Condutos Livres Canais Escoamento Gradualmente Variado

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1 Condutos Livres Canais Escoamento Gradualmente Variado Disciplina: CIV271 - HIDRÁULICA Curso: ENGENHARIA AMBIENTAL ESCOLA DE MINAS - UFOP Ouro Preto / 2016 Prof. Glaucia Alves dos Santos

2 Condutos Livres - Conceitos fundamentais 2 Escoamento em condutos livres: Tipos de escoamentos: Uniforme - EPU Gradualmente EPGV Permanente (Curvas de Remanso) Escoamento Variado Bruscamente EPBV (Ressalto Hidráulico) Não permanente

3 3 Introdução É um tipo de escoamento não uniforme em que as grandezas envolvidas variam de maneira lenta e gradual ao longo do percurso. Os movimentos gradualmente variados são permanentes de forma que as linhas de fluxo são consideradas praticamente paralelas o que permite aplicar as fórmulas do movimento uniforme com aproximação satisfatória.

4 4 As profundidades variam gradual e lentamente ao longo do canal; São escoamentos permanentes em que as grandezas envolvidas nos escoamentos não se modificam com o tempo em cada seção; a distribuição das pressões obedece a lei hidrostática, sendo as linhas de corrente consideradas praticamente paralelas. As equações estabelecidas para o escoamento uniforme aplicam-se a estes escoamentos com aproximação satisfatória.

5 5 Os parâmetros hidráulicos variam de maneira progressiva Um canal de fraca declividade em uma barragem, por exemplo, pode provocar a sobrelevação de montante da linha d água - curva de remanso; A diferença entre a altura da lâmina d água numa determinada seção com esc. variado(y) e altura d água no esc. uniforme (y 0 ) é chamada de remanso; A interferência no curso d água pode provocar a inundação de propriedades ribeirinhas, já que a curva de remanso pode se estender por kilometros.

6 6 Movimento gradualmente variado acelerado nos trechos iniciais dos condutos de seções constantes, nos quais o movimento uniforme subseqüente se realiza em regime supercrítico.

7 7 Movimento gradualmente retardado em trechos de canais, a montante de obstáculos que se opõem ao escoamento. Nesses casos formam-se os remansos com indica a figura ao lado.

8 8 Quando o interesse principal é a determinação da linha d água no escoamento, as equações diferenciais referentes ao problema devem ser resolvidas para h e x, fornecendo a profundidade, h, para cada distância horizontal, x, ao longo do canal. O traçado da linha da água resulta em diferentes perfis, denominados de curvas de remanso, dependendo das condições dadas; Constitui o principal objetivo do estudo dos canais que funcionam em regime permanente gradualmente variado;

9 9 De modo geral, a forma do perfil da linha d água depende da comparação, em cada seção, da profundidade crítica com a profundidade normal e desta com a profundidade em que efetivamente se realiza o escoamento.

10 10 y f (x) Hipóteses Simplificadoras: A declividade do canal é pequena; O canal é prismático; A distribuição de velocidade em uma seção é fixa; A distribuição da pressão em uma seção é hidrostática Eq. Fund. Esc. Grad. Var

11 11 Eq. Fund. Esc. Grad. Var y f (x) y f (x) Eq.da Curva de Remanso

12 12 Quando o movimento é uniforme: a linha d água coincide com uma das retas, Nn (nível normal), ou Nc (nível crítico), conforme a profundidade seja normal ou crítica, respectivamente. Estas duas retas dividem o plano do perfil longitudinal do conduto em três regiões distintas, como indica a figura. A cada região corresponde um tipo de curva que depende da comparação da profundidade normal com a crítica.

13 13 Os tipos do perfil da superfície da água são definidos como: Tipo A linha d água na região 1 Tipo B linha d água na região 2 Tipo C linha d água na região 3

14 14 As curvas formadas pelo perfil da linha d água podem se localizar em qualquer uma das três regiões, conforme o valor assumido por dh/dx, segundo exemplificado na figura abaixo:

15 15 Região 1 : h > ho > hc Io < Ic e Fr <1 dy/dx > 0 elevação da superfície

16 16 Região 2: ho > h > hc Io < Ic e Fr <1 dh/dx < 0 abaixamento da superfície

17 17 Região 3: ho > hc > h Io > Ic e Fr >1 dh/dx > 0 elevação da superfície

18 18 Classes: Definidas em relação à declividade dos canais que conduzem os escoamentos: Classe M declividade fraca (Mild) - Io<Ic Classe S declividade forte (Step) Io>Ic Classe C declividade crítica (Critic) Io=Ic Classe A declividade Adversa (Adverse) Io=0 Classe H canal de fundo horizontal - Io<0

19 19

20 20 y0 > y c

21 21

22 22 y0 < y c

23 23

24 24 y0 = y c

25 25

26 26 Não existe y o

27 27

28 28 Não existe y o