Dimensionamento para grama Bermuda (Cynodon dactylon)

5.6 Estabilidade dos Canais do Vertedor de Emergência de Vegetação

7.2.1 Dimensionamento para grama Bermuda (Cynodon dactylon)

a) Cada valor de vazão de projeto fornecido anteriormente no item 6.3, foi individualizado na Tabela 7.1.

Tabela 7.1 Vazão de Projeto

Vazão Q (m3/s) Q (pes3/s)

Q1 67,0 2366,0

Q2 80,0 2825,0

Q3 154,9 5470,0

Na etapa de definição das variáveis foram feitas diversas tentativas usando diferentes declividades para o fundo do canal.

Com base nos dados de estruturas existentes, que apresentaram bom desempenho, as variáveis a seguir foram estabelecidas.

b) Adotou-se um valor adequado para a declividade do fundo do canal (S) de 5%, fundamentado em valores de declividade de vertedores de emergência em operação.

c) Definiu-se a forma de seção do canal do vertedor como sendo trapezoidal, garantindo assim maior estabilidade nos taludes das margens do canal, como é apresentado na Figura 6.1. Ainda seguindo as diretrizes de projeto, admitiu-se o valor da declividade dos taludes do canal do vertedor (z) igual a 3. Na Tabela 7.2 são apresentadas as características da seção do canal em estudo.

Tabela 7.2 Características da seção do canal em estudo

Seção transversal Trapezoidal

Declividade de fundo do canal 5%

Inclinação dos taludes 3H:1V

d) Os parâmetros da cobertura vegetal do canal foram retirados do tipo de grama mais utilizado nos vertedores em operação, a grama bermuda; Com comprimento dos talos de aproximadamente 0,33 pés; O fator de cobertura (CF) igual a 0,90; A densidade dos talos (M) igual a 500

(talos/pés2) fornecida no item 5.6.3, considerando o estado da vegetação em boas condições. Calculando assim o índice da curva de retardamento (CI) = 4,87 pela equação (5.3).

e) Esses parâmetros da cobertura foram utilizados para a determinação da tensão admissível do vegetal (

τ

Va) = 3,65 (lb/pés2), fornecida pela equação (5.25). A Tabela 7.3 mostra os dados sobre a cobertura vegetal do canal em estudo.

Tabela 7.3 Dados Sobre a Cobertura Vegetal do Canal em Estudo

Tipo de cobertura Grama bermuda

Comprimento dos talos (h) 0,33 (pés)

Fator de cobertura (CF) 0,90

Densidade dos talos (M) 500 (talos/pés2)

Índice de retardamento (CI) 4,87

Tensão admissível do vegetal (

τ

)

3,65 (lb/pés

2₎

Determinadas as características da seção e o tipo de cobertura do canal do vertedor, definiram-se os parâmetros do solo necessários para o dimensionamento.

f) Para a determinação dos parâmetros do solo, houve a necessidade de adotarem-se valores teóricos, em virtude da impossibilidade da coleta de

a descrição geológica do relatório do IPT, o solo pode ser classificado como argiloso e, portanto tratado como coesivo.

g) Sendo o solo argiloso, e tendo como valor estimado do índice de plasticidade Iw = 18, a tensão admissível básica do solo (

τ

ab) = 0, 064

(lb/pés2), foi extraído da Figura 5.11. Admitindo-se a razão de vazios (e) = 1, fator de correção da razão de vazios (Ce), extraído da Figura 5.12

resultou no valor de 0,91. Outro recurso utilizado foi baseado no equacionamento para a determinação da tensão admissível básica do solo e do fator de correção da razão de vazios respectivamente,

fornecido pelo SCS e que para este trabalho é:

4 2 ₁₄_,₃ ₄₇_,₇₎ ₁₀ 07 , 1 ( ₊ ₊ − = I_w I_w x ab

τ

e C_e =1,48−0,57e. Chegando-se nos

valores de (

τ

ab) = 0, 065 (lb/pés2) e Ce = 0,91. Valores estes, muito

próximos aos obtidos graficamente.

h) A rugosidade do grão (nS), para este tipo de solo foi adotada igual a

0,0156 com base no item 5.3.2. Fazendo uso da equação (5.23) para a determinação da tensão admissível do solo foi obtido o valor de (

τ

a) = 0, 054 (lb/pés2). A Tabela 7.4 resume os dados relacionados às condições do solo onde seria implantado o vertedor de emergência de vegetação.

Tabela 7.4 Parâmetros característicos do solo no local do vertedor

Solo Argiloso

Índice de vazios (Iw) 18

Tensão admissível básica do solo (

τ

)

0,064 (lb/pés

2_{) (gráfico)}

Razão de vazios (e) 1

Fator de correção da razão de vazios (Ce) 0,91 (gráfico)

Tensão admissível básica do solo (

τ

)

0,065 (lb/pés

2_{) (cálculo)}

Fator de correção da razão de vazios (Ce) 0,91 (cálculo)

Rugosidade do grão (nS) 0,0156

Tensão admissível do solo (

τ

)

0,054(lb/pés

Posteriormente foram determinadas as variáveis relacionadas à geometria do canal do vertedor, da seguinte forma:

i) Iniciando com método baseado na vazão unitária (q) e fazendo a verificação das restrições do item 5.3.2, obtiveram-se os valores de (q) = 7,07 pés3/s/pés, e do coeficiente de “Manning” (n) = 0,0342 pela aplicação do grupo de equações (6.2).

j) Na seqüência, as características geométricas do canal foram estabelecidas para os valores de vazões pré-determinadas, fazendo uso das equações para canal de seção trapezoidal, em que W é largura do canal na metade da altura y, apresentadas no grupo de equações (7.1):

q Q W = 6 , 0 2 1 49 , 1         = S qn y B=W −Zy (7.1) A Tabela 7.5 apresenta um resumo dos valores calculados das respectivas variáveis geométricas para cada uma das três vazões de projeto.

