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LISTA 5 – Condutos Livres
- Em um canal de seção trapezoidal de declividade constante, com largura de fundo de 1,0 m, inclinação dos taludes 1H:1V, a altura d’água é igual a 0,8 m para transportar uma vazão de 1,22 m³/s. Classifique os regimes de escoamento através da determinação dos números de Reynolds e Froude. (Considere a viscosidade cinemática da água de 10-6^ m²/s).
[Rey = 3,74.10^5 ; Fr = 0,366; Escoamento turbulento e fluvial]
- Considere o escoamento em um canal retangular largo (B >> y) e de declividade constante, o que implicará na condição RH = y. Sabendo que a velocidade média na seção vale 0,5 m/s e a altura d’água no canal é de 1,5 m, determine os regimes de escoamento conforme os parâmetros adimensionais número de Reynolds e de Froude. (Considere a viscosidade cinemática da água de 10-6^ m²/s).
[Rey = 7,5.10^5 ; Fr = 0,13; Escoamento turbulento e fluvial]
- Dimensione um canal para irrigação, com leito pedregoso e vegetação nos taludes, em muito boas condições, para transportar uma vazão de 0,75 m³/s, com uma declividade de fundo de I = 0,0005 m/m, de modo que a velocidade média seja de 0, m/s. Considere a inclinação dos taludes 3H:1V.
[y = 0,65 m; b = 0,60 m]
- Qual será a declividade necessária para um canal trapezoidal com talude de 1H:1V, revestimento em concreto em más condições, largura de fundo de 2,0 m e altura d’água de 1,0 m, conduzir uma vazão de 2,4 m³/s. Calcule a energia específica em uma dada seção deste canal.
[I = 0,0004 m/m ; E = 1,033 m]
- Calcular a vazão transportada por um canal retangular revestido de nata de cimento (n = 0,012) tendo uma declividade de 0,3‰ e pelo canal trapezoidal de terra dragada (n=0,025), tendo declividade de 0,4‰. As dimensões de cada um dos canais estão representadas nas figuras abaixo.
[QR = 11,55 m³/s ; QT = 3,7 m³/s]
- Projetar um canal de seção retangular com declividade de fundo I = 0,01 m/m para aduzir uma vazão de 5,0 m³/s de água a uma velocidade média na seção de 2,0 m/s. As paredes e fundo do canal são de revestimento em concreto em boas condições.
[y = 0,15 m; b = 16,7 m]
- Um canal trapezoidal com largura de fundo igual a 2,0 m, inclinação de taludes 3H:1V, coeficiente de rugosidade n = 0,018 e declividade de fundo de I = 0,0003 m/m, escoa uma determinada vazão, de modo que, em comparação a um canal retangular, sua área molhada é 2,5 vezes maior. O canal retangular transporta uma vazão de 1, m³/s, com uma altura d’água de 0,55 m e número de Froude de 0,3. Determine a vazão transportada pelo canal trapezoidal.
[Q = 2,73 m³/s]
- Um projeto de irrigação precisa de 1.500 L/s de água, que deverá ser conduzida por um canal de concreto com n = 0,125. A declividade do canal deverá ser de 1‰ e sua seção trapezoidal com talude de 0,5H:1V. Qual deverá ser a altura útil do canal e a velocidade de escoamento, se sua base for de 60 cm.
[y = 1,01 m; v = 1,35 m/s]
- Dimensione um canal trapezoidal, com taludes 2H:1V, declividade de fundo de I = 0,001 m/m, com taludes e fundo em alvenaria de pedra argamassada, em boas condições, para transportar uma vazão de 8,0 m³/s com uma velocidade média de 1, m/s, sendo que a máxima altura d’água deve ser de 1,15 m e a máxima largura na superfície livre deve ser de 8,0 m.
[y = 1,11 m; b = 3,33 m; B = 7,78 m]
- Determine a capacidade de vazão de um canal para drenagem urbana, com 2,0 m de base e 1,0 m de altura d’água, declividade de fundo igual a I = 0,001 m/m e taludes 1,5H:1V. O fundo é de alvenaria de pedra argamassada em más condições e os taludes de alvenaria de pedra aparelhada em boas condições.
[Q = 3,85 m³/s]
- Determine a capacidade de vazão da canaleta representada abaixo, que apresenta coeficiente de Manning para o primeiro talude, fundo e segundo talude de n 1 = 0,012, n 2 = 0,010 e n 3 = 0,022, respectivamente, com declividade de fundo I = 0,008 m/m. Determine também a energia específica para uma determinada seção desta canaleta.
[Q = 0,135 m³/s; E = 0,23 m]
- Determine a capacidade de vazão do canal cuja seção é mostrada abaixo. Os taludes e o fundo da seção trapezoidal são de alvenaria de pedra aparelhada, em condições regulares, e as paredes e fundo da seção retangular são de concreto em boas condições. A declividade de fundo é igual a I = 0,001 m/m e a inclinação dos taludes 1,5H:1V.
[Q = 3,11 m³/s]
1
2 1 3
n 1 n 2
n 3
0,50 m
0, 15 m
- Determine a declividade do canal com a seção transversal indicada abaixo, sabendo que o mesmo apresenta as paredes laterais, taludes e fundos em alvenaria de pedra aparelhada, em condições regulares, escoa uma vazão de 25 m³/s e que deve apresentar uma borda livre (altura entre a borda do canal e o nível da água) de 1 metro.
