ESCOAMENTO SUPERCRÍTICO: CANAL DE MACRODRENAGEM CÓRREGO VILA ISABEL PROF. DR. ROBERTO FENDRICH DHS UFPR

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1 ESCOAMENTO SUPERCRÍTICO: CANAL DE MACRODRENAGEM CÓRREGO VILA ISABEL PROF. DR. ROBERTO FENDRICH DHS UFPR

2 ESTUDO HIDRÁULICO DO CÓRREGO VILA ISABEL Regime de Escoamento em Canais De acordo com (Baptista e Lara, 2002), tendo em vista os problemas associados aos escoamentos críticos e supercríticos, o dimensionamento dos canais deverá ser efetuado, preferencialmente, em regime subcrítico (fluvial). Para os canais projetados em regime supercrítico, além dos problemas associados às altas velocidades de escoamento, tais como possibilidade de erosão, abrasão e subpressão, pode ocorrer também a formação de ondas estacionárias, nos trechos curvos e junto às irregularidades nas paredes. Assim, para o caso de projeto de um canal em regime supercrítico devem ser evitadas curvas, ou, caso elas sejam imprescindíveis, devem ser efetuados estudos relativos à ocorrência destas ondas.

3 Hidráulica do Escoamento no Córrego Vila Isabel no Bueiro Celular sob a Avenida Getúlio Vargas A. Características do Bueiro Celular Sob a Av. Getúlio Vargas De acordo com o Projeto de Canalização do Córrego Vila Izabel, da SMOP/P.M. Curitiba as características do bueiro celular no Córrego Vila Isabel, na travessia sob a Av. Getúlio Vargas, tem as seguintes características: - Extensão: L = 43,50 m - Seção Transversal: Figura 1 - Dimensões: B= 3,50 m; A= 2,10 m; S = 7,35 m 2 (04/2011) - Dimensões (SMOP): B= 4,00 m; A= 2,75m; S= 11,00 m 2 (12/1976) - Material de Construção: Concreto Armado (n = 0,013) - Declividade Longitudinal: I=0,0161 m/m - Muros de Testa e Muros de Ala: Inexistentes tanto na boca de entrada como na boca de saída do bueiro

4 Figura 1. Córrego Vila Isabel. Desembocadura do Bueiro Celular na Av. Getúlio Vargas Fonte: Luiz F. R. Cavalcanti (Abril/2011)

5 B. Capacidade de Vazão do Bueiro Celular Vazão de Projeto: Q 10 = 30,9 m 3 /s (Parte 1) - Bueiro Implantado no Campo: (B= 3,50m ; A= 2,10m; S= 7,35 m 2 ) Pelo Nomograma A-3: Q 10 = 18,15 m 3 /s < Q 10 = 30,9 m 3 /s - Bueiro Projetado (SMOP): (B= 4,00 m; A= 2,75 m; S = 11,00 m 2 ) Pelo Nomograma A-3: Q 10 = 31,10 m 3 /s > Q 10 = 30,9 m 3 /s (Verifica!) CONCLUSÃO 1: O bueiro celular de seção transversal retangular implantado, não suporta a vazão de projeto para o tempo de recorrência T r = 10 anos. A seção transversal do bueiro que consta no projeto da SMOP, suportaria a vazão de projeto Q 10 = 30,9 m 3 /s. CONCLUSÃO 2: O bueiro celular construído sub-dimensionado trabalhará em carga hidráulica, funcionando a plena seção como orifício, podendo ocasionar os seguintes efeitos perniciosos: 1º) Interrupção do tráfego na Av. Getúlio Vargas 2º) Solapamento do talude no pé do aterro da Av. Getúlio Vargas, podendo sofrer escorregamento do talude e uma séria erosão em todo o aterro. Isto comprometerá a plataforma da Avenida 3º) Funcionando com carga hidráulica muito grande, na boca de saída do bueiro, a velocidade de escoamento na extremidade do orifício será excessiva, ocasionando a propagação de ondas e correntes helicoidais para jusante e, conseqüentemente, solapamentos e erosões nas margens do Córrego Vila Isabel

