Escoamentos Livres - Estruras Hidráulicas de Condução

Prévia do material em texto

Escoamentos Livres 
6- Estruturas Hidráulicas de Condução 3 
- Bueiros - 
 
Bueiros 
 
• Bueiros são estruturas hidráulicas, normalmente construídas 
em fundo de vales, que objetivam a passagem de águas dos 
talvegues por sob obras de terraplanagem. 
 
• Os bueiros, normalmente, não possuem características de 
reservação de água, desta forma o seu dimensionamento é 
feito pela vazão máxima do hidrograma de projeto. 
 
Bueiros 
 
• Os bueiros podem ser classificados quanto ao número de 
linhas como simples (S), Duplo (D) ou Triplo (T); quanto à 
forma da seção como Tubular (T) ou Celular (C) e quanto ao 
material de construção como de Concreto (C) ou Metálicos 
(M). 
 
• Por exemplo, tem-se: BDTM1,00 é bueiro Duplo Tubular 
Metálico, com diâmetro 1,00 m, ou BTCC 3,00x2,00 é bueiro 
Triplo Celular de Concreto, com dimensões 3,00 m de base 
por 2,00 m de altura. 
 
Bueiros - Imagens 
Bueiros funcionando como canal 
 
• O funcionamento do bueiro será como canal quando as 
extremidades de montante e de jusante não se encontram 
submersas. Logo, existe uma superfície livre ao longo de todo 
o conduto e a vazão afluente é inferior a vazão admissível à 
estrutura hidráulica. 
 
• Essa condição é verificada para profundidade de montante 
até 20% superior à dimensão vertical do bueiro. 
 
Bueiros funcionando como canal 
 
 
Bueiros funcionando como canal 
• Nessa condição, o dimensionamento é dependente do regime 
do escoamento. Desta forma, para se determinara o regime 
de escoamento dentro do bueiro deve-se calcular a 
declividade crítica utilizando-se as equações seguintes: 
 
 
onde: Ic é a declividade crítica (m/m); n é o coeficiente de Manning; D é o 
diâmetro do bueiro (m); H é altura do bueiro (m); e, B e a largura do 
bueiro (m). 
Bueiros funcionando como canal 
• Desta forma, compara-se a declividade do fundo do bueiro (I) 
com a declividade crítica calculada e toma-se uma das três 
decisões: 
 
– I < Ic  escoamento subcrítico; 
– I > Ic  escoamento supercrítico; 
– I = Ic  escoamento crítico. 
 
Bueiros funcionando como canal 
• Para a condição de escoamento subcrítico, a vazão admissível 
(Qadm) e a velocidade média do escoamento (U) podem ser 
determinadas através das seguintes equações: 
 
Bueiros funcionando como canal 
Em todos esses casos, o dimensionamento é para uma profundidade da 
lâmina (Y/D) d’água igual a 80% da dimensão vertical do bueiro. 
Bueiros funcionando como orifício 
• Quando a vazão afluente supera a vazão admissível no bueiro 
funcionamento como canal. O NA a montante aumenta até 
ser atingido um nível de carga hidráulica tal que o bueiro 
possa transportar aquela vazão. Nessas vazões dizemos que o 
bueiro trabalha “em carga”, funcionando como um orifício. 
 
Bueiros funcionando como orifício 
• Para a condição de funcionamento do bueiro como orifício, 
a vazão admissível (Qadm) e a velocidade média do 
escoamento (U) podem ser determinadas através da 
expressão da “Teoria dos Orifícios” : 
 
• 𝑄 = 𝐶𝑑 𝐴 2𝑔ℎ; onde 
 Cd : Coeficiente de descarga, variando entre 0,77 e 
 0,55, geralmente adotado 0,63; 
 A : Área da seção transversal do bueiro (m); 
 h : altura de carga hidráulica a partir do eixo do bueiro (m) ao NA; 
Bueiros funcionando como orifício 
• Considerando uma margem de segurança de 20%, podem ser 
obtidas as seguintes expressões para bueiros tubulares e 
celulares: 
 
 
 
 
 
• Senso D é o diâmetro dos bueiros tubulares (m), B é a base 
(m), H a altura dos bueiros celulares (m), h altura de carga 
(m), Q é a vazão (m³/s), U a velocidade (m/s). 
Bueiros funcionando como 
condutos forçados 
• Quando os níveis de água de montante e de jusante superam 
a altura do bueiro (H ou D), diz-se que o bueiro trabalha 
afogado, funcionamento como conduto forçado. 
 
Nessa condição a seguinte equação é satisfeita: 
onde: Hm é a carga a montante do bueiro (m); Hj é a carga a jusante do bueiro 
(m); I é a declividade do fundo do bueiro (m/m); L é o comprimento do bueiro 
(m); e, h é a perda de carga quando do escoamento ao longo do bueiro (m). 
Bueiros funcionando como 
condutos forçados 
 
• A perda de carga do escoamento ao longo do bueiro pode ser 
calculada através da seguinte equação: 
 
onde Ce e Cs são os coeficientes de perda de carga na entrada e na saída do 
bueiro, respectivamente, normalmente tabelados conforme apresentado a 
seguir: 
Bueiros funcionando como 
condutos forçados 
Coeficientes de perda de carga na entrada para bueiros tubulares 
Tipo de estrutura de entrada Concreto Metálico 
“bolsa” saliente, com ou sem muro e alas 0,2 - 
“ponta” saliente, com ou sem muro e ala 0,5 - 
Saliente, sem muro e alas - 0,9 
Saliente, com muro e alas - 0,5 
Muro de testa, final do tubo arredondado 0,2 - 
Muro de testa, sem alas - 0,2 a 0,5 
Tubo bisetado 0,7 0,7 
Seção terminal conformada com o aterro 0,5 0,5 
Bueiros funcionando como 
condutos forçados 
 
 Coeficientes de perda de carga na entrada para bueiros celulares 
Tipo de estrutura de entrada Faixa Usual 
Entrada angular 0,2 a 0,7 0,5 
Entrada hidraulicamente adequada 0,2 a 0,7 0,2 
Bueiros funcionando como 
condutos forçados 
 
• Para o coeficiente de perda de carga na saída de bueiros, os 
valores variam entre 0,3 a 1,0, porém, é usualmente utilizado 
o valor igual a 1,0. 
 
• Para todos os casos apresentados existe a possibilidade de se 
utilizar linhas de bueiro duplas ou triplas. Desta forma, deve-
se reduzir a capacidade de vazão no bueiro em 5% para cada 
linha adicional em função das condições de entrada. 
 
Exercícios: 
Bibliografia 
 
• Baptista, Márcio; Lara, Márcia. Fundamentos de Engenharia 
Hidráulica. 3ª edição. Belo Horizonte: editora UFMG, 2010. 
480 p. 
 
 
prof. Paulo Mário 22