Hidráulica Aplicada - Aula 07 - 2020 - 01

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HIDRÁULICA APLICADA
▪ Prof. Me. Michelle Trevisan
▪ Escola de Engenharia Civil
▪ Michelle.silva@imed.edu.br
CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS LIVRES
▪ São aqueles em que o líquido apresenta pelo menos uma
superfície livre (de sua seção) sobre a qual atua a pressão
atmosférica.
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CONDUTOS LIVRES
▪ Os melhores exemplos de condutos livres são os cursos de
águas naturais.
CONDUTOS LIVRES
▪ Estes escoamentos tem um grande número de aplicações
práticas na engenharia, estando presente em áreas como o
saneamento, a drenagem urbana, irrigação, hidroelétricas,
navegação e conservação do meio ambiente.
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CONDUTOS LIVRES
CONDUTOS LIVRES
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CONDUTOS LIVRES
▪ São, pois, considerados canais, todos os condutos que
conduzem águas com uma superfície livre, com seção
aberta ou fechada.
CONDUTOS LIVRES
▪ Os escoamentos em condutos livres diferem dos que ocorrem em
condutos forçados ou sob pressão porque o gradiente de pressão
não é relevante.
▪ No escoamento em condutos livres a distribuição de pressão pode
ser considerada como hidrostática e o agente que proporciona o
escoamento é a gravidade.
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CONDUTOS LIVRES
▪ O movimento não depende, como nos condutos forçados,
da pressão existente.
▪ O movimento depende da inclinação do fundo do canal e
da superfície da água.
CONDUTOS LIVRES
▪ Apesar da hipotética semelhança nos escoamentos livres e
sob pressão, os livres são mais complexos e com resolução
mais sofisticada pois as variáveis são interdependentes com
variação no tempo e espaço.
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▪ A compreensão, interpretação e o dimensionamento de
condutos livres são importantes nos aspectos econômico,
ecológico e social em atividades do desenvolvimento:
drenagem, irrigação, contenção e previsão de cheias,
diagnósticos e estudos de impacto ambiental, modelagem,
navegação, transporte e tratamento de esgoto, proteções,
entre outras.
CONDUTOS LIVRES
CONDUTOS LIVRES
▪ FORMAS DOS CANAIS
▪ Circular ou semicircular;
▪ Retangular ou quadrado;
▪ Trapezoidal;
▪ Irregular.
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CONDUTOS LIVRES
CONDUTOS LIVRES
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CONDUTOS LIVRES
▪ A diversidade das formas das seções torna geralmente
difícil defini-los por uma única dimensão, como o
DIÂMETRO, por exemplo nos condutos circulares.
▪ Deve-se por isso recorrer ao:
RAIO HIDRÁULICO OU RAIO MÉDIO
CONDUTOS LIVRES
▪ PARÂMETROS GEOMÉTRICOS E HIDRÁULICOS
▪ B = largura superficial
▪ A = área molhada
▪ P = perímetro molhado
▪ Y = profundidade (fundo à superfície)
▪ Yh = A/B = Profundidade hidráulica
▪ Rh = raio hidráulico = Am/Pm
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CONDUTOS LIVRES
▪ RAIO HIDRÁULICO OU RAIO MÉDIO
▪ É a relação entre a área da seção molhada e o respectivo
perímetro molhado, que é o perímetro da água em contato
com a parede, excluindo a superfície livre.
CONDUTOS LIVRES
▪ RAIO HIDRÁULICO OU RAIO MÉDIO
▪ É a relação entre a área da seção molhada e o respectivo
perímetro molhado, que é o perímetro da água em contato
com a parede, excluindo a superfície livre.
Área Molhada (AM)
Perímetro Molhado (PM)
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▪ Caracterização da forma dos canais
▪ Área Molhada (Am)
▪ Parte da seção transversal que é ocupada pelo líquido;
▪ Área útil ocupada pelo líquido.
CONDUTOS LIVRES
▪ Caracterização da forma dos canais
▪ Perímetro Molhado (PM)
▪ Comprimento da linha de contato entre a água, as paredes e
o fundo do canal.
▪ Perímetro este, em corte transversal do canal.
