Aula 05 - CÁLCULO DO ESCOAMENTO EM CANAIS

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AULA 05
• CÁLCULO DO ESCOAMENTO EM CANAIS
CÁLCULO DO ESCOAMENTO EM CANAIS
SEÇÕES CIRCULARES E SEMICIRCULARES
Frequentemente são empregados canais de seção fechada, como nas
canalizações de águas pluviais, esgotos, drenagem subterrânea, bueiros e
galerias de instalações hidrelétricas, que funcionam parcialmente cheios. A
adoção da seção circular nos grandes condutos está condicionada às
questões estruturais e aos processos de execução. Já a seção semicircular,
bastante vantajosa para os condutos abertos, frequentemente não pode
ser realizada por questões estruturais, dificuldade de execução ou
inexistência de revestimento nos canais escavados.
Normalmente, os tubos são fabricados com a seção circular. Daí o
predomínio dessa forma e a importância do seu estudo.
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Velocidade e Vazão Máximas
O valor máximo para a velocidade das águas num conduto circular, ocorre
quando o conduto está parcialmente cheio com y = 0,81D.
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É importante notar que a maior vazão que se pode
conseguir, em determinado conduto, não é a que se
obtém com o conduto funcionando completamente cheio,
mas sim, com y = 0,95D. A vazão irá aumentando até o
ponto mencionado, para depois sofrer uma pequena
redução, decorrente do enchimento completo do conduto
(maior resistência).
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SEÇÃO RETANGULAR
A forma retangular geralmente é adotada nos canais de concreto e nos
canais abertos em rochas. Tratando-se de seção retangular, a mais
favorável é aquela para a qual a base b é o dobro da altura h.
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SEÇÃO TRAPEZOIDAL
Para determinada seção de escoamento A, a forma mais econômica será
aquela que levará à maior velocidade e ao menor perímetro. Dos
hexágonos de mesma seção, o hexágono regular é o que tem o menor
perímetro. É fácil provar que, os valores estabelecidos de A e de h, a seção
mais vantajosa é a de um semi-hexágono regular (α= 60º), conforme a
figura a seguir.
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Nem sempre essa seção pode ser adotada; se não houver revestimento, a
inclinação das paredes laterais do canal deverá satisfazer ao talude natural
das terras, para sua estabilidade e permanência. O Quadro a seguir
apresenta valores médios comuns para os taludes dos canais abertos.
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SEÇÃO COM RUGOSIDADES DIFERENTES
O perímetro molhado de uma mesma seção pode incluir trechos de
diferentes graus de rugosidade, n1, n2, n3, etc. Para os cálculos hidráulicos
admite-se um grau de rugosidade média obtido pela seguinte expressão
de acordo com Forchheimer.
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LIMITES PRÁTICOS DA VELOCIDADE
Nos canais, assim como nos encanamentos, a velocidade média da água
normalmente não se afasta de uma gama de valores não muito ampla,
imposta pelas boas condições de funcionamento e manutenção. Dois
limites extremos são estabelecidos na prática, ou seja, limite inferior:
velocidade média mínima; e limite superior: velocidade média máxima.
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Limite Inferior
Este limite é estabelecido para evitar a deposição de materiais em
suspensão.
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Limite Superior
Este limite é fixado de modo a impedir a erosão das paredes.
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VELOCIDADES PRÁTICAS
São os valores mais comuns usados na prática.
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DECLIVIDADES LIMITE
A rigor é a velocidade que é estabelecida e esta é função da declividade,
em consequência dos limites estabelecidos para a velocidade, decorrem
limites para a declividade.
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Exercício 01: Calcular a declividade de um canal
trapezoidal com taludes de 2:1 que irá transportar água
pluvial, o material da base do canal possuí n = 0,025 e dos
taludes possuem n = 0,035. Dados: Base do canal = 2m e y
= 1m