6 Nomograma A-3. Nomograma Para Cálculo da Seção Mínima da Entrada do Bueiro, Vazão com Tempo de Recorrência 10 anos (Q 10 )

7 C. Regime de Escoamento no Bueiro Celular Aplicando a Equação: I c 2,6 n 3 A 2 4A 3 B 4/3 Sendo: n = 0,013; A = 2,10 m; B = 3,50 m 2 2,6 0, ,10 Ic 3 Ic 0,00325 m / m 3 2,10 3,50 4/3 CONCLUSÃO 3: Como a declividade de assentamento do bueiro, I = 0,0161 m/m, é maior do que a declividade crítica do bueiro, Ic = 0,00325 m/m, o regime de escoamento no canal é supercrítico (torrencial). Esse regime de escoamento é indesejável pelos efeitos perniciosos que ocasionará a jusante da boca de saída do bueiro, tais como solapamentos dos taludes das margens, com as conseqüentes erosões das mesmas, inclusive impondo danos e prejuízos nas propriedades vizinhas.

8 D. Degrau na Boca de Saída do Bueiro Celular De acordo com a Figura 1, a altura do degrau na boca de saída do bueiro celular, d = 1,10m, e aplicando a Equação do número de queda: 2 q D gd 3 Sendo: q = 8,83 m 3 /s.m, g = 9,81 m/s 2 ; d = 1,10 m D=5,97 Conforme indicado na Figura 2, as funções do número de queda D: L d(4,30d 1 y d(1,00 D y y p 1 2 d(0,54d d(1,6 6D 0,27) 0,22) 4,25) 0,27) L O comprimento do ressalto hidráulico: 1 y y y 1 2 p 7,70 m 1,63 m 1,27 m 2,96 m L2 6,9( y2 y1 ) L2 11,70 m Como na boca de saída do bueiro celular o regime de escoamento é supercrítico, a existência do degrau d = 1,10m, neste local, acentuará a formação do ressalto hidráulico, a jusante do bueiro, no canal natural do Córrego Vila Isabel, conforme indicado na Figura 2

9 N.A. 898,66m Figura 2. Degrau Vertical na Boca de Saída do Bueiro Celular de Concreto Armado, Regime de Escoamento Supercrítico (I>Ic; d=1,10m)

10 Figura 3. Seção Transversal da Contenção do Aterro Sobre o Coletor de Esgotos Sanitários da SANEPAR, na ME do Córrego Vila Isabel Fonte: Projeto da USPO/SANEPAR (10/2009)

11 Foto 1. (21/11/09) ME do Córrego Vila Isabel na Boca de Saída do Bueiro Celular de Concreto Armado. Detalhes da Erosão e do Solapamento na ME Provocado Pelo Escoamento Crítico/Supercrítico no Bueiro Celular e a Formação do Ressalto Hidráulico no Canal

12 Foto 3. (13/10/10) Mata Ciliar de Vegetação Secundária na Margem Direita MD do Córrego Vila Isabel, na Faixa de Preservação da Drenagem (l 6,0m). Muro de Divisa na Propriedade Particular do Sr. Luiz F. R. Cavalcanti Foto 2. (21/11/09) Erosão Total da ME com Solapamento do Muro de Divisa da Propriedade Particular e do Coletor de Esgotos Sanitários da SANEPAR (DN=500)

13 Foto 4. (20/11/10) ME do Córrego Vila Isabel: 1) Coletor de Esgotos Sanitários da SANEPAR (DN=500) Rompido. 2) Escoramento do Muro de Divisa da Propriedade Particular, Totalmente Solapado, Mostrando Rachaduras, na Iminência de Cair. 3) Escavação da Margem Para Execução do Muro de Arrimo em Gabiões Tipo Caixa

14 Foto 5. (14/12/10) MD do Córrego Vila Isabel: O Escoamento Crítico/Supercrítico com a Formação do Ressalto Hidráulico Provocou: 1) Erosão e Solapamento do Pé do Talude da Margem; 2) Destruição Total da Faixa de Preservação da Drenagem (l 6,0m); 3) Destruição Total do Muro de Divisa Na Propriedade Particular do Sr. Luiz F. R. Cavalcanti

