bueiro

SEMINÁRIO PARA A DISCIPLINA ESTRUTURAS HIDRÁULICAS

Alunos: Arnaldo José Cambraia NetoJosé Alexandre Pinto Coelho Filho

Matheus Fonseca DurãesÁrea de Concentração: Recursos HídricosProfª. Dra. Márcia M. L. P. Coelho

PREÂMBULO1) Introdução

2) Recomendações Ambientais

3) Condições de Operação

4) Critérios de Dimensionamento

5) Exemplo de Aplicação

6) Modelagem Computacional

INTRODUÇÃO� Necessidade do aproveitamento dos recursos hídricos;

� Fenômenos hidrológicos são de natureza aleatória;

� Torna-se necessário compatibilizar os volumes de água disponíveis com as necessidades específicas em um dado momento;

� Aplicação dos conceitos de Mecânica dos Fluidos, hidráulica e hidrologia � Implantação de Estruturas Hidráulicas.

INTRODUÇÃO� Com o propósito de intervenção no ciclo hidrológico por meio

de Obras Hidráulicas, tem-se o surgimento da engenharia de Recursos Hídricos, que apresenta como escopo:

� Abastecimento de água;� Geração de energia elétrica;� Navegação;� Irrigação e piscicultura;� Drenagem pluvial e controle de inundações;� Recreação e paisagismo.

INTRODUÇÃO� Bueiros são implantados, geralmente, nos pontos baixos

de talvegues em obras de terraplanagem, buscando a drenagem rápida das águas e a estabilização dos taludes: σ` = σ - µ

RECOMENDAÇÕES AMBIENTAIS

� Empreendimento deve ter o acompanhamento de um engenheiro ambiental ou biólogo;

� Não alteração no regime de escoamento do rio;

� Não criação de barreiras verticais;

� Garantir que as dimensões da estrutura permitam a passagem de peixes.

RECOMENDAÇÕES AMBIENTAIS

CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO

Um Bueiro nada mais é que um conduto livre ou forçado e de pequeno comprimento, geralmente destinado a transpor uma estrada em aterro.

CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO

� Condições de funcionamento hidráulico dos bueiros

CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO

Escoamento livre, com despejo também livre

Escoamento livre com despejo parcialmente submerso

CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO

Escoamento forçado com despejo totalmente submerso

Escoamento forçado com despejo parcialmente submerso

CONDIÇÕES DE OPERAÇÃOEscoamento a seção plena com

despejo livre Resumo

� Situações do Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3 são situações estáveis e de maior importância prática;

� Situações do Tipo 4 e do Tipo 5 são estáveis dentro de limites incertos e ainda não muito bem definidos.

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

� Variáveis a serem consideradas na análise hidráulica de um bueiro:� Material das paredes do conduto (rugosidade);

� Características geométricas da seção transversal do conduto;

� Comprimento e declividade do conduto;

� Profundidade do escoamento na seção de entrada;

� Perda de carga localizada.

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

1. Bueiros funcionando como canal: Quando as extremidades de jusante e montante não encontram-se submersas

� Determinação do regime de escoamento:� Bueiros tubulares:

� Bueiros celulares:

3

²82,32

D

nIc =

3/4

3

43

²6,2

+=

B

H

H

nIc

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

Regime de escoamento fluvial:� Bueiros tubulares:

� Bueiros celulares:

2/13/8305,0ID

nQadm = 2/13/2425,0

IDn

U =

BH

QU adm

8,0=

( )( ) n

I

HB

BHQadm

2/15

²6,1

8,0

+=

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

� Regime de escoamento torrencial:� Bueiros tubulares: e

� Bueiros celulares: e

2. Bueiros funcionando como orifício: Quando a vazão afluente supera a vazão admissível causando o aumento no NA de montante.

2/5533,1 DQadm = DU 56,2=

2/3705,1 BHQadm = HU 56,2=

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

� Funcionamento hidráulico segue a Teoria dos Orifícios:

� Bueiros tubulares:

� Bueiros celulares:

ghACdQ 2**=

hU 79,2= hDQadm ²19,2=

hBHQadm 751,2=hU 79,2=

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

3. Bueiros funcionando como condutos forçados quando o NA de montante e jusante ao bueiro superam seu diâmetro ou sua altura.

� Aplicação da equação da Conservação de Energia

� Como os níveis de água afogam a entrada e a saída do bueiro, pode-se desprezar a velocidades de aproximação e saída. Logo, a perda de carga pode ser estimada pelas seguintes equações:

Hg

UjHj

g

UmILHm ∆++=++

2

²

2

²

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

� Desta maneira, o dimensionamento hidráulico do bueiro pode ser feita em função de:� Profundidade de jusante;

� Comprimento da estrutura;

� Declividade do bueiro.

3/4

²²

2

²

2

²

Rh

LUn

g

UCs

g

UCeH ++=∆

g

U

Rh

LgnCsCeH

2

²²23/4

++=∆

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

� Comentários acerca ao projeto de bueiros� Necessidade do dimensionamento mais econômico que

atendam às vazões obtidas nos estudos hidrológicos;

� Hipótese de que o bueiro funcione como canal, de maneira que não exista carga hidráulica a montante;

� Restrição estrutural do aterro em suportar cargas hidráulicas a montante;

� Admite-se uma pequena carga hidráulica, limitada em 20% da dimensão vertical da obra.

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

MODELAGEM COMPUTACIONAL

MODELAGEM COMPUTACIONAL

MODELAGEM COMPUTACIONAL

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA� CARDOSO NETO, A. Bueiros. Florianópolis: UFSC, 1997. 10 p.

(www.ana.gov.br/AcoesAdministrativas/CDOC/ProducaoAcademica/Antonio%20Cardoso%20Neto/BUEIROS.pdf > Acesso em: 27 set 2008.

� BAPTISTA, M.B; COELHO, M.M.L.P. Fundamentos de

Engenharia Hidráulica. 2ª ed. rev. Belo Horizonte: Editora UFMG, EEUFMG, 2003. 437 p. (Coleção Ingenium).

� TUNCOK, I. K; MAYS, L.W. Hydraulic Design of Culverts and

Highways Structures. In: MAYS, L.W. Hydraulic Design Handbook. McGraw-Hill Professional, 1999. Chapter 15.

� Site Consultado: http://epa.gov/owow/nps/unpavedroads/ch3.pdf

DISCUSSÃO E DÚVIDAS

OBRIGADO!!!