Hidrulica Geral (ESA024A)

Aula 04 Escoamento Uniforme

Prof. Homero Soares

Faculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental

Escoamento UniformeCondies de ocorrncia do regime uniforme

1) So constantes ao longo do conduto:

2) So paralelas:

Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresProfundidade (y)rea molhada (A)Velocidade (U)A linha de cargaA superfcie livreO fundo do canalNestas condies:

Frmula de ManningUniversidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresFazendo o equilbrio de foras na direo x:Mas: como a profundidade uniforme e considerando vlida a distribuio hidrosttica de presses F1 = F2Para I < 10% (canal de pequena inclinao) sem q = tg q ~ I(I)

Frmula de Manning (Continuao)Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero Soares Segundo Antonie Chezy (1769).(II)Onde:Ft = Fora de resistncia ao escoamento;U = Velocidade mdia (m/s);P = permetro molhado (m);L = Distncia entre S1 e S2;K = Fator de proporcionalidade.Substituindo. (II) em (I):(Frmula de Chzy)(III)Segundo Gauckler (1967)Subst. (IV) em (III):(IV)Forma mais usual

Frmula de ManningUniversidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresOnde:

Q = vazo (m3/s)Rh = raio hidrulico (m)I = Declividade (m/m)n = coeficiente de manning.O coeficiente de manning influenciado por diversos fatores, tais como:Rugosidade do fundo do canal;Vegetao (densidade altura);Irregularidade do canal (depresses, elevaes);Alinhamento do canal (Sinuosidade);Obstrues (pontes, pilares, troncos, etc.)Valores tpicos de n

Tipo de CanalValor de nCanal de Terra0,020Canal de Rocha0,025Gros finos no fundo0,024Materiais mais grossos0,026

ObservaesUniversidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero Soares Influncia da seo na estimativa do nmero de Manninga) Variao da rugosidade ao longo do permetro molhado, conforme o nvel dgua atingidob) Sees compostasOnde:n = coeficiente de rugosidade global;P = Permetro molhado;Pi = Permetro molhado associado superfcie i.ni = coef. de rugosidade associado a sup. i.Onde:ni = coef. de rugosidade associado a sup. i.A = rea total;Ai = rea associada a sup. i.

CanaisUniversidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresO dimensionamento hidrulico de canais efetuado normalmente considerando a hiptese de regime uniforme de escoamento.Dimensionamento de canais revestidos sees de mxima eficincia hidrulica.Canais revestidos so aqueles em que as paredes laterais e o fundo so estveis. Assim, o problema se resume em encontrar uma seo mais adequada para transportar a vazo.Deve-se portanto encontrar a seo de mxima eficincia, na qual minimiza-se a rea revestida do canal e o volume necessrio para escavao, minimizando, desta forma o custo do empreendimento. (Max Eficincia = Maior Q COM menor POtimizao da seo transversal no transporte da vazo de projetoQmx Pmn e A, n, I = ctes

Sees de Mxima Eficincia HidrulicaUniversidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero Soares

Dimensionamento de Canais Construdos com Materiais Erodveis (Canais Naturais)Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresQuesto CentralEstabilidade do CanalFuno (geometria, materiais envolvidos, materiais transportados pela gua).

Funo da inter-relao solo-gua.Existem dois mtodos para dimensionamento de canais no revestidos:Mtodo das velocidades permissveis;Mtodo das tenses de arraste.Em ambos os mtodos essencial verificar a inclinao dos taludes laterais, que sofrem limitaes em funo das caractersticas locais.

Exemplos de inclinaes admissveis de taludes em canaisUniversidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero Soares

Mtodo da Velocidade PermissvelUniversidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresConsistem em respeitar as limitaes de velocidade para que no ocorra a eroso do canal, aps verificada a estabilidade dos taludes.

O valor da velocidades admissveis em canais sem revestimento, em funo do tipo de solo sedimentos transportados (para canais rasos, com profundidades 1 m apresentado na tabela a seguir:

Mtodo da Velocidade Permissvel Para Canais com Profundidades maior que 1 m (y 1 m)Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresNeste caso deve-se majorar a velocidade mxima por um fator K:Logo:Onde:Rh = Raio hidrulico do canal a ser dimensionado;Rh1 = Radio hidrulico do canal com y = 1 mUTabelado = Velocidades mximas tabeladas para y 1 m.

Mtodo das Tenses de ArrasteUniversidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresConsiste em dimensionar o canal de forma a manter as tenses de cisalhamento junto s paredes e ao fundo do canal inferiores a uma tenso admissvel, a partir da qual podem ocorrer processos erosivos.As tenses de arraste crticas so tabeladas em funo do tipo de solo do canal.

Problema VII.7Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJFFaculdade de EngenhariaDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental ESAProf. Homero SoaresConsidere um canal trapezoidal revestido com grama, com inclinao dos taludes 1(V):2(H), base de 7 m declividade 0,06% e coeficiente de Manning n = 0,025. Determinar a vazo transportada sabendo-se que a profundidade de 5 m.

Problema VII.8Um canal trapezoidal com largura de base igual a 3 m taludes laterais de 1:1 transporta 15 m3/s. Calcule a profundidade do escoamento sabendo-se que n = 0,0135 e I = 0,005 m/m.