Equipamentos de Medição de Hidráulica Experimental

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INSTITUTO FEDERAL DE MINAS GERAIS 
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
 
 
ISABELLA RIBEIRO, LUANA MELO, MARCOS CAMPOS, RAIZA 
BRITO, VICTOR 
 
 
 
 
EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE HIDRÁULICA EXPERIMENTAL 
Amostradores de sedimentos e depósitos sólidos 
 
 
 
 
 
SETEMBRO 
 
2019 
ISABELLA RIBEIRO, LUANA MELO, MARCOS CAMPOS, RAIZA 
BRITO, VICTOR ABREU 
 
 
 
 
EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE HIDRÁULICA EXPERIMENTAL 
Amostradores de sedimentos e depósitos sólidos 
 
 
Trabalho apresentado à disciplina de 
Modelagem Física e Numérica em Hidráulica 
sobre Equipamentos de Medição de Hidráulica 
Experimental. 
 
 
Professor:​ ​Daniel Augusto de Miranda. 
 
 
SETEMBRO 
2019 
SUMÁRIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
A medida da carga de sedimentos tem se tornado atualmente cada vez mais 
necessária. No Brasil, esses dados e informações são principalmente utilizados em estudos e 
proteção de reservatórios, sendo também necessários para questões de assoreamento 
de calhas de rios, contaminantes com os sedimentos, dragagens, erosão ao redor de pilares 
de pontes, condições sedimentológicas de bacias hidrográficas, problemas em obras 
hidráulicas, questões ambientais etc. (CARVALHO, 2008). 
Este trabalho visa expor os equipamentos utilizados para coleta de amostras de 
sedimentos transportados pelos cursos d’água e medição da espessura de depósitos sólidos, 
através da conceituação e importância destes para o estudo das redes hidrológicas e posterior 
caracterização dos amostradores, principalmente daqueles que são utilizados no país. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. DESENVOLVIMENTO 
 
2.1 SEDIMENTOMETRIA 
A sedimentometria consiste na medição da quantidade do sedimento transportado 
pelos cursos d’água e sua execução acontece no posto fluviométrico, sendo necessário o 
conhecimento das medidas de nível d’água, velocidade da corrente, descarga líquida e outros. 
A medição acontece através de equipamentos e procedimentos dos métodos diretos e 
indiretos, sendo que a medida da carga sólida obtida refere-se apenas aos materiais 
transportados de classificação granulométrica argila, silte e areia. 
A medição da descarga sólida envolve a medida da descarga líquida, da amostragem 
do sedimento em suspensão e de material do leito, da temperatura da água e da declividade do 
gradiente energético da linha d’água. No Brasil, o estudo dos sedimentos é realizado por 
amostragem de sedimento, análise no laboratório e cálculos de obtenção da descarga sólida, 
um dos métodos indiretos, devido a relativa facilidade de uso dos equipamentos 
norte-americanos, que são utilizados em muitos outros países e alguns com fabricação no 
Brasil. 
O estudo da sedimentologia fluvial tem fundamental importância visto que o 
transporte de sedimentos afeta a qualidade e a disponibilização de água, principalmente para 
consumo humano e em outras finalidades, como em processos industriais que não toleram 
sedimentos em suspensão na água. A sedimentologia também permite minimizar os efeitos 
negativos do grande volume de sedimentos levado ao meio natural devido as operações de 
minas; como a instabilidade nos canais naturais que geram dificuldades, em alguns casos, 
para a navegação, assim como atuar quando a erosão beneficia a reestruturação da morfologia 
do canal e o aumento a sua capacidade de fluxo. 
2.1.2 AMOSTRADORES 
Os equipamentos utilizados na medição de sedimentos auxiliam na determinação da 
concentração e turbidez, nesse caso diretamente no curso d'água, peso seco e de parâmetros e 
cálculos das descargas em suspensão, do leito (ou arrasto), de material do leito e totais, que 
serão exemplificados no itens a seguir: 
2.1.2.1 AMOSTRADOR DE SEDIMENTO EM SUSPENSÃO 
 
