Portos Dimensionamento Hidraulico Bueiros

Prévia do material em texto

Portos e Obras Hidráulicas I
Dimensionamento Hidráulico
Bueiros
Bueiros - Definição
Segundo o DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes), os
bueiros são obras destinadas a permitir a passagem livre das águas que acorrem
as estradas e através destas, permitindo a continuidade do escoamento natural.
Os bueiros são compostos de bocas e corpo. O Corpo é a parte situada sob os
cortes e aterros. Já as bocas constituem os dispositivos de admissão e lançamento,
a montante e a jusante, e são compostas de soleira, muro de testa e alas.
Os bueiros são obras utilizadas em bacias de pequeno e médio porte. São
denominados obras de arte correntes.
Bueiros - Classificação
Os bueiros (B) podem ser classificados de acordo com a suas(eus): 
Bueiros - Classificação
Os bueiros (B) podem ser classificados de acordo com a suas(eus): 
Bueiros - Classificação
Os bueiros (B) podem ser classificados de acordo com a suas(eus): 
Bueiros - Classificação
Bueiros – Condições de 
Funcionamento
“Os bueiros são estruturas bastante simples pelos seus componentes porém de 
dimensionamento complexo”.
O seu funcionamento hidráulico pode ser de três formas distintas:
Canal 
(escoamento livre)
Orifício 
(carga hidráulica a montante)
Conduto Forçado 
(submergência das 
extremidades)
Fonte: BAPTISTA, M. Fundamentos de Engenharia Hidráulica, 2014.
Bueiros – Condições de Funcionamento
Funcionando como canal
• Extremidades montante e jusante de um bueiro não se encontram submersas, 
ou seja, existe uma superfície livre ao longo de todo o conduto, diz-se que ele 
está funcionando como canal (BAPTISTA, M);
• Condição de não submergência da entrada do bueiro, indica que a vazão 
afluente é igual ou inferior à vazão admissível na obra, é verificada usualmente 
para profundidades a montante (Hm) até 20% superior à dimensão vertical do 
bueiro (D ou H).
Fonte: BAPTISTA, M. Fundamentos de Engenharia Hidráulica, 2014.
Bueiros – Condições de Funcionamento
Funcionando como canal
• Na prática, a determinação do regime de funcionamento pode ser efetuada
através da simples comparação da declividade de assentamento do bueiro com
a declividade crítica, sendo que estas podem ser obtidas pelas seguintes
expressões:
• Bueiros tubulares: Ic=32,82
n²
3
D
• Bueiros celulares: 𝐼𝑐=
2,6𝑛²
3
𝐻
3 +
4𝐻
𝐵
4/3
• Assim, quando o bueiro, funcionando como canal, está (ou será) implantado
com declividade inferior à crítica, o regime de escoamento será subcrítico,
sendo, então, seu controle hidráulico localizado a jusante. Para os bueiros
implantados com declividades iguais ou superiores à crítica, seu
funcionamento se dará no regime torrencial, sendo seu controle de montante.
Fonte: BAPTISTA, M. Fundamentos de Engenharia Hidráulica, 2014.
Bueiros – Condições de Funcionamento
Funcionando como canal (Regime Subcrítico)
• Especificamente para bueiros tubulares podem ser obtidas as expressões que
seguem abaixo, para a vazão admissível e a velocidade correspondente.
Saliente-se que nestas expressões já está incluída uma folga de 20%, ou seja, o
bueiro trabalha com uma profundidade de fluxo de 80% de diâmetro:
𝑄𝑎𝑑𝑚=
0,305
𝑛
𝐷8/3 𝐼1/2 e 𝑈 =
0,452
𝑛
𝐷2/3 𝐼1/2
• Da mesma maneira, para bueiros celulares, obtêm-se as seguintes expressões
para a vazão e velocidade, estando também já incluída uma folga de 20%:
𝑄𝑎𝑑𝑚 =
(0,8𝐵𝐻)5
(𝐵+1,6𝐻)²
1/3
𝐼1/2
𝑛
e 𝑈 =
𝑄𝑎𝑑𝑚
0,8𝐵𝐻
Bueiros – Condições de Funcionamento
Funcionando como canal (Regime Supercrítico)
• Para os bueiros supercríticos, o dimensionamento deverá ser efetuado
limitando-se a vazão admissível à vazão correspondente ao regime critico, com
altura característica da energia específica igual ao seu diâmetro ou altura.
