de carga nos orifícios, comportas e adufas são obtidas pela Equação (13).
(13)
em que  é a perda de carga contínua (m),   é a velocidade na saída do orifício (m/s),   é a aceleração da
gravidade (m/s²) e  é o coeficiente redutor da velocidade (adimensional). As perdas de carga nas comportas são
geralmente obtidas utilizando um coeficiente []. A Figura 9 apresenta uma representação de comportas e
adufas.
Figura 9 – Comporta e adufa
Fonte: Netto et al., 2000, p. 71.
2.4 NÍVEL VARIÁVEL
O nível do reservatório ou tanque pode ser variável quando se deseja esvaziar o recipiente. Nessa situação,
a profundidade (carga) e a vazão também são variáveis de acordo com o tempo para o esvaziamento. É possível
determinar o tempo para o completo esvaziamento de certo reservatório, sendo determinado pela Equação (14).
(14)
em que   é o tempo (s),   é a área superficial do recipiente (m²),   é o coeficiente de descarga
(adimensional),   é a profundidade ou carga (m),   é a área do orifício (m²) e   é a aceleração da gravidade
(m/s²). Lembrando que o volume de um reservatório é [], sendo [] a vazão (m³/s).
Exemplo 1 (Netto et al., 2000, p. 72)
Obtenha o máximo diâmetro do orifício circular presente entre os dois tanques (ver Figura 10), evitando
assim que a água transborde.
Figura 10 – Orifícios circular e quadrado em corte e em planta
Fonte: Netto et al., 2000, p. 72.
Orifício quadrado (saída):
Orifício circular para o caso afogado:
Exemplo 2 (Netto et al., 2000, p. 73)
Obtenha o tempo e a vazão para esvaziar certo tanque (ver Figura 11) com 1.650 cm de comprimento, 550
cm de largura e 350 cm de profundidade. O escoamento ocorre pela comporta quadrada com aresta de 30 cm
presente no fundo do tanque e a parede apresenta 25 cm de espessura.
Figura 11– Tanque
Fonte: Netto et al., 2000, p. 73.
Altura total reduzida da base até o centro do orifício:
Exemplo 3 (Netto et al., 2000, p. 74)
Obtenha o momento de quatro jatos expelidos de um distribuidor rotativo (ver Figura 12). A pressão é de
20 m.c.a., o diâmetro dos tubos é de 0,01 m e o comprimento dos tubos é de 0,6 m. O peso específico da água é
considerado 1.000 kgf/m³.
Figura 12 – Distribuidor rotativo
Fonte: Netto et al., 2000, p. 74.
TEMA 3 – BOCAIS
Os bocais são tubos menores instalados nos orifícios com o intuito de regular o escoamento e direcionar os
jatos. Os bocais podem ter os formatos cilíndricos ou cônicos. Os primeiros podem ser exteriores ou interiores,
já os segundos podem ser divergentes ou convergentes. Existem também os bocais ajustados que são
executados em formas diversas. Além disso, os bocais podem ser longos [] ou curtos []. É recomendado que os
bocais apresentem um comprimento entre [], sendo o comprimento [] do bocal em função do diâmetro [ ] do
orifício. A Equação (15) é aplicada aos bocais.
(15)
Figura 13 – Bocal convergente-divergente
Créditos: Vellot/Shutterstock.
 é a área do bocal (m²),  é a aceleração da gravidade (m/s²),  é a profundidade até o eixo do bocal (m),  é
a vazão (m³/s) e  é o coeficiente de descarga (adimensional). Os bocais cilíndricos apresentam veia contraída.
Isso ocorre quando o tubo está totalmente preenchido, sendo considerado em torno de 0,82 para o coeficiente
de descarga em bocais cilíndricos. Os bocais cônicos convergentes elevam o escoamento e, consequentemente,
o coeficiente de descarga, sendo este considerado 0,94. Já os bocais cônicos divergentes ou de Venturi
apresentam elevação na descarga a partir do estrangulamento. Existem também os bocais convergente-
divergentes, conforme apresentado na Figura 13. Embora a equação dos bocais seja utilizada também nos
orifícios, os três coeficientes (contração, velocidade e descarga) apresentam diferentes valores em virtude das
dimensões e formas dos bocais. Os bocais são dimensionados da mesma maneira que os orifícios quando estão
implementados em paredes espessas.
Figura 14 – Tipos de bocais
Fonte: Netto et al., 2000, p. 75.
Os bocais são aplicados nas estações de tratamento, na agricultura, para realizar a limpeza em caixas
d’água, em máquinas hidráulicas e construções. Existem quatro tipos de bocais cônicos convergentes, sendo
eles o Rouse [d], simples [a], convexo [c] e o cônico cilíndrico [b], conforme apresentado na Figura 14. As
agulhetas e bocais apresentam coeficientes de descarga que vão desde 0,95 até 0,98. A alteração nas vazões
com os bocais foi verificada por Venturi e ocorre pela redução de pressão quando os bocais são inseridos nos
orifícios. Além do mais, os bocais apresentam conversão de parte da carga (altura do líquido) em velocidade, já
a outra parte é consumida no bocal.
