8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

1/11

1

PHD 2303 Hidrulica Geral 1

Escoamento em CanaisEscoamento em CanaisAULA 2AULA 2

PHD2303/Canais/1

J Rodolfo S Martins & Carlos Lloret Ramos

rodolfo@cth.usp.br clramos@cth.usp.br

Objetivos da aulaObjetivos da aula

revisar a teoria geral doescoamento livre em regime

uniforme resolver problemas prticos decanais

PHD2303/Canais/2

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

2/11

2

Exemplos

PHD2303/Canais/3

Canal Revestido e Natural

PHD2303/Canais/4

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

3/11

3

Canais Eficientes

PHD2303/Canais/5

Regime deEscoamento

Permanente x No

Uniforme x Variado

No permanente

PHD2303/Canais/6

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

4/11

4

Parmetros GeomtricosElementos Geomtricos dos Canais

A rea molhada ou rea da seoransversa o escoamen o

p permetro molhado ocomprimento da fronteira slida doconduto em contado com o fluido

Rh relao entre rea e permetromolhado

PHD2303/Canais/7

Y0 altura dgua ou profundidadelocal

B largura na superfcie doescoamento

s

S e e s

n s v e r s a

i

PHD2303/Canais/8

T r

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

5/11

5

Distribuio de Velocidades

PHD2303/Canais/9

Equao de Chezy-Universal

0S RCAU h=

g

U

D f S

2

1 2

0= Re

64= f

25.0Re32.0

= f

Re < 2000

Re < 100.000

PHD2303/Canais/10

f g

C 8

=

)08.3

Relog(04.2

1 f

f =

)2.12

log(04.21

s

h

k R

f

=

liso

rugoso

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

6/11

6

Equao de Chezy-Manning0S RCAU h=

61

h RC =30

40

50

60

C / g

1 / 2

Manning

Nikuradse

5 < R h /K < 2000

PHD2303/Canais/11

61

041.0 sk n =0

10

20

1 10 100 1000 10000 100000Rh/K

Coeficiente de ManningPermetro molhado n (s/m 1/3 ) Permetro molhado n (s/m 1/3 )

A) Condutos naturais F) Condutos artificiaisLimpo e reto 0,030 Vidro 0,010

Escoamento va arosos e com o as 0 040 Lato 0 011

Rio tpico 0,035 Ao liso 0,012B) Plancies inundadas Ao pintado 0,014Pasto 0,035 Ao rebitado 0,015Cerrado leve 0,050 Ferro fundido 0,013Cerrado pesado 0,075 Concreto com acabamento 0,012Floresta 0,150 Concreto sem acabamento 0,014C) Condutos escavados na terra Madeira aplainada 0,012Limpo 0,022 Tijolo de barro 0,014Cascalho 0,025 Alvenaria 0,015Vegetao rasteira 0,030 Asfalto 0,016

PHD2303/Canais/12

D) Condutos em rochaMetal corrugado 0,022Alvenaria grosseira 0,025

Rocha lisa e uniforme 0,035 0,040Sarjeta de concreto, acabamento com colher

0,012 0,014

Rocha spera e irregular 0,040 0,045Sarjeta de concreto, acabamento com asfalto

0,013 0,015

E) Gabio de pedra com tela de arame

0,035 Pedra lanada 0,024 0,035

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

7/11

7

Exemplo 1 Tem-se um canal trapezoidal, executado em

concreto no muito liso com declividade i = 0,04%. Determinar qual a capacidade devazo em regime uniforme quando aprofundidade igual a 1,90 m.

PHD2303/Canais/13

Exemplo 2 Na parte central de um canal uniforme muito longo

efetuou-se o levantamento da seo transversal,encontrando-se os elementos indicados na figura. Aleitura do nvel dgua em duas rguaslimnimtricas dispostas ao longo do trecho e

distantes de 1 km indicou as cotas 710,40m e710,00m. Numa medio de descarga feita commolinete determinou-se a vazo de 123 m/s. Qualdeve ser o Coef. de Mannin aplicvel a esta

PHD2303/Canais/14

seo?