CONDUTOS LIVRES
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CONDUTOS LIVRES
▪ A tabela apresenta a área molhada, o perímetro molhado e
o raio hidráulico de algumas seções usuais:
Forma da seção Altura da água
(y)
Área molhada Perímetro molhado Raio Hidráulico Observações
Condutos fechados
Circular * D 3,14r2 6,28r 0,500r D (diâmetro)
Circular 0,75D 2,53r2 4,19r 0,603r r (raio)
Circular 0,67D 2,24r2 3,84r 0,583r
Circular 0,50D 1,57r2 3,14r 0,500r
Circular 0,25D 0,614r2 2,09r 0,293r
Triangular 90o * H H2 2,83H H/2,83 H = altura
Condutos abertos
Retangular y by b+2y by/(b+2y) y=profundidade
Semi-circular **
Trapezoidal **
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CONDUTOS LIVRES
▪ SEÇÕES COM GEOMETRIAS CONHECIDAS
CONDUTOS LIVRES
▪ SEÇÕES COM GEOMETRIAS CONHECIDAS
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CONDUTOS LIVRES
▪ Os canais artificiais são os mais empregados em obras de
macrodrenagem, em particular como na escavação nos
leitos de córregos e riachos naturais.
▪ A utilização de uma seção artificial pré-moldada ou
construída no local é uma decisão que varia caso a caso,
em função dos custos de escavação, revestimento,
condições para execução das obras e remoção e
reassentamento de populações.
CONDUTOS LIVRES
▪ O escoamento em condutos livres pode ser:
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CONDUTOS LIVRES
▪ Assim como nos condutos forçados de seção circular, o tipo
de escoamento também é definido pelo número de
Reynolds:
Onde:
RH = Raio Hidráulico;
V = velocidade média;
 = viscosidade cinemática do fluido.
CONDUTOS LIVRES
▪ PARA CONDUTOS LIVRES:
▪ Se Re < 500 Escoamento Tipo Laminar;
▪ Se 500 < Re < 1000 Escoamento de Transição;
▪ Se Re > 1000 Escoamento Tipo Turbulento.
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CONDUTOS LIVRES
▪ Num conduto livre de declividade constante há movimento
uniforme quando a seção de escoamento é constante em
forma e dimensões, pois conforme a equação da
continuidade...
▪ A profundidade da água é constante ao longo do conduto
e a superfície da água é paralela ao fundo.
Q = A1.v1 = A2.v2 = ...
CONDUTOS LIVRES
▪ Ainda, considerando-se que o movimento seja permanente
neste conduto, é necessário para isso, que a quantidade de
líquido que entra seja constante em relação à que sai.
▪ Não havendo novas entradas e nem saídas de líquido, a
vazão será sempre a mesma e o movimento será
permanente (com permanência de vazão).
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CONDUTOS LIVRES
▪ Se a profundidade e a velocidade forem constantes (para
isso a seção de escoamento não pode ser alterada), o
movimento será uniforme desde que a natureza de suas
paredes seja sempre a mesma.
CONDUTOS LIVRES
▪ Variações de declividade devido à defeitos construtivos
podem provocar mudanças no regime de escoamento.
▪ Esses defeitos dificilmente podem ser corrigidos depois de
concluída a obra.
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CONDUTOS LIVRES
▪ Devido às incertezas no dimensionamento hidráulico, deve-
se prever uma faixa de segurança adicional na altura da
obra, denominada borda livre, que é a distância vertical
entre o topo do canal e a superfície livre da água nas
condições de projeto
▪ De acordo com Chow, adotam-se usualmente, bordas livres
entre 5 a 30% da profundidade de escoamento de projeto.
CONDUTOS LIVRES
▪ BORDA LIVRE DOS CANAIS
▪ Em canais abertos e fechados, deve-se prever uma folga
de 20 a 30% de sua altura, acima do nível d’água máximo
do projeto.
▪ Este acréscimo representa uma margem de segurança
contra possíveis elevações do nível dá água acima do
calculado, o que poderia causar trasbordamento.
