HIDRÁULICA FLUVIAL - Autenticação · PDF file4 Hidráulica Geral vs...

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    05-Feb-2018
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    HIDRHIDRULICA FLUVIALULICA FLUVIAL

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    IntroduIntroduoo

    Engenharia Civil >>> Engenharia de edifcios

    Os engenheiros civis desenvolvem actividades mltiplas: no clculo estrutural (estruturas); na construo; no urbanismo; na gesto de obras; na geotecnia; nos recursos hdricos (quantificao e gesto); na hidrulica.

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    No mbito da hidrulica, os engenheiros civis desenvolvemactividades relacionadas com:

    Saneamento Bsico (hidrulica urbana): redes de distribuio de gua; redes de recolha de guas residuais; sistemas de tratamento (de gua e de guas residuais).

    Estruturas Hidrulicas (circuitos hidrulicos em barragens e obras afins); Instalaes Hidroelctricas:

    estaes de bombagem; centrais hidroelctricas.

    Hidrulica Martima: Esturios; Costas e portos.

    Hidrulica Fluvial. A rea da Hidrulica est muito ligada de Recursos Hdricos

    e ao Ambiente atravs de actividades no mbito de: Hidrologia superficial e subterrnea; Planeamento e gesto dos recursos hdricos; Qualidade da gua e controle da poluio.

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    HidrHidrulica Geral ulica Geral vsvs HidrHidrulica Fluvialulica Fluvial No actual contexto, a Hidrulica Fluvial uma matria de especia-

    lizao que entronca na Hidrulica Geral. A Hidrulica Geral (Hidrulica I e Hidrulica II) uma cincia da

    engenharia civil com um importante acervo de matrias para todos os engenheiros civis. Os alunos aprendem a calcular: impulsos em superfcies planas ou curvas (esttica)

    foras em acessrios de tubagens

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    instalaes hidrulicas (destaque para as redes de distribuio de gua)

    foras hidrodinmicas em corpos imersos (incluindo efeito do vento)

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    alturas de gua em canais com superfcie livre e leito fixo

    escoamentos em orifcios e descarregadores

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    escoamentos em meios porosos (casos simples)

    turbo mquinas hidrulicas (especificar) turbinas bombas

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    Hidrulica Fluvial = Hidrulica dos rios.

    para alguns problemas, os rios comportam-se como se tivessem leito fixo estudam-se como os restantes canais com superfcie livre(problema de hidrulica geral para canais no prismticos).

    em geral, tem que se considerar o fundo mvel hidrulica de escoamentos bifsicos

    gua sedimentos (tipicamente areia; fase slida)

    desde o incio da civilizao, o homem habituou-se a conviver com os rios e a tirar partido da sua existncia. Exemplos:

    Civilizao chinesa Babilnia Egipto

    Onde esto as principais cidades portuguesas ?

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    Questes especQuestes especficas da Hidrficas da Hidrulica Fluvialulica Fluvial1. Origem dos sedimentos e sua importncia para a

    engenharia civil

    Os sedimentos so maioritriamente originados nas encostas das bacias hidrogrficas por aco da eroso hdrica

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    Os sedimentos desagregados so transportados para jusante pela aco do escoamento canalizado.

    Reduzem o volume til das albufeiras; provocam assoreamento de passagens hidrulicas das vias de

    comunicao; induzem abraso em turbinas e bombas; tm que ser extrados da gua de consumo; ...

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    O ciclo dos sedimentos da maior importncia no mbito da gesto dos recursos hdricos. Quem no ouviu falar da falta de alimentao de areia s nossas praias ?

    2. Incio do movimento das partculas sedimentares do fundo

    Para velocidades e tenses de arrastamento inferiores a um determi-nado valor crtico, que depende essencialmente das dimenses das partculas do fundo, estas no se movem. Tudo se passa como se o fundo fosse fixo (Hidrulica Geral). Para valores superiores, tudo se passa de modo diferente.

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    O conceito de valor crtico (da velocidade ou da tenso de arrasta-mento) de incio de movimento importante para o dimensionamento de canais revestidos por enrocamento (por exemplo).

    O mesmo conceito ainda fundamental para i) o clculo do caudal slido, ii) o estudo da deposio em reservatrios e albufeiras, iii) o estudo da eroso e deposio generalizadas, iv) o estudo de eroses junto de encontros e pilares de pontes, etc.

    3. Configuraes do fundo

    Uma vez iniciado o movimento, o escoamento de gua sobre um fundo de material incoerente interactua com ele, modelando-o e dando origem a diversas configuraes do fundo.

