Aula 5 Canais Naturais

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ESCOAMENTOS EM 
CONDUTOS LIVRES
• Ocorrência de condutos livres:
• Canais Naturais
– Rios
– Estuários
• Canais Artificiais
– Condutos fechados: Circulares, Retangulares, 
Ovais...
– Condutos abertos (escavados): Semi-circulares, 
Retangulares, Trapezoidais, Triangulares, etc.
CANAIS
• Chezy: Q = C.A.((Rh.Io)^(1/2))
• C = (Rh^(1/6))/n
– n = rugosidade de Manning
• Chezy-Manning: 
– Q = (1/n).A.(Rh^(2/3)).(Io^(1/2))
– V = (1/n) R2/3 I1/2
CANAIS
• Um canal é considerado de grande largura 
quando as tensões tangenciais nas paredes 
tem pouca influência na resistência total ao 
escoamento
• B>>y
• Canais de grande largura!
CANAIS
• Canais artificiais: Dimensionamento
– Seção de máxima eficiência hidráulica
• Canais naturais: Dimensionamento
– Velocidade máxima
– Tensão de arraste
CANAIS
• Canais artificiais: Dimensionamento
– Seção de máxima eficiência hidráulica
• Canais naturais: Dimensionamento
– Velocidade máxima
– Tensão de arraste
CANAIS ARTIFICIAIS
• Canais de máxima eficiência!
CANAIS ARTIFICIAIS
• Se A, n e Io são constantes, quanto menor o 
perímetro molhado, maior a vazão:
– Trapézio: b = 2.y/(3^(1/2)) e Ɵ=60°
– Retângulo: B = 2.y
– Triângulo: α=45° e B = 2.y
– Circular (seção aberta tipo meia cana): D=2.y e 
Ɵ=90°
– Circular fechada (tubo com escoamento não 
forçado): 
• Vmax: Ɵ=257° e y=0,81D
• Qmax: Ɵ=302,5° e y=0,94D
CANAIS ARTIFICIAIS
CANAIS
CANAIS ARTIFICIAIS
• Exercício: Q=1m³/s, Δh=57m, L=5km, 
retangular de máx. efic., n=0,013 e V<2m/s.
• Limite de velocidade => CANAIS NATURAIS
CANAIS ARTIFICIAIS
• Exercício: Q=1m³/s, Δh=57m, L=5km, 
retangular de máx. efic., n=0,013 e V<2m/s.
• Limite de velocidade => CANAIS NATURAIS
• Resolução com diversas alternativas entre número 
e distância entre degraus.
CANAIS NATURAIS
• Canais naturais são erodíveis, ou seja, 
podem sofrer o arraste de sedimentos das 
paredes e fundo, causando a alteração da 
qualidade da água e a mudança na seção 
hidráulica de escoamento.
• Para manter a seção de dimensionamento, 
devem ter a erosão e o arraste de 
sedimentos reduzida.
CANAIS
• Canais artificiais: Dimensionamento
– Seção de máxima eficiência hidráulica
• Canais naturais: Dimensionamento
– Velocidade máxima
– Tensão de arraste
CANAIS NATURAIS
• O Rio Bermejo, afluente do Paraguai, 
transporta 1 a 2 milhões de m3/ano. Na 
época das enchentes, a concentração de 
material sólido é tão intensa que se tem a 
impressão que escoa uma lama grossa.
• O Rio Paraná transporta perto de 15 milhões 
de m3/ano.
CANAIS NATURAIS
• O Rio Yang-tsé transporta 2 bilhões de 
m3/ano e tem o seu nome popular, Rio 
Amarelo, devido à cor de suas águas que 
transporta grande quantidade de sedimentos.
• O Rio Amazonas transporta cerca de 1 
bilhão de m3/ano. Levada pela corrente 
equatorial, boa parte desses sedimentos vão 
se depositar nas costas da Flórida.
CANAIS NATURAIS
CANAIS NATURAIS
• Estabilidade de taludes: Limitação da 
inclinação em função do material de 
composição dos taludes laterais.
• Fatores de influência na erosão de margens: 
Geotecnia, geometria, características dos 
detritus transportados, velocidade da água.
• Quanto maior a velocidade, maior a erosão!
CANAIS NATURAIS
CANAIS NATURAIS
• Formas de transporte de sedimentos:
1. Descarga de fundo ou arraste:
– Partículas deslocando-se junto ao fundo do leito por 
rolamento ou escorregamento sobre outras partículas, 
sem perda de contato com o fundo
2. Descarga em suspensão:
– Partículas deslocando-se no meio do escoamento sem 
entrar em contato com o fundo
3. Saltitação:
– Partículas transportadas alternadamente por 
arrastamento e em pequenos saltos
CANAIS NATURAIS
1. Características do transporte por arraste:
– Velocidade das partículas são menores do que 
das partículas em suspensão
– Movimento de forma intermitente
– Material mais grosseiro
– Condicionam a morfologia dos leitos
CANAIS NATURAIS
2. Características do transporte por suspensão:
– Partículas movimentam-se permanentemente
– Geralmente superior ao transporte por arraste
– Vazão sólida em suspensão representa 90 a 
95% do transporte total
– Melhor expressa em termos de concentração
CANAIS NATURAIS
3. Saltitação:
– Partículas transportadas alternadamente por 
arrastamento e em pequenos saltos
– Pequenas pedras e detritos de fundo
– Movimento acentuado em eventos de cheia e grandes 
vazões
CANAIS NATURAIS
• Máxima velocidade
• Pretende-se utilizar um canal trapezoidal de solo 
gramado (n=0,035), idealmente com declividade 
de 0,01%, para escoar 10m³/s. Deve-se adotar 
como critério de segurança contra erosão 
velocidade máxima de 1 m/s e taludes de 
1(V):2(H). Qual seria a seção desse canal se, para 
minimizar o custo da obra, a profundidade de 
escavação fosse limitada a 1m (borda livre de 
10cm)? 
CANAIS NATURAIS
• Máxima velocidade
• Alternativamente, verifique se a declividade 
sugerida é suficiente para transportar essa vazão 
com uma seção com razoável custo benefício ou 
seria necessária uma maior inclinação? Qual?
CANAIS NATURAIS
• Máxima velocidade
• Alternativamente, verifique se a declividade 
sugerida é suficiente para transportar essa vazão 
com uma seção com razoável custo benefício ou 
seria necessária uma maior inclinação? Qual?
• Respostas: b = 41,35m e V=0,26m/s OU b = 9,3m 
e B=12,9m. Io = 0,04%
CANAIS NATURAIS
• Máxima velocidade
• Para a retificação de um meandro de um rio, de 
vazão 35 m³/s que carrega consigo grande 
quantidade de detritos coloidais, pretende-se 
utilizar o solo natural do local, argila densa. A 
declividade da retificação será de 0,18% e a 
largura máxima do canal será de 15 metros, para 
que se adeque ao plano de urbanização do local. 
Qual a seção de escoamento considerando que este 
solo possui n=0,023, Vmax=1,52m/s e taludes de 
1(V):1,5(H)?
CANAIS NATURAIS
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