DRENAGEM DE TALVEGUES

DRENAGEM DE TALVEGUES

Prof. Josué Souza de Gois

DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES

E OBRAS DE TERRA

M a t e r i a l e x t r a í d o e a d p t a d o d a A u l a d o P r o f . C a r l o s Yu k i o S u z u k i

Bueiro ovoide de concreto S = 4,00m² Rodovia Carvalho Pinto

Dreno de talvegue – S = 3,00m²

Interior da galeria BSCC – S = 3,00m x 3,00m Pode-se notar o recalque ocorrido na galeria devido a não remoção do solo sob a mesma

Os bueiros podem ser classificados como:

CONSIDERAÇÕES INICIAIS

QUANTO À FORMA QUANTO À NATUREZA

Tubulares Rígidos de concreto Celulares Flexíveis de concreto Ovoides Flexíveis metálicos

Os bueiros podem ser dimensionados como

vertedores, canais ou orifícios. O tipo de

dimensionamento varia em função da obra, poder ou não trabalhar com carga hidráulica a montante.

A carga hidráulica é função: • Período de retorno;

• Classe da rodovia e; • Custos de implantação.

A metodologia proposta para bueiros funcionando com carga hidráulica a montante é baseada nas equações da dinâmica do movimento uniforme para condutos sob pressão.

Pode-se também utilizar o método apresentado na

Circular nº 5 Hydraulic Design of Highway Culverts,

do Bureau of Public Roads – USA (2005).

Neste caso o bueiro pode ou não ter carga a montante.

Bueiro funcionando como orifício: baseado no

Teorema de Bernoulli e na Equação da Continuidade. Este método não considera as condições do corpo do

bueiro, como a rugosidade das paredes, o

comprimento e a declividade.

Na Circular nº 5 - Hydraulic Design of Highway Culverts, do Bureau of Public Roads – USA (2005) classificou o funcionamento de bueiros quanto ao fluxo,em dois tipos:

• Com controle de entrada e; • Com controle de saída

Funcionamento como canais:

• Regime crítico;

• Regime super e subcrítico (Equação da

Continuidade e de Manning).

Funcionamento como vertedores;

Funcionamento como orifícios (BPR – Circular nº 5)

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Bueiros dimensionamento orifício canais

Pode-se trabalhar com carga hidráulica a montante?

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Bueiro funciona como orifício quando:

Hw

≥1,2D ou Hw ≥1,2H – D = diâmetro e H =

altura do bueiro.

(Manual de Drenagem de Rodovias - DNIT - 2006)

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

A vazão depende de sua carga a montante, ou seja, da diferença de cotas dos níveis d’água na entrada e na saída do conduto, da forma e das dimensões da entrada.

DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

𝐶_𝑣 = 0,97 𝑎 0,98 – Redução da Viscosidade do Líquido 𝐶_𝑐 = 0,62 𝑎 0,64 – Contração do Orifício - Weissbach

DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

𝐻=𝐻_𝑣 + 𝐻_𝑒 + 𝐻_𝑓 𝐻_𝑣 = 𝑣2

2𝑔 - velocidade média da água no corpo do bueiro

Funcionamento como orifício

• Com controle de entrada

Energia consumida da água represada a montante

𝐻_𝑒 = 𝑘_𝑒 ∙ 𝑣2

2𝑔- perda de carga na entrada – função da geometria da boca

𝐻_𝑓 = 2∙𝑔∙𝑛2∙𝐼

𝑅ℎ1,33 ∙ 𝑣2

2𝑔 - atrito ao longo do bueiro

H = 1 + 𝑘_𝑒 + 2∙𝑔∙𝑛2∙𝐼

𝑅ℎ1,33 ∙ 𝑣2 2𝑔

DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

Velocidades máximas admissíveis para água

Profundidade da carga hidráulica a montante para bueiros em células de concreto, com controle de entrada

