hidraulica 23_10

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CURSO DE ENGENHARIA
HIDRÁULICA
JONAS PACHECO
HIDROMETRIA
CONDUTOS LIVRES OU CANAIS 
 
Denominam-se condutos livres ou canais, os condutos onde o escoamento é caracterizado por apresentar uma superfície livre na qual reina a pressão atmosférica. 
Neste contexto, os cursos d’água naturais constituem o melhor exemplo de condutos livres. 
Além dos rios, funcionam como condutos livres os canais artificiais de irrigação e drenagem, os aquedutos abertos, e de um modo geral, as canalizações onde o líquido não preenche totalmente a seção do canal. 
 Tipos de escoamento
Em condutos livres o escoamento pode ser classificado em diversos tipos e de várias maneiras. 
Laminar
Transitório 
Turbulento
 Forma Geométrica dos canais 
 
 Os canais são projetados usualmente em uma das quatro formas geométricas seguintes: Retangular, trapezoidal, triangular e semi-circular, sendo a forma trapezoidal a mais utilizada. 
 
 
 Elementos característicos da seção de um canal 
 
Área (A) – é a seção plana do canal, normal a direção geral da corrente líquída; 
 
Seção molhada (A) - parte da seção transversal que é ocupada pelo líquido. 
Os elementos geométricos da seção molhada são: 
 
- Profundidade (h) - altura do líquido acima do fundo do canal;
 
 - Área molhada (Am): é a área da seção molhada; 
 - Perímetro molhado (P) - comprimento relativo ao contato do líquido com o conduto; 
 - Largura Superficial (B) - largura da superfície em contato com a atmosfera; 
 
 - Raio hidráulico (R) - relação entre a área molhada e perímetro molhado; 
 - Profundidade Hidráulica - relação entre a área molhada e a largura superficial. 
 
 
 Borda Livre do canal 
 
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
Declividade recomendas para taludes de Canais 
 
 Para obter estabilidade das paredes laterais dos canais não-revestidos, a declividade dos taludes deve ser determinada em função da estabilidade do material com o qual se construirá o canal. Na Tabela estão relacionadas as declividades de taludes mais usuais para canais não revestidos, de diversos materiais. 
 Velocidade da água nos canais 
 
Nos canais o atrito entre a superfície livre e o ar e a resistência oferecida pelas paredes e pelo fundo originam diferenças de velocidades, tendo um valor mínimo, junto ao fundo do canal, e máximo, próximo à superfície livre da água. 
Devido essa variação da velocidade com a profundidade, trabalha-se com a velocidade média. 
 Valores máximos recomendáveis para velocidade média no canal.
 Valores mínimos recomendáveis para velocidade média no canal. 
 Declividade de canais:
 Movimento Uniforme nos canais 
 
Em condições normais, ocorre nos canais um movimento uniforme, ou seja, a velocidade média da água é constante ao longo do canal. 
No caso da equação da continuidade: 
A área é determinada geometricamente e a velocidade pode ser medida no local ou, na maioria dos casos, determinada através de equações. 
Há varias equações para o calculo da velocidade média da água em um canal, porém as mais usadas são as de Chezy, Strickler e Manning. 
As equações de Strickler e Manning podem ser escritas da seguinte forma: 
As equações de Strickler e Manning podem ser escritas da seguinte forma: 
DIMENSIONAMENTO DE CONDUTOS LIVRES (Canais) 
 
a) Equação da Resistência 
b) Equação da Continuidade 
Existem basicamente dois casos distintos para resolução de problemas envolvendo condutos livres: 
Neste caso, combinado a equação da continuidade com a de a Strickler ou com a equação de Manning a solução é encontrada com a aplicação direta da equação:
EXERCÍCIO ( CANAIS) 
 
1 - Um projeto de irrigação requer 1.500 litros/s de água, que deverá ser conduzida por um canal de concreto, com bom acabamento (K = 80). 
A declividade do canal deverá ser de 1 % e sua seção trapezoidal com talude de 1 : 0,5 ( V : H ). Qual deve ser a altura útil do canal, se sua base for de 60 cm. 
EXERCÍCIOS ( CANAIS) 
 
1 - Calcular a Vazão transportada por um canal revestido de nata de cimento (n = 0,012 ou K = 83) tendo uma declividade de 0,3%. 
As dimensões e forma estão na figura abaixo. Verificar o valor da velocidade média de escoamento. 
2 - Calcular a vazão transportada por um canal de terra dragada (n = 0,025), tendo declividade de 0,4%. 
As dimensões e formas estão na figura abaixo. 
3 - Calcular a vazão transportada por um tubo de seção circular, diâmetro de 500 mm, construido em concreto ( n = 0,013 ). 
O tubo está trabalhando à meia seção, em uma declividade é de 0,7%. 
4 - Um BUEIRO CIRCULAR de concreto (n = 0,015) deverá conduzir uma vazão máxima prevista de 2,36 m3/s com declive de 0,02 %. 
Determine o DIÂMETRO do bueiro de forma que a ALTURA da seção de escoamento atinja no máximo 90 % do diâmetro do bueiro (h=0,9D). 
5. Calcular o Perímetro molhado, a Área molhada, e Raio hidráulico, das seguintes seções:

a) Canal trapezoidal com base de 4 m, talude com inclinação 1V:4H e 2 m altura da lâmina dágua.

b) Canal retangular com base 2,5 e altura da lâmina dágua de 1,5 m.

c) Canal circular de 400 mm de diâmetro, escoando a meia seção.
6. Calcular a vazão de um canal retangular com as seguintes características:

largura do fundo = 1,5 metros
altura da lâmina normal = 0,80 metros
declividade = 0,2 metros por mil metros
material = madeira (n = 0,012) 
7. Calcular a altura d’água que deverá ter um canal circular de 2,0 m de diâmetro, sendo dados: 
Q = 3,0 m3/s, I = 0,0005 m/m, n = 0,012.
8. Um bueiro circular de 80 cm de diâmetro conduz água por baixo de uma estrada com uma lâmina de 56 cm. 
Sabendo-se que I = 1 por km e n = 0,015. 
Calcule V e Q.