Os equipamentos para amostragem de sedimento em suspensão são fabricados em 
alumínio, bronze ou aço. Quando utilizados juntamente com os materiais auxiliares da 
hidrometria, são de fácil operação e permitem que sejam realizadas coletas em toda a largura 
do rio. Sua forma hidrodinâmica possibilita a amostragem por integração na vertical. Porém, 
devido ao seu tamanho físico, os amostradores existentes coletam amostras até um certo 
limite do leito, que posteriormente é transferida para sacos plásticos. 
Os amostradores possuem em seu interior uma garrafa de vidro. Aqueles que são 
constituídos pela garrafa de 0,5L só podem coletar até a profundidade aproximada de 4,5m, e 
os de garrafa de 1,0L até 7,0 m, porém, deve ser verificado para cada caso os procedimentos 
de amostragem adequados. O amostrador de saca pode coletar em qualquer profundidade 
utilizando uma saca de 4,0L ou maior. O amostrador com garrafa precisa de um suspiro para 
expulsão do ar, enquanto que o amostrador de saca faz a coleta com a saca comprimida, 
isenta de ar. É fabricado no país, mas deve ser melhorado para se tornar mais operacional a 
partir de uma canoa pela redução da distância não amostrada. No país são fabricados os 
amostradores DH-48, DH-59 e D-49, o que representa pouco em relação às diversas 
condições encontradas nos rios brasileiros (Aneel,2000). Estes amostradores possuem as 
seguintes características: 
➢ DH-48: fabricado em alumínio fundido com corpo de forma hidrodinâmica, é leve, sendo 
usado somente em condições de baixa velocidade. Possui haste para operação a vau ou de 
canoa, que permite a coleta por integração na vertical em dois sentidos em até 2,7m de 
profundidade, garrafa de 0,5L e bico de 1/4”, que pode ser trocado para diâmetros menores 
que 3/16” e 1/8”, com a finalidade de se adaptar a um dispositivo para uso em suspensão para 
amostragens em profundidades de até 4,5m. Pode também ser fabricado para utilizar uma 
garrafa de 1,0L permitindo amostragens até 6,0 a 7,0m, de acordo com a velocidade da 
corrente e o bico a ser utilizado. É fabricado empresa americana Rickly e nacionalmente pela 
empresa JCTM. 
 
 
Figura 1 – Amostrador DH 48 
 
 
Fonte: http://jctm-hidromet.com.br/novosite/wp-content/pdf/DH_48_amostrador_sedimentos_suspensao.pdf. 
 
➢ ​DH-49: utilizado em fluxos de velocidade maior, pesa cerca de 30kg, utiliza os três bicos 
padrões e sua a garrafa de 0,5L colhe amostras até 4,5m de profundidade. Se adaptado para 
garrafa de 1,0L, pode amostrar em profundidades até 6,0 a 7,0m. É fabricado nacionalmente 
pela empresa JCTM e Hidrometria. 
Figura 2 – Amostrador DH 49 
 
Fonte: http://jctm-hidromet.com.br/novosite/wp-content/pdf/DH_48_amostrador_sedimentos_suspensao.pdf; 
http://www.hidrometria.com.br/agua/index.php?option=com_content&view=article&id=106&Itemid=101. 
 
➢ ​DH-59: fabricado em bronze, possui especificações técnicas semelhante ao DH-48, porém 
permite a coleta por integração na vertical em dois sentidos em até 4,5 m de profundidade. É 
fabricado empresaamericana Rickly e nacionalmente pela empresa JCTM. 
Figura 3 – Amostrador DH 59 
 
Fonte: http://jctm-hidromet.com.br/novosite/wp-content/pdf/DH_48_amostrador_sedimentos_suspensao.pdf. 
 
➢ AMS-8: equipamento de saca compressível que utiliza um cilindro de alumínio com bocal 
para adaptação adequada da saca plástica. Possui bicos cambiáveis e um lastro acoplado ao 
corpo do amostrador devido ao seu tamanho e peso, além de leme para direcionamento do 
amostrador com a corrente. Devido a, isso a zona não amostrada, ou distância do bico até a 
posição inferior que é o fundo do lastro, fica superior a 50cm e deve ser medida e anotada na 
folha de medição. A operação desse amostrador com canoa comum é trabalhosa, devendo ser 
adotado dispositivo adequado. É fabricado nacionalmente pela empresa JCTM e Hidrometria. 
Figura 4 – Amostrador AMS - 8 
 
