Apresentação Obras Hidráulicas_Aulas 01a05

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Obras Hidráulicas
Aula 01
Apresentação da Disciplina
Professora Vanessa Silva
AULA 01 – Apresentação 12/Ago
AULA 02 – Canais 19/Ago
AULA 03 - Canais e galerias: dimensionamento hidráulico 26/Ago
AULA 04 - Canais e Galerias: seções compostas e eficiência 02/Set
AULA 05 - Canais: Estudo de Caso 09/Set
AULA 06 - Sistemas de drenagem: parâmetros hidrológicos 16/Set
AULA 07 - Sistemas de drenagem 23/Set
AULA 08 - Controle de cheias: Microdrenagem 30/Set
AV1 – 07 Out
AULA 09 - Controle de cheias: Macrodrenagem 14/Out
AULA 10 - Controle de cheias: estudo de caso 21/Out
AULA 11 - Portos: fundamentos da hidráulica marítima e fluvial 28/Out
AULA 12 - Portos: arranjo geral, canais, bacias e abrigos 04/Nov
AULA 13 - Portos: aspectos técnicos de projeto e construção 11/Nov
AULA 14 - Barragens: tipos e estabilidade 18/Nov
AV2 – 25 Nov
AULA 15 - Barragens: funcionamento e principais componentes 02/Dez
AULA 16 - Barragens: aspectos de projeto 02/Dez
Obras Hidráulicas
Aula 02
Canais
Professora Vanessa Silva
Obras Hidráulicas
“É uma benção sabe, é um ouro”!
O agricultor Ademildo Alves de Souza expressa seu sentimento de alívio ao ver a água
fluindo no município de Camalaú, na Paraíba. A mais de 170 anos uma população assolada
pela seca nordestina aguarda ansiosa a conclusão do projeto de Transposição do Rio São
Francisco, feita por meio de canalização e transporte de suas águas.
Esse é um projeto controverso, mas que envolve uma obra hidráulica de grande relevância
no cenário brasileiro, agregando valores econômicos, sociais, políticos e de meio ambiente.
Mas o que é uma obra hidráulica de canalização? Que importância tem esse tipo de projeto
no cenário nacional e mundial?
Quer entender um pouco sobre esse assunto?
Assista o vídeo e veja como está o sertão nordestino depois da chegada das águas da
Transposição:
https://youtu.be/frBzNBhF4EY
Obras Hidráulicas
Introdução
Ainda que compreendamos o conceito de canais, sendo estes naturais ou artificiais, é
comum ainda nos perguntarmos sobre a capacidade de transporte de água destes canais.
Essa dúvida é corrente, pois ao observarmos o fluxo de água nos canais a céu aberto, por
exemplo, percebemos que dependendo da época do ano, o nível da água estará mais alto ou
mais baixo.
Na época de estiagem, muito comum no inverno, o nível de água é um pouco mais baixo e
na época de cheia, muito comum no verão, o nível de água é um pouco mais alto. Isso
acontece devido ao volume de água que alimenta o canal. Mas de onde vem essa água?
Uma resposta natural seria que essa água provém da chuva, por isso o nível de água no
canal aumenta.
Obras Hidráulicas
Imagens 1 e 2 são fotos do Rio Trapicheiros e do Rio Joana, no Rio de Janeiro
 
Obras Hidráulicas
• Mas será que o canal está preparado para receber essa quantidade adicional de água?
• Qual a vazão limite para um canal?
• Qual deve ser sua forma geométrica?
• Qual deve ser sua profundidade?
• Porque os canais transbordam?
• Existe um dimensionamento que possa determinar a capacidade de escoamento de um
canal?
Embora haja diversos aspectos que devem ser observados quando se trata de
dimensionamento de canais, o dimensionamento hidráulico correto de um canal implica na
assertividade do tratamento necessário às ações previstas ao seu monitoramento.
Desta forma, é importante compreender desde sua geometria à influência que exerce a
vazão de água sobre o canal.
Obras Hidráulicas
Escoamento de Canais
O escoamento em canais pode ocorrer de modo permanente ou não permanente, onde a
vazão é o principal mecanismo a determinar o tipo de escoamento.
Obras Hidráulicas
Escoamento de Canais
De um modo muito simples verifica-se que o escoamento será permanente e uniforme, por
exemplo, se a vazão for constante em determinada seção uniforme (ou seja, que não sofra
variações) e que a profundidade e velocidade do canal sejam constantes.