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CONDUTOS LIVRES
▪ BORDA LIVRE DOS CANAIS
CONDUTOS LIVRES
▪ VAZÃO DE ESCOAMENTO EM CONDUTOS LIVRES
▪ Onde:
▪ Q = vazão de escoamento
▪ AM = Área molhada
▪ V = velocidade de escoamento
▪ Então é necessário conhecermos, além da área molhada da
seção, a velocidade de escoamento do líquido que está
sendo escoado.
Q = AM . V
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CONDUTOS LIVRES
CONDUTOS LIVRES
▪ VELOCIDADE DE ESCOAMENTO EM CONDUTOS LIVRES
▪ A expressão fundamental, para a velocidade de
escoamento em condutos livres foi proposta em 1775, e é a
Fórmula de CHÉZY.
▪ Onde:
▪ C = Coeficiente de resistência;
▪ RH = Raio Hidráulico em m;
▪ I = Declividade em m/m.
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CONDUTOS LIVRES
▪ VELOCIDADE DE ESCOAMENTO EM CONDUTOS LIVRES
▪ O valor de C era, na época, suposto independente da rugosidade das
paredes.
▪ A conhecida equação de Chezy foi derivada do conceito de
escoamento uniforme, no qual a profundidade é constante ao longo
do canal, e a linha de água resultante é paralela ao fundo.
▪ Os modernosconhecimentos sobre a turbulência indicam que o
coeficiente C depende da relação viscosidade-inércia do fluido, da
geometria da seção, da rugosidade relativa dos contornos e do
regime de escoamento.
CONDUTOS LIVRES
▪ FÓRMULAS EMPÍRICAS (PRÁTICAS) PARA O CÁLCULO DA
VELOCIDADE NOS CONDUTOS LIVRES
FÓRMULA DE BAZIN:
Sendo que C:
HRY
C
/1
87
+
=
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CONDUTOS LIVRES
▪ O coeficiente γ depende da natureza das paredes, sendo:
Categoria Descrição γ
1
2
3
4
5
6 
Condutos muito liso
Condutos lisos
Alvenaria de pedra bruta
Canais de terra de paredes regulares
Canais de terra comum
Canais de terra muito irregulares
0.06
0.16
0.46
0.85
1.30
1.75
CONDUTOS LIVRES
▪ Valores de y 
propostos por H. W. 
King para a 
fórmula de BAZIN
Classe de Material
Muito 
Bom
Bom Regular Mau
Manilhas de cerâmica 0,06 0,22 0,33 0,5
Drenos de barro 0,11 0,17 0,28 0,5
Alvenaria de tijolos e cimento 0,14 0,22 0,33 0,5
Superfície lisas de cimento 0 0,06 0,14 0,22
Superfícies revestidas com cimento 0,06 0,11 0,22 0,33
Tubos de concreto 0,14 0,22 0,33 0,41
Calhas de madeira aparelhadas 0 0,14 0,22 0,28
Calhas de madeira não aparelhadas 0,06 0,22 0,28 0,33
Canais revestidos com concreto 0,14 0,28 0,41 0,55
Alvenaria de pedra cortada 0,5 0,69 1,05 1,38
Alvenaria de pedra bruta 1,05 1,38 1,6 1,75
Alvenaria de pedra lavrada 0,22 0,28 0,36 0,5
Condutos metálicos lisos 0,06 0,14 0,22 0,33
Condutos de metal corrugado 0,88 1,05 1,21 1,38
Canais de terra em boas condições 0,5 0,69 0,88 1,05
Canais de terra com vegetação e rochas 1,05 1,38 1,75 2,1
Canais escavados em rocha 1,38 1,75 2,04 2,32
Cursos de água naturais em boas condições 1,05 1,38 1,75 2,1
Cursos de água naturais com vegetação, rochas 1,75 2,42 3,48 4,85
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CONDUTOS LIVRES
▪ FÓRMULAS EMPÍRICAS (PRÁTICAS) PARA O CÁLCULO DA
VELOCIDADE NOS CONDUTOS LIVRES
FÓRMULA DE KUTTER:
Sendo que C:
▪ Sendo muito comum o emprego de m = 0,35
para tubulações de redes urbanas de esgotos.