Profundidade da carga hidráulica a montante para

bueiros de tubo de

concreto, com controle de entrada

CÁLCULO DO NÍVEL DE MÁXIMA

ENCHENTE EM PONTES

DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

ETAPAS PARA DEFINIÇÃO DO NAmáx EM UMA PONTE 1. Estudo hidrológico – Vazão afluente (Qafluente)

2. Características da seção transversal do canal – batimetria; 3. Cálculo da curva-chave (cota x vazão);

4. A partir da Qafluente, define-se o NAmáx;

5. Como o NAmáx determina-se a cota de assentamento da ponte;

6. Deixar borda livre igual a 1,0m para T = 100anos (DERSA/DER – IP-DE-H00/002)

A verificação da linha

d’água de travessias a serem

projetadas para a vazão de projeto pode ser elaborada

por meio da Equação de Manning, associada à

Equação da Continuidade, quando as seções

transversais são prismáticas.

A partir de uma curva-chave para a seção, verifica-se

a cota correspondente à vazão afluente e a cota de

nível d’água máximo.

DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

O nível de máxima enchente pode ser determinado

também com a utilização de sofwares de modelação

hidrodinâmica como o Cliv (POLI,2003) ou o HEC-HAS

(USACE

– 2010). Este último é mais indicado para

AUMENTO DA

EFICIÊNCIA DE

BUEIROS COM A

MELHORIA NO

DISPOSITIVO DE

ENTRADA

DRENAGEM - TOT - 2017

Aumento da capacidade de vazão

de bueiros

Entrada com mais eficiência hidráulica

Reduz a perda de energia

Melhor utilização da carga disponível

Entrada afunilada Seção de face alargada Garganta hidraulicamente eficiente Depressão ou degrau a montante Aumentar a carga na seção de garganta

AUMENTO DA CAPACIDADE DOS BUEIROS

Tipo de Melhoria

% de Aumento

Afunilamento lateral 25 a 40 Afunilamento lateral + degrau Até 100

RESULTADOS OBTIDOS

Entre diferentes tipos de melhorias de entrada

ANÁLISE COMPARATIVA

ANÁLISE COMPARATIVA

ESTUDO DE CASO

Finalidade: demonstrar as vantagens da utilização da melhoria

no dispositivo de entrada

CASO 1: BTCC: 2,50 X 2,50 BDCC: 3,00 X 3,00

Mais econômico com afunilamento lateral (4:1), exceto para pequenos comprimentos.

ANÁLISE COMPARATIVA

ESTUDO DE CASO

Comparativo entre diferentes tipos de reforço hidráulico CASO 1: Plataforma de aterro com altura de 2,00m

CASO 2: Plataforma de aterro com altura de 5,00m

OBS: Quanto maior a plataforma de aterro sobre um bueiro,

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

• Critério simplificado de seleção de bueiros em nível de

concepção de projeto, por meio de gráficos e planilhas, em função da análise de vazões (entre 2m³/s e 90m³/s), plataformas de aterro (variando entre 5 e 20m);

• Aumento de vazão de 20%, no afunilamento lateral e de 100%,

no afunilamento com degrau;

• O melhor tipo de melhoria é a combinação do Afunilamento

com a implantação de degrau ;

• Entrada com afunilamento lateral ou afunilamento + degrau se

mostrou muito vantajosa para o reforço de bueiro com capacidade insuficiente.

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

• Afunilamento lateral (taper 4:1 a 6:1) pode alcançar até 25% de

acréscimo na vazão dentro do mesmo dispositivo;

• Melhor desempenho hidráulico: taper 4:1;

• Com taper de entrada 4:1, 5:1 ou 6:1, o degrau com altura de

2,00m funciona melhor quando comparado ao de altura 1,00m;

• Quanto maior a altura de aterro maior o custo de reforço

convencional.

• Para plataformas de aterro mais altas com maiores volumes de escavação e maiores custos de execução o tunnel liner é mais vantajoso que a execução convencional.