Sendo assim, se conhecermos a vazão do fluxo de água e o modo como seu escoamento se
comporta ao longo do tempo, podemos determinar as características geométricas mais
eficientes para o canal. Para tanto, alguns outros fatores serão agregados a este estudo,
tais como a rugosidade das paredes do canal e a declividade do fundo do canal, que
implicam diretamente no balanceamento entre a força que move a água e a resistência
oferecida pelo atrito com a estrutura do canal.
É, portanto, compreensível que, se houver um aumento na declividade do canal, a
velocidade de escoamento será maior, portanto, para que seja mantido um balanceamento
no fluxo, a rugosidade deveria ser aumentada, a fim de balancear as forças atuantes no
sistema, por exemplo.
Obras Hidráulicas
Para que se compreenda essa dinâmica, recorda-se a aplicação da Equação de Bernoulli
(Carga Mecânica Total em uma Seção de Escoamento Unidirecional, Incompressível e em
Regime Permanente), considerando, neste caso, o canal como sendo prismático, o
escoamento permanente, onde a vazão é a mesma nas duas seções e, a energia cinética se
mantendo ao longo do escoamento. Logo, a declividade da linha de energia será igual à
declividade de fundo do canal.
Onde:
HT = carga total existente na seção
Z = diferença de cota entre o fundo do canal e o plano de referência
y= diferença de cota entre o fundo do canal e a linha d’água
v = velocidade do fluido
g = aceleração da gravidade
a = coeficiente de variação de velocidade na seção (variando de 1,0 a 1,1)
He = carga específica
𝐻𝑇 = 𝑍 + 𝑦 + 𝛼 
𝑣2
2𝑔
 
Obras Hidráulicas
𝐻𝑇 = 𝑍 + 𝑦 + 𝛼 
𝑣2
2𝑔
 
Obras Hidráulicas
A maior parte dos canais artificiais são calculados levando em consideração esse tipo de
escoamento e que o mesmo seja suficientemente longo.
Uma vez que a velocidade é considerada constante, reescreve-se a equação:
Para a carga específica tem-se que:
Entretanto, canais uniformes e de escoamento uniforme não existem na natureza.
𝐻𝑇 = 𝑍 + 𝑦 +
𝑣2
2𝑔
 
𝐻𝑒 = 𝑦 +
𝑣2
2𝑔
 
Obras Hidráulicas
Embora se imagine que os canais artificiais prismáticos possam se aproximar dessa
situação, essas condições de semelhança necessitam necessariamente que o ponto de
análise esteja afastado o suficiente das seções inicial e final do canal, onde verifica-se que
a uma maior variação de velocidade no fundo do canal.
Percebe-se que, normalmente, na entrada do canal, o escoamento ocorre em condições
variáveis de geometria e velocidade. O fluido percorre o canal movido pela força
gravitacional, que provoca uma aceleração no escoamento, sofrendo influência da força de
atrito, que causa uma força restritiva. À medida que o escoamento se desenvolve, ou seja,
se afasta, ocorre o equilíbrio dessas forças, e o escoamento sempre tende para o
escoamento permanente uniforme.
Por este motivo, esta condição não se aplica para canais curtos.
Sendo assim, uma análise criteriosa do fluxo deve ser feita, de modo a se verificar em
quais pontos do canal o regime de escoamento uniforme poderá se alterar, passando a ser
variado, em consequência de mudanças de declividade, variação de seção ou presença de
obstáculos.
Obras Hidráulicas
Um caso comum, onde pode se observar essa mudança é em coletores de esgotos, que são
dimensionados como canais de escoamento uniforme, porém o depósito de lodo nas
paredes do canal e pequenos obstáculos provenientes de resíduos densos, provocam
remando e ressaltos no escoamento da água fazendo com o que o movimento se afaste da
uniformidade.
Obras Hidráulicas
Velocidade e Vazão de escoamento em Canais
De um modo mais simplificado retorna-se a figura onde são mostradas as características
do escoamento permanente, para serem apresentadas as componentes de força em um
fluxo uniforme em canais abertos.
Verifica-se que as forças atuando sobre o corpo livre na direção do fluxo incluem as forças
de pressão hidrostática F1 e F2 atuando sobre o volume de controle (volume no trecho
analisado, de extensão L), o peso do corpo de água nesta extensão, W e a força de atrito,
Fat, exercida pelo canal em seu fundo e laterais no fluxo.