Exemplo 4 (Netto et al., 2000, p. 77)
Obtenha a velocidade e a nova carga em um tanque após a inserção de um bocal. O diâmetro do bocal é
de 10 cm, o comprimento é de 30 cm e a carga é de 10 m.
A nova carga é:
Conforme observado, a nova carga associada a velocidade no bocal é equivalente a 2/3 da carga inicial.
A perda de carga referente aos bocais é equivalente à perda de carga calculada nos orifícios, determinada
pela Equação (13). Experimentos realizados com os bocais mostram que os bocais com aproximações (bordas de
entrada) arredondadas apresentam menores perdas de carga em relação aos bocais com aproximações
retangulares. A Tabela 3 apresenta variações nos coeficientes de contração [ ], velocidade [] e descarga [] para
os diferentes bocais.
Tabela 3 – Coeficientes de contração [𝐶𝑐], velocidade [𝐶𝑣] e descarga [𝐶𝑑] para bocais
Fonte: Netto et al., 2000, p. 79.
3.1 TUBOS CURTOS
Os tubos curtos (ver Figura 15 e Figura 16) devem ser dimensionados diferentemente dos tubos longos em
virtude de seu comportamento apresentar particularidades. Geralmente é utilizada a regra para orifícios [], para
bocais [] e para tubos o mínimo de [], sendo nestas relações o comprimento [] e o diâmetro [ ]. Alguns autores
defendem que o comprimento mínimo seja [], enquanto outros afirmam que o comprimento mínimo seja [].
Além destes, existe o bocal padrão que apresenta [].
É importante realizar o dimensionamento correto para tubos longos, curtos, muito curtos, bocais e orifícios
para evitar erros. Isso ocorre porque os tubos longos apresentam atritos nas linhas de corrente, já os tubos
muito curtos, orifícios e bocais apresentam conversão da carga em perdas locais e velocidades. A Tabela 4
apresenta as perdas em relação a comprimentos de tubos.
Figura 15 – Relação comprimento e diâmetro
Fonte: Netto et al., 2000, p. 80.
Figura 16 – Tubo curto
Crédito: Nsit/Shutterstock.
Tabela 4 – Perdas em relação a comprimentos de tubos
Comprimento expresso em diâmetros 5 50 100 1000 10000
Carga de velocidade*
Perda na entrada
Perda nos tubos
62%
32%
6%
41%
20%
39%
29%
15%
56%
5%
2%
93%
0,5%
0,3%
99,3%
Fonte: Netto et al., 2000, p. 80.
As perdas totais que ocorrem nos tubos retilíneos sãocorrespondentes à transformação em velocidade, à
entrada dos tubos e também em relação ao atrito na tubulação. Sendo assim, a relação é obtida combinando as
equações de perda de carga contínuas e locais e realizando manipulações algébricas, resultando na Equação
(16).
(16)
em que   é o coeficiente de descarga (adimensional),   é o coeficiente de velocidade (adimensional),   é o
coeficiente de atrito do tubo (adimensional),  é o comprimento (m) e  é o diâmetro (m). Além dessa relação, é
possível aplicar e combinar as demais equações da hidráulica no dimensionamento. No escoamento na região
de entrada das tubulações ocorre uma zona de transição e deve ser considerado os regimes turbulento e
laminar.
TEMA 4 – CARACTERÍSTICAS
Os bocais são estudados em relação aos comprimentos e são entendidos como uma extensão do estudo
dos orifícios, porém com as suas particularidades que evidenciam a importância de seu estudo. No entanto,
algumas relações e cálculos compreendem demais características importantes ao seu dimensionamento, como a
relação entre diâmetro e coeficiente de descarga, perda de carga e a potência do jato.
4.1 RELAÇÃO DIÂMETRO E COEFICIENTE DE DESCARGA
Existem vários estudos relacionando o comprimento e o diâmetro com o coeficiente de descarga.
Geralmente, é considerado [] nos orifícios e [] nos bocais. Existem também outras relações de diversos autores
que também são amplamente aplicadas na engenharia hidráulica e devem ser consultadas na bibliografia.
4.2 POTÊNCIA E PERDA DE CARGA
Os jatos apresentam certa potência quando saem dos reservatórios ou recipientes e esta é determinada
pela Equação (17).
(17)
em que  é a potência (kgf.m/s),  é a altura (carga) do fluido (m),  é a vazão (m³/s) e  é o peso específico do
fluido (kgf/m³). A potência também pode ser determinada em Watts [W], basta multiplicar o resultado por 9,81.