Assim, para bueiros tubulares obtêm-se as seguintes expressões, que
implicitamente já incluem uma folga no dimensionamento:
𝑄𝑎𝑑𝑚 = 1,533𝐷
5/2 e 𝑈 = 2,56 𝐷
• Para bueiros celulares supercríticos obtêm-se as seguintes expressões:
𝑄𝑎𝑑𝑚 = 1,705𝐵𝐻
3/2 e 𝑈 = 2,56 𝐻
Fonte: BAPTISTA, M. Fundamentos de Engenharia Hidráulica, 2014.
Bueiros – Condições de Funcionamento
Funcionando como orifício
• O funcionamento hidráulico nestas condições é definido pelas expressões da
Teoria dos Orifícios. Assim, a vazão transportada passa a ser uma função da
altura de carga, podendo ser calculada pela seguinte expressão geral:
𝑄 = 𝐶𝑑 𝐴 2𝑔ℎ
• Expressões para bueiros tubulares:
𝑄𝑎𝑑𝑚 = 2,192𝐷
2ℎ1/2 e 𝑈 = 2,79ℎ1/2
• Expressões para bueiros celulares:
𝑄𝑎𝑑𝑚=2,79𝐵𝐻ℎ
1/2 e U=2,79ℎ1/2
Fonte: BAPTISTA, M. Fundamentos de Engenharia Hidráulica, 2014.
Bueiros – Condições de Funcionamento
Funcionando como conduto forçado
• O dimensionamento hidráulico, para as condições de escoamento com entrada
afogada, consiste em determinar a altura de carga correspondente à vazão
afluente para uma dada dimensão do bueiro. Esta altura de carga deve ser
compatível com as condições locais de implantação da obra, como será
discutido posteriormente.
𝐻𝑚 = 𝐻𝐽 − 𝐼𝐿 + ∆H 
• Determinação das perdas ao longo do bueiro
∆𝐻 = 𝐶𝑒
𝑈²
2𝑔
+ 𝐶𝑠
𝑈²
2𝑔
+
𝑛²𝑈²𝐿
𝑅ℎ4/3
∆𝐻 = 𝐶𝑒 + 𝐶𝑠 +
2𝑔𝑛²𝐿
𝑅ℎ4/3
𝑈²
2𝑔
Fonte: BAPTISTA, M. Fundamentos de Engenharia Hidráulica, 2014.
Bueiros – Condições de Funcionamento
Funcionando como conduto forçado
Tipo de estrutura de entrada
Bueiros em 
concreto
Bueiros 
metálicos
“Bolsa” saliente, com ou sem muro e alas. 0,2 -
“Ponta” saliente, com ou sem muro e 
alas.
0,5 -
Saliente, sem muro e alas. - 0,9
Saliente, com muro e alas. - 0,5
Muro de testa, final do tubo 
arredondado.
0,2 -
Tubo biselado. 0,7 0,7
Seção terminal conformada com aterro. 0,5 0,5
Muro de testa, sem alas. - 0,2 – 0,5
Fonte: BAPTISTA, M. Fundamentos de Engenharia Hidráulica, 2014.
Coeficientes de perda de carga na saída de bueiros tubulares variam entre 0,3 a 1, 
sendo usualmente adotado o valor 1. 
Bueiros
Tipo de estrutura de entrada
Com bolsa saliente
Fonte: 
https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjExrT4oMzaAhVBHZAKHbbVADkQjRx6BAgAEA
U&url=https%3A%2F%2Fbr.depositphotos.com%2Fstock-photos%2F%25C3%25A1guas-
pluviais.html&psig=AOvVaw3HEh22MzFtlhp0hEad77Da&ust=1524430640930843
Bueiros
Tipo de estrutura 
de entrada
Fonte: 
https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwj9g9OYoszaAhVBhJAKHU6hDM
UQjRx6BAgAEAU&url=https%3A%2F%2Fwww.slideshare.net%2FClaudioLuiss%2Festradas-
63898374&psig=AOvVaw1zlbdr23xktJKmM4wdtjw4&ust=1524431008967772
Observação:
✓No dimensionamento de bueiros, procura-se evitar que o mesmo trabalhe
afogado. A vazão de projeto é, normalmente, aquela esperada para um certo
período de retorno sem causar afogamento à vazões na entrada. Um vez escolhido
o diâmetro do bueiro, verifica-se se mesmo é capaz de dar escoamento vazões
maiores (maiores tempo de retorno) mas com afogamento na entrada.