CONDUTOS LIVRES
▪ FÓRMULAS EMPÍRICAS (PRÁTICAS) PARA O CÁLCULO DA
VELOCIDADE NOS CONDUTOS LIVRES
FÓRMULA DE MANNING:
Sendo que C:
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CONDUTOS LIVRES
▪ FÓRMULA DE MANNING:
n= 0,010 paredes muito lisas;
n= 0,011
canais de chapas com rebites embutidos, tubos de cimento e de 
fundição em perfeitas condições;
n= 0,012 canais de paredes de cimento muito liso;
n= 0,013
canais com reboco de cimento liso com curvas de raio limitado e águas 
não completamente limpas; (esse é o valor usual para coletores de 
esgoto) 
n= 0,014
canais com paredes de cimento não completamente lisas, de madeira 
aplainada e lixada;
n= 0,018 paredes de cimento rugoso;
n= 0,020
paredes de alvenaria em más condições de manutenção, ou alvenaria 
de pedregulhos;
n= 0,025 para paredes de terra, com vegetação no fundo e nos taludes;
n= 0,030
canais de terra com vegetação normal, fundo com cascalhos ou irregular 
por causa de erosões, revestidos com pedregulhos e vegetação
CONDUTOS LIVRES
▪ VELOCIDADES E DECLIVIDADES LIMITES
▪ Para o perfeito funcionamento dos condutos livres,
recomenda-se certos limites para a velocidade de
escoamento da água.
▪ Quando a velocidade pequena:
▪ propicia a deposição de materiais em suspensão.
▪ Quando a velocidade grande:
▪ propicia a erosão das paredes.
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CONDUTOS LIVRES
▪ VELOCIDADES E DECLIVIDADES LIMITES
▪ Em qualquer um dos casos a seção de escoamento é
alterada, piorando as condições de funcionamento do
conduto;
▪ Em geral, recomenda-se limitar as velocidades mínimas entre
0,40 m/s e 0,90 m/s, como forma de prevenir a deposição de
siltes e materiais mais finos.
▪ Alguns autores sugerem ainda, que uma velocidade mínima
da ordem de 0,75 m/s é suficiente para impedir o crescimento
de vegetação no interior e juntas dos condutos..
CONDUTOS LIVRES
▪ VELOCIDADES E 
DECLIVIDADES LIMITES
▪ Quanto as máximas devem 
ficar de acordo com a 
tabela ao lado:
▪ Pela fórmula de CHEZY, 
verifica-se que a 
velocidade decresce junto 
com a declividade. 
Tipo de material Velocidade média e máxima (m/s)
Galerias:
revestidas de concreto 4,5
revestidas de tijolos 4,5
Tubos:
aço e ferro fundido 3,6 - 6,0
concreto 3,0 - 4,5
madeira 4,5
Túneis:
não revestidos 3,6
revestidos de concreto 3,0 - 4,5
revestidos de aço 3,6 - 6,0
Calhas:
qualquer tipo menor do que a velocidade crítica
Canais:
terra comum 0,75 - 0,90
areia 0,30 - 0,60 
cascalho compactado em argila firme 1,5 - 1,8
rochas 2,4 - 4,5
Canais revestidos
de concreto 3,0 - 4,5
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CONDUTOS LIVRES
CONDUTOS LIVRES
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CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS DE SEÇÃO SEMI-CIRCULAR
▪ As seções circulares ou semicirculares são as que
apresentam menor perímetro molhado e o maior raio
hidráulico por unidade de área do conduto.
▪ São por isso, SEÇÕES ECONÔMICAS IDEAIS.
