A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
75 pág.
Unidade 10 c

Pré-visualização | Página 1 de 3

HIDRÁULICA 
Engenharia Civil 
 
Condutos Livres ou Canais 
Profª Dra. Sonia Maria Barros Barbosa Correa 
UNIDADE 10 1 
Sumário 
 10.1 – Conceito 
 10.2 – Formas usuais dos Canais 
 10.3 – Elementos usuais dos Canais 
 10.4 – Variação na Pressão na seção transversal 
 10.5 – Distribuição da Velocidade nos Canais 
 10.6 – Limites de velocidade 
 10.7 – Número de Froude 
 10.8 – Equação geral da Resistência 
 10.9 – Fórmula de Chézy 
 10.10 – Fórmula de Hazen Williams 
 10.11 – Estudo dos Cond. circulares Parcialmente Cheios 
 10.12 – Seções econômicas 
 10.13 – Energia especifica 
 10.14 - Regimes de escoamento 
 10.15 – Declividade Critica 
 10.16 – Ressalto Hidráulico 
 10.17 – Remanso 
 
UNIDADE 10 2 
UNIDADE 10 
Figura 10.1 – Representação 
3 
Aberta 
fechada 
Fechamento 
repentino 
10.1 – Conceito 
 Os condutos livres e os condutos forçados, embora tenham 
pontos em comum, diferem em importante aspecto: os 
condutos livres apresentam superfície livre onde atua a 
pressão atmosférica, enquanto que, nos condutos 
forçados, o fluído enche totalmente a secção e escoa com 
pressão diferente da atmosférica. 
 
 Nos condutos livres ou canais, a característica principal é a 
presença da pressão atmosférica atuando sobre a 
superfície do líquido, em uma seção aberta, como nos 
canais de irrigação e drenagem, ou fechada, como nos 
condutos de esgoto e galerias de águas pluviais. Neste 
caso, o escoamento se processa necessariamente por 
gravidade. 
 
 
 
UNIDADE 10 4 
 Na figura abaixo temos dois casos típicos de condutos 
livres ( a e b); 
 Em (c) está indicado o caso limite de um conduto livre: 
embora o conduto funcione completamente cheio, na 
sua geratriz interna superior atua uma pressão igual à 
pressão atmosférica. 
 Em (d) está representado um conduto no qual existe 
uma pressão maior do que a atmosférica. 
UNIDADE 10 5 
Figura 10.1 – Pepresentação da pressão 
 Os canais podem ser: 
 Naturais – cursos d’água existentes na natureza 
(rios, córregos, estuários) 
 Artificiais - de seção aberta ou fechada (canais de 
irrigação, navegação, aquedutos , galerias) 
 Os conceitos relativos às linhas de energia e 
piezométrica são utilizados nos canais de 
forma análoga aos condutos forcados, 
observando que, devido à presença da 
pressão atmosférica, a linha piezométrica 
coincide geralmente, mas nem sempre, com a 
linha d'água. 
UNIDADE 10 6 
 Os canais são projetados usualmente em 
uma das quatro formas geométricas: 
 Trapezoidal 
 Retangular 
 Triangular 
 Circular 
 
UNIDADE 10 7 
Figura 10.2 – Seção transversal de um canal trapezoidal 
10.2 – Formas usuais dos canais 
 As seções trapezoidais são bastantes empregadas em 
canais de todos os portes, com ou sem revestimento. 
 
 As seções retangulares também são amplamente 
utilizadas, mas construídas em estruturas rígidas, de 
forma a garantir a estabilidade das seções. 
 
 As seções circulares são utilizadas para conduzir vazões 
mais reduzidas, de uso comum em redes de esgoto, 
redes de águas pluviais e em bueiros. 
 
 As seções triangulares são utilizadas em canais de 
pequenas dimensões, como sarjetas rodoviárias e 
urbanas. 
UNIDADE 10 8 
 Para seções irregulares, como os canais naturais, 
estas relações analíticas não podem usualmente ser 
estabelecidas. 
 Eventualmente podes ajustar curvas para a 
representar estas relações, como parábolas, para 
cursos d'água de pequenas dimensões. 
 As seções retangulares largas, são utilizadas para 
cursos d'água de grandes larguras e pequenas 
profundidades. A profundidade é desprezível em 
relação à largura do curso d'água, ou seja, o 
perímetro molhado pode ser assimilado à largura: 
𝐴 ≅ 𝐵𝑦 𝑃 ≅ 𝐵 → 𝑅ℎ ≅y 
UNIDADE 10 9 
Classificação dos escoamentos livres 
 
