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Programa de t4icrocomputodor..

em Unguagem Basic 6 paro o

Dimensionamento

Canais de irrigação

14012 CPAO JSSN 0102-5651 1986

leira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA FL - PP 14012 mistério da Agricultura

uniaaae de Execução de Pesquisa de Arnbito Estadual de Dourados - UEPAE de Dourados

Dourados, MS

Programa de

1985 FL-PP-14012

II liii II III III 1 Dourados, MS 1986

AI-SEDE- 46037-1

REPÚBLICA FEDERATIVA DO BRASIL

Presidente: J05é Sarney

Ministro da Agricultura: Iria Rezende Machado

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA

Presidente: Ormuz Freitas Rivaldo

Diretores:Ali Aldersi Saab

Derli Chaves Machado da Silva

Francisco Ferrer Bezerra

ISSN 0102-5651 Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecu5ria-EMBRAPA Vinculada ao Ministrio da Agricultura Unidade de Execução de Pesquisa de Ambito Estadual de Dourados-UEPAE de Dourados

fr' Dourados, MS

PROGRAMA DE MICROCOMPUTADOR, EM LINGUAGEM BASIC, PARA

O DIMENSIONAMENTO DE CANAIS DE IRRIGAÇÃO

José Aguilar D.

Claudio Alberto Souza da Silva

Rinaldo de Oliveira Calheiros

Dourados, MS 1986

EMBRAPA. UEPAE Dourados. Documentos,24

Exemplares desta publicação podem ser solicitados a EMBRAPA-UEPAE de Dourados Rodovia Dourados-Caarapó, km 5 Caixa Postal 661 Telefone (067) 421_5521* Telex: (067) 2310 79800 - Dourados, MS

Tiragem: 500 exemplares

Comitê de Publicações: Cezar Mandes da Silva (Presidente) EU de Lourdes Vasconcalos (Secretária) Carlos Virgilio Silva Barbo Francisco Marques Fernandes João Carlos Heckier Sérgio Arco Comez

Dapresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Unida de de Execução de Pesquisa da Ambito Estadual de Dourados, MS. Programa de microcomputador, em linguagem BASIC,

para o dinensionamanto de canais de irrigação, por José Aguilar D., Cláuclio Alberto Souza da SilvaeRi naldo de Oliveira Calheiros. Dourados, 1986.

34c,. (EMBEAPA. UEPZ½E Dourados. Documentos, 24). 1. Irrigação-Canais-Dimensionamento-Programação

(Computadores eletrônicos)-Uso.2.Programação (Compu tadores eletrônicos) -Uso-Irrigação-Canais-Constru ção.I.Agular D ,J.II.Silva, Cláudio Alberto Souza da, colab.III.Calheiros, Rinaldo de Oliveira, colab . IV.Título .V. Série.

52072

o E21J3RAPA-1986

SUMÁRIO

Página

1. INTRODUÇAO ............................................

2.FÓRMULAS E ELEMENTOS PARA CÁLCULO DE CANAIS ........... 5

2.1. Fórmulas hidráulicas ...............................6

2.2. Fórmulas com base nas seções geométricas ........... 6

2.2.1. Significado dos elementos das fórmulas geométri

cas.............................................8

2.3. Equações complementares ............................9

2.4. Considerações sobre os elementos de cálculo dos ca

nais...............................................10

2.4.1. Velocidade média de escoamento (V) ..............10

2.4.2. Coeficiente de rugosidade ou atrito (N) ......... 10

2.4.3. Forma da seção transversal do canal .............10

2.4.4. Declividade dos taludes .........................10

2.4.5. Declividade longitudinal (hidráulica) dos canais 13

3. DIMENSIONAMENTO DE CANAIS DE IRRIGAÇÃO ................13

3.1. Canais de seção trapezoidal ........................ 13

3.2. Canais de seção retangular ......................... 13

3.3. Canais de seção triangular ......................... 13

3.4. Solução dos problemas .............................. 16 4. DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA ........................... 16 S. EXERCICIOS ............................................17

6. REFERËNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................ 23

APENDICE 1. Programa para o dimensionamento de canais de

irrigação .......................................... 24

PROGRAMA DE MICROCOMPUTADOR, EM LINGUAGEM BASIC, PARA

O DIMENSIONAMENTO DE CANAIS DE IRRIGAÇÃO

José Aguilar D. 1 2

Claudio Alberto Souza da Silva 3

Rinaldo de Oliveira Calheiros

1. INTRODUÇÃO

Na elaboração de projetos de irrigação, onde a condução e dis

tribuição da água são realizadas através de canais abertos, o di

mensionamento destes deve ser feito analisando-se o maior número

possível de alternativas; isto, com o propósito de selecionar

tipos de canais que garantam, além da economicidade, eficiente

condução e distribuição da água.