Tabela 7.5 Valores das Características Geométricas Calculadas

Q1(pes3/s) Q2(pes3/s) Q3(pes3/s)

W (pés) 334 399 773

y (pés) 0,90 0,90 0,90

k) Devido a que a largura do canal (W) (medida na metade da profundidade do mesmo) é muito maior do que o valor da profundidade (y) adotou-se o valor de (W) como sendo o valor da largura da base do fundo do canal (B).

l) Considera-se que a profundidade exigida para que o vertedor opere adequadamente é determinado admitindo que o escoamento ocorra

estiverem em condições máximas. Assim sendo, um acréscimo no comprimento do talo da grama, h = 0,66 pés e considerando as condições da cobertura vegetal em excelente estado, M

5 _{, resulta,}

portanto M = 840 (talos/pés2) (item 5.6.3).

m) Um novo valor será obtido para o índice da curva de retardamento (CI) =

6,69 que é determinado pela equação (5.3).

n) O coeficiente de “Manning” também é recalculado com o novo valor de

(CI) e mantendo-se o valor de (q) = 7,07 pés3/s/pés, resultando em n =

0,046 pelo grupo de equações (6.2).

o) A profundidade do escoamento foi recalculada com base no novo valor de (n), aplicando o grupo de equações (7.1), apresentadas na Tabela 7.6

Tabela 7.6 Valores da Profundidade do Escoamento Recalculados

Q1(pes3/s) Q2(pes3/s) Q3(pes3/s)

W (pés) 334 399 773

Y (pés) 0,99 0,99 0,99

Uma estimativa da velocidade média foi realizada com o objetivo de verificação da velocidade média permissível no escoamento, dando inicio a um ciclo de cálculo, pelo método iterativo descrito a seguir:

p) Cálculo da velocidade estimada (V) = 7,14 ft/s pela equação

(6.9), estando dentro dos parâmetros aceitáveis

apresentados na Tabela 5.5.

q) Determinação das características geométricas, a área (A), o raio hidráulico (Rh) e a profundidade do escoamento (y) da seção trapezoidal

V Q A=

(7.2)

Um resumo dos valores das variáveis geométricas está apresentado na Tabela 7.7 a seguir:

Tabela 7.7 Valores das Características Geométricas Baseados em (V)

Q1 (pes3/s) Q2(pes3/s) Q3(pes3/s) A (pés2) 331 396 766

B (pés) 334 399 773

y (pés) 1 1 1

Rh (pés) 0,98 0,98 0,98

r) Com as variáveis da equação de Manning determinadas, consegue-se

chegar a um valor da velocidade média (Vm) = 7,15 (pés/s), fazendo uso

da equação(7.3). 2 1 3 2 49 , 1 S R n Vm = h (7.3)

Comparando-se a velocidade média estimada (V) e a velocidade média da equação de Manning (Vm), pode-se considerar uma convergência dos valores.

Portanto, as características geométricas do canal do vertedor foram estabelecidas. s) A verificação do Número de “Froude” (Fr) = 2,28 garante a condição de

escoamento supercrítico necessária ao canal de saída, fornecido pela equação (7.4):

y V Fr 81 , 9 = (7.4) É necessário que se mantenha o escoamento do canal de saída em regime supercrítico para atender as normas de segurança na operação do vertedor. Segurança que implica no escoamento seguro de qualquer tipo de material, tais como, galhos, troncos, que possam passar pelo canal de saída do vertedor. Nesta situação um escoamento subcrítico em que predominam velocidades mais baixas poderia proporcionar um acumulo de material no canal, obstruindo o mesmo.

t) A verificação da estabilidade do canal do vertedor é efetuada pelo cálculo da tensão efetiva de contorno do solo

( )τ

e = 0,036 (lb/pés

2₎

calculada pela equação (5.20). Em seguida, a tensão da vegetação (

τ

= 3,08 (lb/pés2) é determinada pela equação (5.26).

Para finalizar a verificação do projeto de estabilidade do canal do vertedor, a comparação entre as tensões admissíveis do solo e a da vegetação (τV > τa), e ainda

(τa > τe) demonstram que os parâmetros para o projeto de estabilidade do canal do

vertedor de emergência de vegetação foram atendidos. A Tabela 7.8 apresenta os valores das variáveis do canal do vertedor de emergência de vegetação e a Tabela 7.9 mostra o resumo dos valores dos parâmetros de projeto.

Tabela 7.8 Características Geométricas do Vertedor de Emergência de Vegetação

Q1(m3/s) Q2(m3/s) Q 3(m3/s)

A (m2) 31 37 71

B (m) 102 122 236

y (m) 0,31 0,31 0,31

Tabela 7.9 Parâmetros de Projeto do Vertedor de Emergência de Vegetação

Declividade do canal 0,05 (m/m) Cobertura vegetal Grama Bermuda Comprimento do talo 0,20 m Índice da curva de retardamento 6,69 Tensão admissível do solo 2,59 (N/m²) Tensão efetiva do solo 1,72 (N/m²) Tensão admissível do vegetal 175 (N/m²) Tensão do vegetal 148 (N/m²)

No documento Proteção contra o galgamento de barragens de material solto através do emprego do vertedor de emergência de vegetação (páginas 118-125)