Obras Hidráulicas
ObrasHidráulicas
Por uma questão de equilíbrio, o somatório de todas essas componentes de força na
direção do canal deve ser igual a zero.
Como não há alterações na profundidade da água quando se trata de fluxo uniforme, essa
equação pode ser simplificada, pois F1=F2.
Uma das condições assumidas é a de que a declividade do fundo do canal deve ser mínima
ou até mesmo igual a zero em uma situação ideal. Sendo assim, partindo desta premissa
entende-se que o ângulo Θ é tão pequeno que:
𝐹1 + 𝑊𝑠𝑒𝑛𝜃 − 𝐹2 − 𝐹𝑎𝑡 = 0 
𝑊𝑠𝑒𝑛𝜃 − 𝐹𝑎𝑡 = 0 → 𝑊𝑠𝑒𝑛𝜃 = 𝐹𝑎𝑡 
𝑠𝑒𝑛𝜃 = 𝑡𝑎𝑛𝑔𝜃 = 𝑆0 
Obras Hidráulicas
Quanto ao peso do corpo de água, W, é correto dizer que seu valor pode ser determinado
por:
Onde:
Am = área da seção transversal normal ao fluxo, ou área molhada
L= extensão do trecho
g=unidade de peso da água
Deste modo reescreve-se a equação:
A força de atrito exercida pelo fundo e paredes do canal também pode ser escrita em
função da força de resistência por unidade de área, ou seja, em função da tensão
cisalhante, t0 e da área total do leito do canal que está em contato com a água que escoa.
𝑊 = 𝐴𝑚 × 𝐿 × 𝛾 
𝐴𝑚 × 𝐿 × 𝛾 × 𝑆0 = 𝐹𝑎𝑡 
Obras Hidráulicas
Essa área de contato do canal com a água é conhecida como área molhada, Am. Já o
perímetro molhado, Pm, é a linha que limita a área molhada junto às paredes e o fundo do
canal, não abrangendo, portanto, a superfície livre das águas.
Não se deve confundir a área se seção transversal de um canal com a área molhada, que
trata da seção de escoamento.
Obras Hidráulicas
A relação existente entre a área molhada e o perímetro molhado é conhecida como raio
hidráulico, Rh:
Sendo assim, entende-se a força de atrito como sendo:
Uma outra simplificação pode ser feita a partir do que é proposto por Chézy, assume que a
tensão de cisalhamento referente ao leito do canal é proporcional ao quadrado da
velocidade média por uma constante de proporcionalidade, ou seja:
Logo, tem-se:
𝑅ℎ =
𝐴𝑚
𝑃𝑚
 
𝐹𝑎𝑡 = 𝜏0 × 𝑃𝑚 × 𝐿 
𝜏0 = 𝑉
2 × 𝐾 
𝐹𝑎𝑡 = 𝑉
2 × 𝐾 × 𝑃𝑚 × 𝐿 
Obras Hidráulicas
Retornando à igualdade anterior, pode se dizer o seguinte:
Para tanto, se reescreve a equação em função da velocidade de escoamento do canal:
Esta equação é reorganizada, de modo que o raio hidráulico seja evidenciado e também
seja verificada a constante C, representada pela razão entre a unidade de peso da água, g,
e a constante de proporcionalidade K.
𝐴𝑚 × 𝐿 × 𝛾 × 𝑆0 = 𝐹𝑎𝑡 → 𝐴𝑚 × 𝐿 × 𝛾 × 𝑆0 = 𝑉
2 × 𝐾 × 𝑃𝑚 × 𝐿 
𝑉2 = 
𝐴𝑚 × 𝐿 × 𝛾 × 𝑆0
𝐾 × 𝑃𝑚 × 𝐿
 
𝑉 = 
𝐴𝑚
𝑃𝑚
 × 
𝛾
𝐾
 × 𝑆0 → 
𝑉 = 𝑅ℎ × 𝐶 × 𝑆0 
Obras Hidráulicas
Quando Chézy propôs esta expressão, C era um valor independente da rugosidade das
paredes do canal, entretanto, ao estudar a proposição de Chézy e desenvolver seus
modelos experimentais baseado em outros pesquisadores, Manning derivou a seguinte
relação empírica:
Onde, “n” é conhecido como coeficiente de Manning para rugosidade do canal, que tem
valores típicos, de acordo com a superfície do canal.
