Aula 5 VERTEDORES final

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Universidade Federal de Santa Catarina 
Centro de Ciências Agrárias 
Departamento de Engenharia Rural 
PROF. Sérgio Ricardo Rodrigues de Medeiros 
DISCIPLINA: Construção Civil e Obras 
Hidráulicas - ENR 5611 
Definição: 
– Estrutura formada pela abertura de um orifício na parede 
de um reservatório, na qual a borda superior atinge a 
superfície livre do líquido. 
– Haverá escoamento através da estrutura formada. 
– Hidraulicamente os vertedores podem ser considerados 
como orifícios incompletos: sem a borda superior. 
– O escoamento é semelhante ao dos orifícios de 
grandes dimensões. 
 São estruturas hidráulicas utilizadas para medir 
vazão em cursos d’água naturais e em canais 
construídos. 
VERTEDORES 
VERTEDORES - DEFINIÇÃO 
Os vertedores podem ser definidos como paredes, diques ou 
aberturas sobre as quais um líquido escoa. O termo aplica-
se também aos extravasores de represas. 
 
Os vertedouros devem ser construídos com forma geométrica 
definida e seu estudo é feito considerando-os como orifícios 
sem a parte superior. 
VISÃO ESPACIAL 
Esquema de um vertedor retangular com lâmina livre 
VERTEDOR - NOMENCLATURA 
Crista ou Soleira: superfície 
por onde a água extravasa 
Face: Presente nos vertedores 
com contrações laterais 
Régua para 
medição da 
carga hidráulica 
VERTEDORES - EXEMPLO 
Exemplo de vertedor em chapa metálica, usado em 
instalações para tratamento de água. 
VERTEDORES - CLASSIFICAÇÃO 
Muitos fatores podem servir de base para a classificação dos 
vertedores 
Quanto à forma: 
• Simples: retangular, triangular, trapezoidal, circular, 
exponencial; 
• Compostos: mais de uma forma simples combinadas; 
 
Quanto à altura relativa da soleira: 
• Livres ou completos: (p > p’); 
• Afogados ou incompletos: (p < p’); 
À esquerda na figura, vê-se um 
vertedor de forma simples 
(retangular) utilizado para 
medir grandes vazões. 
À direita há um vertedor de 
seção composta (retangular na 
parte superior e triangular 
embaixo). 
A forma triangular é 
apropriada para medir 
pequenas vazões com precisão. 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: 
FORMA 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES 
Quanto à espessura da parede: 
• parede delgada ou soleira fina: e ≤ 2H/3 o contato 
segundo uma linha entre a lâmina e a soleira; 
• parede espessa ou soleira espessa: e > 2H/3 ou 0,66; 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: 
SOLEIRA ESPESSA 
Condição: e > 0,66 H 
e 
H 
Soleira 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: 
SOLEIRA DELGADA 
Vertedor triangular de soleira delgada 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: 
SOLEIRA DELGADA 
Soleira chanfrada para que a lâmina vertente toque 
num só ponto. 
Lâmina vertente 
(também denominada veia líquida) 
Fundo do canal 
Superfície Chanfrada 
Quanto à forma da Lâmina: 
 
• Lâmina Livre: com aeração na face inferior de forma 
que a pressão seja igual à pressão atmosférica; 
 
• Lâmina alterada: aderente ou contraída 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: 
FORMA DA LÂMINA 
 
Quanto à largura relativa da soleira: 
• sem contrações laterais: L = B; 
• com uma ou duas contrações laterais: L < B. 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: 
LARGURA RELATIVA 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: 
LARGURA RELATIVA 
Vertedor retangular 
com duas contrações 
laterais 
Vertedor sem 
contrações laterais 
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES 
Quanto ao perfil da soleira: 
Crista viva 
Arredondada 
Quanto à posição do vertedor (em relação à corrente) 
Normal 
Lateral 
Quanto ao perfil do fundo: 
Em nível 
Em degrau 
Quanto às normalizações: 
Vertedor padrão 
Vertedor particular 
PRINCIPAIS USOS DOS VERTEDORES: 
 
Medição de vazão 
 
• Extravasores de Barragens 
• Tomada d´água em canais 
• Elevação de nível nos canais 
• Decantadores e ETA 
• Escoamentos em galerias 
• ETE 
CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE 
VERTEDORES 
Fazendo-se h1=0 e h2=H, a equação fica: 
3 
Para orifícios de grandes dimensões, foi deduzida a 
seguinte equação: 
 Q  2.Cd.L. 2.g . h23 / 2  √h13/ 2  
3 
2.g.H 3 / 2 Q  
2 
.Cd.L. 
Altura da lâmina / 
carga hidráulica 
Largura da contração 
Coeficiente de descarga / vazão 
0 
3 
Q  2.Cd.L. 2.g . h23 / 2  √h13/ 2  
CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE 
VERTEDORES 
Q = K.L.H3/2 , onde 
Para o valor médio de Cd = 0,62, temos: 
K = 2/3 x 0,62 x 4,43 = 1,83 
 