Fonte: http://jctm-hidromet.com.br/novosite/wp-content/pdf/DH_48_amostrador_sedimentos_suspensao.pdf 
 
O ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) é um equipamento conhecido por sua 
utilização na medição da vazão instantânea dos rios, contudo, este também possibilita o 
conhecimento da descarga de sedimento em suspensão de modo completo, registrando os 
valores de concentração ao longo da seção e da vertical através o efeito Doppler de retorno de 
incidência nas partículas. Porém, necessita de uma boa série histórica de dados para 
calibração do aparelho, que acontece através de softwares, e as implicações técnicas são 
grandes devido a dispersões do ultra-som oferecido devido as partículas irregulares mais 
grossas não serem completamente detectadas pelos sensores. Tem como um dos fabricantes a 
empresa americana Teledyne Isco e nacionalmente pela Clean Environment Brasil. 
 ​Figura 5 – ADCP 
 
Fonte: https://seatronics-group.com/equipment-rental/metocean/adcp/teledyne-rdi-workhorse-sentinel-adcp/ 
Figura 6 - Fluxo de superfície em perfil ADCP do rio Jacuí em Charqueadas, Rio Grande do 
Sul, Brasil 
 
Fonte: ​HARTMANN, Carlos; BULLA, Luiz Angelo Sobreiro; FELLINI, Bruno Daldon. Uso do ADCP na 
avaliação do fluxo e no transporte de sedimentos no baixo rio Jacuí, Charqueadas, RS/Brasil. 2010. ​Pg.43 
 
2.1.2.2 AMOSTRADOR DE SEDIMENTO DO LEITO 
Para obtenção da descarga sólida de arrasto, deve-se utilizar o tipo de equipamento de 
acordo com o método de medida. (CARVALHO, 1994). 
Para a medição indireta da descarga do leito usa-se a coleta de material do leito e 
análise em laboratório com obtenção do peso e granulometria. O cálculo da descarga 
sólida é feito por fórmulas. 
Existem diversos métodos de medida e equipamentos utilizados, a seguir são descritos 
dois dos principais amostradores de medição indireta de material do leito, o US-BM-54 e o 
US-BMH-60: 
➢ US-BM-54: é um tipo de amostrador de penetração vertical de escavação, com o peso em 
torno de 50kg, sendo usado para coletar amostras de sedimentos do leito de rios, lagos, 
riachos ou reservatórios em qualquer profundidade. Esse amostrador consiste em uma 
caçamba montada no seu interior, e pode ser armado por tensão de uma mola que desarma 
quando toca o leito. Essa caçamba coleta uma amostra de 5 cm do leito e não há perdas de 
sedimentos quando ela é levantada para a superfície( BARBEDO, 2003). O esquema desse 
tipo de amostrador se encontra na figura 7​. 
Figura 7 - Amostrador US-BM-54 de material do leito.(FORNECEDOR:HIDROMEC/RJ)
 
Fonte: SUBCOMMITTEE ON SEDIMENTATION (1963) ​apud ​CARVALHO (1994) 
 
➢ US-BMH-60: o amostrador US-BMH-60 é similar ao BM-54, mas de menor peso, para 
permitir operação mais fácil. É fabricado em três tamanhos, pesando 13, 15 e 18 kg, 
aproximadamente. Tem comprimento de 54 cm. Também não há perdas de finos nesse tipo de 
coletor, permitindo uma amostra adequada. Pode ser usado em rios com profundidade até 3m 
e velocidade de 1m/s, operando com guincho​. 
Figura 8 - Amostrador US-BMH-60 de material do leito. 
 
Fonte: SUBCOMMITTEE ON SEDIMENTATION (1963) ​apud ​CARVALHO (1994) 
O BMH-60 é destinado a obtenção de amostra de sedimento de fundo em rios com menor 
velocidade, é do tipo penetração vertical de escavação. De forma hidrodinâmica e adequado 
para amostra do leito do rio ou de reservatório de qualquer profundidade. Consiste em uma 
caçamba montada no interior do aparelho, ficando armada sob tensão, de tal forma que após a 
coleta da amostra não há perda de sedimentos quando ela é levada a superfície 
(FORNECEDOR: HIDROMEC/RJ). 
2.1.2.3 DRAGAS 
A dragagem, também conhecida como desassoreamento, é a retirada de material 
sedimentado para melhorar o escoamento dos rios, córregos e canais, a fim de deixar os 
cursos d’água mais limpos e com maior capacidade de vazão nas épocas chuvosas, evitando 
enchentes. 
 