Estabelecido C, retorna-se para a equação da velocidade de escoamento do canal:
𝐶 = 
1
𝑛
× 𝑅ℎ
1/6 
𝑉 = 𝑅ℎ ×
1
𝑛
× 𝑅ℎ
1/6 × 𝑆0 → 𝑉 = 
1
𝑛
× 𝑅ℎ
2/3 × 𝑆0
1/2 
Obras Hidráulicas
Tratando-se de fluxo uniforme, é correto dizer que a declividade do fundo do canal S0 é
igual a declividade da linha de carga, Se, então, a equação de Manning se torna:
O coeficiente de Manning para rugosidade do canal é tabelado e pode ser obtido facilmente.
Uma vez que a equação de Manning nos permite conhecer a velocidade de escoamento, é
possível também verificar a vazão de escoamento, em termos de descarga, Q, de acordo
com a relação:
A seguir apresenta-se uma tabela, onde o coeficiente de Manning pode ser analisado de
acordo com as condições do canal:
𝑉 = 
1
𝑛
× 𝑅ℎ
2/3 × 𝑆𝑒
1/2 
𝑄 = 𝑉 × 𝐴𝑚 → 𝑄 = 
1
𝑛
× 𝑅ℎ
2/3 × 𝑆0
1/2 × 𝐴𝑚 
Obras Hidráulicas
Obras Hidráulicas
A área de água e o raio hidráulico são funções da profundidade da água, yn, que também é
conhecida como profundidade uniforme ou profundidade normal, quando o fluxo é uniforme.
Isto quer dizer que, embora o canal tenha uma altura pré-dimensionada, a altura da lâmina
d’água é que influenciará no dimensionamento da velocidade e da vazão. Ao observarmos a
figura onde o canal está preenchido com água, é possível perceber essa diferença.
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Aula 03
Dimensionamento Hidráulico
Professora Vanessa Silva
Obras Hidráulicas
Dimensionamento Hidráulico
Tanto os canais a céu aberto como os canais fechados apresentam características
geométricas particulares que permitem seu dimensionamento, ainda que de modo
preliminar. Apesar de se apresentar nas mais variadas formas, busca-se aproximar sua
seção transversal de uma área de uma figura geométrica já conhecida, ou pelo menos uma
combinação dessas áreas, onde seja possível desmembrá-las e associá-las.
Para cada tipo de seção é estabelecida uma fórmula para a determinação dos parâmetros
do canal. As formas geométricas de seções mais usuais são: retangular, trapezoidal,
triangular e circular parcialmente cheia.
A transposição do Rio São Francisco, por exemplo, é uma obra onde podemos observar em
seus trechos área de seção transversal trapezoidal e paredes e fundo revestido com
concreto.
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Seção Trapezoidal – Canalização do Rio São Francisco
 
Sugerido Livro Engenharia Hidráulica 
HOUGHTALEN, R. J.; AKAN, A.O.; HWANG, N.H.C. Engenharia Hidráulica. 4. ed. São Paulo: 
Pearson, 2012.
Sugerido Trabalho Acadêmico
Estudo de Caso de uma Seção Canalizada da Bacia do Córrego Botafogo na cidade de Goiânia-GO, 
Notas de Estudo de Engenharia Civil
https://www.docsity.com/pt/estudo-de-caso-de-uma-secao-canalizada-da-bacia-do-corrego-botafogo-na-cidade-
de-goiania-go/4902456/
Obras Hidráulicas
Obras Hidráulicas
 
Obras Hidráulicas
Obras Hidráulicas
Exemplo:
“Você foi contratado por uma empresa do ramo de agronegócio para apresentar um laudo
técnico, onde consta o dimensionamento um canal de irrigação, em uma área onde o
abastecimento contínuo de água é prejudicado durante o inverno, devido à estiagem. Após
vistoriar a área você propôs que fosse construído um canal retangular com largura de 3,00
m e uma profundidade uniforme de 1,20 m.
A empresa que o contratou pediu que o canal não fosse feito de concreto, pois há
abundância de pedras na região e sugeriu que você, como engenheiro, desse uma solução
alternativa. A solução apresentada por você e aceita pela empresa, foi utilizar gabião nas
paredes e fundo do canal.
