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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL

VIAS DE COMUNICAÇÃO

11/25/25

VIAS DE COMUNICAÇÃOLuís de Picado Santos([email protected])

DrenagemDimensionamento de passagens hidráulicas

2


Condições de Funcionamento de Aquedutos

� SAÍDA LIVRE

Hw > 1,25 x D

Hw ≤ 1,25 x D

22/25/25

� SAÍDA AFOGADA

3


Exemplo de Dimensionamento

� DADOS

Qp = 14,9 (m3/s)

Comprimento entre bocas – 50,0 m

Inclinação – 0,01 m/m

33/25/25

Inclinação – 0,01 m/m

Aquedutos:

φ - com borda de encaixe a meia espessura e testa

⎕⎕⎕⎕ - com ângulo de abertura a 45º

4


� PRÉ-DIMENSIONAMENTO

Secção do Aqueduto (m2) ≥ 0,3 x Qp (m3/s)

S (m2) ≥ 0,3 x 14,9 (m3/s) = 4,46 (m2)


44/25/25

3 x φ φ φ φ 1,5 (S = 3x1,77 = 5,30 m2)

1 x ⎕⎕⎕⎕ 2,0x2,6 (S = 5,20 m2)

⇒⇒⇒⇒

5


� DIMENSIONAMENTO

CONTROLO À ENTRADA

Hw


55/25/25

CONTROLO À SAÍDA

LxihH o −+=Hw

6


� DIMENSIONAMENTO

CONTROLO À ENTRADA

Hw


66/25/25

φφφφ

7


� DIMENSIONAMENTO

CONTROLO À ENTRADA

Hw / D = 1,23

15004,95 1,23

φφφφ


77/25/25

Hw / D = 1,23

⇒ ⇒ ⇒ ⇒ Hw = 1,85

8


� DIMENSIONAMENTO

CONTROLO À ENTRADA

dc (altura crítica) ( ) 2Dsen8

1SM ⋅θ−θ⋅=

1 θD

dcφφφφ


88/25/25

dc (m) = 1,16

⇒ ⇒ ⇒ ⇒ dc/D = 77%

D2

1PM ⋅θ⋅=

Dsen

14

1RH ⋅

θ

θ−⋅=

−=

2

θcos1

2

Ddc

( )θ⇒

θ−θ

θ

=53

2

D . sen . g

2sen . Qp . 512

1

θθθθ = 4,296

9


� DIMENSIONAMENTO

CONTROLO À ENTRADA

dc (altura crítica) dc


99/25/25

dc . BSM =

dc . 2 BPM +=

dc . 2 B

dcBRH

+

⋅=

32

2

B . g

Qpdc =

10


� DIMENSIONAMENTO

CONTROLO À SAÍDA

LxihH o −+=Hw


1010/25/25

φφφφ

11


� DIMENSIONAMENTO

CONTROLO À SAÍDA

ke


1111/25/25

ke (perda de carga à entrada)

12


� DIMENSIONAMENTO

CONTROLO À SAÍDA

LxihHHw o −+=

51,1,010 . 502

50,116,168,0(m) Hw =−

++=

4,950,68


1212/25/25

2

Hw (E) = 1,85 m >

Hw (S) = 1,51 m

⇓⇓⇓⇓Controlo à Entrada

φφφφ

13


� DIMENSIONAMENTO SOB ACÇÃO DE CARGAS EXTERIORES

• JUNTA AUTÓNOMA DE ESTRADAS, 1985. “Dimensionamento de Aquedutos sob a Acção de Cargas Exteriores”. JAE, P8. 1-85, Almada, 1v.

• AASHTO, 1999. “Highway Drainage Guidelines”. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington.• KRAEMER, C., ABAD, I. M., 1997. “Explanaciones y Drenage”. Departamento de

Acção de cargas externas

1313/25/25

• KRAEMER, C., ABAD, I. M., 1997. “Explanaciones y Drenage”. Departamento de Transportes - E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Universidade Politecnica de Madrid, Madrid, 1v.

• CARCIENTE, J., 1980. “Carreteras: estudio y proyecto”. Edic. Vega, Caracas, 1v.

• Martins, F., 2000. “Dimensionamento Hidrológico e Hidráulico de Passagens Inferiores Rodoviárias para Águas Pluviais”. Dissertação de Mestrado em Hidráulica e Recursos Hídricos, DEC-FCT da U. de Coimbra, Coimbra, 1v.

14


� DIMENSIONAMENTO

ALTURA DE ÁGUA A MONTANTE ADMISSÍVEL, Hw (m) ≤ (Cf – Cs) – 1,5

Interface sub-base/leito do pavimentoCf


1414/25/25

aterro Passagem h idráu lica(aqueduto )

HwCs

15


� VELOCIDADE DE ESCOAMENTO

CONTROLO À ENTRADA

i . RH . kU 32(m/s) =

45,0Dsen

14

1)m(RH =⋅

θ

θ−⋅=;75k =

01,0i =


1515/25/25

CONTROLO À SAÍDA

01,0i =

4,4U(m/s) =

SM

QpU(m/s) =

16


� DISSIPADORES DE ENERGIA

Tipo de solo Velocidadem/s

Areia fina não coloidal 0,75

Grés arenoso não coloidal 0,75

Grés siltoso não coloidal 0,90

Grés 1,00


1616/25/25

Godo fino 1,20

Argila dura muito coloidal 1,40

Material orgânico fino aluvionar e coloidal 1,40

Material orgânico fino aluvionar e não coloidal 0,90

Grés grosso 1,40

Material orgânico grosso 1,60

Godo argiloso 1,80

Godo 1,80

Godo grosso 2,00

Godo grosso de cantos arredondados 2,30

17



Poço Amortecedor Curto

Dissipadores

1717/25/25

Contra Costa

Poço Amortecedor Curto

18



Dissipadores

1818/25/25

Murete final e Enrocamento

19


� DISSIPADORES DE ENERGIA Enrocamento à Saída (U ≤ 6 m/s)

γ−γ

γ=

ws

w

2

2

50 xk

1x

g.2

U)m(D

D50 – diâmetro equivalente correspondente a 50% de passados em m;

U – velocidade à saída do aqueduto em m/s;

Dissipadores

1919/25/25

U – velocidade à saída do aqueduto em m/s;

g – aceleração da gravidade = 9,8 m/s2;

k – toma o valor 0,86 para escoamentos muito turbulentos e 1,20 para

escoamentos de turbulência normal (situação usual no caso de aquedutos);

γw – peso volúmico da água (10 kN/m3);

γS – peso volúmico do material rochoso (27 kN/m3 é um valor usual).

Extensão:

• 3,5 metros para velocidades à saída até 4 m/s;

• 6,0 metros para velocidades à saída até 6 m/s.

20


� DISSIPADORES DE ENERGIA (exemplo de cálculo)

γ−γ

γ=

ws

w

2

2

50 xk

1x

g.2

UD


2020/25/25

m 4,01027

10x

2,1

1x

8,9.2

4,4D

2

2

50 =

−=

Extensão à Saída (para U>4m/s) com 6,0 m

21


� RESUMO DE CÁLCULO

3 φ 1,5 14,9 1,50 1,23 1,85 0,20 0,68 1,16 1,33 50,0 1,0 0,5 1,51 E 4,40 0,40 6,0


2121/25/25

22


Colocação dos Aquedutos

2222/25/25

23


Colocação dos Aquedutos

2323/25/25

24


Aqueduto Simples (desenho de execução)

2424/25/25

25


Assentamento de Aquedutos

2525/25/25

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