O processo de dragagem pode ser realizado com a utilização de três categorias de 
equipamentos: 
● mecânicos; 
● hidráulicos; 
● pneumáticos. 
Os equipamentos hidráulicos utilizam bombas de dragagem para remover o material 
escavado (água e sedimentos) e bombear este material, por meio de tubulações para 
distâncias compatíveis com a potência das bombas. A seguir, são apresentados alguns dos 
modelos mais comuns: 
➢ Dragas de sucção autotransportadora de arrasto - AT: em inglês, ​trailing suction 
hopper dredge, ​é constituída por um navio dotado de cisternas (​hoppers​) que recebem 
os sedimentos e a água aspirados do fundo por bombas hidráulicas conectadas aos 
tubos de sucção, que podem ter as bocas de sucção (​dredge head​) adaptadas em 
diversos formatos e tamanhos, que serão utilizadas conforme o material a ser 
aspirado. 
Figura 9 - Dragas AT, DUBAI (2006) 
 
Fonte: Fornecedor - IHC Holland 
As cisternas podem ser descarregadas por meio de portas de fundo automáticas ou bombeadas 
para outro local. 
 
➢ Dragas de sucção com desagregador: quando acoplado a um desagregador, pode ser indicada 
para sucção de material com diâmetros maiores. Possui capacidade de transporte a grande 
distância, com proporção de peso sólido/líquido de 0,25. 
Figura 10 - Dragas de sucção com desagregador 
 
Fonte: Fornecedor - IHC Holland 
Existem diversos tipos de cabeça de desagregador que são indicadas de acordo com o solo a 
ser aspirado. A figura 11 mostra diferentes cabeças de cortes para diferentes usos. 
Figura 11 - Cabeças de corte do desagregador 
Fonte: Fornecedor - IHC Holland 
2.1.2.4 EQUIPAMENTOS DE LABORATÓRIO 
Em laboratório utiliza equipamentos tanto comuns de laboratórios de química e equipamentos 
específicos de medição de sedimentos. 
 
Os equipamentos tradicionais de laboratório para determinação da concentração usam métodos 
de filtração e de evaporação. Para determinação da granulometria de areias é utilizado o 
peneiramento e o tubo de acumulação visual; para os finos usa-se pipetagem ou o tubo de 
retirada pelo fundo. ​(Aneel,2000) 
Existem equipamentos para laboratório, e que já são de uso corrente no país, como o 
turbidímetro para análise de concentração e o equipamento ultra-sônico para análise 
granulométrica.​(Aneel,2000) 
Equipamentos delaboratório com uso de técnica de raio laser permitem análises de 
granulometria e de concentração em pequenas amostras contendo pouco sedimento. São 
operados por computador. ​(Aneel,2000) 
Sonda do tipo baumer ultrasonic sensor UNDK: o funcionamento dela se baseia em uso de 
emissão ondas sonoras ao atingir qualquer obstáculo o eco retorna ao aparelho para 
processamento dos dados e assim obter a distância, também podendo funcionar sem estar 
submerso. 
 
 
http://www.radarindustrial.com.br/produto/176850/sensor-ultrassonico-undk-30.aspx 
 
https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1103203962-sensor-ultrassnico-baumer-undk-20i69-
405510-_JM?quantity=1 
 
tabela aneel
 
 
tabela aneel 
tabela aneel 
“O fotoelétrico e o nuclear operam com emissão de luz ou emissão de raios a partir de fonte 
de intensidade constante. O ultra-sônico ótico e o de dispersão trabalham com fontes que 
emitem raios ultra-sônicos que são captados por equipamentos apropriados, enquanto que o 
ultra-sônico Doppler utiliza o efeito Doppler de retorno de incidência nas partículas para 
registrar a concentração, que é medida em decibéis; trata-se do ADCP. “​(Aneel,2000) 
 
