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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
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PREÂMBULO1) Introdução
2) Recomendações Ambientais
3) Condições de Operação
4) Critérios de Dimensionamento
5) Exemplo de Aplicação
6) Modelagem Computacional
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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.
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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.
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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
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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.
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RECOMENDAÇÕES AMBIENTAIS
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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.
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CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO
� Condições de funcionamento hidráulico dos bueiros
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CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO
Escoamento livre, com despejo também livre
Escoamento livre com despejo parcialmente submerso
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CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO
Escoamento forçado com despejo totalmente submerso
Escoamento forçado com despejo parcialmente submerso
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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.
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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.
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CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
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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
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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
+=
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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=
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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=
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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
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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
++=∆
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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.
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EXEMPLO DE APLICAÇÃO
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MODELAGEM COMPUTACIONAL
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MODELAGEM COMPUTACIONAL
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MODELAGEM COMPUTACIONAL
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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
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DISCUSSÃO E DÚVIDAS
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OBRIGADO!!!