relatório_hidráulica e hidrologia
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Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
Índice
Introdução 02
Objetivo 03
Materiais 04
Cálculos 05
Resultados 11
Referências Bibliográficas 11
1
Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
2
1. Introdução
A hidráulica de canais abertos é o estudo das leis que regem o escoamento da água
em condutos livres. Por exemplo, quando a água flui em declive em qualquer conduto
com a superfície da água exposta à atmosfera (superfície livre). Para analisar o
escoamento em canal aberto, deve‐se primeiro considerar um canal longo e uniforme
(mantêm constantes a forma e a declividade). Os elementos essenciais do perfil são o
fundo do canal, a superfície da água e a linha do gradiente de energia (EGL). A linha do
gradiente hidráulico (HGL) coincide com a superfície da água. Cada uma dessas linhas
tem uma declividade, que pode ser igual ou diferente das outras, dependendo do tipo
de escoamento.
A declividade do fundo do canal (So) é definida como o desnível vertical dividido
pelo comprimento horizontal do fundo. A declividade também pode ser expressa como
uma porcentagem, multiplicando‐se por 100. A declividade da lâmina d’ água (Sw) e da
linha de gradiente de energia (S), também são definidas como desnível dividido pela
extensão, como acontece com a declividade do fundo.
A profundidade do escoamento (D) é a distância vertical do fundo do canal até a
superfície da água.
A área de seção transversal do fluxo (a) é a área de uma seção transversal do
escoamento.
O perímetro molhado (p) é a distância ao longo da seção transversal do canal, que
está em contato com a água em escoamento.
O raio hidráulico (R) de um canal é definido como a área de seção transversal
(também denominada área molhada) dividida pelo perímetro molhado. O raio
hidráulico não é verdadeiramente um “raio” no sentido geométrico, ele é
simplesmente um termo definido para indicar a eficiência hidráulica de um canal.
Outra classificação é o escoamento laminar versus escoamento turbulento. Em
canais abertos o escoamento é quase sempre turbulento. No entanto, o escoamento
Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
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laminar pode ocorrer quando a profundidade é muito rasa, como o encontrado em
escoamento de águas pluviais.
Os canais podem ter diferentes formas de seção transversal, diferentes
declividades e alinhamentos, com isso as características de escoamento são também
afetadas e requerem técnicas de calculo especiais.
Também são relevantes a rugosidade das paredes do canal, que é função do
material em que tem sido construído (solo revestido de grama, pedras ou concreto).
Para escoamento uniforme a equação de Manning é usada para determinar a
velocidade se a profundidade for conhecida.
Atualmente, a equação de Manning é uma das metodologias de cálculo mais
utilizadas por projetistas de países ocidentais no dimensionamento de canais abertos.
Na maneira como é apresentada, esta equação pode ser utilizada no cálculo do
escoamento uniforme em canais, qualquer que seja a forma geométrica da seção
transversal.
Uma das importâncias do cálculo da vazão é o gerenciamento das águas, através
deste se pode quantificar o consumo, se avaliar a disponibilidade dos recursos hídricos
e se planificar a respectiva gestão da bacia hidrográfica. O qual deve ser monitorado
periodicamente.
A vazão é conceituada como sendo o volume de água que passa por uma
determinada seção, de um rio ou canal, num determinado intervalo de tempo.
2. Objetivo
Determinar a velocidade e vazão do córrego com nível baixo e nível alto de água,
situado no estacionamento da FEAU – Urbanova – São José dos Campos.
Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
Figura 1 ‐ Córrego em nível baixo de água
3. Materiais
Escala
Nível
Trena
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Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
4. Cálculos
Figura 2 ‐ Medição do córrego
Figura 3 ‐ Medição do córrego
5
Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
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Figura 4 ‐ Utilização de nível para medição do córrego
Desnível
Referência Aleatória = 100
Ponte 1
1 101,39 1,39 1,63 98,37
Ponte 2
2 101,39 1,35 1,70 98,34
í 98,37 98,34 0,03
Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
Declividade
Figura 5 ‐ Cotas das Pontes 1 e 2
44,80
0,0344,80
6,7 10
100 0,067%
Coeficientes de rugosidade (n de Manning)
Grama – Canais abertos escavados – Grama, algumas ervas: n=0,025
Pedra – Canais abertos escavados – Pedra aleatória em argamassa: n=0,020
Fundo – Canais abertos revestidos – Acabamento plano com pouco cascalho no fundo:
n=0,016
4.1 Canal com nível baixo
Coeficiente de rugosidade (n de Manning)
Figura 6 ‐ Valores médios para cálculo do n
7
Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
Pedra
1,560,77 0,79
1 1,56 0,020 0,0312
Fundo
1,82
1 1,82 0,016 0,02912
8
1 1 0,0312 0,02912
1,56 1,820,060323,38
0,0179
Figura 7 ‐ Valores da Ponte 1 para cálculo de área e perímetro molhado
Área
3 1,822 0,51 1,23
Perímetro molhado
0,77 1,82 0,79 3,38
Raio hidráulico
1,233,38 0,364
Vazão
0,01791,23
6,7 10 0,364
68,71 0,51 0,026
Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
0,91 ⁄
Velocidade
1
9
0,01791
6,7 10 0,364
55,8 0,5
0,74 ⁄
7 1 0,026
4.2 Canal com nível alto
Coeficientes de rugosidade (n de Manning)
Figura 8 ‐ Valores médios para cálculo do n
Grama
1,951,00 0,95
1 1,95 0,025 0,04875
Pedra
31,85 1,78 ,63
1 2,63 0,020 0,0726
Fundo
1,82
1 1,82 0,016 0,02912
Cálculo da Velocidade e Vazão Córrego da FEAU – UNI Urbanovado VAP
1 1 0,04875 0,0726 0,02912
1,95 3,63 1,820,150477,40 1
0,0203
Figura 9 ‐ Valores da Ponte 1 para cálculo de área e perímetro molhado
Área
7,0 1,822 1,61 7,10
Perímetro molhado
2,67 1,82 2,91 7,40
Raio hidráulico
7,107,40 0,959
Vazão
10
0,02037,10
6,7 10 0,959
349, 5 0,9
8,84 ⁄
7 72 0,026
Velocidade
1
10,0203 0,959 6,7 10
Cálculo da Velocidade e Vazão do Córrego da FEAU – UNIVAP Urbanova
11
49,2 0,9
1,24 ⁄
6 72 0,026
5. Resultados
Canal com nível baixo
Vazão = 0,91m s⁄
Velocidade = 0,74m s⁄
Canal com nível alto
Vazão = 8,84m s⁄
Velocidade = 1,24m s⁄
6. Referências Bibliográficas
Material fornecido durante aulas de Hidráulica e Hidrologia
Introdução à Hidráulica, Hidrologia e Gestão de Águas Pluviais – John E. Gribbin
http://www.abepro.org.br/biblioteca/ENEGEP2002_TR90_0629.pdf ‐ acessado em
28/11/10
http://www.ufrgs.br/lageo_geodesia/iisapgu/CorreaICS.pdf ‐ acessado em 28/11/10
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