HIDRÁULICA FLUVIAL 1

Transcrição

1 HIDRÁULICA FLUVIAL

2 Introdução Engenharia Civil >>> Engenharia de edifícios Os engenheiros civis desenvolvem actividades múltiplas: no cálculo estrutural (estruturas); na construção; no urbanismo; na gestão de obras; na geotecnia; nos recursos hídricos (quantificação e gestão); na hidráulica.

3 No âmbito da hidráulica, os engenheiros civis desenvolve actividades relacionadas com: Saneamento Básico (hidráulica urbana): redes de distribuição de água; redes de recolha de águas residuais; sistemas de tratamento (de água e de águas residuais). Estruturas Hidráulicas (circuitos hidráulicos em barragens e obras afin Instalações Hidroeléctricas: estações de bombagem; centrais hidroeléctricas. Hidráulica Marítima: Estuários; Costas e portos. Hidráulica Fluvial. A área da Hidráulica está muito ligada à de Recursos Hídrico e ao Ambiente através de actividades no âmbito de: Hidrologia superficial e subterrânea; Planeamento e gestão dos recursos hídricos; Qualidade da água e controle da poluição.

4 Hidráulica Geral vs Hidráulica Fluvial No actual contexto, a Hidráulica Fluvial é uma matéria de espec lização que entronca na Hidráulica Geral. A Hidráulica Geral (Hidráulica I e Hidráulica II) é uma ciência engenharia civil com um importante acervo de matérias para tod os engenheiros civis. Os alunos aprendem a calcular: impulsos em superfícies planas ou curvas (estática) forças em acessórios de tubagens

5 instalações hidráulicas (destaque para as redes de distribuição de água) forças hidrodinâmicas em corpos imersos (incluindo efeito do vento)

6 alturas de água em canais com superfície livre e leito fixo escoamentos em orifícios e descarregadores

7 escoamentos em meios porosos (casos simples) turbo máquinas hidráulicas (especificar) turbinas bombas

8 Hidráulica Fluvial = Hidráulica dos rios. para alguns problemas, os rios comportam-se como se tivessem le fixo estudam-se como os restantes canais com superfície liv (problema de hidráulica geral para canais não prismáticos). em geral, tem que se considerar o fundo móvel hidráulica escoamentos bifásicos água sedimentos (tipicamente areia; fase sólida) desde o início da civilização, o homem habituou-se a conviver com rios e a tirar partido da sua existência. Exemplos: Civilização chinesa Babilónia Egipto Onde estão as principais cidades portuguesas?

9 uestões específicas da Hidráulica Fluvial 1. Origem dos sedimentos e sua importância para a engenharia civil Os sedimentos são maioritáriamente originados nas encostas das bac hidrográficas por acção da erosão hídrica

10 Os sedimentos desagregados são transportados para jusante pela acç do escoamento canalizado. Reduzem o volume útil das albufeiras; provocam assoreamento de passagens hidráulicas das vias comunicação; induzem abrasão em turbinas e bombas; têm que ser extraídos da água de consumo;...

11 O ciclo dos sedimentos é da maior importância no âmbito da gest dos recursos hídricos. Quem não ouviu falar da falta de alimentação areia às nossas praias? 2. Início do movimento das partículas sedimentares d fundo Para velocidades e tensões de arrastamento inferiores a um determ nado valor crítico, que depende essencialmente das dimensões d partículas do fundo, estas não se movem. Tudo se passa como se fundo fosse fixo (Hidráulica Geral). Para valores superiores, tudo passa de modo diferente.

12 O conceito de valor crítico (da velocidade ou da tensão de arras mento) de início de movimento é importante para o dimensionamen de canais revestidos por enrocamento (por exemplo). O mesmo conceito é ainda fundamental para i) o cálculo do cau sólido, ii) o estudo da deposição em reservatórios e albufeiras, iii estudo da erosão e deposição generalizadas, iv) o estudo de erosõ junto de encontros e pilares de pontes, etc. 3. Configurações do fundo Uma vez iniciado o movimento, o escoamento de água sobre um fun de material incoerente interactua com ele, modelando-o e dan origem a diversas configurações do fundo.

