Unidade 10a Exercício de Proteção Direta de Canais (1)

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Unidade 10a – Exercício de Proteção 
Direta de Canais
Prof. João Batista Mendes
Universidade Anhembi-Morumbi
Engenharia Civil
Disciplina – Obras Hidráulicas
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BIBLIOGRAFIA
• BRIGHETTI, G.; MARTINS, J. R. S.. “Estabilização e 
Proteção de Margens”, Notas de aula da disciplina PHD 
5023 Obras Fluviais, EPUSP, 2001. (disponível na 
unidade web)
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Enunciado
Dado um curso d´água natural escoando sobre leito composto de material
argiloso (com índice de vazios entre 0,6 e 0,3) e cuja seção transversal
pode ser aproximada por um trapézio com base de 60 m (largura média
do rio) e taludes das margens com inclinação aproximada de 1V:1,5H
defina completamente o esquema de proteção direta das margens com uso
de Enrocamento lançado caso o material natural do leito seja erodível
para a vazão de projeto.
Alternativamente, projete uma proteção com uso de Gabiões e discuta as
vantagens e desvantagens de uma solução com relação à outra.
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Dados de projeto a considerar:
1. vazão de projeto resulta numa profundidade média do
escoamento de 7,0 m;
2. declividade média do curso d´água é de 0,0004 m/m;
3. número de Manning aproximada é de 0,03;
4. massa específica da água 1000 kg/m3;
5. massa específica do enrocamento 2700 kg/m3;
6. aceleração da gravidade 9,81 m/s2.
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Condições estipuladas para projeto:
1. Dimensionar o sistema pelo critério da tensão crítica de
SHIELDS considerando um coeficiente de segurança de 1,20 ;
2. Verificar a proteção pelo critério da velocidade crítica utilizando
a equação de NEILL e considerando um coeficiente de segurança
de 1,50 ;
3. Comparar as duas soluções e comentar aquela que deve ser
adotada, justificando.
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Resolução:
I. Método da Tensão Crítica
a) Ação do Escoamento:
A relação entre a largura e profundidade resulta em b/y = 60/7 = 8,57
Pela tabela I : KF = 0,99 e KM = 0,76
Fundo: τ0 = KF .γ.y.i = 0,99 . 9810 . 7 . 0,0004 = 27,19 N/m2 (01)
Margem: τM = KM .γ.y.i = 0,76 . 9810 . 7 . 0,0004 = 20,88 N/m2 (02)
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I. Método da Tensão Crítica (cont.)
b) Resistência do Material do Leito
Como trata-se de material argiloso com índice de vazios entre 0,6 e 0,3
resulta da tabela 2 que:
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Análise:
Fundo : τ0,C = 13,7 N/m2 (03)
Margem: τM,C = 13,7 N/m2 (04)
Note que como o material resiste à ação do escoamento basicamente por
efeito da coesão, considera-se que a resistência do mesmo no fundo e
margens é aproximadamente a mesma.
Comparando-se os resultados (01) e (03), e (02) e (04), verifica-se que:
1. τ0 > τ0,C => erosão do material de fundo
2. τM = τM,C => erosão do material das margens
E desta forma conclui-se que é necessário dimensionar uma proteção.
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I .c) Proteção Direta – Enrocamento 01
Adotando-se o Critério da Tensão Crítica de SHIELDS
τ0,C = τ* (γS – γ) d50
Para enrocamento lançado recomenda-se: τ* = 0,03 ; além disso,
considerando-se um CS = 1,20 (enunciado);
τ0,C = τ0 . CS
τ* (γS – γ) d50 = τ0 . CS
0,03 . [(2700 - 1000) . 9,81] . d50 = 27,19 . 1,20
d50 = 0,065 m (05)
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I .c) Proteção Direta – Enrocamento 02
( )
m 110,0
)5,38(tan
)69,33(tan1)69,33cos(.81,9).10002700.(03,0
)88,20.(20,1
69,33
1) (gráfico 5,38
1,5
1
 tan arc
sendo 
.
tan
tan1cos..-s 
 . CS 
:margens as Para
2
2
50
2
2
50*
mcm,
=
−−
=
=





=






=
=−
=
o
o
o
o
o
m
d
CSd
φ
α
τ
φ
α
αγγτ
ττ
(06)
6
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I .c) Proteção Direta – Enrocamento 03
Portanto, adotam-se duas proteções com Enrocamento lançado, uma para
o fundo e outra para as margens, com as seguintes distribuições
granulométricas:
d100 = 3d50 ; d85= 2d50 ; d15 = 0,2d50 e d10 = 0,1d50
DISTRIBUIÇÕES GRANULOMÉTRICAS
(07)
Fundo (cm) Margens (cm)
d100 19,5 33,0
d85 13,0 22,0
d50 6,5 11,0
d15 1,3 2,2
d10 0,7 1,1
Espessura das camadas: 2. d50
1. Fundo : camada de proteção de 13 cm
2. Margens : camada de proteção de 22 cm
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Filtro: (01)
Recomenda-se aplicação de filtro geotêxtil entre a camada de proteção nas
margens e o material do leito. Entretanto, o filtro geotêxtil não deve ter sobre
ele pedras com diâmetro superior a 20 cm, sob risco de ser perfurado.
Observa-se que na margem, as pedras podem chegar a 33 cm, o que implica
numa camada de transição entre o filtro e a proteção, a ser especificada de
acordo com os seguintes critérios:
 (IV) 25
d
d
 deEstabilida
(III) 5
d
d
(II) 40
d
d
(I) 5
d
d
 dadePermeabili
inf50,
sup50,
inf85,
sup15,
inf15,
sup15,
inf15,
sup15,




