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drenagem fcth

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superficiais, níveis elevados de perdas de carga
localizadas, necessidade de um cuidado maior quanto à estabilidade do canal, entre outros. Por razões
como estas deve-se, sempre que possível, evitar projetos neste regime. Em casos que isto seja
inevitável deve-se ter um cuidado especial tanto nas considerações de cálculos hidráulicos, como
estruturais e cuidados construtivos. De uma forma geral os canais de concreto são os mais adequados
para o atendimento a todas estas restrições.
Um cuidado especial deve ser tomado para que o número de Froude do escoamento não esteja situado
dentro de uma faixa variando entre 0,7 e 1,4 , faixa esta correspondente a uma situação de instabilidade
de escoamento.
É importante ter bem definidos os pontos de mudança de regime como, por exemplo, degraus ou pontos
de formação de ressalto.
5.1.6. BORDA LIVRE
Não há um consenso quanto ao dimensionamento da borda livre de canalizações, mesmo porque,
dependendo de cada finalidade pode-se ter critérios mais ou menos restritivos. A título de exemplo,
canais de irrigação cujas condições de escoamento são bastante controladas não necessitam dos
mesmos níveis de folga que um canal de drenagem ou de navegação. Os critérios encontrados na
literatura são apontados a partir de uma experiência prática ou do bom senso. Assim sendo, serão
apresentadas a seguir algumas recomendações encontradas e sugere-se que se adote sempre o critério
mais restritivo.
De acordo com o U.S. Bureau of Reclamation (apud-Chow-1959), os valores adotados para borda livre
em canais, tem variado numa faixa aproximada de 0,3 m a 1,2 m, para canalizações com vazões
variando entre 0,5 m3/s a aproximadamente 80 m3/s. Apenas como uma orientação inicial aconselha o
uso da seguinte expressão:
( )BL a y= × 0 5, ......................................................................................................................( 5.5 )
onde:
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BL valor da borda livre;
y profundidade de escoamento para a vazão de projeto, em metros;
a constante que varia entre 0,4, para valores baixos de vazão de projeto (próximos ao limite
inferior de 0,5 m3/s), e 0,8 para valores elevados de vazão de projeto (igual ou superior a 80
m3/s), num limite máximo de 1,2 m.
O Manual de Critérios de Projetos de Drenagem Urbana da cidade de Denver, Colorado, E.U.A. (Wright-
Mclaughin -1979) apresenta, como critério, a seguinte equação :
BL V y= + × ×060 0037 13, , .................................................................................................. ( 5.6 )
onde:
V velocidade média na seção;
y profundidade de escoamento para a vazão de projeto.
No Manual da cidade de Denver a vazão de projeto é considerada como sendo a de período de retorno
de 100 anos. Para os casos de canalizações que atendam períodos de retorno menores, recomenda
que as obras ribeirinhas se situem a pelo menos 0,30 m acima do nível correspondente à linha d'água
para a vazão com período de retorno de 100 anos.
No caso que seja inevitável o projeto da canalização em regime torrencial deve-se acrescentar a esses
valores propostos o incremento correspondente às ondulações de superfície. Também nos pontos de
mudança de direção, deve ser acrescentado o valor correspondente à sobrelevação do nível de água
devido ao efeito de curvatura (ver item 5.2.9).
Em seções fechadas a determinação da borda livre merece especial atenção, uma vez que em caso de
afogamento do conduto há uma brusca redução da condutividade hidráulica. Nos casos convencionais
de projeto, com vazão de dimensionamento com período de retorno de 25 anos, convém também fazer
a verificação de seu comportamento hidráulico para a vazão com período de retorno de 100 anos. Caso
nesta última condição o conduto entre em carga, deve-se impor que a linha piezométrica não ultrapasse
os níveis mais baixos dos terrenos laterais. A estrutura deve ser dimensionada para suportar todas as
solicitações, bem como deve-se tomar todos os cuidados construtivos para atender a esta situação de
escoamento em carga.
5.2. SINGULARIDADES
5.2.1. EMBOQUES EM NÍVEL
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Os emboques em galerias seguem os mesmos critérios de dimensionamento de bueiros, com a
particularidade que devem ser dimensionados para que não entrem em carga em qualquer
circunstância. Para que isto ocorra é necessário não só que as dimensões da galeria sejam
suficientemente dimensionadas, para que funcione em regime de escoamento com superfície livre,
como também que as condições de jusante e montante sejam tais que não permitam o afogamento. A
experiência demonstra que existe um valor crítico da altura do nível de montante, entre 1,2 e 1,5 vezes
a altura da galeria, acima da qual o emboque deve entrar em carga (Figura 5.1).
Há situações, como por exemplo as saídas de reservatórios, em que o nível de água a montante
ultrapassa o valor limite de afogamento, porém com o escoamento a superfície livre no interior do
conduto (Figura 5.1). Nestes casos deve-se dimensionar a entrada da galeria como se fosse um orifício
de grandes dimensões, a partir da equação de conservação de energia, escrita da forma:
Q C A g HQ= × × × ×2 .........................................................................................................( 5.7 )
onde:
Figura 5.1 - Emboque em galeria
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Q vazão de projeto da galeria;
CQ coeficiente de descarga do orifício;
A área da seção de entrada da galeria;
H carga no reservatório referida ao piso da galeria.
O coeficiente de descarga neste caso varia entre valores de 0,45 e 0,75 aproximadamente, dependendo
da geometria na entrada (Chow - 1959).
Henderson (1966) indica uma equação para seções de galerias quadradas ou retangulares, que se
aproxima muito dos valores observados, com desvios da ordem de 2 % :
Q C b h g H C hQ gal Q gal= × × × × × - ×2 ( ) ..............................................................................( 5.8 )
onde:
hgal altura da galeria;
b largura da galeria;
CQ 0,6 para bordos com aresta quadrada, 0,8 para bordos arredondados.
Não ultrapassando o limite para o afogamento na entrada da galeria (Figura 5.1), Henderson (1966)
recomenda que se utilize uma equação semelhante, admitindo que o escoamento passe pelo regime
crítico na entrada da galeria:
Q C b h g Hb= × × × × × ×
2
3
2
3
................................................................................................. ( 5.9 )
onde:
Cb coeficiente de contração lateral que assume o valor unitário quando as bordas são
arredondadas com raio de curvatura superior a 10% do valor da largura da boca da galeria, e
valor igual a 0,9, quando os bordos têm aresta quadrada.
Em se tratando de aproximação em canal, a perda de carga no emboque irá depender basicamente das
condições geométricas de aproximação. O ideal é que a aproximação seja feita na mesma direção do
eixo da galeria, com uma transição geométrica gradual para minimizar as perdas de carga. No caso que
seja inevitável uma passagem com variação geométrica mais brusca, que envolva mudança de largura
de seção ou mesmo uma aproximação em curva, deve-se calcular estes efeitos a partir dos
equacionamentos que são apresentados nos ítens a seguir.
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5.2.2. EMBOQUES A PARTIR DE VERTEDORES
Há casos em que o início de uma galeria pode ser feito superiormente, com uma ligação aos sistemas
de micro-drenagem. Neste caso convém que esta entrada seja feita através de vertedor frontal e/ou
lateral ou em forma de tulipa, dependendo do arranjo específico de cada obra. Estes vertedores devem
ser dimensionados