13 A natureza das interacções entre a fase líquida e a fase sólida e dimensões das configurações do fundo dependem de: altura escoamento; velocidade do escoamento; propriedades do fluid características do material granular do fundo. Considere-se um escoamento com altura constante e velocidad crescentes, sobre um fundo inicialmente plano, e com durações q garantam o completo desenvolvimento das configurações do fundo

14 Problemas a resolver: qual o tipo de configurações presentes no fundo para determinad condições do escoamento? quais as dimensões dessas configurações? qual a influência das configurações na altura do escoamento? 4. Altura do escoamento (resistência ao escoamento; determinaç de curvas de vazão) Nos escoamentos com fundo fixo, a relação entre a altura escoamento e o caudal (curva de vazão) é única(em regime uniform Em fundos móveis, a relação não é única (efeito das formas de fundo

15 A aumentos do caudal, nem sempre correspondem aumentos da altu do escoamento. Quando a concentração de sedimentos em suspensão é elevada, propriedades do fluido são alteradas a curva de vazão também alterada. Este é um assunto em aberto em termos científicos. 5. Caudal sólido (volume de sedimentos por unidade de tempo Do mesmo modo que é importante conhecer o caudal líquido, também pode ser importante conhecer o caudal sólido.

16 O material sólido move-se por arrastamento, no fundo, e e suspensão, no seio do escoamento. Quanto vale o caudal sólido em suspensão? Quanto vale o cau sólido por arrastamento? Quanto vale o caudal sólido total? Frente de investigação muito activa. Exemplo de aplicação: nova ponte do Carregado.

17 6. Rios em regime Um rio encontra-se em equilíbrio dinâmico - ou em regime - quand não sendo revestido e podendo estar sujeito a erosão e deposiç generalizadas, esses efeitos se anulam ao fim de um ou mais cic anuais, mantendo-se, em média, o mesmo perfil longitudinal ao lon do tempo. Problema a resolver: Conhecidos: o regime de caudais, Q; o declive do vale; o caudal sólido afluente; a granulometria do material do fundo. Determinar: a largura, B; a altura, h; o declive do fundo. de um rio em equilíbrio ou em regime. Determinar ainda a adequada forma em planta. Como se dimensio um meandro? Teorias de regime; Método racional. Problema do caudal de dimensionamento. Actualidade do problema.

18 7. Impactes das obras fluviais Os rios e respectivos leitos de cheia são sistemas dinâmicos que ajustam continuamente às alterações do caudal líquido e do caud sólido. Alteram o respectivo curso (criando novos cursos; cortando antig cursos; migrando para jusante). Estas alterações são decisivas para a vida selvagem. No passado, a referida dinâmica foi muitas vezes ignorada quando aplicaram, sem critério, as teorias de regime ao dimensionamento canais estáveis. As alterações dos sistemas fluviais podem ser avaliadas em term genéricos com base na balança de Lane.

19 A balança de Lane, traduz a seguinte proporcionalidade: Q s D Qi Qs caudal sólido; D diâmetro do material do fundo; Q caudal líquido; i clive do talvegue Se uma ou mais variáveis se alterar, o valor de outra (ou mais) t que se alterar para se recuperar o equilíbrio. Por exemplo, se o cau sólido diminuir mantendo-se o caudal líquido e o diâmetro do material do fundo declive do talvegue deve diminuir de modo a que se mantenha o equilíbrio.

20 O exemplo anterior corresponde ao que, geralmente, acontece em consequência da construção de uma barragem. Devido à retenção de sedimentos na albufeira, o caudal sólido a jusante passa de Qs para Qs -. Admitindo que o caudal líquido e o diâmetro do material do fundo não se alteram, o declive do talvegue tem que passar de i para i -, resultando Qs D Qi É este novo equilíbrio que conduz ao fenómeno de erosão generalizada do leito dos rios a jusante de barragens:

21 8. Temas especiais em Hidráulica Fluvial Sedimentação em albufeiras aspectos de quantidade; aspectos de qualidade. Erosões localizadas junto de encontros e pilares de pontes; a jusante de barragens e açudes. Ondas de rotura de barragens sobre fundo móvel Ecohidráulica (frente de trabalho com largo futuro) esquemas fluviais ambientalmente aceitáveis; medidas de preservação e recuperação dos ambientes ribeirinhos. resistência ao escoamento devida à vegetação.....