Hidraulica Condutos Livres

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Hidraúlica
Condutos Livres
23/05/2015
Condutos Livres
O escoamento de água em um conduto livre, tem como característica principal o 
fato de apresentar uma superfície livre, sobre a qual atua a pressão atmosférica. 
Rios, canais, calhas e drenos são exemplos de condutos livres de seção aberta, 
enquanto que os tubos operam como condutos livres quando funcionam 
parcialmente cheios, como é o caso das galerias pluviais e dos bueiros.
23/05/2015
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Os conceitos relativos à linha piezométrica e a linha de energia são 
aplicados aos condutos livres de maneira similar aos condutos forçados.
Condutos livres x Condutos forçados
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ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UM CANAL
- Seção transversal: é a seção plana do conduto, normal á direção do escoamento;
- Seção molhada: é a parte da seção transversal do canal em contato direto com o 
líquido;
- Perímetro molhado: corresponde a soma dos comprimentos (fundo e talude) em 
contato com o líquido;
- Raio hidráulico: é a razão entre a seção molhada e o perímetro molhado;
- Borda livre: corresponde a distância vertical entre o nível máximo de água no canal e o seu 
topo.
B – largura da superfície livre de água;
b – largura do fundo do canal;
h – altura de água;
Talude do canal – 1:m (vert:horiz)
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FORMA GEOMÉTRICA DOS CANAIS
A maioria dos condutos livres apresentam seção trapezoidal, retangular ou circular.
Seção trapezoidal
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Seção retangular
FORMA GEOMÉTRICA DOS CANAIS
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Seção circular (50%)
FORMA GEOMÉTRICA DOS CANAIS
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Exemplo
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FÓRMULA PARA DIMENSIONAMENTO DE CANAIS 
(FÓRMULA DE MANNING)
A fórmula de Manning é de uso muito difundido, pois alia simplicidade de aplicação 
com excelentes resultados práticos. Devido a sua intensa utilização, estão disponíveis 
na literatura valores para o seu fator de rugosidade que cobrem a maioria das 
situações encontradas na prática.
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Exemplo: Determinar a velocidade de escoamento e a vazão de um canal trapezoidal 
com as seguintes características: inclinação do talude – 1:1,5; declividade do canal 
0,00067 m/m, largura do fundo = 3,5 m e profundidade de escoamento = 1,2 m. 
Considera um canal com paredes de terra, reto e uniforme.
Exemplo
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Fórmula de Manning para condutos circulares parcialmente cheios
A fórmula de Manning também é bastante utilizada para o dimensionamento de 
drenos e bueiros. Neste caso utiliza-se a equação abaixo:
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VELOCIDADE DE ESCOAMENTO EM CANAIS
O custo de um canal é diretamente proporcional as suas dimensões e será tanto menor
quanto maior for a velocidade de escoamento.
A utilização de velocidades altas está limitada pela capacidade das paredes do canal
resistirem a erosão. Por outro lado, velocidades baixas implicam em canais de grandes 
dimensões e assoreamento pela deposição do material suspenso na água.
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DECLIVIDADES E INCLINAÇÕES
Quanto maior a declividade do canal maior será a velocidade de escoamento, o que 
pode provocar erosão dos canais. As declividades recomendadas seguem na tabela 
abaixo.
A inclinação dos taludes depende principalmente da natureza das paredes
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BORDA LIVRE PARA CANAIS
A borda de um canal corresponde à distância vertical entre o nível máximo de água 
no canal e o seu topo. Esta distância deve ser suficiente para acomodar as ondas e 
as oscilações verificadas na superfície da água, evitando o seu transbordamento.
Por medida de segurança recomenda-se uma folga de 20 – 30% ou 30 cm para 
pequenos canais e 60 a 120 cm para grandes canais.
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Exercício: Um canal de irrigação, escavado em terra com seção trapezoidal, 
apresenta-se reto, uniforme e com paredes em bom estado de acabamento (n=0,02). 
Determinar a profundidade de escoamento (h), considerando-se as seguintes 
condições de projeto: Q = 6,5m3/s; largura do fundo (b) = 4 m; inclinação do talude = 
1:1,5; e declividade = 0,00065 m/m.
Resposta: 1,083 m
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Obrigado.
23/05/2015