dimensionamento de bueiros
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DIMENSIONAMENTO DE BUEIROS
1. Introdução
Bueiros são condutos curtos usados em travessia de estradas e rodovias.
A análise teórica exata do escoamento em bueiros é extremamente complexa,
conforme a publicação “Hydraulic Design of Highway Culverts”.
Mays (1999) enfatiza três parâmetros importantes em bueiros: carga do bueiro na
entrada H, velocidade da água no mesmo e altura do nível d’água na saída do bueiro
(tailwatwer).
A análise de um bueiro é bastante complicada. As equações que regem os cálculos
podem variar conforme o bueiro esteja submerso ou não ou conforme a saída do bueiro
esteja submersa ou não.
A seção de um bueiro pode ser circular, retangular ou elíptica.
Os bueiros podem ser feitos de diversos materiais, sendo mais comum o concreto
armado, chapas de aço galvanizado, tubos de ferro fundido e tubos de plástico de grandesdiâmetros.
Na Figura 1 são apresentados vários tipos de entrada de bueiros.
Figura 1 - Tipos de entrada de bueiros.
2. Dimensionamento de bueiros
2.1 Bueiro com entrada livre e saída livre
Figura 2
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Neste caso, pode-se utilizar a equação de Chèzy-Manning que pode ser aplicada para
seção retangular ou circular.
a) Seção retangular
A vazão pode ser determinada pela seguinte equação:
3 / 2
H R An
I
Q⋅=
(2.1)
onde: n – coeficiente de rugosidade de Manning do canal;
Q – vazão (m3 /s);
A – área molhada (m2);
R H – raio hidráulico (m), definido como a relação entre a área molhada ( A) e o
perímetro molhado (P);
I – declividade do fundo do canal (m/m).
b) Seção circular
Para a seção circular considera-se o escoamento a plena seção, ou seja, o fluido
ocupando toda a área do bueiro, porém sem exercer a pressão nas paredes.
A vazão é determina pela seguinte equação:
3 / 8312,0 D
n
I Q ⋅⋅= (2.2)
onde: Q – vazão, em m3 /s;
D – diâmetro da tubulação, em m;
I – declividade da rua, em m/m.
n – coeficiente de rugosidade de Manning (para concreto, n = 0,013).
Isolando o diâmetro D, tem-se:
8 / 3
312,0
⋅
⋅=
I
nQ D (2.3)
2.2 Bueiro com entrada submersa e saída livre com tubo parcialmente cheio
Figura 2.2
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Para esta situação, ocorre, na maioria das vezes, o controle na entrada da tubulação.
De acordo com a norma “Instrução de Projetos” elaborada pelo DER/SP (IP-DE-
H00/002), os bueiros devem ser dimensionados de tal forma que, para a vazão de 25 anos,
seja obedecida a seguinte relação:
20,1≤
D
H W (2.4)
onde: HW – carga hidráulica a montante (m);
D – diâmetro ou altura do bueiro (m).
O diâmetro e a relação Hw/D podem ser obtidos com uso do nomograma apresentado
nas figuras 2.4 e 2.5.
A altura da lâmina d´água na saída das galerias (h) pode ser determinada, considerando
que o escoamento é uniforme, regido pela fórmula de Chèzy-Manning (Equação 2.1).
Neste caso, há necessidade de verificar o regime de escoamento, tomando como base a
profundidade crítica dada por:
25,02
26,0
01,1
⋅
=
g
Q
D yc (2.5)
onde: D – diâmetro do bueiro, em m;
Q – vazão de projeto, em m3 /s;
g – aceleração da gravidade, em m/s2.
2.3 Conduto com entrada submersa e saída submersa
Figura 2.3
Para esta situação, o controle ocorre na saída da tubulação.
Para o dimensionamento do bueiro, deve-se estimar a altura h0, que depende da altura
d´água na saída do bueiro (Tw), a qual pode ser maior, igual ou menor que a altura do
bueiro. Para Tw superior ou igual ao topo do bueiuro, h0 = Tw; para Tw menor que o topo do
bueiro, h0 = (hc + D)/2, qual seja o mais elevado (hc – altura crítica; D – altura do bueiro).
Há também necessidade de conhecer o comprimento e a declividade do bueiro.
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O desnível de montante e jusante (carga H), para tubulações circulares, pode ser obtido
com o auxílio de nomograma apresentado na Figura 2.3.
Conhecida a carga H, a altura da água na entrada do bueiro pode ser obtida da seguinte
forma:
Hw = H + h0 – L.i (2.6)
onde: Hw – altura d´água acima do fundo na entrada do bueiro;
H – desnível entre montante e jusante (carga H);
L - comprimento da tubulação;
i – declividade da tubulação.
Mesmo que o controle esteja na saída, vale a mesma relação representada pela
Equação 2.4.
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Figura 2.4
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6Figura 2.5
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Figura 2.6
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3. Exemplo de dimensionamento
3.1 Controle na entrada
a) Seção circular
Dado: Vazão de projeto: Qp = 4,0 m3 /s
Valores encontrados no nomograma da Figura 2.7 ⇒ D = 1,50 m e 08,1≅ D H W OK!
b) Seção retangular de duas células, conforme a figura abaixo
Dado: Vazão de projeto: Qp = 10,0 m3
/s
Adotando B = 1,50 m ⇒ msm B
Q⋅=
×= / 33,3
50,12
0,10
2
3
Valores encontrados no nomograma da Figura 2.8 ⇒ D = 1,40 m e 19,1≅ D
H W OK!
3.2 Controle na saída (seção circular)
Dados: Vazão de projeto: Qp = 4,0 m3 /s
Comprimento do bueiro: L = 30 m; Declividade: I = 0,01 m/m; Tw = 1,60 m
Valores encontrados no nomograma da Figura 2.9 ⇒ D = 1,50 m e H = 0,47 m
Cálculo da carga a montante:
Hw = H + h0 – L.i = 0,47 + 1,60 – 30 x 0,01 = 1,77 m
Relação 18,150,1
77,1==
D
H W OK!
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Figura 2.7
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10Figura 2.5
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Figura 2.9