Hidráulica e Hidrologia Aplicada

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1 1 1. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES Os condutos livres têm muito em comum com os condutos forçados, embora difiram num importante aspecto: os condutos livres apresentam superfície livre onde reina a pressão atmosférica, enquanto que, nos condutos forçados, o fluido enche totalmente a seção reta e escoa em pressão diferente da atmosférica. A despeito das semelhanças entre estas duas espécies de condutos, os problemas apresentados pelos canais são mais difíceis de serem resolvidos, uma vez que a superfície livre pode variar no espaço e no tempo e, como consequência, a profundidade do escoamento, a vazão, a declividade do fundo e a do espelho líquido são grandezas interdependentes. Desta forma, dados experimentais sobre os condutos livres são, usualmente, de difícil apropriação. De modo geral, a seção transversal do conduto forçado é circular, enquanto nos condutos livres pode assumir qualquer outra forma. No conduto forçado a rugosidade da parede interna tem menor variabilidade do que no conduto livre, cujas paredes podem ser lisas ou irregulares, como a dos canais naturais. Ocorrência em condutos livres Canais Naturais Canais Artificiais Rios Estuários Condutos fechados Condutos abertos (escavados) Circulares Retangulares Ovais Ferradura Etc. Semi-circulares Retangulares Trapezoidais Triangulares Etc. A seguir são abordados alguns exemplos que demostram a importância do estudo de canais no curso de engenharia civil.

2 2 Sistema de Drenagem Urbana Drenagemm urbana, no seu sentido m,ais amplo, ode ser definida como o conjunto de medidas que tem como objetivo minimizar os riscos a que as populações estão sujeitas, diminuir os prejuijos causados por inundações e possibilitar o desenvolvimento urbano de forma harmôniva, articulada e sustentável. Um sistema de drenagem de águas pluviais é composto por estruturas e instalações de engenharia destinadas ao transporte, retenção, tratamento e disposição final das águas das chuvas. Os sistemas de drenagem são classificados de acordo com seu tamanho em sistemas de microdrenagem e sistemas de macrodrenagem. A microdrenagem inclui a coleta das águas superficiais ou subterrâneas através de pequenas e médias galerias. Já a rede de macrodrenagem engloba, além da rede de microdrenagem, galerias de grande porte e os corpos receptores destas águas, rios ou canais. Obra de canalização do Córrego Bairro Preto, Trindade Goiás. Fonte: Maccaferri Obra para contenção da erosão da Margem do Rio das Velhas. Santa Luzia- Minas Gerais. Fonte: Maccaferri

3 3 Obra de recuperação do leito natural. Córrego Igaratá, Vinhedo São Paulo. Fonte: Maccaferri Drenagem urbana e sistema de coleta de esgoto O córrego do Ribeirão Anhumas encontrava-se com taludes protegidos com gabiões e/ou vegetação natural ou camada de revestimento de concreto, porém em seções geométricas e declividades aquém das necessidades das vazões afluentes, ocasionando frequentes transbordamentos e trazendo transtorno aos usuários da Avenida José de Souza Campos. O projeto de canalização visou conter as enchentes mais frequentes, dentro do seu leito, e proporcionou em cada margem, mais uma faixa de tráfego na avenida localizada próxima à parede do canal. O referido projeto considerou primeiramente só a construção dos interceptores de esgoto, aproveitando depois a mesma vala de escavação para a canalização do ribeirão. A obra foi idealizada de maneira diferente, como um interceptor de esgoto, mas decidiu-se por fazer sistemas separados e independentes (esgoto e canal) evitando que o esgoto também transbordasse caso ocorresse outra inundação. Obra de canalização do Ribeirão Anhumas. Campinas, SP. Fonte:

4 4 Dissipador de energia Por definição, dissipadores de energia são dispositivos que visam promover a redução da velocidade de escoamento nas entradas, saídas ou mesmo ao longo da própria canalização de modo a reduzir os riscos dos efeitos de erosão nos próprios dispositivos ou nas áreas adjacentes. Pode-se citar como elemento de dissipação, as escadas dissipadoras, que são canaletas geralmente abertas, com fundo construído em forma de degraus visando reduzir a velocidade das águas superficiais, em encostas com inclinações elevadas. Podem transportar grandes vazões, devendo ser executadas no local, em concreto armado ou com gabiões. A principal vantagem sobre as canaletas e tubos de concreto é a de conduzir grande volume de água em fortes inclinações, com menor desgaste e sem necessidade de caixas de dissipação. Obra de drenagem. Escada dissipadora de energia. Serra dos Carajás, PA. Fonte: Maccaferri Agricultura e abastecimento O Canal da Integração constitui-se de um complexo de estação de bombeamento, canais de diferentes seções, sifões, adutoras e túneis, que realizam a transposição das águas do Açude Castanhão para reforçar o abastecimento da Região Metropolitana de Fortaleza, assim como do Complexo Portuário e Industrial do Pecém, fazendo a integração das bacias hidrográficas do Jaguaribe e Região Metropolitana de Fortaleza. Também conhecido como Eixão das Águas, é composto por adutoras, estações elevatórias, reservatórios, aquedutos e canais com extensão total de 256 km, destacando-se como a maior obra de infraestrutura hídrica do Ceará garantindo

5 5 o abastecimento de água para 4,2 milhões de pessoas da região metropolitana de Fortaleza nos próximos 30 anos. Obra do canal o cinturão das águas e interligação. Região de Cariri - Fortaleza. Fonte: Fonte: hhtp:// Tratamento de Água e Esgoto A Calha Parshall é um dispositivo tradicionalmente usado parar medição de vazão em canais abertos de líquidos fluindo por gravidade, muito utilizado nas estações de tratamento de água para a realização de duas importantes funções: medir com relativa facilidade e de forma contínua as vazões de entrada e saída de água e atuar como misturador rápido, facilitando a dispersão dos coagulantes na água, durante o processo de coagulação devido a condição de que o ressalto hidráulico produz uma dissipação de energia bastante significativa aliada ao fato de que o estreitamento da garganta do Parshall favorece a uma distribuição mais homogênea do coagulante. Quando aplicada na estação de tratamento de esgoto, uma calha "Parshall" têm a finalidade de medir a vazão de entrada do esgoto bruto e outra tem a

6 6 finalidade de medir a vazão de saída do esgoto tratado a fim de detectar eventuais diferenças. Controle de cheia Quando ouvimos falar em obras de prevenção de enchentes em São Paulo, logo vem a palavrão piscinão. Na verdade o termo técnico é reservatório de detenção. Sua função é retirar, por algum tempo, a quantidade de água do sistema de drenagem, durante a ocorrência das chuvas intensas. Os reservatórios de detenção podem ter um caráter multifuncional agregando áreas verdes e de lazer e, compondo projetos urbanísticos com valorização da presença de água em espaço urbano. Várias são as vantagens da construção deste tipo de obra hidráulica, tais como: depois de construídos, causam pouca interferência no tráfego de veículos e no funcionamento de atividades de comércio e serviços; facilitam a limpeza e diminuem seu custo, pois os sedimentos e o lixo carreados pelas águas de chuva acabam concentrados em um único ponto; reduzem os custos de canalizações a jusante, pois armazenam grandes volumes de água pluvial. Têm-se dois tipos de reservatórios. O reservatório fechado é empregado em zonas urbanas altamente povoadas, onde não existem áreas para implantação de reservatório a céu aberto. A cobertura destes reservatórios, normalmente possibilita a utilização do espaço para atividades públicas ou privadas. Reservatórios a céu aberto armazenam água apenas durante eventos de chuva e podem ser construídos com fundo impermeabilizado, quando há risco de contaminação de águas subterrâneas pelas cargas elevadas de poluentes. A impermeabilização em concreto

