aula 3-1Portos e Vias Navegáveis

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Portos e Vias Navegáveis Canais

Reticação de Rios

Significa melhoria: Mudança geométrica do traçado; Melhorar as condições de escoamento e estabilidade; Possibilitar o rebaixamento da linha d’agua das cheias; Viabilizar Navegação , Recuperar o terreno marginal.

A Retificação pode ser :

Natural

Artificial

Belo Horizonte

http://curraldelrei.blogspot.com.br/2010/08/

Processo de retificação ( tomar cuidado) • Preservar pontes existentes • Ferrovias • Bota fora • Desapropriações • Áreas de segurança, Refinarias, ETE, ETA, aterros, linhas de transmissão, subestação, Áreas de proteção ambiental, indígenas, etc) • Corte sistemáticos de meandros, aumentam as velocidades das ondas de enchentes;

Controle de cheias

Vazão de base

Tratando- se de controle de cheia Dimensionamento hidráulico poderá contemplar: Terreno Natural

Vazão de Máxima Vazão de base Terreno natural

• Vazão mínima (base) com período de retorno de 1 a 2 anos (cheia anual);

Terreno natural

Vazão de Máxima

• Para a vazão máxima uma calha maior com o período de retorno de 50 anos ;

Dique

Vazão de Máxima

• Para evitar deposições, crescimento de vegetação , otimizar as áreas adjacentes durante a estiagem;

Rio Cheoggyecheon em Seul

Canais Artificiais

Classificação

O canal é um conduto alongado no qual a água escoa com uma superfície em contato com a atmosfera. Um canal pode ser: -Aberto ou descoberto: quando suas paredes não se juntam acima da superfície livre. Ex.: curso d’água natural. -Fechado ou coberto: as paredes se juntam acima da superfície livre. Ex.: rede de esgotos, galerias de águas pluviais.

Geometria

Seção semi circular – pré fabricadas, aço ou madeira

Seção trapezoidal ou retangular – os taludes dependem da natureza do terreno e são fixados em vista a estabilidade das margens

Canais subterrêneos – galerias subterrêneas em alvenaria ou concreto Pessanha, 2011

Seção composta: são revestidas de alvenaria de pedra ou concreto

Geometria: Seções eficientes

Pessanha, 2011

Dimensionamento: Inclinação dos Taludes

Dimensionamento Critérios para a navegabilidade:

• A = 1,1 * B

• Projetar um alargamento entre o rio meandrado e o canal retificado: • Localizar a embocadura próximo ao vértice da curva onde a erosão é mais pronunciada, e a remoção do sedimentos é mínima; • Extensão 2 a 3 * B junto aos reforços;

Equação de forma Geometria deve considerar: Material que compõe a margem e o leito; Declividade longitudinal; Inclinação dos taludes.

Equação de Manning

Onde:

Elementos de Seção Transversais

= /

Obs- Θ= 2.arccos(1-2.h/D) – onde θ deve ser calculado em radianos

Sugestões da literatura Declividade limite de Canais

Equação de Maning

Declividades do talude conforme tipo de material

Traçado Longitudinal O traçado de um canal pode ser comparado ao de uma estrada com declive determinado e sempre no mesmo sentido

Isotacas

Exemplo de Isotacas*

*Linhas que ligam os pontos de igual velocidade

Figura 04 – Distribuição da velocidade em diferentes seções de canais Fonte: VEN TE CHOW (1959)

Variação da Velocidade As velocidades médias não são uniformemente distribuídas nos diversos pontos da seção transversal. A distribuição da velocidade depende de várias condições como, por exemplo, a forma da seção transversal, rugosidade do canal, curvatura do curso d’água. As velocidades aumentam das margens para o centro e do fundo para a superfície. Nos cálculos de dimensionamento de canais, sempre é utilizada a velocidade média da seção. A velocidade média se encontra abaixo da superfície d’agua a um distância de 0,60h

Limites de Velocidades Finalidade

Velocidade máxima Evitar erosão

Velocidade mínima

Evitar assoreamento

Características da Seção Transversal

− área da seção molhada: área da seção reta do escoamento, normal à direção do fluxo; − profundidade: é a distância verPcal do ponto mais baixo da seção do canal até a superfície livre; − Perímetro molhado: é o comprimento da linha de contato entre a seção molhada e a seção transversal, sendo que a superfície livre não faz parte do perímetro molhado; B – largura do canal

Parâmetros Geométricos

− raio hidráulico: é a relação entre a área molhada e o perímetro molhado = /

Classificação

Os canais podem ser classificados em canais uniformes e não uniformes: -Canal uniforme: é aquele que tem leito prismático e características geométricas constantes. Portanto, é retilíneo e possui seção transversal, rugosidade das paredes e declividade constantes.