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

8/11

8

Exemplo 3 Seja um canal trapezoidal uniforme de 300

, .rugosidade igual a 0,014. Determinar aaltura y da lmina dgua neste canalsabendo-se que a declividade longitudinal 0,001 m/m e a vazo transportada 10 m/s

PHD2303/Canais/15

Exemplo 4

lquida de um rio com 100 metros de

largura por 3,0 metros de profundidadee declividade de 0,00015 m/m. O leito formado por dunas de areia com

PHD2303/Canais/16

rugos a e equ va ente s gua a 0,30m.

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

9/11

9

Exemplo 5 Dimensione a seo de um canal

retangu ar em concreto n=0,017 , paratransportar a vazo de 1,42 m/s, sobreuma declividade de 0,28% de formaque a largura da base seja duas vezesa rofundidade.

PHD2303/Canais/17

Exemplo 6

Determine a profundidade doescoamento do canal triangular de aoindicado na figura, sendo a declividade1,5 m/km e a velocidade doescoamento 1,0 m/s

PHD2303/Canais/18

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

10/11

10

Exemplo 7 A calha do Rio Tiet, no trecho final que corta a

cidade de So Paulo, tem seo transversaltrapezoidal de 60 m de largura de base, taludes1V:2H e declividade longitudinal de 5/10.000. Orevestimento da seo foi executado com gabioe na fase final da obra, revestido com concreto,mantendo-se solo no fundo, o que resultou numa

PHD2303/Canais/19

, .foi o ganho percentual de vazo ao se adotar orevestimento de concreto?

Exemplo 8 A canalizao do Crrego do Sapateiro, situada sob o pavimento da Av.

Juscelino Kubstchek, em So Paulo, constituda de duas clulasretangulares de 2,50 x 2,5 m (B x H), em concreto armado, cujo estadoa ua n o mu o om rugos a e ann ng , . re e ura acidade deseja construir uma extenso desta galeria para a mesmavazo e declividade, utilizando uma seo igual existente.

a) Sabendo-se que a obra foi projetada originalmente considerandouma rugosidade Manning igual a 0,013 (concreto novo), qual foi a perdade capacidade da galeria pela deteriorao do acabamento, sabendo-seque este tipo de estrutura deve manter uma borda livre (altura livre

PHD2303/Canais/20

b) Um empreiteiro desejando executar a obra e visando aumentar sua

rentabilidade atravs da economia em formas, pergunta: qual deve ser adimenso horizontal de uma seo retangular em clula nica para onovo trecho, capaz de transportar a mesma vazo original de projeto,mantida a mesma altura e o mesmo critrio de borda livre?

8/6/2019 10 PHD 2303 Aula 2[1]

11/11

11

Exemplo 9 Um tubulao circular de ao deve

transportar 250 s e gua a me aseo. Determinar a declividade e odimetro necessrio para que avelocidade no ultrapasse 2,6 m/s.

PHD2303/Canais/21

Exemplo 10A canalizao do Crrego das Laranjas, executada no incio dos anos 1980, consta de umaseo transversal com geometria trapezoidal, taludes inclinados 1V:1H, base 2,50 m ealtura total de 1,80 m. A declividade longitudinal de fundo de 20 cm/km. Na poca daconstruo, a seo foi revestida com colches de gabio (telas de arame preenchidas compedras), para os quais o projetista estimou uma rugosidade equivalente ao fator Manningigual a 0,028. No final dos anos 1990, aps intenso processo de crescimento urbano nabacia, o crrego passou a transbordar provocando inundaes freqentes, levando aprefeitura local a revisar os estudos hidrolgicos. Estes indicaram a necessidade de ampliar

a capacidade de descarga em 80% acima da atual, se considerada uma borda livre mnima(folga acima do nvel dgua) de 0,30 m. Consultado sobre como resolver o problemareduzindo ao mximo o custo das obras, voc imaginou duas solues possveis:

a) Utilizar um revestimento de concreto de 8 cm de espessura sobre o gabio existente de

PHD2303/Canais/22

forma a reduzir o coeficiente de Manning e assim aumentar a capacidade de descarga.Para este caso determine o mximo valor do coeficiente de rugosidade deste concretopara que o canal possa atender a nova vazo de projeto.

b) Implantar seo retangular, em concreto armado (n=0,013), para atender a nova vazo,dimensionada de acordo com critrio de mxima eficincia hidrulica, sem exceder oslimites em planta da seo atual.

Para as duas situaes, deve ser respeitado o mesmo critrio de borda livre.