Os bocais também apresentam perda de carga e esta é determinada pela Equação (18).
(18)
em que  é a parcela da perda de carga (m),  é a aceleração da gravidade (m/s²),  é a velocidade (m/s) e  é o
coeficiente referente à velocidade (adimensional). Geralmente é adotado 0,985 para este coeficiente.
TEMA 5 – BUEIROS
Os bueiros são executados nos pontos mais baixos em obras de terraplanagem e são amplamente
conhecidos como “obras de arte correntes” (Baptista; Lara, 2014). Os bueiros apresentam estrutura simples,
porém funcionamento complexo devido à sua utilização poder ocorrer como orifício, canal ou conduto forçado.
Os bueiros apresentam bocas de entrada e de saída, além do corpo e alguns possuem dissipadores. Os bueiros
são retos e apresentam comprimento limitado. Os bueiros são classificados quanto à seção (circular ou
retangular), quantidade de linhas (duplos, simples ou triplos) e materiais de construção (concreto, aço, fibras de
vidro, PVC etc.). No entanto, as bocas de entrada e de saída são geralmente executadas em concreto.
A notação dos bueiros ocorre da seguinte maneira: a primeira letra se refere a bueiro, já a segunda letra se
refere à quantidade de linhas. A terceira letra se refere à seção transversal e a quarta letra se refere ao material
utilizado. Segundo Baptista e Lara (2014), BTCC significa “bueiro triplo celular de concreto” e BDTM significa
“bueiro duplo tubular metálico”. Repare que a notação celular é dada para seções retangulares, já a notação
tubular é dada para seções circulares.
5.1 DIMENSIONAMENTO
Os bueiros (ver Figura 17) são dimensionados para que a vazão admissível seja ao menos igual ou maior
que a vazão obtida da hidrologia (vazão afluente). O dimensionamento dos bueiros é realizado com base no
manual do DNIT (2006), considerando regimes críticos, escoamentos uniformes e orifícios. Os bueiros podem
ser dimensionados como canais, orifícios ou condutos forçados. Os bueiros devem ser dimensionados levando
em consideração o critério econômico. Para isso, é fundamental a diferenciação entre projetos novos e bueiros
existentes.
Figura 4 – Bueiro retangular
Créditos: Mr.1/Shutterstock.
Geralmente os novos projetos são dimensionados considerando os bueiros como canais. No entanto, nos
bueiros existentes é verificado o funcionamento e se é necessário realizar alguma alteração. É importante
considerar em ambos os casos, em torno de 5% de decréscimo de vazão por linha de bueiro devido a entrada
de água no bueiro ser ligeiramente dificultada em função da linha adicional. Isso significa que bueiros duplos
são dimensionados com 95% do escoamento, já os bueiros triplos são dimensionados com 90% do escoamento.
As velocidades máximas também devem ser levadas em consideração, sendo adotado 6 m/s para bueiros de
aço e 4,5 m/s para bueiros de concreto.
5.2 CANAL
Os bueiros que apresentam funcionamento como canais livres são aqueles que estão com ao menos 20%
de altura ou diâmetro livre em toda a sua extensão, bem como na entrada e na saída. É importante obter o
regime do escoamento dos bueiros na etapa de projeto, pois eles devem funcionar considerando a variação
entre os regimes torrencial e fluvial. A avaliação do escoamento é realizada comparando a declividade crítica
com a declividade do terreno. A declividade crítica [] dos bueiros retangulares é representada pela Equação (19)
e dos bueiros circulares é representada pela Equação (20).
(19)
(20)
em que  é coeficiente de rugosidade (adimensional),  é o diâmetro (m),  é a altura da seção retangular (m)
e   é a largura da seção retangular (m). Uma observação quanto ao dimensionamento diz respeito às
profundidades. O regime subcrítico ocorre quando a declividade do bueiro é menor que a declividade crítica, já
o regime torrencial (supercrítico) ocorre quando a declividade do bueiro é maior ou igual à declividade crítica. O
escoamento subcrítico em seções circulares é determinado pelas Equações (21) e (22).
(21)
(22)
em que   é a vazão (m³/s),   é a declividade do terreno (m/m) e   é a velocidade (m/s). No entanto, o
escoamento subcrítico em seções retangulares é determinado pelas Equações (23) e (24), sendo as variáveis
definidas anteriormente. É importante ressaltar que em todos os casos, é considerado um escoamento a no
máximo 80% da altura ou diâmetro do bueiro (ver Figura 18), ou seja, é considerado 20% de folga.
Figura 5 – Bueiro retangular como canal
Créditos: Mr.1/Shutterstock.
(23)
(24)
Entretanto, o dimensionamento dos bueiros circulares em escoamento supercrítico (torrencial) é realizado
por meio das Equações (25) e (26), enquanto que o escoamento torrencial para bueiros retangulares é realizado
por meio das Equações (27) e (28).