▪ A vazão de escoamento será:
Q = AM. v
CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS DE SEÇÃO SEMI-CIRCULAR
Forma da seção Altura da água
(y)
Área molhada Perímetro molhado Raio Hidráulico Observações
Condutos fechados
Circular * D 3,14r2 6,28r 0,500r D (diâmetro)
Circular 0,75D 2,53r2 4,19r 0,603r r (raio)
Circular 0,67D 2,24r2 3,84r 0,583r
Circular 0,50D 1,57r2 3,14r 0,500r
Circular 0,25D 0,614r2 2,09r 0,293r
Triangular 90o * H H2 2,83H H/2,83 H = altura
Condutos abertos
Retangular y by b+2y by/(b+2y) y=profundidade
Semi-circular **
Trapezoidal **
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CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS DE SEÇÃO SEMI-CIRCULAR
CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS DE SEÇÃO RETANGULAR OU QUADRADA
▪ Geralmente é adotada nos canais de concreto e nos
canais abertos em rocha, mas pode ser adotada em outras
situações como nas calhas receptoras da água da chuva
▪ Tratando-se de seção retangular, a mais favorável é aquela
para a qual a base b é o dobro da altura a.
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CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS DE SEÇÃO RETANGULAR OU QUADRADA
▪ Am = b.a
▪ Pm = 2.a+b
▪ RH = Am/Pm
CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS DE SEÇÃO TRAPEZOIDAL
▪ As seções trapezoidais são muito usadas para canais
abertos em aterro natural, dependendo do ângulo  dos
taludes e da natureza do mesmo.
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CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS DE SEÇÃO TRAPEZOIDAL
▪ Em geral ângulos maiores que 45º somente devem ser
utilizados quando as paredes são revestidas com alvenaria
ou concreto.
CONDUTOS LIVRES
▪ CONDUTOS DE SEÇÃO TRAPEZOIDAL
▪ Am = b.h + h² . cotg θ
▪ Pm = b + 2. (h/senθ)
▪ RH = Am/Pm
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CONDUTOS LIVRES
▪ REGIMES DE ESCOAMENTO NOS CONDUTOS LIVRES
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CONDUTOS LIVRES
▪ REGIMES DE ESCOAMENTO NOS CONDUTOS LIVRES
▪ “Se ao longo do tempo o vetor velocidade não se alterar
em grandeza e direção, em qualquer ponto determinado
de um líquido em movimento, o escoamento é dito
permanente.”
CONDUTOS LIVRES
▪ NUM CONDUTO LIVRE
▪ DECLIVIDADE E SEÇÃO CONSTANTES 
▪ HÁ MOVIMENTO UNIFORME 
▪ QUANDO: SEÇÃO DE ESCOAMENTO É CONSTANTE EM FORMA 
E DIMENSÕES.
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CONDUTOS LIVRES
▪ A grande maioria dos escoamentos em condutos livres (ou
canais) ocorre com regime turbulento.
CONDUTOS LIVRES
▪ ESCOAMENTO PERMANENTE
▪ O vetor velocidade não se altera em grandeza e direção,
em qualquer ponto determinado de um líquido em
movimento.
▪ A quantidade de líquido que entra seja constante em
relação à que sai.
▪ Não havendo novas entradas e nem saídas de líquido, a
vazão será sempre a mesma.
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CONDUTOS LIVRES
▪ ESCOAMENTO PERMANENTE UNIFORME
▪ Velocidade e vazão constantes (permanente)
▪ Se a profundidade for constante (seção de escoamento
não pode ser alterada), o movimento será uniforme e o
conduto livre (ou canal) será chamado de uniforme desde
que a natureza de suas paredes seja sempre a mesma.
▪ Nesse caso a linha d’água será paralela ao fundo do canal.
CONDUTOS LIVRES
▪ Dependendo da relação entre magnitude das forças de
inércia e gravitacionais, os escoamentos são também
divididos em:
▪ SUBCRÍTICOS (ou FLUVIAL)
▪ CRÍTICOS
▪ SUPERCRÍTICOS (ou TORRENCIAL)
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CONDUTOSLIVRES
▪ O parâmetro utilizado para isso é o NÚMERO DE FROUDE
(adimensional):
▪ Onde:
▪ v - é a velocidade característica do escoamento.
▪ y - é a profundidade hidráulica, definida como sendo a área da
seção de escoamento pela largura superficial.
▪ g - é a aceleração da gravidade.
CONDUTOS LIVRES
▪ O NÚMERO DE FROUDE é um adimensional extremamente
importante na Hidráulica
▪ Representa a razão entre forças inerciais e gravitacionais
que atuam no escoamento.