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    A natureza das interaces entre a fase lquida e a fase slida e as dimenses das configuraes do fundo dependem de: altura do escoamento; velocidade do escoamento; propriedades do fluido; caractersticas do material granular do fundo.

    Considere-se um escoamento com altura constante e velocidades crescentes, sobre um fundo inicialmente plano, e com duraes que garantam o completo desenvolvimento das configuraes do fundo

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    Problemas a resolver: qual o tipo de configuraes presentes no fundo para determinadas

    condies do escoamento ? quais as dimenses dessas configuraes ? qual a influncia das configuraes na altura do escoamento ?

    4. Altura do escoamento (resistncia ao escoamento; determinao de curvas de vazo)

    Nos escoamentos com fundo fixo, a relao entre a altura do escoamento e o caudal (curva de vazo) nica (em regime uniforme).

    Em fundos mveis, a relao no nica (efeito das formas de fundo)!!

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    A aumentos do caudal, nem sempre correspondem aumentos da altura do escoamento.

    Quando a concentrao de sedimentos em suspenso elevada, as propriedades do fluido so alteradas a curva de vazo tambm alterada. Este um assunto em aberto em termos cientficos.

    5. Caudal slido (volume de sedimentos por unidade de tempo)

    Do mesmo modo que importante conhecer o caudal lquido, tambm pode ser importante conhecer o caudal slido.

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    O material slido move-se por arrastamento, no fundo, e em suspenso, no seio do escoamento.

    Quanto vale o caudal slido em suspenso ? Quanto vale o caudal slido por arrastamento ? Quanto vale o caudal slido total ?

    Frente de investigao muito activa.

    Exemplo de aplicao: nova ponte do Carregado.

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    6. Rios em regime

    Um rio encontra-se em equilbrio dinmico - ou em regime - quando, no sendo revestido e podendo estar sujeito a eroso e deposio generalizadas, esses efeitos se anulam ao fim de um ou mais ciclos anuais, mantendo-se, em mdia, o mesmo perfil longitudinal ao longo do tempo.

    Problema a resolver: Conhecidos:

    o regime de caudais, Q; o declive do vale; o caudal slido afluente; a granulometria do material do fundo.

    Determinar: a largura, B; a altura, h; o declive do fundo.

    de um rio em equilbrio ou em regime. Determinar ainda a adequada forma em planta. Como se dimensiona

    um meandro? Teorias de regime; Mtodo racional. Problema do caudal de dimensionamento. Actualidade do problema.

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    7. Impactes das obras fluviais

    Os rios e respectivos leitos de cheia so sistemas dinmicos que se ajustam continuamente s alteraes do caudal lquido e do caudal slido. Alteram o respectivo curso (criando novos cursos; cortando antigos cursos; migrando para jusante).

    Estas alteraes so decisivas para a vida selvagem.

    No passado, a referida dinmica foi muitas vezes ignorada quando se aplicaram, sem critrio, as teorias de regime ao dimensionamento de canais estveis.

    As alteraes dos sistemas fluviais podem ser avaliadas em termos genricos com base na balana de Lane.

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    A balana de Lane, traduz a seguinte proporcionalidade:QsD Qi

    Qs caudal slido; D dimetro do material do fundo; Q caudal lquido; i de-clive do talvegue

    Se uma ou mais variveis se alterar, o valor de outra (ou mais) tem que se alterar para se recuperar o equilbrio. Por exemplo, se o caudal slido diminuir mantendo-se o caudal lquido e o dimetro do material do fundo, o declive do talvegue deve diminuir de modo a que se mantenha o equilbrio.

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    O exemplo anterior corresponde ao que, geralmente, acontece em consequncia da construo de uma barragem.

    Devido reteno de sedimentos na albufeira, o caudal slido a jusante passa de Qs para Qs-. Admitindo que o caudal lquido e o dimetro do material do fundo no se alteram, o declive dotalvegue tem que passar de i para i-, resultando

    QsD Qi

    este novo equilbrio que conduz ao fenmeno de eroso generalizada do leito dos rios a jusante de barragens:

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    8. Temas especiais em Hidrulica Fluvial

    Sedimentao em albufeiras aspectos de quantidade; aspectos de qualidade.

    Eroses localizadas junto de encontros e pilares de pontes; a jusante de barragens e audes.

    Ondas de rotura de barragens sobre fundo mvel Ecohidrulica (frente de trabalho com largo futuro)

    esquemas fluviais ambientalmente aceitveis; medidas de preservao e recuperao dos ambientes ribeirinhos. resistncia ao escoamento devida vegetao.

    ....