15 Foto 6. (15/01/11) Córrego Vila Isabel: 1) Ao Fundo, Avenida Getúlio Vargas; 2) Boca de Saída do Bueiro Celular, Sem Muros de Alas e a Presença de um Degrau Brusco (d=1,10m); 3) Reconstituição do Trecho Danificado do Coletor de Esgotos Sanitários da SANEPAR (DN=500); 4) No Fundo do Canal os Gabiões Tipo Saco; 5) Início da Elevação do Muro de Arrimo em Gabiões Tipo Caixa

16 Foto 7. (19/01/11) Chuva Intensa do Dia 19/01/2011: 1) Escoamento Crítico/Supercrítico na Boca de Saída do Bueiro Celular; 2) Turbulências e Extensão do Ressalto Hidráulico, com Correntes Helicoidais (Vórtices) em Direção à ME; 3) Erosão Intensa na ME, com Sobreposição do Escoamento Sobre o Muro de Arrimo em Arrimo em Construção

17 Foto 8. (19/01/11) Chuva Intensa do Dia 19/01/2011: 1) Escoamento Crítico Para Supercrítico na Boca de Saída do Bueiro Celular de Concreto Armado; 2) Turbulências Provocadas Pelo Ressalto Hidráulico

18 Foto 9. (19/01/11) Detalhes da Foto Anterior: 1) Escoamento Crítico/Supercrítico na Boca de Saída do Bueiro Celular; 2) Correntes Helicoidais (Vórtices) Vide Garrafa PET Junto ao Degrau Brusco (d=1,10m)

19 Foto 10. (19/01/11) Detalhes das 2 Fotos Anteriores: 1) Aspecto Geral da MD; 2) Turbulências Provocadas Pelo Ressalto Hidráulico com Vários Vórtices; 3) Garrafa PET Rodopiando no Mesmo Lugar

20 Foto 11. (19/01/11) Chuva Intensa do Dia 19/01/2011: 1) Aspecto Geral da MD; 2) Turbulências Provocadas Pelo Ressalto Hidráulico com Vários Vórtices; 3) Extensão do Ressalto Hidráulico

21 Foto 12. (11/02/11) Vista Geral a Partir do Bueiro Celular Para Jusante no Córrego Vila Isabel. Destaca-se, Novamente, o Escoamento na Direção da ME por Meio da Espuma Sobrenadante

22 Foto 13. (15/02/11) Vista Geral das MD e ME do Córrego Vila Isabel Após a Chuva Intensa do Dia 14/02/2011, a Jusante do Bueiro Celular de Concreto Armado, na Avenida Getúlio Vargas

23 Foto 14. (25/02/11) Muro de Arrimo em Gabiões Para Contenção do Re-aterro Sobre o Coletor de Esgotos Sanitários da SANEPAR (DN=500). Visualiza-se no Escoamento, a Turbulência na Boca de Saída do Bueiro Celular e a Mesma com a Propagação na Direção da ME Junto ao Muro de Contenção do Coletor de Esgotos Sanitários da SANEPAR

24 Foto 15. (12/Mar/2011) Aspecto Geral das Margens do Córrego Vila Isabel na Boca de Saída do Bueiro Celular de Concreto Armado: 1) ME com Muro de Arrimo em Gabiões Tipo Caixa (h=4,0m); 2) MD: a) Totalmente Erodida a Faixa de Preservação da Drenagem (l=6,0m); b) Ausencia Total da Mata Ciliar Secundária; c) Locação em Cota Topográfica Inadequada Para Reconstrução do Muro da Propriedade Particular

25 Foto 16. (12/Mar/2011) Vista Geral do Local: 1) MD Propriedade Particular Contígua (Sr. Luiz F. R. Cavalcanti); 2) Bueiro Celular de Concreto Armado (B=3,50m; A=2,10m; S=7,35m 2 ; d=1,10m); 3) Muro de Arrimo em Gabiões Tipo Caixa (h=4,0m) na ME do Córrego Vila Isabel, na Seção Transversal da Avenida Getúlio Vargas