Para se ter informações suficientes sobre diversos tipbs e ta

manhos de canais, devem ser feitos diferentes cálculos de dimen

sionamento dos mesmos, o que exige trabalhos laboriososemuitas

vezes complexos.

A realização destas tarefas podem ser agilizadas através da

utilização de microcomputador.

Com o propósito de realizar os cálculos de dimensionamento de

canais abertos de seção trapezoidal, retangular e triangular, sob

forma computadorizada, elaborou-se um programa, em linguagem

BASIC, para microcomputador (Polymax 10155) . Utilizou-se a fórmu

la de Manning e a equação da continuidade, de acordo com as fór

mulas geométricas das seções transversais dos canais considera

dos neste trabalho.

2. FÓRMULAS E ELEMENTOS PARA CALCULO DE CANAIS

t - Eng.,Agr., M.Sc., do Instituto Interamericano de Cooperaçao pa ra a Agricultura (IICA), a disposiço da EMBRAPA-UEPAE de Dou

2 rados, Caixa Posta1 661, 79300- Dourados, MS.

3 Eng.-Agr., M.Sc., da EMBRAPA-UEPAE de Dourados. Eng.Agr., M.Sc.,, da EMFAER a d1sposiço da EMBRAPA-UEFAE de Dou rados.

No dimensionamento de canais de irrigação, deve considerar-

se as limitações que são impostas pelas condições físicas e to

pográficas do terreno, sobre elementos hidráulicos das fórmulas

de cálculo. Por outro lado, a efici&ncia de condução e o volume

de escavação necessária paraacontrução, impõem limitações adi

cionais sobre os elementos da seção hidráulica do canal.

2.1. Fórmulas hidráulicas

a) Velocidade de fluxo

Para o cálculo da velocidade uniforme de escoamento em um

conduto livre, existem muitas fórmulas. Neste trabalho foi

considerada a equação comumente chamada de fórmula de Man

ning, que é a de Chezy com coeficiente de rugosidade desen

volvido por Manning e cuja expressão é:

V=' .R2/i . 1½ .................... onde : N

V = Velocidade média de escoamento (mis)

R = = Raio hidráulico (m) P

A = Área da seção hidráulica (m 2 )

P = Perímetro molhado da seção hidráulica (m)

1 = Declividado longitudinal do fundo do canal (mim)

N = Coeficiente de rugosidade do leito do canal

b) Equação da continuidade

Tratando-se de movimento permanente e, considerando-se um

trecho de tubo de líquido corrente, a quantidade que en

tra na seção Al iguala-se à que sai por A2; cuja equação

geral é:

Q= AV .......................... onde:

Q = Vazão (m 3 /s)

V = Velocidade média de escoamento na seção (mis)

A = Área da seção de escoamento - seção hidráulica (m 2 )

2.2. Fórmulas com base nas seções geométricas

7

a) Canal de seção trapezoidai

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1) área da seção hidráulica (A)

= (B + MII) II

2) área da seção física (Al)

Al = (13 + MH1) Iii

3) perirnetro molhado (1')

P = 13 + 2H /fi

4) raio hidráulico (R)

= (B + EM) II

13 + 211

b) Canal de seção retangular

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2) área da seção física (Ai)

A1=BxFIl

3) perímetro molhado (P)

P = 13 + 211


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c) Canal de seção triangular

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A = 11 2 . M

2) área da seção física (Ai)

TU = (111) 2 M

3) perímetro molhado (P)

P = 211 4P ~ 1


11.14

2 /142 + 1

2.2.1. Significado dos elementos das fórmulas geomótricas

A = Área da seção hidráulica (m 2 )

Ai = Área da seção física (m2)

rã]

13 = Largura da base inferior da seção molhada (m)

Bi = Largura da base superior da seção molhada (m)

132 = Largura da base superior da seção física (m)

II = Altura da lémina de água no canal (m)

111 = Altura da seção físisa (m)

M = Declividade ou talude la seção do canal (mim)

a = Ângulo do talude do canal

P = Perimetro molhado (m)

R = Raio hidaúlico (m)

23. Equações complementares

a) Equação da declividade

VxN 2 = R 3 . ........................... onda:

1 = Declividada longitudinal do fundo do canal (m/m)

V = Velocidade média de escoamento (mis)

N = Coeficiente de rugosidade do leito do canal

R = Raio hidaülico (m)

b) Equações para o dimensionamento de canais por tentativas

(calcular 11 ou 13)

Q = A . V = . A . R 21, . I'% ...................... b.l)

de (b.1) temos:

Q.N=AR2/3 =A (A)2/ =A '

- p 2,, ....................(b. 2

De (b.2) temos:

Q.N = K ........................................(b.3)

= Xl ..........................................(b.4)

lo

de (b.4) temos a seguinte equação geral:

[(B + MII) HJ513 = Ki ....................(b.5) [B + 2 . II . /1 + £421 2/3

No dimensionamento de canais por tentativas utiliza-se a equa

ção b.5, para calcular os valores de II ou B, quando são conheci

dos os valores de Q, N, 1 e M.

2.4. Considerações sobre os elementos de cálculo dos canais

2.4.1. Velocidade m&dia de escoamento (V)

Os limites desta velocidade média estão condicionados pelo

grãu de erosividade dos materiais do leito do canal e pela possi

vel sedimentação dos materiais em suspensão transportados pela

água (Tabela 1).

2.4.2. Coeficiente de rugosidade ou atrito (N)

Os valores deste coeficiente dependem das condições das pare

des do leito do canal e dos materiais dc construção do mesmo (Ta

bela 2)

2.4.3. Forma da seção transversal do canal

De maneira geral, os tipos de seção transversal utilizados nos

canais de irrigação são de forma trapezoidal. Em casos especiais,

pode-se adaptar as formas retangulares ou triangulares, em fun

ção dos materias de construção e do objetivo dos canais.

Para a seleção da forma da seção mais conveniente, deve-se

considerar entre outras coisas: economia do volume de escavação,

altura da lâmina de água no canal (em função das áreas a serem

irrigadas), disponibilidade de maquinaria de construção, perdas

de água por infiltração no percurso do canal e topografia do

terreno.

2.4.4. Declividade dos taludes

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13

A seleção da declividade dos taludes depende do grau de esta

bilidado dos materiais de construção dos canais; podo-se utili

zar os dados da Tabela 3, do acordo com as características lo

cais.

2.4.5. Declividade longitudinal (hidráulica) dos canais

Depende, principalmente, da declividade natural do terreno e

da vazão de operação segundo o objetivo do canal. Os dados da

Tabela 4 servem como orientação na seleção da doclividade,

mais conveniente para fins de irrigação.

3. DIMENSIONAMENTO DE CANAIS DE IRRIGAÇÃO

Quando, na prática, dimensionam-se canais de irrigação de

acordo com a forma da seção transversal selecionada, podem apre

sentar-se os seguintes casos mais comuns:

3.1. Canais de seção trapezoidal

a) Conhecidas: 13, li, M, N e 1; calcula-se '1 e Q;

b) conhecidas: B, E, M, N e Q; calcula-se V e 1;

c) conhecidas: 13, M, N, Q e V; calcula-se E e 1;

d) conhecidas: Q, N, 1 e M; calcula-se 11, B e V.

3.2. Canais de seção retangular

a) Conhecidas: 13, E, N e 1; calcula-se V e Q;

b) conhecidas: 13, E, N e Q; calcula-se V e 1;

c) conhecidas: B, N, Q e V; calcula-se E e 1;

d) conhecidas: Q, N e 1; calcula-se H, 13 e V.

3.3. Canais de seção triangular

a) Conhecidas: Ii, M, N e 1; calcula-se V e Q;

b) conhecidas: E, £1, N e Q; calcula-se V e 1;

c) conhecidas: M, N, Q e V; calcula-se E e 1;

d) conhecidas: Q, N, 1 e 11; calcula-se 11 e V.

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16

3.4. Solução dos problemas

Nos canais de seções trapezoidal, retangular e triangular, Os

problemas de dimensionamento dos casos citados nos itens "a"

e "c" são do tipo hidraulicamente determinados e são resolvidos,

neste trabalho, por meio da fórmulade Manning e da equação da

continuidade. Os do £tem "d" são do tipo hidraulicamente indeter

minados, cuja solução & obtida aplicando-se a fórmula de Manning,

a equação da continuidade e o mótodo de tentativas. Neste último,

o procedimento consiste em arbitrar um valor fixo para B ou 11

e, por meio da equação b.5, obter-se diversos valores para Kl;

para tal, dão-se diferentes valores para o elemento desconhecido

(II ou 3) . Considera-se o problema resolvido quando os valores de

K e Kl são iguais ou muito próximos; ainda, dependendo do tipo

de problema, pode-se fixar o valor de E ou 11 em função do equipa

mento disponível para a construção dos canais, ou da profundida

de limite dos mesmos, de acordo com as condições locais.

