memorial descritivo projeto canal - willamy

8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy

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CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS - CCTENGENHARIA CIVIL

ALUNO: WILLAMY UNGARY PONTE SILVA

DISCIPLINA: HIDRÁULICA APLICADA

PROF.: MSc. ENGº CIVIL ALBERTO TEIXEIRA

DIMENSIONAMENTO DE CANAIS EM REGIME

UNIFORME E ANÁLISE DO REGIME PERMANENTE

GRADUALMENTE VARIADO

FORTALEZA – 2015


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1.

APRESENTAÇÃO

O presente documento constitui o projeto básico de um canal em regime de

escoamento uniforme, para seções do tipo retangular e trapezoidal, contendo memorial

descritivo, plantas, e simulação do canal em regime permanente gradualmente variado.

O canal tem uma extensão de 900m, onde é feita captação das águas do RioAcarape/Pacoti até ao açude Acarape do Meio, responsável pelo abastecimento da cidade de

Redenção. A diferença de cota topográfica entre as estacas E1073 e E1028 (inicial e final

respectivamente) é de 0,58m, sendo a cota de montante 219,08 e cota de jusante de 218,50.

No projeto são demonstradas duas situações para o canal a céu aberto.

A primeira seção com a forma trapezoidal (figura 01), os revestimentos de taludes e

fundo em concreto para transporte de uma vazão máxima de 19,5m³/s.

Figura 1 – Canal tipo trapezoidal revestido em concreto

A segunda seção com a forma retangular (figura 02), com paredes revestidas em

concreto e leito natural para transporte de uma vazão máxima de 19,5m³/s.

Figura 2 – Canal tipo retangular com paredes revestidas em concreto e leito natural.

A figura 03 mostra o traçado do canal em planta.

Figura 3 – Planta baixa com curvas de nível do levantamento planialtimétrico.


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Sumário

1. APRESENTAÇÃO .................................................................................................................... 2

2. MEMÓRIA DE CÁLCULO CANAL SEÇÃO TIPO TRAPEZOIDAL ............................................... 4

Revestimento paredes: Concreto................................................................................................. 4

Revestimento leito: Concreto (n = 0,018) .................................................................................... 4

2.1. CÁLCULO DAS VAZÕES (Q)............................................................................................ 4

2.2. CÁLCULO DA DECLIVIDADE MÉDIA DE FUNDO DO CANAL (Io) ................................... 4

2.3. CÁLCULO DA SEÇÃO DE MÍNIMO PERÍMETRO MOLHADO ......................................... 5

2.4. DIMENSIONAMENTO DA SEÇÃO (FÓRMULA DE MANNING) ...................................... 6

2.5. DIMENSIONAMENTO DA ALTURA DE LÂMINA D´ÁGUA (y0) ...................................... 7

2.6. DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE MÉDIA DO ESCOAMENTO (V) .............................. 8

2.7. DETERMINAÇÃO DO REGIME ATRAVÉS DO NÚMERO DE FROUDE (Fr) ...................... 9

3. MEMÓRIA DE CÁLCULO CANAL SEÇÃO TIPO RETANGULAR ............................................. 10

Revestimento Paredes: Concreto ............................................................................................... 10

Revestimento Leito: natural (n = 0,025) .................................................................................... 10

3.1. CÁLCULO DAS VAZÕES (Q).......................................................................................... 10

3.2. CÁLCULO DA DECLIVIDADE MÉDIA DE FUNDO DO CANAL (Io) ................................. 10

3.3. CÁLCULO DA SEÇÃO DE MÍNIMO PERÍMETRO MOLHADO ....................................... 10

3.4. DIMENSIONAMENTO DA SEÇÃO (FÓRMULA DE MANNING) .................................... 11

3.5. DIMENSIONAMENTO DA ALTURA DE LÂMINA D´ÁGUA (y0) .................................... 12

3.6. DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO ESCOAMENTO (V) ......................................... 13

3.7. DETERMINAÇÃO DO REGIME ATRAVÉS DO NÚMERO DE FROUDE (Fr) .................... 14

4. SIMULAÇÃO DO CANAL NO SOFTWARE REC-HAS, SEÇÃO TIPO TRAPEZOIDAL E

RETANGULAR .............................................................................................................................. 15

5. CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 16

BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................. 17


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2. MEMÓRIA DE CÁLCULO CANAL SEÇÃO TIPO TRAPEZOIDAL

Revestimento paredes: Concreto

Revestimento leito: Concreto (n = 0,018)

2.1. CÁLCULO DAS VAZÕES (Q)

Qmáx = 8,5 + 11 = 19,5 m³/s

Qméd = 19,5/2 = 9,75m³/s

Qmín = 2,0 m³/s

Onde:

Qmáx = Vazão máxima de projeto em m³/s;

Qméd = Vazão média em m³/s;

Qmin = Vazão mínima em m³/s.

2.2. CÁLCULO DA DECLIVIDADE MÉDIA DE FUNDO DO CANAL (Io)

= −

= 219,08−218,50900 = 0,00064 / Onde:

Io = Declividade média de fundo do canal;

CM = Cota de montante;

CJ = Cota de jusante;

L = Comprimento do canal.


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2.3. CÁLCULO DA SEÇÃO DE MÍNIMO PERÍMETRO MOLHADO

= 0 = 2

= 2∗ = 2∗ 1,80 = 3,60

B = b +2my0 = 3,6 + 2*2*1,80 = 10,8m

z = 2

Onde:

m = razão de aspecto;

b = largura de fundo;

B = Largura de superfície;

y0 = Altura de lâmina d´água;

z (talude) = tangente do ângulo α de inclinação das paredes do canal.

A = m + Zy0² A = 2 + 21,80² = 12,96m²

P = m + 2 1 + Z ∗ y0

P = 2 + 2 1 + 2∗ 1,80 = 11,65m

R = AP

R = 12,9611,65 = 1,11m

Onde:

R = Raio hidráulico (em m);

A = Área molhada (em m²);

P = Perímetro molhado (em m).


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2.4. DIMENSIONAMENTO DA SEÇÃO (FÓRMULA DE MANNING)

M = (n ∗ Qmáx√ Io )/

M = (0,018∗ 19,5√ 0,00064 )/

= 2,68

M = (0,018∗ 9,75√ 0,00064 )/

= 2,06

M = (0,018∗ 2√ 0,00064)/

= 1,14

Onde:

M = Fórmula de Manning

N = Coeficiente de rugosidade de Manning (depende do tipo de material de

revestimento do canal);


Io = Declividade média de fundo do canal.


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2.5. DIMENSIONAMENTO DA ALTURA DE LÂMINA D´ÁGUA (y0)

y0 = MK

yqmáx = 2,681,491 = 1,80m

yqmed = 2,061,491 = 1,38m

yqmin = 1,141,491 = 0,76m

Onde:


M = Fórmula de Manning;

K = Coeficiente de forma do canal.

Figura 4 – Tabela para escolha do K1, com detalhe para o valor selecionado de acordo com

m e Z.


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2.6. DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE MÉDIA DO ESCOAMENTO (V)

Q = V ∗ A Portanto,

V = QA = 19,5012,96 = 1,50m/s

Onde:

V = velocidade média do escoamento (em m/s);

Q = Vazão do escoamento (em m³/s);

A = Área molhada (em m²).

É possível verificar que a velocidade de escoamento para o projeto é satisfatória,

tomando como base a tabela 4 do Guia prático para projetos de pequenas obras

hidráulicas, com valores de referência para as velocidades máximas pelo tipo de

revestimento, baseado nas experiências de projeto do DAEE.


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2.7. DETERMINAÇÃO DO REGIME ATRAVÉS DO NÚMERO DE FROUDE (Fr)

Fr = V g ∗ y

Fr = 1,50√ 9,81 ∗ 1,80 = 0,357

A classificação do regime de escoamento quanto a crítico (Fr = 1), subcrítico ou fluvial (Fr < 1) e

supercrítico ou torrencial (Fr > 1) depende do número de Froude.

Para a seção deste projeto, o regime é classificado como subcrítico ou fluvial (Fr = 0,357 < 1).

Onde:

Fr = Número de Froude;

V = Velocidade média (m/s);

Y0 = Altura de lâmina d´água (m);

g = aceleração da gravidade.


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3. MEMÓRIA DE CÁLCULO CANAL SEÇÃO TIPO RETANGULAR

Revestimento Paredes: Concreto

Revestimento Leito: natural (n = 0,025)

3.1. CÁLCULO DAS VAZÕES (Q)

Qmáx = 8,5 + 11 = 19,5 m³/s

Qméd = 19,5/2 = 9,75m³/s

Qmín = 2,0 m³/s

Onde:


Qméd = Vazão média em m³/s;

Qmin = Vazão mínima em m³/s.

3.2. CÁLCULO DA DECLIVIDADE MÉDIA DE FUNDO DO CANAL (Io)

= −

= 219,08−218,50900 = 0,00064 / Onde:

Io = Declividade média de fundo do canal;CM = Cota de montante;

CJ = Cota de jusante;

L = Comprimento do canal.

3.3.

CÁLCULO DA SEÇÃO DE MÍNIMO PERÍMETRO MOLHADO

= 0 = 2

= 2∗ = 2∗ 2,80 = 5,60 Onde:

m = razão de aspecto;

b = largura de fundo;



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A = b ∗ y0 A = 5,60∗ 2,80 = 15,68m²

P = b + 2y0 =

P = 5,60 + 2 ∗ 2,80 = 11,2m R = AP

R = 15,6811,2 = 1,4m

Onde:

R = Raio hidráulico (em m);

A = Área molhada (em m²);

P = Perímetro molhado (em m).

3.4.

DIMENSIONAMENTO DA SEÇÃO (FÓRMULA DE MANNING)

M = (n ∗ Qmáx√ Io )/

M = (0,025∗ 19,5√ 0,00064 )/ = 3,03

M = (0,025∗ 9,75√ 0,00064 )/

= 2,33

M = (0,025∗ 2√ 0,00064)/ = 1,29

Onde:

M = Fórmula de Manning

N = Coeficiente de rugosidade de Manning (depende do tipo de material de

revestimento do canal);


Io = Declividade média de fundo do canal.


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3.5.

DIMENSIONAMENTO DA ALTURA DE LÂMINA D´ÁGUA (y0)

y0 = MK

yqmax =

3,03

1,091 = 2,77m

yqmed = 2,331,091 = 2,13m

yqmin = 1,291,091 = 1,18m

Onde:


M = Fórmula de Manning;

K = Coeficiente de forma do canal.

Figura 5 – Tabela para escolha do K1, com detalhe para o valor selecionado de acordo com

m e Z.


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3.6.

DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO ESCOAMENTO (V)

Q = V ∗ A Portanto,

V = QA = 19,5015,68 = 1,24m/s

Onde:

V = velocidade média do escoamento (em m/s);

Q = Vazão do escoamento (em m³/s);

A = Área molhada (em m²).

É possível verificar que a velocidade de escoamento para o projeto é satisfatória,

tomando como base a tabela 4 do Guia prático para projetos de pequenas obras

hidráulicas, com valores de referência para as velocidades máximas pelo tipo de

revestimento, baseado nas experiências de projeto do DAEE.


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3.7.

DETERMINAÇÃO DO REGIME ATRAVÉS DO NÚMERO DE FROUDE (Fr)

Fr = V g ∗ y

Fr = 1,24√ 9,81∗2,80 = 0,23

A classificação do regime de escoamento quanto a crítico (Fr = 1), subcrítico ou fluvial (Fr < 1) e

supercrítico ou torrencial (Fr > 1) depende do número de Froude.

Para a seção deste projeto, o regime é classificado como subcrítico ou fluvial (Fr = 0,23 < 1).

Onde:

Fr = Número de Froude;

V = Velocidade média (m/s);

Y0 = Altura de lâmina d´água (m);

g = aceleração da gravidade.


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4. SIMULAÇÃO DO CANAL NO SOFTWARE REC-HAS, SEÇÃO TIPO TRAPEZOIDAL E

RETANGULAR

Foi utilizado o software Hec-RAS, desenvolvido pelo Corpo de Engenheiros do Exército

Americano, para modelagem hidrológica.

Foram adotadas as cotas topográficas de 15 estacas (a cada 60m) ao longo da extensão docanal para traçar perfil no software modelador, sendo as estacas e respectivas cotas:

Estaca Cota topográfica

15 219,37

14 219,36

13 219,35

12 219,34

11 219,33

10 219,32

9 219,31

8 219,30

7 219,29

6 219,28

5 219,27

4 219,26

3 219,25

2 219,24

1 219,23

0 219,22

A análise da modelagem é apresentada através de anexos, detalhando graficamente e através

de tabela de dados, os parâmetros modelados, como velocidade de escoamento, perfil

topográfico, vazão ao logo do canal.


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5.

CONCLUSÃO

Através da modelagem é possível concluir, que para a vazão máxima de projeto, não é

recomendável a utilização da seção tipo retangular, devido transbordamento neste cenário,

mesmo sendo adotada folga para o canal. Adotamos portanto a seção trapezoidal.

Foi utilizado o software canais3 do Depto. De Hidráulica e Saneamento da USP São Carlos, paraavaliação dos parâmetros calculados, confirmando os cálculos realizados.


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BIBLIOGRAFIA

DAEE, Departamento de Águas e Energia Elétrica do Governo do Estado de São Paulo,

Guia Prático para Projetos de Pequenas Obras Hidráulicas, 2ª Edição - Revisada, 2006.

DE MELO PORTO, Rodrigo, Hidráulica Básica, EESC-USP, 2ªEdição, 2001.

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