Sabendo que a declividade do canal medida por você, em sua vistoria, é de 0,041, qual foi a
vazão de escoamento determinada no laudo técnico apresentado?
Obras Hidráulicas
A princípio podemos calcular três parâmetros, baseados na geometria do canal, que são a
área molhada, Am, o perímetro molhado, Pm e o raio hidráulico, Rh.
Ao verificar que o revestimento do canal é de gabião, determina-se o coeficiente de
Manning, n (valor tabelado), que neste caso é igual a 0,022.
Como o fluxo é uniforme, é correto dizer que a declividade do fundo do canal S0 é igual a
declividade da linha de carga, Se, logo, é possível determinar a velocidade média de
escoamento, assim como a vazão.
Obras Hidráulicas
Quando resolvemos algum exercício que envolve cálculos, é comum nos preocuparmos
com números, entretanto, o dimensionamento hidráulico envolve mais que isso. É
necessário analisarmos as condições do entorno da obra a ser implantada.
Se optássemos por utilizar uma outra seção transversal, o resultado obtido seria diferente.
Se optássemos por utilizar um outro tipo de revestimento no canal, que mudasse a sua
rugosidade, o resultado também seria diferente. Teríamos vazões diferentes e velocidades
diferentes de escoamento.
Sendo assim, é importante verificarmos as condições que norteiam nosso projeto, de modo
a dimensionarmos o canal de modo eficaz e de modo a atender às reaisnecessidades do
local onde será implantado.
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Exercício de Fixação:
Vamos mudar um pouco essa história? Vamos utilizar outros parâmetros?
Você foi contratado por uma empresa do ramo de agronegócio para apresentar um laudo
técnico, onde consta o dimensionamento um canal de irrigação, em uma área onde o
abastecimento contínuo de água é prejudicado durante o inverno, devido à estiagem.
Após vistoriar a área você propôs duas soluções. Solução 1: que fosse construído um canal
retangular com largura de 3,00 m e uma profundidade uniforme de 1,20 m. Solução 2: que
fosse construído um canal retangular com largura de 2,00 m e uma profundidade uniforme
de 1,80 m.
A empresa que o contratou pediu que, para ambas as soluções, o canal fosse feito de
concreto, nas paredes e fundo do canal (n=0,012).
Sabendo que a declividade do canal medida por você, em sua vistoria, é de 0,030, qual foi a
vazão de escoamento determinada no laudo técnico apresentado para as duas soluções?
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Aula 04
Seções Compostas e Eficiência
Professora Vanessa Silva
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Seções Compostas
Quando projetamos um canal é comum pensarmos que em relação à seção transversal
teremos uma situação ótima, ou seja, o canal não terá nenhuma irregularidade e será
possível manter a mesma seção durante todo o trajeto, entretanto, não é isso o que
acontece na prática.
É comum que a seção do canal seja “adaptada” às condições do relevo do fundo e laterais
do canal, por exemplo, ou que sejam feitas otimizações da área da seção transversal de
modo a se manipular a velocidade, ou a vazão de escoamento, em determinados trechos.
Essa situação de irregularidade das paredes do canal é encontrada tipicamente em canais
naturais a céu aberto e nestes casos, deve se fazer uma medida ponto a ponto do fundo do
canal a fim de se ter uma aproximação maior de como realmente se comporta este canal
em termos de velocidade e vazão de escoamento, devido ao relevo do fundo.
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Essa medição é chamada de Batimetria (ou batometria) e contempla a medição da
profundidade dos oceanos, lagos e rios, sendo expressa cartograficamente por curvas
batimétricas que unem pontos da mesma profundidade com equidistâncias verticais
(curvas isobatimétricas), à semelhança das curvas de nível topográfico.
Deste modo, pode acontecer de termos de analisar não uma seção transversal tabelada,
por assim dizer, mas uma combinação de formas geométricas, ou uma aproximação deste
perfil a figuras geométricas conhecidas, que nos leva a facilitar o cálculo da velocidade e
da vazão de escoamento, que ocorrerá da mesma forma que em canais de forma
geométrica única.
https://youtu.be/63iWypTi478 - Batimetria
https://youtu.be/oV5kPI9iVWc - Levantamento Hidrográfico por Batimetria
https://youtu.be/63iWypTi478
https://youtu.be/oV5kPI9iVWc
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Os perfis transversais combinados mais comuns são:
Mas pode haver uma grande variedade de combinações de seções de canais, como por
exemplo:
Desta forma, se supormos um canal de geometria combinada, como deveríamos analisa-
lo?
