691398 Apostila Drenagem (parte 4)

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43 
 
Ensaios de laboratório permitiram a determinação do coeficiente de Manning 
equivalente para estes casos.Os gráficos, a seguir, foram obtidos dessa formulação. 
Na utilização desses gráficos para largura da escada diferente de 1,0 m, 
deve-se utilizar a vazão específica, ou seja, a vazão por unidade de largura. 
A velocidade ao final da escada deve ser calculada dividindo-se a vazão pela 
área molhada do escoamento, ou seja, o produto entre a largura da escada e a 
profundidade obtida no gráfico. 
Nesses gráficos, cada curva representa o ângulo de inclinação do terreno 
onde será construída a escada. 
 
 
Escada (skimmingflow) para B =1,0 m e h = 0,3 m 
 
44 
 
 
Escada (skimmingflow) para B =1,0 m e h = 0,5 m 
 
1.2.6 Dimensionamento de Dissipadores de Energia4 
 
Dissipadores de energia são dispositivos hidráulicos localizados a jusante de 
locais onde a energia cinética associada ao escoamento é elevada e pode exercer 
ações destruidoras, tanto para a estrutura condutora quanto para o curso natural. 
As estruturas dissipadoras serão apresentadas a seguir, porém, cabe 
salientar que as escada, descritas no item anterior, também são considerados 
dissipadores de energia contínuos. 
 
1.2.6.1 Rampa ou Calha Dissipadora 
 
As rampas ou calhas dissipadoras são ispositivo hidráulico para dissipação 
contínua de energia composto por calha ou rampa dotada de blocos onde a água 
impacta, conforme mostrado na figura a seguir: 
 
 
4
 Vide Apêndice B. 
45 
 
 
 
Esse tipo de dispositivo de dissipação de energia é apropriado para 
escoamentos com vazão específica (Q/B) até 6 m³/s⋅m e inclinação inferior a 1:2 
(V:H). Porém, recomenda-se para vazões específicas entre 2 e 3 m³/s⋅m. 
A dimensão característica H é determinada a partir do valor da profundidade 
crícita do escoamento (yc), dado por: 
 
cy8,0H ⋅= 
 
onde, para seção retangular: 
 
3
2
c g
qy = 
 
Além disso, para a eficiência completa da rampa dissipadora a velocidade 
média na entrada da rampa (U1) não deve ser excessiva, limitada conforme a 
fórmula a seguir: 
 
6,1qgU 31 −⋅≤ 
 
46 
 
1.2.6.2 Dissipador de Impacto 
 
O dissipador de impacto é uma estrutura hidráulica que efetua a dissipação 
da energia através do impacto do fluxo de água, em alta velocidade contra uma 
estrutura rígida. 
Seu dimensionamento é feito através de tabelas determinadas a partir de 
ensaios em laboratório. 
 
 
 
Vazão 
(m³/s) 
Largura – w (m) Dimensões (n) 
máx mín a B c tw tr tb tp 
3 3,50 2,90 0,25 0,08 1,00 0,20 0,20 0,25 0,20 
6 4,80 3,80 0,30 0,10 1,00 0,25 0,30 0,25 0,20 
9 5,50 4,50 0,35 0,15 1,00 0,30 0,30 0,30 0,20 
12 6,00 5,00 0,40 0,15 1,00 0,30 0,35 0,30 0,20 
47 
 
1.2.6.3 Dissipador de Jato 
 
Dissipador de jato é uma estrutura hidráulica em forma de uma concha 
cilíndrica que projeta um jato de água em direção ascendente. Parte da energia é 
dissipada na subida, porém, grande parte da energia é dissipada na descida através 
de impacto do jato de água com a própria água acumulada. 
Quando a saída está posicionada acima do NA de jusante a estrutura é 
denominada salto esqui. Quando a saída está posicionada na mesma altura ou 
abaixo do NA de jusante a estrutura é denominada concha de arremesso. 
 
 
 
A forma e o posicionamento desse tipo de estrutura são definidos através de 
ensaios e experiências específicas. Porém, o raio de curvatura (R) deve estar entre 
15 a 25 m e o ângulo de saída entre 20o e 40o. 
 
1.2.6.4 Bacia de Dissipação 
 
As bacias de dissipação são dispositivos hidráulicos que possibilitam a 
dissipação de energia através do conceito de ressalto hidráulico, que corresponde a 
uma brusca elevação do nível de água de um canal funcionando em regime 
permanente. 
Isso ocorre com a passagem do escoamento supercrítico para o escoamento 
subcrítico, com grande turbulência e perda de energia. 
 
 





−⋅+⋅= 1F81
2
yy 2112 
48 
 
 
As bacias de dissipação são dimensionadas através de estudos 
experimentais como o do U.S. Bureau ofReclamation(USBR), que determinou 4 tipos 
de bacias de dissipação. 
A bacia de dissipação USBR Tipo I é apropriada para escoamentos como 
número de Froude de montante (Fr1) entre 1,2 e 2,5. 
Nesse tipo de bacia de dissipação deve-se garantir a horizontalidade por um 
comprimento superior a 4 vezes a profundidade de jusante (LI ≥ 4⋅Dsaída), onde 
Dsaída≅ 2⋅y1. 
 
 
 
A bacia de dissipação USBR Tipo II é apropriada para escoamentos como 
número de Froude de montante maior do que 4,5 (Fr1 ≥ 4,5) e velocidade de 
aproximação maior que 20 m/s (U1≥ 20 m/s). 
Nesse tipo de bacia de dissipação tem-se LII = 4,3⋅y2 e Dsaída = 1,05y2. 
 