(25)
(26)
(27)
(28)
em que  é a vazão (m³/s),  é o diâmetro (m),  é a velocidade (m/s),  é a largura da seção retangular (m) e  é
a altura da seção retangular (m).
5.3 ORIFÍCIO
Os bueiros devem ser dimensionados como orifícios (ver Figura 19) quando a vazão afluente é mais elevada
que a vazão suportada pelo bueiro, acumulando água à montante. A água acumulada gera uma carga (altura) a
montante. Sendo assim, o dimensionamento é realizado aplicando as Equações (29), (30), (31), (32) e (33).
Lembrando que as Equações (30) e (31) são aplicadas para bueiros circulares e as Equações (32) e (33) são
aplicadas para bueiros retangulares.
(29)
(30)
(31)
(32)
(33)
Figura 19 – Bueiro como orifício
Fonte: Baptista; Lara, 2014, p. 363.
em que  é a vazão (m³/s),  é a altura da seção retangular (m),   é o diâmetro (m),   é a largura da seção
retangular (m),   é a velocidade (m/s),   é a carga (altura) da lâmina de água até o eixo do bueiro (m),   é o
coeficiente de descarga (adimensional),  é a aceleração da gravidade (m/s²) e  é a área do orifício (m²). Vale
lembrar que o coeficiente de descarga adotado para bueiros é geralmente 0,63, podendo oscilar na faixa [].
Além disso, é considerado nas equações acima 20% de extrapolação visando a segurança.
5.4 CONDUTO FORÇADO
Os bueiros são dimensionados como condutos forçados quando tanto a montante, quanto a jusante eles
estão abaixodo nível de água (afogados). A altura da lâmina de água é superior a dimensão vertical dos bueiros.
O dimensionamento de bueiros atuando como condutos forçados é realizado através das equações específicas
para condutos forçados e também utilizando as Equações (34) e (35).
(34)
(35)
em que  é a perda de carga (m),  é a altura de água a montante (m),  é a altura de água a jusante (m),  é a
inclinação (m/m),   é a aceleração da gravidade (m/s²),   é o coeficiente de rugosidade (adimensional),   é o
comprimento (m),  é o raio hidráulico (m),  é a velocidade (m/s),  é o coeficiente de entrada (adimensional) e  é o
coeficiente de saída (adimensional). Estes dois últimos coeficientes estão relacionados à perda de carga nos
bueiros. Os coeficientes de entrada de bueiros circulares são obtidos na Tabela 5 e os coeficientes de entrada de
bueiros retangulares variam entre []. Já os coeficientes de saída são adotados como 1 tanto para bueiros
retangulares, quanto para bueiros circulares, podendo variar entre [].
Tabela 1 – Coeficientes de entrada de bueiros circulares
Tipo de estrutura de entrada Bueiros em concreto Bueiro metálicos
"Bolsa" saliente, com ou sem muro e alas 0,2 -
"Ponta" saliente, com ou sem muro e alas 0,5 -
Saliente, sem muro e alas - 0,9
Saliente, com muro e alas - 0,5
Muro de testa, final do tubo arredondado 0,2 -
Tubo biselado 0,7 0,7
Seção terminal conformada com aterro 0,5 0,5
Muro de testa, sem alas - 0,2 – 0,5
Fonte: Baptista; Lara, 2014, p. 365.
Exemplo 5 (Baptista; Lara, 2014, p. 367)
Verifique o funcionamento hidráulico de um bueiro de concreto duplo com 120 cm de diâmetro, a uma
declividade de 0,003 m/m e 8.000 l/s de vazão. Além disso, o aterro apresenta 420 cm de profundidade e um
coeficiente de rugosidade de 0,015.
Funcionamento como canal:
O bueiro é duplo e também é recomendada uma certa redução de vazão (95%), então:
Funcionamento como orifício:
FINALIZANDO
Nesta etapa, foram estudados os orifícios, bocais e bueiros, bem como foram apresentadas brevemente as
demais estruturas como as comportas e as adufas. Além disso, foram abordadas as principais equações para o
dimensionamento destas importantes estruturas hidráulicas e também as principais características e limitações
acerca de cada uma. Esses estudos foram firmados com situações práticas do cotidiano da engenharia
hidráulica.
REFERÊNCIAS
BAPTISTA, M.; LARA, M. Fundamentos de engenharia hidráulica. 3. ed. Belo Horizonte: Ed. da UFMG,
2014.
CORDERO, A. Hidráulica aplicada. Blumenau: Universidade Regional de Blumenau. 2013.
DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Manual de drenagem de rodovias.
Brasília: Ministério dos Transportes, 2006.
NETTO, A. et al. Manual de hidráulica. São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 2000.