Q = 1,83.L.H3/2 
 
(Fórmula de Francis para vertedores sem contrações laterais) 
Sendo Q dada em m3/s e L e H em metros. 
3 
K  
2 
.Cd. 2.g 
Coeficiente do vertedor 
INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS 
As contrações ocorrem nos vertedores cuja largura é menor 
que a largura do canal onde estão instalados. 
Quando for necessário construir um vertedor com 
contrações laterais, deve-se fazer uma correção no valor de 
L da fórmula de Francis, que passa a ser denominado L’. 
L 
L’ 
A presença das contrações faz com que a largura real L atue 
como se estivesse reduzida a um comprimento menor L’. 
• Para uma contração apenas, L’ = L – 0,1.H 
• Para duas contrações, L’ = L – 0,2.H. Para o caso mais 
comum de duas contrações laterais, a fórmula fica: 
INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS 
Q  1,838.L  0,2.H .H 3 / 2 
VERTEDOR CIPOLLETTI 
Para compensar a redução da vazão produzida pelas 
contrações laterais, Cipolletti propôs um modelo de vertedor 
de forma trapezoidal com a seguinte forma: 
 
 Q1 
 
 Q1 
 
L 
Q2 
A soleira L continua com a 
mesma dimensão, mas as 
vazões Q1 de ambos os 
lados compensam a 
redução de vazão. 
 Q = Q2 + 2 Q1 
VERTEDOR CIPOLLETTI 
VERTEDOR CIPOLLETTI 
A inclinação das faces deve ser 1:4 (1 
na horizontal para 4 na vertical), pois 
deste modo a vazão através das partes 
triangulares acrescentadas compensa 
o decréscimo provocado das vazões 
laterais pelas contrações. 
Para o vertedor Cipolletti pode ser 
aplicada a fórmula de Francis sem a 
correção para o comprimento da 
soleira. 
4 
1 
Q = 1,83.L.H3/2 
VERTEDOR CIPOLLETTI 
Fórmula empírica para vertedor trapezoidal. 
Q2 
Q1 Q1 
h 
L 
Baseado-se em experiências feitas em 1915 para vertedores 
trapezoidais, Gourley Crimp estabeleceu a seguinte fórmula 
empírica: 
 Q  1,32h2,47tg  1,69b1,02h1,47 (1) 
A fim de compensar esse decréscimo de vazão, Cipolletti 
imaginou adicionar ao retângulo uma área triangular, de 
mesma carga h, cuja vazão é dada por: 
3 
15 
5 2   tg C h 
2g 
Q  
8 
d 
VERTEDOR CIPOLLETTI 
Cálculo do decréscimo de vazão em vertedor retangular com 
duas contrações; 
 
2 
VERTEDOR CIPOLLETTI 
O vertedor de Cipolletti, no qual a soleira está em 
parede delgada pode ser representado por: 
VERTEDOR TRIANGULAR 
Os vertedores triangulares são recomendados para 
medir pequenas vazões, pois permitem maior precisão na 
leitura da altura H do que os de soleira plana. 
São usualmente construídos a partir de chapas 
metálicas, com ângulo de 90°. 
90° 
Q  1,4.H 
5 / 2 
VERTEDOR TRIANGULAR 
VERTEDOR TRIANGULAR 
Vertedor triangular de 900 de paredes delgadas 
VERTEDOR TRIANGULAR 
Vertedor Circular 
Vertedor Circular 
 
•Usado para pequenas vazões 
•Fácil construção e instalação 
•Não requer nivelamento da soleira 
•Lâmina vertente sempre aerada 
•Mais eficiente para pequenos 
valores de H 
•Pouco empregado 
Obs: Q em m3/s e D e H em m. 
Q  1,518D0,693 H 1,807 
Formado por tubo de eixo vertical 
Soleira é curva 
Escoamento se dá em lâmina livre 
H < De / 5 
L =  De 
Usualmente emprega-se n = 1,42 
Vertedor Tubular Vertical de Descarga Livre 
Q  K L H n 
Largamente usado em tomadas de água em barragens para 
abastecimento de água. 
De (m) K 
0,175 1,435 
0,250 1,440 
0,350 1,455 
0,500 1,465 
RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO 
DE UM VERTEDOR RETANGULAR 
(Preferencialmente sem contração lateral) 
 
A soleira deve ser delgada, reta, em nívelcom o plano 
horizontal e normal à direção do fluxo (convém utilizar 
uma placa de metal); 
A distância da crista ao fundo e aos lados do canal deve 
ser igual a 3H (no mínimo 20 cm); 
Deve haver livre admissão de ar debaixo da lâmina de 
água (veio livre); 
A carga hidráulica H deve ser maior que 5 cm e menor 
que 60 cm; 
RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO 
DE UM VERTEDOR RETANGULAR 
O comprimento da soleira deve ser no mínimo igual a 3H (no 
mínimo 20 a 30 cm); 
 
A montante do vertedor deve haver um trecho retilíneo para 
regularizar o movimento da água, de preferência com o fundo 
em nível. 
Observações: 
- A régua pode ser colocada num poço lateral ao canal para 
fugir da influência de ondas; 
- O nível da água a jusante não deve estar próximo da soleira 
do vertedor (p’ < p).