 
D1 = y1 
D2 = y2 
 
 
 
49 
 
A bacia de dissipação USBR Tipo III é apropriada para escoamentos como 
número de Froude de montante maior do que 4,5 (Fr1 ≥ 4,5) e velocidade de 
aproximação menor que 20 m/s (U1< 20 m/s). 
Nesse tipo de bacia de dissipação tem-se LIII = 2,7⋅y2 e Dsaída = 1,05⋅y2. 
 
 
 
D1 = y1 
 
D2 = y2 
 
 
6768,0F1652,0
D
h
1r
1
3 +⋅= 
 
0167,1F0542,0
D
h
1r
1
4 +⋅= 
 
A bacia de dissipação USBR Tipo IV é apropriada para escoamentos como 
número de Froude de montante entre 2,5 e 4,5 (2,5 < Fr1< 4,5). 
Nesse tipo de bacia de dissipação tem-se Dsaída = 1,05⋅y2. 
 
 
D1 = y1 
 
D2 = y2 
 
( ) 8865,2Fln0543,2
D
L
1r
2
IV +⋅= 
 
0167,1F0542,0
D
h
1r
1
4 +⋅= 
 
 
50 
 
1.2.7 Exercícios: 
 
1) Pede-se determinar a capacidade de vazão e a velocidade média do 
escoamento de água que ocorre em um canal, conforme apresentado na figura a 
seguir, sabendo que a declividade longitudinal no trecho de implantação é igual 
a 0,0026 m/m e o coeficiente de rugosidade do acabamento do leito é igual a 
0,022. 
 
 
 
2) Para o trecho triangular da seção de rio do exercício anterior, pede-se para 
determinar a velocidade média do escoamento quando a lâmina de água for 
igual a 1,5 m, 1,0 m, 0,5 m e 0,1 m. 
 
3) Seja um canal trapezoidal em concreto pré-moldado, com largura de base igual 
a 3,0 m e taludes laterais 1:1, que transporta 15,0 m³/s de água. Pede-se 
calcular a profundidade de escoamento, sabendo-se que a declividade 
longitudinal é igual a 0,005 m/m. 
 
4) Seja um canal de seção composta em concreto sem acabamento e gabião, 
conforme mostrado na figura a seguir, implantado com declividade longitudinal 
igual a 0,10%. Pede-se determinar a vazão máxima 
 
 
 
5,0 m 
1,5 m 
21,0 m 
51 
 
5) A batimetria da seção natural de um rio onde existe uma ponte é conforme 
apresentado na figura a seguir. Considerando que o coeficiente de rugosidade 
de Manning varia ao longo da seção, conforme apresentado também na figura, 
que a declividade do fundo é igual a 0,2% e que a longarina da ponte que 
atravessa a seção tem altura igual a 2,0 m, pede-se calcular a vazão máxima do 
escoamento nessa seção. 
 
 
 
6) Dimensionar um canal retilíneo escavado em solo argiloso denso, para 
transportar a vazão de 25 m³/s de água que carreia sedimentos coloidais. A 
declividade longitudinal de implantação é igual a 0,15% e a largura máxima da 
base é igual a 15,0 m 
 
7) Dimensionar um canal retangular, revestido em concreto liso, de máxima 
eficiência, com declividade igual a 0,1 %, para uma vazão de 10 m³/s. Sabe-se, 
ainda, que neste canal existirá uma curva com raio interno igual a 3,0 m. 
 
8) Seja um BDTC ∅ 1,20 m implantado com declividade igual a 0,30%, sob um 
aterro com altura máxima de 4,20 m. Verificar a condição hidráulica de 
funcionamento deste bueiro, sabendo-se que a vazão de dimensionamentoé 
igual a 8,00 m³/s. 
 
 n = 0,035 
n = 0,025 n = 0,013 n = 0,025 
 n = 0,035 
 7 m 22 m 11 m 31 m 9 m 
3 m 
2 m 
2 m 
52 
 
9) Uma pilha de rejeito de altura igual a 2,0 m é transposta por um BSTC ∅ 0,80 m, 
assentado com declividade de 0,4%. Sabendo-se que a vazão afluente à obra é 
de 1,81 m³/s, pede-se: 
a) Avaliar as condições de funcionamento, considerando que não há afogamento 
a jusante. Caso haja necessidade, indicar complementação utilizando tubos 
de concreto de ∅ 0,80m. 
b) Avaliar as condições de funcionamento, considerando que haja uma lâmina 
d’água na saída de altura igual a 1,00 m. Sabe-se que a entrada do bueiro é 
conformada com o aterro e o comprimento deste é de 50 m. 
 
10) Em um canal retangular em concreto, com largura da base igual a 4,20 m e 
declividade do fundo muito baixa, é transportada a vazão de água igual a 8,80 
m³/s. Devido a inclinação acentuada do terreno natural, optou-se por implantar 
um degrau com altura igual a 1,50 m. Pede-se definir as características do 
escoamento ao longo desse degrau. 
 
11) Dimensionar uma descida de água em degraus, considerando: canal retangular 
em concreto; vazão de dimensionamento igual a 3,80 m³/s; e, ângulo de descida 
igual a 25o. 
 
12) Dimensione uma rampa dissipadora no lugar da escada no exercício anterior. 
 
13) Um canal retangular com declividade alta foi dimensionado com largura igual a 
20,0 m para escoar uma vazão igual a 80 m³/s. Estudos preliminares indicam 
que a velocidade no final desse canal é da ordem de 14,5 m/s. Pede-se 
dimensionar uma bacia para dissipação da energia do escoamento.