Na solução dos problemas dos casos anteriores considera-se

importante a obtenção de dois tipos de informações: aquelas que

estão relacionadas diretamente com o dimensionamento hidráulico

(seção molhada do canal) e as que correspondemaodimensionamento

físico (seção física do canal) . As informações hidráulicas obedo

cem às leis da hidráulica dos fluidos e as informações físicas

servem para estimar os volumes de terras a serem movimentadas na

construção dos canais.

4. DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA

Foi preparado um proqrama, em linguagem BASIC, para microcom

putador Polymax 101SS, baseado em fórmulas hidráulicas (Manning

e da continuidade) e geom&tricas, anteriormente analisadas. Coo

siderou-se os quatros casos que podem apresentar-se no dimensio

namento de canais de seção trapezoidal, retangular e triangular

(Apôndice 1)

Para executar o programa, procede-se da seguinte maneira:

a) coloca-se o disquete contendo o programa (CANAL.I3AS);

b) digita-se a instrução "M CANAL", (CR)

o) dá-se entrada as informações solicitadas na tela do micro

17

computador; e

d) após ter sido dada a entrada das informações a iml)rossora

fornecerá tabelas contendo os dados de dimonsionamento dos

canais considerados.

5. EXERCIdOS

Dimensionar os seguintes tipos de canais:

a) de seção trapezoidal

- Canal 1.- Dados conhecidos:

B = 2,00 m

II = 1,00 n

M = 1,5

N = 0,030

1 = 0,002 (n/m)

Calcular: V, Q o os outros elementos da seção física do ca

nal


B=1,OOm

11 = 0,SOm

M = 1,0

N = 0,025

Q = 1,00 (m 3 /s)

Calcular: V, 1 e os outros elementos da seção física do canal


B=2,00m

M = 1,5

N = 0,030

Q = 3,8115 (m 3 /s)

V = 1,0890 (mis)

Calcular: ii e 1 e outros elementos da sõção física do ca

na 1


Q = 1,00 (m 3 /s)

N = 0,025

1 = 0,0053 (mim)

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M = 1,0

Calcular: H, 13, ! e os outros elementos da seção física

do canal

Na Tabela 5, encontra-se a solução destes quatros casos;

b) de seção retangular

- Canal 1.- Dados conhecidos

8 = 1,00 m

II = 0,50 m

N = 0,030

1 = 0,0037 (mim)

Calcular: V, Q e os outros elementos da seção física do

canal


B = 1,50 m

ii = 0,80 m

N = 0,030

Q = 1,1637 (m 3 /s)

Calcular: V, 1 e os outros elementos da seção física do

canal


13 = 1,00 m

N = 0,030

Q = 0,4023 (3/)

V = 0,8046 (mis)

Calcular: ii e 1 e outros elementos da seção física do ca

nal


Q = 1,1637 (m 3 /s)

N = 0,030

1 = 0,003 (mim)

Calcular: 11, 13, V e outros elementos da seção física do

canal

Na Tabela 6, encontra-se a solução destes quatro casos;

c) de seção triangular


H = 0,40 m

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14 = 1,0

N = 0,030

1 = 0,005 (mim)

Calcular: V, Q e os outros elementos da seção física do

canal

Canal 2.- Dados conhecidos:

H = 0,60 m

M = 1,5

14 = 0,025 (mim)

Q = 0,4690 (m 3 /s)

Calcular: V, 1 e outros elementos da seção física do ca

na 1

- Canal 3.- Dados cohecidos:

14 = 1,0

N = 0,030

Q = 0,1024 (m 3 /s)

V = 0,6398 (mis)

Calcular: 11, 1 e os outros elementos da seção física do

- canal.

- Canal 4.-. Dados conhecidos:

Q = 0,4690 (m 3 /s)

N = 0,025

1 = 0,003 (mim)

M = 1,5

Calcular: H, V e os outros elementos da seção física do

canal

Na Tabela 7, encontra-se a solução destes guatros casos.

6. REFERaNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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APENDICE 1. Programa para o dirnensionamonto de canais de irrigaçio

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