≤










≤
≤
>
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Filtro: (02)
A camada de transição pode ser especificada com segue:
 cm 0,5ou 44,0
25
11
25
d
d
:referência como se-Adotando
sup50,
inf50, ===
inf50,d
distribuição Margens (cm)
d100 3.d50 1,5
d85 2.d50 1,0
d50 0,5
d15 0,2.d50 0,1
d10 0,1.d50 0,05
(OK) 44,0
5
2,2d
5
d
d (III)
(OK) 055,0
40
2,2d
40
d
d (II)
(OK) 44,0
5
2,2d
5
d
d (I)
:(III) a (I) critérios dos oVerificaçã
inf85,
sup,15
inf85,
inf15,
sup,15
inf15,
inf15,
sup,15
inf15,
=<=<
=≥=≥
=<=<
(08)
8
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Portanto, pode-se adotar a camada de transição pré-calculada e a
proteção das margens:
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I.d) Proteção Direta – GABIÕES 01
Para a proteção direta com uso de Gabiões basta comparar a tensão de arraste de
projeto com os valores fornecidos na tabela 4:
τ0,d = τ0 . CS = 1,2(27,19) = 32,63 N/m2
τ0,m = τm . CS = 1,2(20,88) = 25,06 N/m2
Pela tabela 4, o Colchão Reno com espessura de 23 cm e pedras de 8,5 cm atende
com folga as tensões de projeto tanto para o fundo, quanto para as margens.
Escolha pela solução mais viável econômica dependerá da disponibilidade de
material.
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II. Velocidade Crítica
a) Ação do Escoamento
 m/s 2,190004,0.)79,5.(
0,03
1
..
n
1U
m 5,79 85,24 / 493,5 PA / R
m 85,241,512(7)60m12ybP
m 493,51,5.(7)].7[60my)y(bA
3/22/13/2
H
22
2
===
===
=





++=++=
=+=+=
iRH (09)
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II. b) Resistência do Leito
A resistência do solo argiloso (tabela 3), em termos de velocidade
média crítica resulta em Uc= 1,2 m/s.
Como a velocidade do escoamento é superior, a conclusão é que o
material do fundo é erodível.
Não são aplicados os métodos baseados na velocidade crítica para
avaliar a estabilidade das margens, pois estes em geral não
apresentam bons resultados.
Para as margens adotar a solução do tópico I.
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II. c) Proteção Direta 01
Deve-se destacar que a velocidade média não é suficiente para fornecer
informações sobre o início do movimento, pois é sabido que dois
escoamentos com a mesma tensão de atrito sobre o leito e as mesmas
distribuições de velocidade, podem assumir diferentes velocidades médias
se as profundidades forem diferentes.
Entretanto, os métodos baseados na velocidade média crítica servem para
um estudo expedito de proteção direta ou para comparação com o
resultado obtido pelos métodos baseados na tensão crítica.
Por exemplo, vamos aplicar o método de NEILL para determinação do
diâmetro d50: ( )
 U.CS Ue ..
d50
y1,414U c50
6/1
c =
−






= dgs
γ
γγ
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II. c) Proteção Direta 02
Note que o resultado (10) é muito semelhante ao resultado (05), o que significa
que devemos manter a solução adotada para o material de fundo do tópico I.
Para proteção das margens recomenda-se a utilização exclusiva de métodos
baseados na tensão crítica e, portanto, também vale o dimensionamento
proposto no tópico I.
( )
( ) m 0,06681,9.1000
10002700
.1,414.(7)
2,15(1,5d
d
..1,414.y
U.CS
3
1/6
50
50
3
1/6
=














−
=
=














− gs
γ
γγ
(10)
11
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Comentários
Note que o resultado (10) é muito semelhante ao resultado (05), o que
significa que devemos manter a solução adotada para o material de
fundo do tópico I.
Para proteção das margens recomenda-se a utilização exclusiva de
métodos baseados na tensão crítica e, portanto, também vale o
dimensionamento proposto no tópico I.
Quanto à proteção com gabiões, utilizando-se a tabela 4 e o valor de
velocidade de projeto: Ud = 1,5 (2,15) = 3,23 m/s
Encontra-se a mesma conclusão de Colchão Reno com espessura de 23
cm e pedras de 8,5 cm.