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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.
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