▪ Assim, se houver preponderância das forças gravitacionais,
tem-se que o denominador é maior que o numerador na
equação de Froude e vice-versa.
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CONDUTOS LIVRES
▪ Atinge-se o fator crítico, na qual as forças de inércia e
gravitacionais estão em equilíbrio.
▪ Corresponde a energia específica mínima, ou seja...
▪ REGIME CRÍTICO DE ESCOAMENTO
Se F = 1
CONDUTOS LIVRES
▪ Tem-se o Regime Subcrítico (ou Regime Fluvial)
▪ Predominando as forças gravitacionais;
▪ O escoamento subcrítico ou fluvial caracteriza-se pelas
velocidades menores, pouca turbulência, ausência de
ondas superficiais, típico dos cursos d’água naturais com
baixa declividade em regime normal.
Se F < 1
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CONDUTOS LIVRES
▪ O denominador do número de Froude é a velocidade de
propagação das ondas superficiais em águas rasas.
▪ Daí conclui-se:
▪ Escoamento é subcrítico:
▪ A velocidade v é menor que a velocidade de propagação
das ondas superficiais.
▪ Logo, as perturbações propagam-se tanto para montante
como para jusante
CONDUTOS LIVRES
▪ O escoamento está em estado de Regime Supercrítico (ou
Regime Torrencial)
▪ As forças de inércia são predominantes.
▪ O escoamento supercrítico ou torrencial caracteriza-se
pelas velocidades significativas, turbulência, ondas
superficiais, típico dos canais artificiais com alta vazão ou
declividade de fundo ou cursos d’água “encachoeirados”
ou com cascatas.
Se F > 1
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CONDUTOS LIVRES
▪ O denominador do número de Froude é a velocidade de
propagação das ondas superficiais em águas rasas.
▪ Daí conclui-se:
▪ Escoamento é supercrítico:
▪ A velocidade v é maior que a velocidade de propagação
das ondas superficiais.
▪ Logo, as perturbações que ocorrem a jusante não podem
afetar o escoamento a montante dos canais.
CONDUTOS LIVRES
▪ As situações práticas em que são observadas mudanças de
regime de escoamento são diversas, podendo-se citar algumas
correspondentes à passagem do escoamento subcrítico a
supercrítico:
▪ passagem de uma declividade supercrítica para uma
declividade subcrítica;
▪ queda livre, a partir de uma declividade subcrítica a
montante;
▪ escoamento junto à crista de vertedores.
▪ saídas de comportas
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CONDUTOS LIVRES
CONDUTOS LIVRES
▪ RESSALTO HIDRÁULICO
▪ Corresponde a um escoamento bruscamente variado,
caracterizado por uma grande turbulência e uma
acentuada dissipação de energia.
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CONDUTOS LIVRES
▪ RESSALTO HIDRÁULICO
CONDUTOS LIVRES
▪ RESSALTO HIDRÁULICO
▪ Caracteriza-se pelo conflito entre o controle do
escoamento de montante e jusante num mesmo ponto do
canal.
▪ O salto ou ressalto hidráulico é a sobreelevação brusca da
superfície líquida.
▪ Para ocorrer o ressalto hidráulico é necessário que a
profundidade seja inferior à crítica.
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CONDUTOS LIVRES
▪ REGIME SUBCRÍTICO REGIME SUPERCRÍTICO
▪ Em geral essa passagem não é feita de modo gradual.
▪ Ocorrência de um fenômeno bastante importante na
Engenharia Hidráulica:
▪ RESSALTO HIDRÁULICO 
CONDUTOS LIVRES
▪ O RESSALTO HIDRÁULICO PODE APRESENTAR:
▪ a) Salto elevado, com um grande turbilhonamento, que faz
certa porção do líquido rolar contra a corrente (figura a).
▪ b) Superfície agitada, porém sem remoinho e sem retorno
do líquido. Essa segunda forma ocorre quando a
profundidade inicial não se encontra muito abaixo do valor
crítico.
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CONDUTOS LIVRES
▪ RESSALTO HIDRÁULICO
▪ Nos canais com escoamento uniforme o regime de
escoamento poderá se alterar, passando a variado em
consequência de mudanças de declividade, variação de
seção e presença de obstáculos.