✓Declividade neutra – declividade a linha de energia com o bueiro trabalhando a
seção plena, ou seja, altura d’água dentro do bueiro coincide com a geratriz
superior do bueiro. Se a declividade natural for maior que a declividade neutra,
bueiro funciona com conduto livre, caso contrário o bueiro funcionará como
conduto forçado.
✓Diz-se que a entrada é afogada quando o nível d’água nesta seção for ≥ 1,2
vezes o diâmetro de entrada. Para nível de água menor que 1,2.D entra ar no
bueiro e a superfície livre ou superfície de escoamento fica submetido á pressão
atmosférica. Neste caso a declividade do bueiro e o atrito da água com as paredes
é que determinarão as condições de escoamento no bueiro (conduto livre).
BueirosObservação:
✓ Para Linhas múltiplas, usualmente adota-se uma redução da capacidade de
vazão de 5% para cada linha adicional, em função das condições de entrada
mais desfavoráveis. Assim, admite-se que para um bueiro duplo sua capacidade
de vazão total seja de 95% da soma das capacidades de vazão de cada tubo;
Para bueiros triplos de 90%. (Baptista 2014)
✓ Para bueiros em concreto deverá ser respeitado o limite máximo para
velocidade de escoamento de 4 m/s; para bueiros metálicos a velocidade máxima
admissível deve ser limitada a 6 m/s. Para ambos os casos deverá ser verificada a
compatibilidade da velocidade admissível nos terrenos a jusante da obra,
prevendo-se eventualmente a implantação de estruturas dissipadoras de energia.
(Baptista 2014).
Bueiros
Exercícios
1 - Verificar a condição hidráulica de funcionamento de um BDTC Φ 1,20 m,
implantado com uma declividade de 0,30%, sob uma altura de aterro de 4,2
m para uma vazão afluente de 8 m³/s (n=0,015).
2 – Um talvegue é transposto por um BSTC Φ 0,80 m (n=0,015), assentado
com declividade de 0,4% sob um aterro com altura de 2 m. Sabendo-se que a
vazão afluente á obra é de 1,81 m³/s e que a jusante não existe possibilidade
de afogamento, pede-se:
a) Avaliar as condições de funcionamento e suficiência da obra, indicando
seu aproveitamento ou complementação;
b) Em caso de insuficiência, redimensionar uma nova obra para
funcionamento sem carga hidráulica a montante, sabendo-se que se dispõe
de tubos de concreto Φ 0,80
Exercícios
3 – Um bueiro funcionando como conduto forçado é instalado com
declividade de 0,05 m/m. Foi projetado para uma descarga de 7,5 m³/s
quando a altura máxima de água acima da geratriz inferior, na entrada foi de
4,8 m. Calcular o diâmetro do tubo de aço corrugado (n=0,024) que deverá
ser usado sendo L=12 m. Considere saída livre e Ce=0,5.
4 – Determinar a capacidade de vazão de um bueiro de 1 m de diâmetro,
entrada em aresta viva, de concreto (n=0,015) comprimento de 40 metros,
sendo a carga sobre a geratriz inferior na seção de montante iguala 2 m. A
saída é livre e declividade de 0,05 m/m.
5 – Determine a largura de um bueiro retangular para funcionar como
conduto livre (regime supercrítico), dispondo de uma carga a montante igual
a 1,2 metros para transportar 3,3 m³/s. Assuma que o coeficiente de perda na
entrada Ce=0,15 e despreze a velocidade de chegada.
Exercícios
6 – Supondo-se que o bueiro do exercício 2 se encontra com a saída
submersa com 1,00 m de lâmina d'água, analise suas condições de
funcionamento, admitindo-se que ele esteja implantado com entrada a
montante conformada com o aterro e apresente um comprimento de 50 m.