Obras Hidráulicas
Exemplo:
“Você foi contratado para uma consultoria à Secretaria Municipal de Obras, a fim de
verificar o dimensionamento um canal combinado. Ao ter acesso ao projeto você verificou
que se tratava de uma seção combinada. Você logo entendeu que a geometria do canal
podia ser definida por uma combinação de figuras geométricas, tais como um retângulo e
um triângulo.
Considerando os dados de projeto como sendo a altura da lâmina d’água y0 de 0,30 m, uma
declividade de 0,0005m/m e o coeficiente de Manning igual a 0,015, qual é a vazão de
escoamento deste canal verificada por você, em sua consultoria?
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Inicialmente devemos dividir a seção do canal em figuras geométricas conhecidas, às quais
já definimos como um retângulo de 1,0 x 0,30 m e um triângulo (metade de um quadrado na
verdade, pois o ângulo apresentado é de 45º) de base 0,30 m e altura 0,30 m.
Podemos assim calcular três parâmetros, baseados na geometria do canal, que são a área
molhada, Am, o perímetro molhado, Pm e o raio hidráulico, Rh.
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Considerando o fluxo é uniforme, é correto dizer que a declividade do fundo do canal S0 é
igual a declividade da linha de carga, Se, logo, é possível determinar a velocidade média de
escoamento, assim como a vazão.
Percebe-se neste caso uma velocidade muito baixa, que está associada diretamente à
pequena declividade do fundo do canal. Uma declividade maior, por uma questão de
gravidade, mantendo-se a mesma rugosidade de “n”, consequentemente proporcionaria
uma velocidade de escoamento maior.
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Eficiência das Seções
Ao analisarmos a seção transversal de um canal seria interessante nos perguntarmos:
mas existe uma seção otimizada, que seja mais eficiente hidraulicamente?
Se observarmos a equação do fluxo uniforme e considerarmos iguais a área de seção
transversal e a declividade do canal, veremos que a seção com maior eficiência hidráulica
é aquela que possui um maior raio hidráulico, pois consequentemente terá uma maior
vazão de escoamento.
Como o conceito de raio hidráulico envolve a divisão da área molhada pelo perímetro
molhado, a seção de mesma área molhada e menor perímetro molhado será considerada a
melhor seção hidráulica, ou seja, a seção mais eficiente.
Por uma questão geométrica, o semicírculo possui, para uma determinada área, o menor
perímetro e é a seção mais eficiente hidraulicamente comparado às demais seções,
entretanto, ao otimizar a altura de lâmina d’água em sua plenitude, fazemos com que suas
bordas sejam curvas nas margens, o que torna cara sua execução e dificulta sua
manutenção.
Obras Hidráulicas
O conceito de seções hidraulicamente eficientes está submetido ao alinhamento do canal
com os materiais utilizados no revestimento do mesmo, ou seja, a utilização de materiais
erodíveis e não estabilizados, inviabiliza o conceito, pois implica no coeficiente de
rugosidade, n.
Desta forma, após a análise numérica das propriedades geométricas dos canais conclui-se
que as seções mais eficientes hidraulicamente são:
• Seções trapezoidais – meio hexágono;
• Seções retangulares – meio quadrado;
• Seções circulares – meio círculo (semicirculares).
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As seções mais usuais em canais artificiais é o trapezoidal em meio hexágono, que pode
ser inscrito em um semicírculo com seu centro na superfície livre da água. Contudo essa
condição depende do alcance do nível da água no topo da seção (borda livre do canal). É
necessário que se garanta uma distância segura, acima da superfície da água, que evite
ondas ou flutuações nas margens. Essa distância segura pode ser interpretada como uma
área segura contra o transbordo em épocas de cheia, por exemplo.
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Fluxo de Água em Canais Abertos
Você já se perguntou porque é importante conhecer o fluxo de água em canais abertos?
Afinal, o fluxo de um rio pode mudar de forma repentina? Com uma extensão de área tão
grande, não seria possível prever uma mudança de fluxo da água previamente?
Existem algumas particularidades relacionadas ao fluxo de água em canais abertos.
