Cálculo de canais em regime uniforme

Prévia do material em texto

Aula 03 – Canais em 
Regime uniforme 
Determinação de K 
Onde: 
𝑀 = 𝐿3/8 - Coeficiente Dinâmico 
 
𝐾 = 𝑅3/8 - Coeficiente de Forma 
 
Os valores que variam nas tabelas para determinação do K são: 
 
 𝑚 = 
𝑏
𝑦0
 - Razão de Aspecto 
 
Inclinação do Talude – I0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fórmula de Manning Compacta 
 
 
 
 
Para seções: 
• Trapezoidais; 
• Retangulares; 
• Triangulares. 
 
 
 
Fórmula de Manning Compacta – Seções 
Circulares 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplo: 
Exemplo: 
Exemplo 2 
 
 
 
 
 
 
Determinação da Altura d’Água 
 
 
 
 
 
 
Seções de Mínimo Perímetro Molhado ou 
de Vazão Máxima 
 
 
 
 
 
 
• Determinar a forma geométrica do canal; 
• Determinar as dimensões; 
• Verificar a vazão e as condições da declividade do 
fundo e a rugosidade do canal; 
• Analisar as condições de contorno locais. 
 
Por isto o dimensionamento do canal envolve fatores: 
• Técnicos; 
• Construtivos; 
• Econômicos. 
 
Seções de Mínimo Perímetro Molhado ou 
de Vazão Máxima 
 
 
 
 
 
A partir da fórmula de Manning, com declividade e 
rugosidade fixadas, a vazão será máxima quando o Raio 
Hidráulico adquirir o maior valor possível. 
 
𝑅 =
𝐴𝑚
𝑃𝑚
 
 
 
Quanto menor o Perímetro molhado, maior é o Raio 
Hidráulico. (melhor hidraulicamente e 
economicamente) 
 
 
Dificuldades para Determinação do Menor 
Perímetro Molhado 
 
 
 
 
Seção pode resultar em profunda, aumentando os custos 
de escavação , rebaixamento do lençol freático, etc.; 
Largura de fundo muito pequena em relação a altura, 
dificultando a execução; 
Velocidade média de projeto não ser compatível com o 
tipo de revestimento empregado, podendo provocar 
erosões. 
Muitas vezes a melhor seção é a circular , porém a 
execução não é viável. 
 
Trapézio de Mínimo Perímetro Molhado 
 
 
 
 
Unindo as duas equações: 
 
 
Por fim derivando em relação a m: 
 
Retângulo de Mínimo Perímetro Molhado 
 
 
 
 
Porque retângulo é um caso particular de trapézio 
onde z = cotg 900 = 0. 
 
Com isto a seção retangular de máxima vazão é aquela 
onde a largura é duas vezes a altura. 
Exemplo: 
Dimensione um canal trapezoidal com taludes 2H:1V, declividade 
de fundo Io= 0,0010m/m, revestimento dos taludes e fundo em 
alvenaria de pedra argamassada em condições regulares para 
transportar uma vazão Q= 6,5 m³/s . Utilize uma razão de aspecto 
m= b/yo = 4. Calcule a velocidade média e verifique se a seção 
encontrada é de mínimo perímetro molhado. 
Utilizando a tabela 8.5 n = 0,025. 
Utilizando a tabela 8.2 K = 1,796 (m=4 e Z=2). 
Exemplo: 
Dimensione um canal trapezoidal com taludes 2H:1V, declividade 
de fundo Io= 0,0010m/m, revestimento dos taludes e fundo em 
alvenaria de pedra argamassada em condições regulares para 
transportar uma vazão Q= 6,5 m³/s . Utilize uma razão de aspecto 
m= b/yo = 4. Calcule a velocidade média e verifique se a seção 
encontrada é de mínimo perímetro molhado. 
Utilizando a tabela 8.5 n = 0,025. 
Utilizando a tabela 8.2 K = 1,796 (m=4 e Z=2). 
Canais Fechados 
 
 
 
 
Em drenagem urbana, coleta de esgotos e de águas 
pluviais é necessária a utilização de canais fechados. 
Na maioria dos casos a cobertura não exerce 
influência nas condições do escoamento, exceto nos 
casos limites da lâmina d’água. 
 
 
 
Seções circulares 
 
 
 
 
Nas seções circulares pequenos acréscimos na altura 
d´água geram maiores acréscimos na área. 
E a curva de velocidade acusa diminuição no mesmo 
ponto em que ocorre diminuição do raio hidráulico. 
 
 
 
 
 
 
Onde: D, Io e n são constantes, a única variação é o 
ângulo formado, portanto dependem de yo. 
Seções circulares 
 
 
 
 
Derivando as equações e igualando a zero: 
 
 
 
 
No projetos utiliza-se usualmente yo = 0,75 D. 
Isto evita que o canal trabalhe como conduto 
forçado. 
 
Seções Especiaiscirculares 
 
 
 
 
São utilizadas para esgotamentos de médio e grande 
porte, como emissários de esgoto e galerias sob 
rodovias. 
Devido a forma do fundo evitam a deposição de 
sedimentos, mantendo a velocidade média 
necessária. 
As seções mais utilizadas são as seções capacete, 
oval normal invertido, arco de círculo alto, etc.. 
Utiliza-se a fórmula de Manning para seções plena 
onde pe conhecido a área e o raio hidráulico. 
Depois é utilizado gráficos. 
Exemplo: 
Determine a capacidade de vazão de uma galeria em concreto em 
boas condições, com seção capacete, funcionando com uma 
lâmina d’água igual a h= 0,70H, onde H é a altura interna da seção 
“diâmetro” da seção igual a 1,80m e declividade de fundo igual a 
0,15%. Calcule a velocidade média 
Utilizando a tabela 8.5 n = 0,014. 
Exemplo: