regimes de escoamento. muitos fenômenos em canais podem ser analisados com o princípio da energia...
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Regimes de Regimes de escoamentoescoamento
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Muitos fenômenos em canais podem ser analisados com o princípio da energia
H = z + y + U2/(2g)
Carga Altimétrica Carga
Piezométrica
Carga Cinética
A partir do fundo do canal (Bakmeteff em 1912)Energia ou carga específica E = y + U2/(2g)
Aquela disponível numa seção, tomando como referência um plano horizontal passando pelo fundo do canal, naquela seção
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Q
Datum
yNova referência(z = 0)
z
Energia (carga) específica: é a distância vertical entre o fundo do canal e a linha de energia
Adotando = 1 e da continuidade
2
2
2gAQyE
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Curvas y x E para Q = cteCurvas y x E para Q = ctee y x Q para E = ctee y x Q para E = cte
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Fixando-se uma vazão Q2
2
2gAQyE
E = E1 + E2 E2 = Q2/[2gA2]E1 = y
ondef(y)
Energia mínima Ec yc Profundidade Crítica
E ∞
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É também de interesse prático a curva y x Q para E = cte = E0
2
2
0 2gAQyE y)(E2gAQ 0
22
y)(E2gAQ 0
Canal retangular de largura b e tomando a vazão por unidade de largura q
y)y(E2gq 0 Não há água
Água em repouso
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Para um dado valor E > Ec
2 profundidades yf > yc e yt < yc Profundidades alternadas
ou recíprocas
2 regimes de escoamento recíprocos
yt inferior, torrencial, rápido ou supercríticoyf superior, fluvial, lento ou subcrítico
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diminuição no nível de energia disponível:Regime supercrítico diminuição de yRegime subcrítico aumento de y
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Até agora uma curva de energia associada a uma vazão
Acontece que em um canal não passa somente uma vazão
O aumento de Q produz um aumento de y e também de ycUma determinada y pode ser subcrítica ou supercrítica, dependendo da Q em trânsito
cc E32y
para um canal família de curvas, cada uma uma vazão
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Para que servem estes conceitos?
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Para que servem estes conceitos?
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Para que servem estes conceitos?
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Número de FroudeNúmero de Froude
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2
2
2gAQydy
ddydE
Da equação de energia específica
dydA
gAQ1dy
dE3
2
BdyA
Como dA = Bdy
3
2
gABQ1dy
dE
Aplicando a equação da continuidade
3
2
gABAU1dy
dE
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h
2
gyU1dy
dE
Ou ainda 2Fr1dydE
Fr é o número de Froude
Fazendo B = A/yh
Igualando a expressão anterior a zero
Fr = 1Energia é mínima regime crítico
y < yc dE/dy < 0 1-Fr2 <
0 Fr > 1y > yc dE/dy > 0 1-Fr
2 > 0 Fr < 1
Além disso:
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Fr
1 crítico> 1 supercrítico< 1 subcrítico
Exercício: um canal retangular de base 5m tem as profundidades dadas em 1 e 2 e a vazão, determinar o regime de escoamento quanto à energia específica nestas seções
hr gy
UF
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Interpretações do Interpretações do Número de FroudeNúmero de Froude
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1) É a razão entre as forças de inércia e as forças gravitacionais
2) Razão entre a energia cinética e a energia potencial
3) Razão entre a velocidade do escoamento e a velocidade de propagação das perturbações superficiais
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x y
z Volume elementar de um fluido = xyz em queda livre
O peso (força de gravidade)
zyxρg
força de inércia
vyvxρdvtzyxρt
vzyxρ
1) É a razão entre as forças de inércia e as forças gravitacionais
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ρgΔxΔyΔzρvΔxΔyΔv
gravidade de Forçainércia de Força
Δz gv vΔ
gravidade de Forçainércia de Força
l g
vΔz g
v vΔ 2Dimensionalmente
l dimensão característica do escoamento
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Como o numerador envolve velocidade energia cinética
Como o denominador envolve profundidade energia potencial
Fr = 1 equilíbrio entre energias cinética e potencial
2) Razão entre a energia cinética e a energia potencial
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Canal aberto com uma parede móvel na extremidade e líquido inicialmente em repouso
Deslocamento na parede
Velocidade da onda em relação ao líquido celeridade
VC se move com a onda
3) Razão entre U e a velocidade de propagação das perturbações superficiais
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Aplicando as equações básicas sob as idealizações: - Escoamento permanente e incompressível
Da equação da continuidade Δyy
ΔycΔV
- Uniforme numa seção - sem efeitos viscosos e de tensão superficial - Variação hidrostática de pressão - Forças de corpo inexistentes
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Da equação da quantidade de movimento
ΔVcΔy2yΔy1g
Combinando as duas
y
Δy12yΔy1gyc2
A distribuição hidrostática de pressão é válida em ondas de águas rasas y << y gyc
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Se o líquido se move com velocidade V. A celeridade é c e a velocidade que um observador num ponto fixo do solo percebe é Vw = V ± c
gyVVw
gyV
gyV
Fr < 1,0 (regime subcrítico)
Fr > 1,0 (regime supercrítico)
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subcrítico ondas podem se mover para montantesupercrítico ondas não podem se mover para montante
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Caracterização do Caracterização do escoamento críticoescoamento crítico
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hgyU 1gyUF
hr
Como visto anteriormente, o escoamento crítico ocorre quando
Fazendo yh = A/B e substituindo U por Q/A B
AgAQ
2
2
BA
gQ 32
Q2B = gA3Ou ainda
Tanto a área quanto a largura B são função de y e este deve ser igual a yc
Podemos obter analiticamente expressões para yc em seções com geometria conhecida
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3c2 BygBQ
Para seções retangulares (A = By)
3 2
2c gB
Qy
Por razões de ordem prática q = Q/B
32
c gqy
Exemplo: Determine yc em um canal triangular, com taludes 1:1, transportando 14 m3/s
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Exemplo: mostre que, para um canal retangular
cccc E32 you y2
3E
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Exemplo:
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Exemplo:
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Ocorrência de regime Ocorrência de regime crítico: controle crítico: controle
hidráulicohidráulico
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Conceito de seção de Conceito de seção de controlecontrole
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Condição crítica limite entre os regimes fluvial e torrencial
Assim, quando há mudança de regime, y tem que passar por yc
Há diversas situações onde isto ocorre:Passagem subcrítico supercrítico
I < Ic
I > Ic
y = ycmudança de declividade
Esc. junto à crista de vertedores
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Passagem supercrítico subcrítico
I < Ic
I > Ic y = yc
canal com mudança de declividade
Saídas de comporta
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Nas seções de transição y = yc
há uma relação unívocaRelação esta conhecidaSeção de controle: é a
seção onde se conhece a relação y x QNão existe somente seção de controle onde ocorre yc (chamado controle crítico)Existem outros tipos de controle ...
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Artificial associado uma situação na qual y é condicionada por uma ocorrência distinta do regime críticoExemplo: ocorrência associada ao nível de um
reservatório, um curso d’água, uma comporta, etc.
De canal y é determinada pelas características de atrito ao longo do canal, ou seja, quando houver a ocorrência de escoamento uniforme
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Para que servem estes conceitos?
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Para que servem estes conceitos?
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Controles de montante e Controles de montante e de jusantede jusante
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A noção de controle hidráulico nos faz identificar quando ocorre controle de montante e de jusante
Supor estrutura retangular, de largura b, curta e queda livre a jusante desprezível
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O que acontece se colocarmos uma comporta a jusante e liberarmos a água aos poucos?
O que acontece se colocarmos uma comporta a montante e liberarmos a água aos poucos?
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2) Para um canal retangular, a curva q x y dada pela equação abaixo, resultando no gráfico a seguir mostrado y-Ey2gq 0 q é a vazão por
unidade de largura
Primeiramente, pode-se mostrar que:1)da mesma forma que há uma curvaE x y para Q constante, há uma curvaq x y para E constante igual a E0
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Voltando ...
Escoamento subcrítico controle de jusante
Escoamento supercrítico controle de montante
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Escoamento subcrítico controle de jusante, perturbações a jusante podem ser sentidas a montante
perturbação
Escoamento supercrítico controle de montante, pois as ondas não podem ir para montante
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Exercício: Um canal retangular com largura de 8m transporta uma vazão de 40 m3/s. Determinar a yc e Uc
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6. Escoamentos 6. Escoamentos uniforme e uniforme e
gradualmente gradualmente variadovariado
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Por definição, o escoamento uniforme (EU) ocorre quando:
•A profundidade, a área molhada, a velocidade, a rugosidade e a forma da seção transversal permanecem constantes;•A linha de energia, a superfície da água e o fundo do canal são paralelos
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O EU pode ocorrer em canais muito longos, retos e prismáticos
Nestes canais, a perda de carga devida ao escoamento turbulento é balanceada exatamente pelo decréscimo de energia potencial
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Equações básicasEquações básicas
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Idealizações:1) Escoamento permanente e uniforme;2) Escoamento à profundidade constante (profundidade normal);3) Escoamento incompressível;4) Escoamento paralelo e à declividade baixa
Continuidade, quantidade demovimento e energia
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222111 ρAUρAU 2211 AUAU
Como A1 = A2
21 UU
Continuidade
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Escoamento paralelo distribuição de pressão hidrostática
Quantidade de movimento
Inclinação do canal pequena ≈ 0 ≈ sen ≈ tg ≈ Sb
12x UUρQR
Resultante das forças em x
12xBxS UUρQFF
forças de superfície
forças de corpo
Da equação da continuidade
0FF xBxS
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força de corpo peso componente Wsenforça de superfície força de atrito Ff
A força de pressão líquida é zero 0Wsenθ-Ff
WsenθFf
supwf AF τ
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Para o caso do escoamento permanente, incompressível e uniforme
ΔH2gUzγ
p2gUzγ
p 22
22
21
11
ΔH2gUzy2g
Uzy22
2221
11
Para o escoamento permanente, incompressível e uniforme
b21 LSzzΔH •Perda de carga = desnível•As linhas: de energia, piezométrica e de fundo do canal paralelas
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Equações de Equações de resistênciaresistência
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Equação de Chézy e de Equação de Chézy e de ManningManning
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Assumindo w proporcional à U2:Ff = kLPU2, onde P é o perímetro molhado
Equação de Chézy (1769)
Substituindo na equação da QM e sabendo que W=AL (Aárea molhada)
RSkγU 21
onde C = (/k)1/2
RSCU
Equação de Manning (1889)SRn
1U 32De natureza completamente
empíricaNo Sistema Internacional (SI)Relação entre C e n no SI:
61Rn1C
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Estimação do Estimação do coeficiente de coeficiente de
resistênciaresistência
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Aspectos teóricos e Aspectos teóricos e práticospráticos
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Supondo que os mesmos se comportem como o fator de atrito de Darcy-Weisbach
Equação da energia
Substituindo D por 4R (lembrar que, para conduto circular, R=D/4)
A dificuldade primária no uso das equações é a determinação de C e n
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C e n dependem de f depende de Re e de Mas é muito mais difícil determinar em canaisA partir de um valor de Re f constante
aplicação das equações em escoamentos HR
Por causa dessa dificuldade utilizamos valores médios de n
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Procura-se um coeficiente constante que leve em conta os fatores que o influenciam•Rugosidade da superfície•Vegetação•Irregularidade do canal•Obstrução•Alinhamento do canal•Erosão e sedimentação•Cota e descarga
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Método do SCS: Método do SCS: incrementaçãoincrementação
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O Soil Conservation Service (SCS) desenvolveu um método que parte de um valor básico de n
O valor básico é tabelado e serve para um canal reto, uniforme e liso depois feitas correções no valor básico, considerando os fatores mencionadosTambém chamado método de Cowann = (n0 + n1 + n2 + n3 + n4) n5
básico
Irregularidades: erosões, assoreamentos, depressões,...
Variações de seção transversal
Obstruções: matacões, raízes, troncos,...
Vegetação: densidade, altura,...
Grau de meandrização
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Tabela de valores de nTabela de valores de n
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Tabela publicada por Ven Te Chow em 1959. Possui uma relação extensa de valores, função do tipo de canal e das condições desteVersões resumidas em todos os livros de hidráulicaAs tabelas a seguir foram obtidas no livro Curso de Hidráulica, de Eurico Trindade Neves
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Natureza das ParedesCondições
Muito boas
Boas Regulares
Más
Tubos de ferro fundido sem revestimento 0,012 0,013 0,014 0,015
Idem, com revestimento de alcatrão 0,011 0,012*
0,013* -
Tubos de ferro galvanizado 0,013 0,014 0,015 0,017
Tubos de bronze ou de vidro 0,009 0,010 0,011 0,013
Condutos de barro vitrificado, de esgotos 0,011 0,013*
0,015 0,017
Condutos de barro, de drenagem 0,011 0,012*
0,014* 0,017
Alvenaria de tijolos com argamassa de cimento; condutos de esgotos, de tijolos
0,012 0,013 0,015* 0,017
Superfícies de cimento alisado 0,010 0,011 0,012 0,013
Superfícies de argamassa de cimento 0,011 0,012 0,013* 0,015
Tubos de concreto 0,012 0,013 0,015 0,016
Valores de n para Condutos Livres Fechados
* Valores aconselhados para projetos
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Valores de n para Condutos Livres Artificiais Aberto
Natureza das Paredes
CondiçõesMuito boas Boas Regulare
s Más
Condutos de aduelas de madeira 0,010 0,011 0,012 0,013Calhas de pranchas de madeira aplainada 0,010
0,012* 0,013 0,014
Idem, não aplainada 0,011 0,013* 0,014 0,015
Idem, com pranchões 0,012 0,015* 0,016 -
Canais com revestimento de concreto 0,012
0,014* 0,016 0,018
Alvenaria de pedra argamassada 0,017 0,020 0,025 0,030Alvenaria de pedra seca 0,025 0,033 0,033 0,035Alvenaria de pedra aparelhada 0,013 0,014 0,015 0,017Calhas metálicas lisas (semicirculares) 0,011 0,012 0,013 0,015
Idem corrugadas 0,0225 0,025 0,0275 0,030Canais de terra, retilíneos e uniformes 0,017 0,020 0,0225* 0,025
* Valores aconselhados para projetos
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Valores de n para Condutos Livres Artificiais Aberto (continuação)
Natureza das Paredes
Condições
Muito boas Boas Regulares Más
Canais abertos em rocha, uniformes 0,025 0,030 0,033* 0,035Idem, irregulares; ou de paredes de pedras 0,035 0,040 0,045 -Canais dragados 0,025 0,0275* 0,030 0,033Canais curvilíneos e lamosos 0,0225 0,025* 0,0275 0,030Canais com leito pedregoso e vegetação nos taludes 0,025 0,030 0,035* 0,040
Canais com fundo de terra e taludes empedrados 0,028 0,030 0,033 0,035
* Valores aconselhados para projetos
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Arroios e Rios
CondiçõesMuito boas Boas Regulare
s Más
(a) Limpos, retilíneos e uniformes 0,025 0,0275 0,030 0,033(b) Idem a (a), porém com vegetação e pedras 0,030 0,033 0,035 0,040(c) Com meandros, bancos e poços pouco profundos, limpos 0,035 0,040 0,045 0,050
(d) Idem a (c), águas baixas, declividades fracas 0,040 0,045 0,050 0,055(e) Idem a (c), com vegetação e pedras 0,033 0,035 0,040 0,045(f) Idem a (d), com pedras 0,045 0,050 0,055 0,060(g) Com margens espraiadas, pouca vegetação 0,050 0,060 0,070 0,080(h) Com margens espraiadas, muita vegetação 0,075 0,100 0,125 0,150
Valores de n para Condutos Livres Naturais Abertos (Arroios e Rios)
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Outros métodosOutros métodos
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Fotográfico comparar nosso trecho de rio com seções catalogadas (US Geological Survey)Medição de velocidades a partir da distribuição de velocidades para o escoamento turbulento HR, fazendo-se duas medições: a 0,8D e a 0,2D onde D é a profundidade do fluxoEmpírico relaciona-se n com algum diâmetro do elemento de rugosidade, vindo da curva de distribuição granulométrica
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Cálculos com o Cálculos com o escoamento escoamento
permanente e permanente e uniformeuniforme
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Dois casos práticos:1)Verificação do funcionamento hidráulico2) Dimensionamento hidráulico
Caso 1 Qual a capacidade de condução de um canal de determinada forma, declividade e rugosidade, sabendo qual é a profundidade?
Caso 2 Quais as dimensões que deve ter o canal, de determinada forma, rugosidade e declividade para conduzir uma determinada vazão?
Qual a profundidade normal (yN ou y0)?
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Manning (SI)
nSRU
32 Sn
ARQ32
Condutância hidráulica ou fator de conduçãoDeterminação da profundidade normal por
tentativa e erro ou gráficos
SnARQ
32 S
nQAR 32
Função de yN
constante
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Supondo um canal trapezoidalA = (b + zy)yP = b + 2y (1+z2)1/2
PA
PAAAR
353232
y
bz1
S
nQ
z12yb
y2yb32
2
3535
Para resolver: adotam-se valores de yN, até igualar os ladosOu constrói-se um gráfico y x AR2/3 e localiza-se o ponto desejado que satisfaça o lado direito
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Pode-se utilizar de gráficos adimensionais. Por exemplo, para um canal de seção trapezoidal:yN/D ou yN/b x AR2/3/D ou AR2/3/b
Métodos numéricos também podem ser usados (Newton, Bisecção,...)
As calculadoras científicas atuais podem também resolver este tipo de problema
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Exercício: calcular yN de um canal trapezoidal: largura de fundo de 3m, declividade 0,0016, n = 0,013. Ele tem que ter a capacidade de transportar 7,1m3/s. O talude é de 1,5:1 y A(m2) P(m) R(m) AR2/3
2,30 14,84 9,22 1,61 20,372,32 15,03 9,27 1,62 20,752,34 15,23 9,33 1,63 21,132,36 15,43 9,38 1,65 21,512,38 15,64 9,44 1,66 21,902,40 15,84 9,49 1,67 22,292,42 16,04 9,54 1,68 22,682,44 16,25 9,60 1,69 23,08
Valor da constante
08,23S
nQ
Em uma planilha, faz-se variar y
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Canais de rugosidade Canais de rugosidade compostacomposta
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Algumas vezes temos que estimar o valor de n equivalente ou representativo de uma seção, cuja rugosidade varia ao longo do perímetroO que se faz então é dividir o perímetro em N
partes, cada uma das quais com seu valor de nDepois, calcula-se o n equivalente ne
Horton (1933) mais utilizadaEinstein e Banks (1950)U1 = U2 = ... = UMPonderação pelo perímetro molhado
32
N
1i
3/2ii
e P
nPn
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Descarga normal em Descarga normal em canais de seção compostacanais de seção composta
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Quando o escoamento atinge a planície de inundação, P aumenta mais rapidamente que A R, V e Q decrescem
Alternativas:1) Ponderar n pela área de cada subseção;2) Calcular a condutância hidráulica em cada
subseção e depois somá-las
Esta situação é computacionalmente correta, mas não fisicamente: o método anterior pode fornecer estimativa ruim superestimar n
nRAK
32
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Ponderação pela área
AAn
n
N
1iii
e
Soma de condutâncias hidráulicas
SKQ
N
1iiKK i
2/3ii
i nRAK
1
2/311
1 nRAK
2
2/322
2 nRAK
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Seções de perímetro Seções de perímetro molhado mínimo e molhado mínimo e
vazão máximavazão máxima
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1) Determinar a forma geométrica2) Determinar as dimensõesProcedimento simples rápido do ponto de vista
hidráulico
O dimensionamento de um canal leva tem por objetivos:
Mas envolve outros fatores técnicos, construtivos e econômicosPresença de avenidas construídas ou projetadasLimitação de profundidade (lençol freático, etc.)...
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Procuram eficiência hidráulica e do ponto de vista econômico (superfície de revestimento é mínima)
Entretanto, o resultado pode ser:1) Seções profundas custos de escavação
maiores, de rebaixamento de NA, não compensando a economia no revestimento
2) velocidades médias incompatíveis com o revestimento
3) Seções com b << y dificuldades construtivas
As seções de perímetros molhados mínimos ou vazão máxima
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A área e o perímetro molhados são:A = (b + zy)yP = b + 2y (1+z2)1/2 y
bz1
Utilizando a razão de aspecto m = b/y
2zy)y(mA
Trapézio de perímetro molhado mínimo
Derivada de P em relação a m e igualando a zero
zz12m 2
substituindo na fórmula de P
Isolando y
yz12mP 2
zmAz12mP 2
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Ou ainda zz12yb 2
Para um canal retangular 2yb
yyy
b
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Algumas Algumas recomendações de recomendações de
projetoprojeto
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1) O projetista deve prever o “envelhecimento” do canal nprojeto = 10 a 15% maior que ntabelado
2) Deixar uma folga de 20 a 30% acima do nível máximo de projeto, sobretudo para canais fechados
3) Preferir o método de soma de condutâncias hidráulicas para cálculo de seções compostas
SKQ
N
1iiKK
i
2/3ii
i nRAK
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As subseções são divididas por linhas verticais imaginárias, não computadas para o cálculo de Pi
1
2/311
1 nRAK
2
2/322
2 nRAK
4) A velocidade média num intervalo que evite deposições e erosões (tabela a seguir)
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5) Observar a inclinação máxima dos taludes
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Escoamento Escoamento permanente e permanente e gradualmente gradualmente
variadovariado
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Caracterização do Caracterização do EGVEGV
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O escoamento permanente no qual as características do fluxo variam no espaço é chamado de escoamento variadoSe as mudanças forem graduais escoamento gradualmente variado (EGV)Se as mudanças forem bruscas bruscamente variado
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O contorno influencia mais que o atrito com as paredes
O atrito influencia mais
EGV declividade de fundo e da superfície livre não são mais as mesmas ao longo do condutoDa mesma forma, o gradiente energético não é mais paralelo ao gradiente do canal
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Ocorrência de EGV:- trechos iniciais e finais de canais- transições verticais e horizontais graduais- canais com declividade variável
Declividade variável
Dadas estas interferências no escoamento, ao engenheiro interessa saber como se comportará a linha d’água
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Declividade variável
trecho final de canal
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Quando há um EGV em regime subcrítico, em trechos a montante de um controle artificial curva de remanso
Em uma determinada seção:y profundidade da águayN profundidade normaly – yN remanso
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A definição da linha d’água a partir de considerações sobre energia
Idealizações
São necessárias algumas idealizações:•Canal de pequena declividade;•Distribuição hidrostática de pressão (linhas de corrente aproximadamente paralelas);• a perda de carga é avaliada por uma equação de resistência do escoamento uniforme
SnARQ
2/3
2
2/3ARQnS
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• n independe de y e é constante ao longo do canal• A distribuição de velocidade é fixa é constanteA natureza do EGV é a mesma do escoamento uniforme, ou seja,Força motriz gravidade;Força resistente associada ao atrito ao longo do canalEntretanto, Sf (gradiente energético total) varia de seção para seção e, geralmente, é diferente de S0
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Equação diferencial Equação diferencial do EGVdo EGV
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Das idealizações e da equação da energiaH = y + V2/2g + z ou H = E + z, onde E é a energia específicaTomando a derivada de H em relação a x (exprime a variação espacial)
dxdz
2gV
dxd
dxdy
dxdH 2
O termo d(V2/2g)/dx pode ser decomposto:V = Q/A,A = f(y) e y = g(x) A = f(g(x))
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Isto resulta em:
onde T largura da superfície livredxdy
AB
gAQ-2g
Vdxd
2
22
BdyA
dA=Bdyyh = A/B
Assim
dxdyFdx
dyygA
Q-2gV
dxd 2
rh
2
22
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Voltando à equação original
-Sf
- Fr2dy/dx
-S0dxdz
2gV
dxd
dxdy
dxdH 2
02rf SF1dx
dyS
Equação diferencial do escoamento gradualmente variado (EDEGV)
)F1(SS
dxdy
2r
f0
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Substituindo o termo de Sf pela equação de Manning e o termo de Fr pela sua equação
SnARQ
32
2
32ARnQS
3
22r gA
BQF
32
4/32
220
gABQ1
RAnQS
dxdy
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Análise das linhas Análise das linhas d’águad’água
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32
4/32
220
gABQ1
RAnQS
dxdy
Esta expressão é utilizada para estudos qualitativos da linha d’água
Vamos criar duas funções f1 e f2, tal que
21
0 f1f1Sdx
dy
0
4/32
221 SRA
nQf
3
22 gA
BQf
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f1 e f2 são funções de y decrescentes análise da linha d’água análise do numerador e do denominador da equação diferencial
21
0 f1f1Sdx
dy
04/32
221 SRA
nQf 3
22 gA
BQf
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Análise do numerador S0, Q e n = cte
Escoamento uniforme
04/32
221 SRA
nQf
21
0 f1f1Sdx
dy
0
0dxdy
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Regime crítico
21
0 f1f1Sdx
dy
0
3
22 gA
BQf
Regime supercrítico
Regi
me
subc
rítico
Análise do denominador idem
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Análise da declividade S0 variável
Para cada S0, há uma yN
Se S0 for igual a Sc yN = yc
yN - declividade fraca ou moderada-forte ou severa-crítica
A análise de S0 3 tipos de canais:
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fraca
nula
forte
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21
0 f1f1Sdx
dy
Análise da linha d’água, utilizamos o que foi dito antes da seguinte forma:
f1 > 1 e f2 > 1 dy/dx>0 y crescef1 < 1 e f2 < 1 dy/dx>0 idemf1 > 1 e f2 < 1 dy/dx<0
y decrescef1 < 1 e f2 > 1 dy/dx<0
y decresce
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Classificação dos Classificação dos perfis do EGVperfis do EGV
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Os perfis de linha d’água dependem:1)da relação entre a declividade de fundo e a declividade crítica2) da relação entre y, yN e yc
Os perfis de linha d’água
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Perfis M (Mild Slope)Perfis M (Mild Slope)Declividade fracaDeclividade fraca
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21
0 f1f1Sdx
dy
região 1região 2
região 3
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Na região 1y yN dy/dx 0y ∞ dy/dx S0
21
0 f1f1Sdx
dy
Na região 2y yN dy/dx 0y yc dy/dx ∞
Na região 3y 0 dy/dx limite finitoy yc dy/dx ∞
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Na região 2: Perto de yc, as Linhas de Corrente (LC) não são mais retas e paralelas, contrariando as idealizações linha tracejada
21
0 f1f1Sdx
dy
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Na região 3: poderá haver ressalto com mudança brusca da curva M3 para o escoamento uniforme ou para a curva M1
21
0 f1f1Sdx
dy
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Ocorrências dos perfis MM1 montante de uma barragem
M2 montante de uma queda brusca
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Ocorrências dos perfis MM3 mudanças de inclinação, saídas de
comporta com abertura inferior a yc
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Perfis S (Steep Slope)Perfis S (Steep Slope)Declividade severa ou Declividade severa ou
forteforte
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21
0 f1f1Sdx
dy
região 1região 2
região 3
![Page 130: Regimes de escoamento. Muitos fenômenos em canais podem ser analisados com o princípio da energia H = z + y + U 2 /(2g) Carga Altimétrica Carga Piezométrica](https://reader037.vdocuments.site/reader037/viewer/2022103009/570638551a28abb8238fb269/html5/thumbnails/130.jpg)
Na região 1y yc dy/dx ∞y ∞ dy/dx S0
21
0 f1f1Sdx
dy
Na região 2y yc dy/dx ∞y yN dy/dx 0
Na região 3y yN dy/dx 0y 0 dy/dx limite finito
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Ocorrências dos perfis SS1 montante de uma barragem,
estreitamentos, mudanças de S0
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Ocorrências dos perfis SS2 canal de forte S0, alimentado por reservatório, mudança de S0
S3 jusante de barragens e comportas
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Perfis C (Critical Slope)Perfis C (Critical Slope)Declividade críticaDeclividade crítica
Perfis H (Horizontal)Perfis H (Horizontal)Perfis A (Adverso)Perfis A (Adverso)
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Perfis C: caso limite dos perfis S – S0 diminuiPerfis A e H: casos limites dos perfis M quando S0 tende para 0 ou para um valor negativo, respectivamente
SCM
HA
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21
0 f1f1Sdx
dy
região 3
região 1
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As curvas de remanso são o caso limite das curvas M, quando S0 0H2 e H3 ocorrem em situações análogas à curvas M2 e M3
21
0 f1f1Sdx
dy
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Neste caso, A2 e A3 são similares a H2 e H3
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Regras geraisRegras gerais
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1. Em um canal uniforme, um observador se deslocando no sentido da corrente vê a altura d’água diminuir, desde que a linha d’água esteja entre yc e yN.
Se a linha d’água estiver fora da área entre yc
e yN observador vê a altura d’água crescer
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yc
yN
interior exterior
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2.Quando a linha d’água se aproxima de yN, ela o faz assintoticamente
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3.Quando a linha d’água se aproxima de yc, ela tende a cruzar esta profundidade em um grande mas finito ângulo
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4. aplicação do conceito de seção de controle: regime subcrítico controle a jusante (M1 em barragem, M2 em queda brusca) regime supercrítico controle a montante (M3 em comporta de fundo)
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5. curvas próximas
SCM
HA
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Esboçar a linha d’água
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Esboçar a linha d’água
resposta
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yN
ycEsboçar a linha d’água
S0 = 0 S0 > Sc S0 <
Sc
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Esboçar a linha d’água
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resposta
Esboçar a linha d’água
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Esboçar a linha d’água
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Esboçar a linha d’água
resposta