Dimensionamento de Bueiros

7/16/2019 Dimensionamento de Bueiros

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DIMENSIONAMENTO DE BUEIROS

1. Introdução

Bueiros são condutos curtos usados em travessia de estradas e rodovias.

A análise teórica exata do escoamento em bueiros é extremamente complexa,

conforme a publicação “Hydraulic Design of Highway Culverts”.

Mays (1999) enfatiza três parâmetros importantes em bueiros: carga do bueiro na

entrada H, velocidade da água no mesmo e altura do nível d’água na saída do bueiro

(tailwatwer).

A análise de um bueiro é bastante complicada. As equações que regem os cálculos

podem variar conforme o bueiro esteja submerso ou não ou conforme a saída do bueiro

esteja submersa ou não.

A seção de um bueiro pode ser circular, retangular ou elíptica.

Os bueiros podem ser feitos de diversos materiais, sendo mais comum o concreto

armado, chapas de aço galvanizado, tubos de ferro fundido e tubos de plástico de grandesdiâmetros.

Na Figura 1 são apresentados vários tipos de entrada de bueiros.

Figura 1 - Tipos de entrada de bueiros.

2. Dimensionamento de bueiros

2.1 Bueiro com entrada livre e saída livre

Figura 2



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Neste caso, pode-se utilizar a equação de Chèzy-Manning que pode ser aplicada para

seção retangular ou circular.

a) Seção retangular

A vazão pode ser determinada pela seguinte equação:

3 / 2

H R An

I

Q⋅=

(2.1)

onde: n – coeficiente de rugosidade de Manning do canal;

Q – vazão (m3 /s);

A – área molhada (m2);

R H – raio hidráulico (m), definido como a relação entre a área molhada ( A) e o

perímetro molhado (P);

I – declividade do fundo do canal (m/m).

b) Seção circular

Para a seção circular considera-se o escoamento a plena seção, ou seja, o fluido

ocupando toda a área do bueiro, porém sem exercer a pressão nas paredes.

A vazão é determina pela seguinte equação:

3 / 8312,0 D

n

I Q ⋅⋅= (2.2)

onde: Q – vazão, em m3 /s;

D – diâmetro da tubulação, em m;

I – declividade da rua, em m/m.

n – coeficiente de rugosidade de Manning (para concreto, n = 0,013).

Isolando o diâmetro D, tem-se:

8 / 3

312,0

⋅

⋅=

I

nQ D (2.3)

2.2 Bueiro com entrada submersa e saída livre com tubo parcialmente cheio

Figura 2.2



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Para esta situação, ocorre, na maioria das vezes, o controle na entrada da tubulação.

De acordo com a norma “Instrução de Projetos” elaborada pelo DER/SP (IP-DE-

H00/002), os bueiros devem ser dimensionados de tal forma que, para a vazão de 25 anos,

seja obedecida a seguinte relação:

20,1≤

D

H W (2.4)

onde: HW – carga hidráulica a montante (m);

D – diâmetro ou altura do bueiro (m).

O diâmetro e a relação Hw/D podem ser obtidos com uso do nomograma apresentado

nas figuras 2.4 e 2.5.

A altura da lâmina d´água na saída das galerias (h) pode ser determinada, considerando

que o escoamento é uniforme, regido pela fórmula de Chèzy-Manning (Equação 2.1).

Neste caso, há necessidade de verificar o regime de escoamento, tomando como base a

profundidade crítica dada por:

25,02

26,0

01,1

⋅

=

g

Q

D yc (2.5)

onde: D – diâmetro do bueiro, em m;

Q – vazão de projeto, em m3 /s;

g – aceleração da gravidade, em m/s2.

2.3 Conduto com entrada submersa e saída submersa

Figura 2.3

Para esta situação, o controle ocorre na saída da tubulação.

Para o dimensionamento do bueiro, deve-se estimar a altura h0, que depende da altura

d´água na saída do bueiro (Tw), a qual pode ser maior, igual ou menor que a altura do

bueiro. Para Tw superior ou igual ao topo do bueiuro, h0 = Tw; para Tw menor que o topo do

bueiro, h0 = (hc + D)/2, qual seja o mais elevado (hc – altura crítica; D – altura do bueiro).

Há também necessidade de conhecer o comprimento e a declividade do bueiro.



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O desnível de montante e jusante (carga H), para tubulações circulares, pode ser obtido

com o auxílio de nomograma apresentado na Figura 2.3.

Conhecida a carga H, a altura da água na entrada do bueiro pode ser obtida da seguinte

forma:

Hw = H + h0 – L.i (2.6)

onde: Hw – altura d´água acima do fundo na entrada do bueiro;

H – desnível entre montante e jusante (carga H);

L - comprimento da tubulação;

i – declividade da tubulação.

Mesmo que o controle esteja na saída, vale a mesma relação representada pela

Equação 2.4.



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Figura 2.4



6Figura 2.5



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Figura 2.6



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3. Exemplo de dimensionamento

3.1 Controle na entrada

a) Seção circular

Dado: Vazão de projeto: Qp = 4,0 m3 /s

Valores encontrados no nomograma da Figura 2.7 ⇒ D = 1,50 m e 08,1≅ D H W OK!

b) Seção retangular de duas células, conforme a figura abaixo

Dado: Vazão de projeto: Qp = 10,0 m3

/s

Adotando B = 1,50 m ⇒ msm B

Q⋅=

×= / 33,3

50,12

0,10

2

3

Valores encontrados no nomograma da Figura 2.8 ⇒ D = 1,40 m e 19,1≅ D

H W OK!

3.2 Controle na saída (seção circular)

Dados: Vazão de projeto: Qp = 4,0 m3 /s

Comprimento do bueiro: L = 30 m; Declividade: I = 0,01 m/m; Tw = 1,60 m

Valores encontrados no nomograma da Figura 2.9 ⇒ D = 1,50 m e H = 0,47 m

Cálculo da carga a montante:

Hw = H + h0 – L.i = 0,47 + 1,60 – 30 x 0,01 = 1,77 m

Relação 18,150,1

77,1==

D

H W OK!



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Figura 2.7



10Figura 2.5



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Figura 2.9

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