UNIDADE 10 10 
 
UNIDADE 10 11 
10.3 – Elementos usuais dos canais 
UNIDADE 10 12 
 As condições de contorno nos escoamentos livres podem 
apresentar-se de forma extremamente variável. 
 Em função da geometria da seção e da profundidade de 
escoamento, pode-se definir os parâmetros: 
 Seção ou Área molhada (A): parte da seção transversal que 
é ocupada pelo líquido; 
 Perímetro Molhado (P): comprimento relativo ao contato do 
líquido com o conduto; 
 Largura Superficial (B): largura da superfície em contato 
com a atmosfera; 
 Profundidade Hidráulica (yh): razão entre a Área Molhada e 
Largura Superficial – yh = A/B 
 
 Raio Hidráulico (Rh): razão entre a Área Molhada e o 
Perímetro Molhado: Rh = A/P 
Parâmetros Hidráulicos 
UNIDADE 10 13 
Figura 10.3 – Parâmetros hidráulicos fundamentais das seções transversais 
Parâmetros característicos de algumas 
seções usuais 
UNIDADE 10 14 
Z – referente a inclinação do talude, 
corresponde a razão entre as dimensões 
horizontal e vertical. 
 
UNIDADE 10 15 
Obs: os 
ângulos em 
radianos 
 
UNIDADE 10 16 
 
UNIDADE 10 17 
 
UNIDADE 10 18 
Secoes irregulares 
 
UNIDADE 10 19 
 
UNIDADE 10 20 
Exercício 
 Calcular o Raio Hidráulico e a Profundidade 
Hidráulica do canal trapezoidal abaixo, 
sabendo-se que a profundidade do fluxo é de 
2 m. 
UNIDADE 10 21 
UNIDADE 10 
 Nos escoamentos livres, a diferença de pressões entre 
a superfície livre e o fundo não pode ser desprezada, 
pois não considerando interferências devidas à 
turbulência, constata-se que a pressão em qualquer 
ponto da massa líquida é aproximadamente à 
profundidade, ou seja, a distribuição de pressão na 
seção obedece à Lei de Stevin, 
 
 
 
 
 
 
22 
10. 4 – Variação de Pressão 
Figura 10.3– Distribuição de pressões no escoamento uniforme 
𝑃 = 𝛾ℎ 
𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝑃: 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜
𝛾: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑜 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜
ℎ: 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜
 
 A hipótese de distribuição hidrostática de 
pressões ocorre apenas quando inexistem 
componentes de aceleração no sentido 
longitudinal, ou seja quando observa-se linhas 
de corrente retilíneas, caracterizando o 
Escoamento Paralelo, ocorre apenas em 
situações de escoamento uniforme. 
 Nos escoamentos gradualmente variados, 
para objetivos práticos, pode-se considerar 
também os escoamentos com sendo 
paralelos. 
UNIDADE 10 23 
 Nos escoamentos bruscamente variados, 
quando a curvatura das linhas de corrente no 
sentido vertical é significativa, caracteriza-se o 
Escoamento Curvilíneo. Observando-se uma 
alteração na distribuição hidrostática das 
pressões. 
UNIDADE 10 24 
Figura 10.4– Distribuição de pressões no escoamento curvilíneos 
𝑃′ = 𝑃 + ∆𝑃 
onde: ∆𝑃 =
𝛾ℎ𝑉2
𝑔𝑟
 
sendo:
𝑃′: 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑡𝑛𝑒, 𝑑𝑒𝑣𝑖𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎
𝑃 ∶ 𝑝𝑟𝑒𝑠ã𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎
𝛾: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜
ℎ: 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
𝑔: 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
𝑉: 𝑣𝑒𝑙ó𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚é𝑑𝑖𝑎 
𝑟: 𝑟𝑎𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑜, 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 𝑐ô𝑛𝑐𝑎𝑣𝑜𝑠
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜
𝑒 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑥𝑜𝑠 
 
UNIDADE 10 25 
 Outro aspecto que deve ser considerado diz 
respeito ao efeito da declividade na 
distribuição das pressões. 
 Para canais com declividades, a distribuição 
de pressões afasta-se da hidrostática, em 
escoamento uniforme. 
UNIDADE 10 26 
Figura 10.5 – Distribuição de pressões em canais com declividade 
Nestas condições, a pressão 
no ponto B é dada por:

Crie agora seu perfil grátis para visualizar sem restrições.