Quando falamos em canais cuja geometria é manipulada, ou seja, quando há intervenções
no fundo e na lateral dos canais para que estes se aproximem de uma forma geométrica
pré-determinada, o fluxo de água nos canais tende a ser uniforme, principalmente se a
profundidade da água permanecer a mesma ao longo de toda a extensão do canal.
Mas essa não é única característica do fluxo de água em canais abertos. Ele pode ser
classificado por dois critérios distintos. O critério de espaço, que verifica como fluxo se
desenvolve mediante sua limitação geométrica e o critério de tempo, que verifica como o
fluxo se desenvolve mediante sua evolução no tempo, como em um maremoto, por
exemplo.
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Critério Espaço - Fluxo Uniforme
Para que compreendamos como se comporta o fluxo de um canal, precisamos entender
sua representaçãográfica. A representação de um segmento de um fluxo em canal aberto
permite que esclareçamos as relações interdependentes entre a declividade do fundo do
canal, a descarga, a profundidade da água e outras características do canal.
Se a profundidade do canal não se mantém e há variações de altura da lâmina d’água no
canal, podemos dizer que o seu fluxo é variável.
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Critério Espaço - Fluxo Variável
Quando o fluxo é variável, ele pode ainda ser classificado em gradativamente variado e
rapidamente variado, dependendo sempre se as alterações na profundidade do fluxo são
graduais ou abruptas. Conclui-se que variações no canal que sejam abruptas implicarão
em um fluxo rapidamente variado, portanto turbulento e que variações graduais implicarão
em um fluxo gradativamente variado.
É fácil perceber essa concepção de fluxo quando observamos o que acontece no processo
de escoamento de águas pluviais para dentro de uma galeria (bueiro). Se houver pequenas
pedras no caminho de escoamento da água (trajeto), o fluxo faz pequenas ondulações.
Contudo, se houver um obstáculo maior, esse escoamento se torna turbulento e vemos a
água “espumar”.
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Critério Tempo - Fluxo Estável e Fluxo Instável
No fluxo estável a descarga e a profundidade da água em qualquer seção do percurso do
canal não se alteram com o tempo durante o período considerado para a observação. Já no
fluxo instável, ambas se alteram com o período considerado para a observação.
A maioria dos fluxos uniformes em canais abertos é estável, sendo os fluxos instáveis
muito raros.
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Desta forma, pode se dizer que canais a céu aberto de fluxo uniforme e estável:
• Satisfazem a condição de que a profundidade da água, a área do fluxo, a descarga e a
velocidade de distribuição devem permanecer as mesmas em todas as seções de toda a
extensão do canal;
• Satisfazem a condição de que a linha de energia, a superfície da água e o fundo do
canal devem estar paralelos uns aos outros;
• Não possuem nenhum tipo de aceleração ou desaceleração do fluxo d’água entre as
seções.
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Aula 05
Canais: Estudo de Caso
Professora Vanessa Silva
Obras Hidráulicas
Leia mais sobre o Canal de Cassiquiare no artigo Cassiquiare: O Canal da Integração Fluvial entre
Brasil e Venezuela.
Disponível em:
<http://repositorio.ipea.gov.br/bitstream/11058/5533/1/BEPI_n18_Cassiquiare.pdf>.
Conheça Os 3 Canais de Navegação mais Importantes da História.
Disponível em: https://guiadoestudante.abril.com.br/estudo/conheca-os-3-canais-de-navegacao-
mais-importantes-da-historia/ .
Assista sobre o Canal de Suez e descubra a sua importância para o desenvolvimento da política
econômica entre três continentes.
Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=Xw9IWLY-kHA.
Assista o documentário Megaconstruções: O Novo Canal do Panamá (Dublado HD Completo)
Documentário Discovery Channel.
Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=rZkotTa9-Uo.
https://guiadoestudante.abril.com.br/estudo/conheca-os-3-canais-de-navegacao-mais-importantes-da-historia/
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Exercícios de Fixação:
Questão 1:
Presente desde a Antiguidade, a engenharia hidráulica nos remete a importância da água para a vida
humana. É possível perceber a engenharia hidráulica em registros que apontam que por volta do ano
4000 a.C. foram construídos diques e canais de irrigação no Egito. Os diques eram grandes
reservatórios para armazenar a água nos períodos de cheia e os canais direcionavam fluxo das
águas para regiões distantes. Assim, se tornou possível utilizar a água na quantidade necessária e no
momento certo, solucionando os problemas de cheias e secas no Egito na Antiguidade. Assim como
os diques e canais de irrigação, podemos citar como obras da engenharia hidráulica:
a) Aeroportos e viadutos
b) Pavimentação de rodovias e terraplanagem
c) Instalação de chuveiro e assentamento de alvenaria
d) Barragens e portos
e) Drenagem e pintura
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Questão 2:
Tecnicamente definem-se como canais (ou condutos livres) aqueles condutos em que a superfície do
líquido está sujeita à pressão atmosférica. Esse conceito difere do conceito do fluxo em tubos, pois
no caso de tubos o fluxo preenche todo o “espaço livre do tubo” e as fronteiras que delimitam este
fluxo são as paredes do tubo, além disso, há uma pressão hidráulica que varia de uma seção a outra
ao longo do tubo. Sabendo que nos canais a água está sujeira à pressão atmosférica é incorreto
afirmar que:
a) Os rios podem ser considerados como canais a céu aberto
b) As galerias podem ser consideradas como canais de contorno fechado
c) Em canais de contorno fechado o fluxo preenche o canal inteiro
d) O fluxo em canais a céu aberto possui uma superfície livre que se ajusta dependendo das
condições de fluxo.
e) O fluxo em tubulações preenche o canal inteiro.
Obras Hidráulicas
Questão 3:
Quanto ao revestimento, podemos dizer que os materiais mais comuns utilizados para canais abertos
são:
a) Terra, terra armada, gabião, alumínio, pedra lascada e concreto
b) Terra, terra armada, areola, enrocamento (rachão), pedra polida e concreto
c) Terra, terra armada, gabião, enrocamento (rachão), pedra argamassada e concreto
d) Terra, argila expandida, gabião, enrocamento (rachão), pedra argamassada e rejunte
e) Terra, ferro fundido, gabião, pedras decorativas, pedra argamassada e concreto
Gabarito: Letra c).
Comentário: Quanto ao revestimento, podemos dizer que os materiais mais comuns utilizados para
canais abertos são a terra, terra armada, gabião, enrocamento (rachão), pedra argamassada e
concreto. Pode haver ainda uma combinação entre eles dependendo do canal.
Obras Hidráulicas
Questão 4:
As travessias podem ser determinadas como:
a) Embarcações responsáveis por levar pessoas, animais e veículos de uma margem a outra do
canal
b) Distância correspondente à extensão de um canal de contorno fechado (galeria)
c) Estruturas submersas responsáveis por filtrar a água dos canais em período de seca
d) Estruturas que permitem a passagem de uma margem à outra de um curso d’água para pessoas,
animais, veículos, etc.
e) Estruturas utilizadas para fazer a dragagem dos canais
Gabarito: Letra d).
Comentário: Travessias são estruturas que permitem a passagem de uma margem à outra de um
curso d’água para pessoas, animais, veículos, água, gás, combustíveis, energia elétrica,
telecomunicações, entre outros, por meio de pontes, cabos, condutos, túneis, etc.
As travessias podem ser: aéreas, intermediárias e subterrâneas.
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Questão 5:
Existem algumas particularidades relacionadas ao fluxo de água em canais abertos. Quando falamos em canais
cuja geometria é manipulada, ou seja, quando há intervenções no fundo e na lateral dos canais para que estes se
aproximem de uma forma geométrica pré-determinada, o fluxo de água nos canais tende a ser uniforme,
principalmente se a profundidade da água permanecer a mesma ao longo de toda a extensão do canal.
Mas essa não é única característica do fluxo de água em canais abertos. Ele pode ser classificado por dois
critérios distintos que são:
a) O critério de espaço, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante sua limitação geométrica e o critério de
tempo, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante sua evolução no tempo
b) O critério de espaço, que verifica como fluxo se desenvolve mediante sua limitação pela gravidade e o critério
de tempo, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante sua queda livre
c) O critério de espaço, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante sua limitação devida à rugosidade do
canal e o critério de tempo, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante a erosão do fundo do canal
d) O critério de espaço, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante sua limitação geométrica e o critério de
tempo, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante a erosão das margens do canal
e) O critério de espaço, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante sua limitação devida à rugosidade do
canale o critério de tempo, que verifica como o fluxo se desenvolve mediante a durabilidade do canal