▪ Até mesmo em coletores de esgotos, concebidos como
canais de escoamento uniforme, ocorrem condições de
remanso e ressaltos de água onde o movimento se afasta
da uniformidade.
CONDUTOS LIVRES
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CONDUTOS LIVRES
▪ RESSALTO HIDRÁULICO
▪ O ressalto hidráulico ocorre quando há a passagem do
regime de escoamento de supercrítico para subcrítico em
curta distância, com o aparecimento de turbilhões e de
grande dissipação de energia.
▪ Nos canais de drenagem é usual a ocorrência de ressaltos
nos alargamentos de seção e nas mudanças de uma
declividade forte para outra suave.
CONDUTOS LIVRES
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CONDUTOS LIVRES
▪ RESSALTO HIDRÁULICO
▪ A definição da localização do ressalto hidráulico também é
muito importante, tendo em vista a eventual necessidade
de proteção na região de ocorrência, em função da forte
dissipação de energia e da consequente possibilidade de
erosão.
▪ Para efetuar sua determinação é necessário que sejam
determinadas suas linhas de carga à montante e à jusante,
a partir das profundidades conhecidas.
CONDUTOS LIVRES
▪ RESSALTO HIDRÁULICO
▪ A localização do ressalto também pode ser definida a partir
do conceito de força específica. A força específica é a
soma do fluxo da quantidade de movimento na seção
(q/gy²) com a força resultante da pressão hidrostática.
▪ Tendo em vista os problemas associados aos escoamentos
críticos e supercríticos, o dimensionamento de canais
deverá ser efetuado preferencialmente em regime
subcrítico.
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CONDUTOS LIVRES
CONDUTOS LIVRES
▪ Quando se executa uma barragem em um rio, fazemos
uma represa que altera a seção e o escoamento do rio
deixa de ser uniforme.
▪ A barragem causa sobreelevação das águas,
influenciando o nível da água a uma grande distância a
montante.
▪ É isso que se denomina REMANSO HIDRÁULICO.
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CONDUTOS LIVRES
▪ A delimitação dessa influência das barragens constitui
importante problema de engenharia, intimamente
relacionado a questões tais como delimitação de áreas
inundadas, volumes de água acumulados, variação das
profundidades, etc.
CONDUTOS LIVRES
▪ CARGAS EXISTENTES NOS CANAIS
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CONDUTOS LIVRES
▪ CARGAS EXISTENTES NOS CANAIS
▪ O princípio básico que rege o escoamento em canais é o
da conservação da energia total efetiva, expresso pela Lei
de Bernoulli.
▪ A utilização prática de Bernoulli pressupõe o conhecimento
das perdas de energia, que são relacionadas aos outros
parâmetros do escoamento através da resistência.
𝑧
▪ CARGAS EXISTENTES NOS CANAIS
▪ A carga total (HT) existente na seção será:
CONDUTOS LIVRES
𝑍1 +
𝑃1
𝛾
+
𝑣1
2
2𝑔
= 𝑍2 +
𝑃2
𝛾
+
𝑣2
2
2𝑔
+ ℎ𝑓1−2
04/05/2020
47
CONDUTOS LIVRES
𝑍1 +
𝑃1
𝛾
+
𝑣1
2
2𝑔
= 𝑍2 +
𝑃2
𝛾
+
𝑣2
2
2𝑔
+ ℎ𝑓1−2
𝑍1 + 𝑦1 +
𝑣1
2
2𝑔
= 𝑍2 + 𝑦2 +
𝑣2
2
2𝑔
+ ℎ𝑓1−2
CONDUTOS LIVRES
▪ Em seções a jusante a carga será menor, pois o valor de Z
vai se reduzindo para permitir a manutenção do
escoamento contra os atritos. POR GRAVIDADE!!!
04/05/2020
48
CONDUTOS LIVRES
▪ Passando-se a tomar como referência o próprio fundo do
canal, a carga na seção passa a ser He:
▪ He denomina-se carga específica e resulta da soma da
altura de água com a carga cinética ou energia de
velocidade.
𝐻𝑒 = 𝑦 +
𝑣2
2𝑔