7 7 pode desempenhar outros tipos de funções, como a implantação de quadras de esportes e áreas de lazer. Fonte: Fonte: Geração de energia Uma barragem, açude ou represa, é uma barreira artificial, feita em cursos de água para a retenção de grandes quantidades de água. A sua utilização é, sobretudo para abastecer de água zonas residenciais, agrícolas, industriais, produção de energia elétrica, ou regularização de uma vazão. Já o vertedouro, vertedor, sangrador ou sangradouro é uma estrutura hidráulica que pode ser utilizada para diferentes finalidades, como medição de vazão e controle de vazão, sendo estes os principais usos. Quando o objetivo é a medição de vazão, uma geometria bastante empregada é a triangular de parede delgada, embora possam ser empregadas as formas retangular, semicircular, entre outras. Em barragens, o excesso de água deve ser descarregado para jusante de forma segura. Isto pode ser feito de diferentes formas, sendo a principal delas com o uso de vertedores.

8 8 Fonte: Navegação A utilização dos rios como via de transporte/navegação sempre foi presente na história da humanidade. Em países desenvolvidos, onde a rede de transporte terrestre é extremamente desenvolvida, as hidrovias ainda assim são de fundamental importância. Uma característica positiva desse meio de transporte é o baixo custo, por essa razão o transporte ferroviário não substituiu o hidroviário, com exceção dos lugares impróprios para a implantação de hidrovias. Como exemplo de canal de navegação cita-se o Canal Pereira Barreto, situado próximo à cidade brasileira de Pereira Barreto, no Estado de São Paulo, é considerado o maior canal artificial da América do Sul. Trata-se de um canal navegável, com m de extensão que interliga o lago da barragem da Usina Hidrelétrica de Três Irmãos, no rio Tietê, ao rio São José dos Dourados, afluente da margem esquerda do rio Paraná e ao reservatório de Ilha Solteira, propiciando a operação de geração de energia integrada. Fonte:

9 9 Fonte: Os trechos hidroviários mais importantes, do ponto de vista econômico, encontram-se no Sudeste e no Sul do País. O pleno aproveitamento de outras vias navegáveis depende da construção de eclusas, grandes obras de dragagem e, principalmente, de portos que possibilitem a integração intermodal. Entre as principais hidrovias brasileiras, destacam-se duas: Hidrovia Tietê-Paraná e a Hidrovia do Solimões-Amazonas. As eclusas são câmaras que ao serem cheias, com água, elevam as embarcações e as abaixam ao serem esvaziadas. Neste processo a eclusa usa exclusivamente a força da gravidade para o seu funcionamento. Com a construção das eclusas de Barra Bonita, o Rio Tietê tornou-se navegável desde a região de Conchas até a sua foz no rio Paraná, sendo utilizado para o turismo e transporte de cargas, como milho, soja, cana de açúcar, álcool, calcário, etc. Fonte:

10 10 Casos Gerais dos Escoamentos Livres Escoamentos Não Permanentes (Transitórios) Caso Geral Escoamentos Permanentes Caso Particular Escoamentos Não Permanentes (Transitórios) Uniforme Variado Gradualmente Variado Bruscamente Variado Escoamentos Permanentes Uniforme Variado Gradualmente Variado Bruscamente Variado Escoamento Permanente: Q = c te Q = c te Escoamento Permanente e Uniforme: v média = c te y = c te ; (tirante de água) Q = c te Escoamento Permanente e Variado: A c te v média c te Escoamento Permanente Gradualmente Variado: Escoamento Permanente Bruscamente Variado: Escoamento Não Permanente: Q c te Moderado Gradiente de Velocidades Acentuado Gradiente de Velocidades Profundidade em uma dada seção varia ao longo do tempo. Ex.: enchimento e esvaziamento de eclusas, golpe de aríete, ondas do mar