[I = 0,00009 m/m]
- Determine a capacidade de vazão do canal cuja seção é mostrada abaixo, sabendo que a declividade de fundo é igual a I = 0,0005 m/m e o coeficiente de rugosidade n do perímetro ABCD vale 0,030 e do perímetro DEF vale 0,040.
[Q = 16,7 m³/s]
- Para a seção composta mostrada na figura abaixo, a inclinação dos taludes vale 1,5H:1V, o coeficiente de rugosidade dos dois leitos (principal e secundário) n = 0,022 e a declividade de fundo do canal I = 0,0002 m/m. Determine a altura d’água no leito secundário quando a vazão total escoada for de 90 m³/s.
[y = 1,56 m; b = 1,93 m]
- Dimensione um canal trapezoidal, com taludes 2H:1V, declividade de fundo de I = 0,001 m/m, revestimento dos taludes e fundo em alvenaria de pedra argamassada, em condições regulares, para transportar uma vazão de 6,5 m³/s. Calcule a velocidade média e verifique se a seção encontrada é de mínimo perímetro molhado, sendo que a seguinte condição deverá ser aplicada: b = 4y.
[y = 1,03 m; b = 4,12 m; v = 1,02 m/s; Não]
- Determine a capacidade de vazão de um canal trapezoidal, com taludes 1,5H:1V, de alvenaria de pedra argamassada, em condições regulares, e fundo de alvenaria de pedra aparelhada, também em condições regulares. A altura d’água em regime uniforme é 0,80 m e a largura de fundo de 1,60 m. Verifique se esta seção é de mínimo perímetro molhado e calcule o número de Froude do escoamento. A declividade de fundo é de I = 0,0007 m/m.
[Q = 1,72 m³/s ; Não ; Fr = 0,328]
- Considere que um canal retangular com largura de fundo igual a 5,0 m que conduz uma vazão de 20,5 m³/s e possui uma altura normal de 2,42 m. Determine:
a. O regime de escoamento e a energia específica do canal. b. A energia específica crítica. c. A altura alternada do canal para a mesma vazão de escoamento.
a) [Declividade Forte] b) [y = 1,30 m] c) [Ressalto Fraco]
- Considere um canal retangular com 1,20 m de largura de fundo. Quais são as duas profundidades nas quais é possível ter um escoamento de 3,5 m³/s de água com uma carga específica de 2,86 m? Faça um esboço da curva (y x E) para a vazão constante.
[(Ec; yc) = (1,43; 0,95) ; (E 0 ; y 01 )= (2,86; 0,42) ; (E 0 ; y 02 )= (2,86; 2,81)]
- Um longo canal retangular de 0,5 m de largura, n = 0,018 e I 0 = 0,0047 m/m, transporta uma vazão de 0,055 m³/s. Colocando-se no canal um vertedor retangular de parede espessa de 0,10 m de altura, a energia total imediatamente antes do vertedor será de 0,27 m e após o vertedor formou-se um ressalto. Determinar:
a. A altura normal e o regime de escoamento do canal. b. As alturas d’água formadas imediatamente antes e depois do vertedor. c. As alturas conjugadas do ressalto. d. O esboço do perfil d’água, identificando os fenômenos e suas alturas.
a) [y 0 = 0,14 m e Escoamento lento] b) c) e d) [Esc. Unif. (0,14 m) / Curva M 1 (0,14 a 0,26 m) / Vertedor (0,26 a 0,055 m) / Curva M 3 (0,055 a 0,08 m) / Ressalto (0, a 0,14 m) / Esc. Unif. (0,14 m)]
- Em um canal retangular de largura de fundo igual a 1,0 m e vazão de 4,1 m³/s, a altura normal será de 0,8 m para o escoamento. Em uma determinada seção foi colocada no fundo do canal, uma estrutura curta (degrau) de 0,5 m de altura. Admitindo-se que por conta desse degrau haverá uma elevação do nível d’água para 2,1 m imediatamente a sua montante, determine:
a. O regime de escoamento do canal e a energia específica inicial. b. As alturas d’água e os fenômenos formados a montante do degrau. c. As alturas d’água e os fenômenos formados a jusante do degrau. d. O esboço do perfil d’água, identificando os fenômenos e suas alturas.
a) [Escoamento torrencial e E 0 = 2,14 m] b) c) e d) [Esc. Unif. (0,8 m) / Ressalto (0,8 a 1,71 m) /Curva S 1 (1,71 a 2,1 m) / Degrau (2,1 a 0,75 m) / Curva S 3 (0,75 a 0,8 m) / Esc. Unif. (0,8 m)]
- Um canal retangular, suficientemente longo, escoa uma vazão de 8,5 m³/s, em regime uniforme, com uma altura d’água de 1,5 m e uma largura de 3,0 m. Em uma determinada seção do canal, um degrau de 0,60 m de altura é construído no fundo do canal Admitindo-se que por conta desse degrau haverá uma elevação do nível d’água a montante e que a altura d’água imediatamente a jusante do degrau será de 0,48 m, determine:
a. O regime de escoamento do canal e a energia específica inicial. b. As alturas d’água e os fenômenos formados a montante do degrau. c. As alturas d’água e os fenômenos formados a jusante do degrau. d. O esboço do perfil d’água, identificando os fenômenos e suas alturas.
a) [Escoamento fluvial e E 0 = 1,68 m] b) c) e d) [Esc. Unif. (1,5 m) / Curva M 1 (1,5 a 2,16 m) / Degrau (2,16 a 0,48 m) / Curva M 3 (0,48 a 0,53 m) / Ressalto (0,53 a 1,5 m) / Esc. Unif. (1,5 m)]
FÓRMULAS – CONDUTOS LIVRES