“Os instantâneos pontuais são do tipo de cilindro com dispositivo que aprisiona a amostra 
com envio de mensageiro/peso que aciona as válvulas. “​(Aneel,2000) 
“Os pontuais por integração coletam a amostra em alguns segundos em um ponto de uma 
vertical. Os integradores na vertical, ou em profundidade, coletam a amostra movendo o 
equipamento ao longo da vertical em um movimento constante que pode ser em um só 
sentido ou numa viagem de ida e volta da superfície ao fundo.” ​(Aneel,2000) 
imagem da aneel 
imagem da aneel 
 
 
 
(aneel) 
2.2 DEPÓSITOS SÓLIDOS 
O autor Medeiros cita que “O processo de sedimentação acontece quando as forças exercidas 
pelo ação do escoamento das águas já não conseguem manter o transporte do sedimento em 
suspensão ou rolando pelo leito, então estas partículas depositam-se no leito, nas margens ou em 
outros locais específicos. Pode ser entendida como a etapa final da movimentação do sedimento, 
que se iniciou com o processo erosivo.” 
Em suspensão no meio líquido encontram-se em maior quantidade partículas finas, como 
argilas e siltes, e pequena quantidade de material grosso, como areias. Em regime de grandes 
velocidades e turbulência a quantidade de areia em suspensão pode aumentar. O movimento de 
partículas em suspensão é considerado igual à velocidade da corrente. Na carga sólida do leito 
encontra-se o material grosso, como areias e pedregulhos. Em regime de baixas velocidades as 
partículas mais grossas, como pedregulho, deixam de se mover, aumentando a quantidade de 
material de areias em movimento. Sedimento grosso do leito incorporado à carga fina em 
suspensão é considerado carga de material do leito. ​(Aneel,2000) 
2.2.1 AMOSTRADORES 
O aparelho ADCP ele utiliza o efeito Doppler para pode medir distância e também a vazão do 
objeto a ser analisado. Também podendo identificar resíduos em suspensão na água, como 
turbidez na água. 
Os métodos ou técnicas de amostragem são: pontual instantâneo, pontual por integração e 
integração na vertical ou em profundidade.​(Aneel,2000) 
 As amostragens pontuais são utilizadas somente em trabalhos específicos ou científicos, sendo a 
mais rotineira a integração na vertical, porque permite a obtenção da concentração e da 
granulometria média na vertical. Na amostragem por integração a amostra é coletada em um 
certo tempo, normalmente superior a 10s, o que permite a determinação da concentração média 
mais representativa do que a pontual.​(Aneel,2000) 
 
 A amostragem é feita em várias verticais para permitir a obtenção de valores médios em toda a 
seção, uma vez que a distribuição de sedimentos é variável em toda a largura do rio e em 
profundidade.​(Aneel,2000) 
Não devem ser realizadas amostragens em local de águas paradas, devendo considerar apenas a 
largura de água corrente. Evitem-se amostragens atrás de bancos de areia e pilares de pontes. 
(Aneel,2000) 
Durante o processo de amostragem é necessário medir a temperatura da água para obtenção da 
viscosidade cinemática, que é um valor utilizado em diversas fórmulas de transporte de 
sedimento. O termômetro deve ser mergulhado completamente na água até que a temperatura 
se regularize, fazendo-se a leitura quase na superfície, na horizontal, sem retirá-lo da água. 
(Aneel,2000) 
3. CONCLUSÃO 
Concluimos que estas medições são muito necessárias para o levantamento do real estado do 
objeto a ser trabalhado 
Aluno 5 
4. BIBLIOGRAFIA 
BARBEDO, Armando Garcia Arnal. Estudo hidrossedimentológico na bacia do alto 
Paraguai-Pantanal, 120p.Programa de pós graduação-Universidade Federal de Mato Grosso 
do Sul, 2003. 
CARVALHO, Newton de Oliveira. Hidrossedimentologia Prática. 2ª edição. Editora 
Interciência. Rio de Janeiro, 2008. 
 
CARVALHO, Newton de Oliveira. Hidrossedimentologia Prática. Rio de Janeiro: CPRM, 
1994. 
CARVALHO, Newton de Oliveira et al. Guia de práticas sedimentométricas. Brasilia: Aneel, 
2000. Pg. 6-7, 20, 31-36. 
MEDEIROS, Péricles Alves et al. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EM SUSPENSÃO NOS 
RIOS CATARINENSES. Florianopolis: UFSC, 2009