memorial descritivo projeto canal - willamy
TRANSCRIPT
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
1/17
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
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
2/17
2
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
3/17
3
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
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
4/17
4
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
5/17
5
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).
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
6/17
6
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);
Qmáx = Vazão máxima de projeto em m³/s;
Io = Declividade média de fundo do canal.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
7/17
7
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:
y0 = Altura de lâmina d´água;
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
8/17
8
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
9/17
9
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
10/17
10
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:
Qmáx = Vazão máxima de projeto em m³/s;
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;
y0 = Altura de lâmina d´água;
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
11/17
11
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);
Qmáx = Vazão máxima de projeto em m³/s;
Io = Declividade média de fundo do canal.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
12/17
12
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:
y0 = Altura de lâmina d´água;
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
13/17
13
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
14/17
14
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
15/17
15
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
16/17
16
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.
-
8/16/2019 Memorial Descritivo Projeto Canal - Willamy
17/17
17
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.