-Canal não uniforme: é aquele em que ocorre a variação de um dos parâmetros mencionados acima. Os canais naturais são não uniformes. Os canais artificiais são uniformes ou podem ser decompostos em trechos de canais uniformes

Regimes de Escoamento Variabilidade do movimento no tempo Um critério de classificação dos movimentos dos fluídos diz respeito à variabilidade dos parâmetros no tempo:

-Permanente – a velocidade (ou vazão) num ponto é invariável com o tempo. Portanto, os parâmetros de uma seção molhada são constantes ( , , ).

-Não permanente – a velocidade local num ponto é função do tempo. Existe variação numa seção, de ( , , ) com o tempo. Ex.: ondas de uma cheia num curso d’água.

b) Variabilidade no Espaço

Variabilidade no espaço - Uniforme – As velocidades locais são paralelas entre si e conservam o valor constante ao longo da trajetória. Só se estabelece o regime uniforme em canais muito longos e em trechos distantes de suas extremidades. São condições especiais, difícil de se obter na prática. - Variado – As velocidades locais não são paralelas entre si; as trajetórias são curvas e a declividade da superfície é variável ao longo do canal. O regime variado ocorre necessariamente em canais naturais e é muito freqüente em canais artificiais.

Energia de Escoamento em Canais aberto

Variado

-Gradualmente variado – raios de curvatura das partículas muito grandes em relação às dimensões do canal; os diversos parâmetros variam lentamente de uma seção para outra. As linhas de fluxo são consideradas praticamente paralelas. Deste modo, as fórmulas estabelecidas para o movimento uniforme aplicam-se a este tipo de escoamento com aproximação satisfatória.

- Bruscamente variado (MPBV) – O escoamento é classificado como bruscamente variado se a profundidade muda abruptamente em uma curta distância. As partículas líquidas descrevem trajetória com curvatura acentuada e os parâmetros variam rapidamente de uma seção para outra. Exemplo: escoamento em vertedor e ressalto hidráulico. Aos escoamentos bruscamente variados não se aplicam as equações estabelecidas para o movimento uniforme

Equação do escoamento Para escoamento em regime permanente uniforme, a Equação de Chézy e a Fórmula de Manning são largamente utilizadas. Abaixo tem-se a equação de Chézy:

Onde, vazão (m³/s) coeficiente de Chézy área (m²) raio hidráulico (m) declividade do álveo (m/m)

Equação do Regime de Escoamento (resistência ao escoamento) Regime Permanente e uniforme O coeficiente de Chézy (1775) pode ser substituído pela seguinte equação: Coeficiente de Manning − coeficiente rugosidade de Manning (rugosidade do curso d'água) o que irá originar a equação de Manning:

V=

.

/

.

/

V= velocidade média na seção (m/s); n= coeficiente de Manning ; R= raio hidráulico (m). O raio hidráulico é o quociente entre a área molhada e o perímetro ( Rh= A/P) molhado; S= declividade (m/m). A inicial “S” vem da palavra inglesa Slope que quer dizer declividade. Dica: a fórmula mais utilizada no mundo para canais

Coeficiente de Manning ( n) para canais artificiais

Coeficiente de Manning ( n) para canais naturais

Exemplo : Cálculo de canais 1 – Determinar a velocidade da água e a descarga de um canal de formas e dimensões conhecidas, bem como a declividade e natureza das paredes, Dados: canal em terra, declividade 0,001 m/m

Equação de Manning 1- área molhada 2- raio hidráulico 3- Velocidade de escoamento 4- vazão

R= A∕P Q= AV

Onde: S é a declividade longitudinal em m/m; n é coeficiente de Manning (adimensional); R = Raio Hidráulico em m ; V = velocidade de escoamento em m/s; P = perímetro molhado em m; A= área molhada em m². Q= vazão m³/s

Exemplo 2- Um canal tem declividade S=0,0005 m/m, n=0,015, Área molhada A=12,2m2, perímetro molhado de 11,2m, Raio hidráulico = R =1,09m achar a vazão.

3- Qual a vazão para o canal abaixo cuja declividade mínima deverá ser a utilizada para navegação. ( Canal em Concreto)

Exercício 4 4- Canal trapezoidal de terra com revestimento em pedra argamassada. Calcular a velocidade de um canal trapezoidal , altura da lâmina de água de 2,50 m e inclinação 2:1 ( sendo 2 horizontal e 1 na vertical), com declividade de 0,00333 m/m e n=0,03. Vazão total de 67 m³/s