1 Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL VIAS DE COMUNICAÇÃO 1/25 /25 VIAS DE COMUNICAÇÃO Luís de Picado Santos ([email protected]) Drenagem Dimensionamento de passagens hidráulicas
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL
VIAS DE COMUNICAÇÃO
11/25/25
VIAS DE COMUNICAÇÃOLuís de Picado Santos([email protected])
DrenagemDimensionamento de passagens hidráulicas
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
Condições de Funcionamento de Aquedutos
� SAÍDA LIVRE
Hw > 1,25 x D
Hw ≤ 1,25 x D
22/25/25
� SAÍDA AFOGADA
3
Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
Exemplo de Dimensionamento
� DADOS
Qp = 14,9 (m3/s)
Comprimento entre bocas – 50,0 m
Inclinação – 0,01 m/m
33/25/25
Inclinação – 0,01 m/m
Aquedutos:
φ - com borda de encaixe a meia espessura e testa
⎕⎕⎕⎕ - com ângulo de abertura a 45º
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� PRÉ-DIMENSIONAMENTO
Secção do Aqueduto (m2) ≥ 0,3 x Qp (m3/s)
S (m2) ≥ 0,3 x 14,9 (m3/s) = 4,46 (m2)
Exemplo de Dimensionamento
44/25/25
3 x φ φ φ φ 1,5 (S = 3x1,77 = 5,30 m2)
1 x ⎕⎕⎕⎕ 2,0x2,6 (S = 5,20 m2)
⇒⇒⇒⇒
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
CONTROLO À ENTRADA
Hw
Exemplo de Dimensionamento
55/25/25
CONTROLO À SAÍDA
LxihH o −+=Hw
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
CONTROLO À ENTRADA
Hw
Exemplo de Dimensionamento
66/25/25
φφφφ
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
CONTROLO À ENTRADA
Hw / D = 1,23
15004,95 1,23
φφφφ
Exemplo de Dimensionamento
77/25/25
Hw / D = 1,23
⇒ ⇒ ⇒ ⇒ Hw = 1,85
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
CONTROLO À ENTRADA
dc (altura crítica) ( ) 2Dsen8
1SM ⋅θ−θ⋅=
1 θD
dcφφφφ
Exemplo de Dimensionamento
88/25/25
dc (m) = 1,16
⇒ ⇒ ⇒ ⇒ dc/D = 77%
D2
1PM ⋅θ⋅=
Dsen
14
1RH ⋅
θ
θ−⋅=
−=
2
θcos1
2
Ddc
( )θ⇒
θ−θ
θ
=53
2
D . sen . g
2sen . Qp . 512
1
θθθθ = 4,296
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
CONTROLO À ENTRADA
dc (altura crítica) dc
Exemplo de Dimensionamento
99/25/25
dc . BSM =
dc . 2 BPM +=
dc . 2 B
dcBRH
+
⋅=
32
2
B . g
Qpdc =
10
Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
CONTROLO À SAÍDA
LxihH o −+=Hw
Exemplo de Dimensionamento
1010/25/25
φφφφ
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
CONTROLO À SAÍDA
ke
Exemplo de Dimensionamento
1111/25/25
ke (perda de carga à entrada)
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
CONTROLO À SAÍDA
LxihHHw o −+=
51,1,010 . 502
50,116,168,0(m) Hw =−
++=
4,950,68
Exemplo de Dimensionamento
1212/25/25
2
Hw (E) = 1,85 m >
Hw (S) = 1,51 m
⇓⇓⇓⇓Controlo à Entrada
φφφφ
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO SOB ACÇÃO DE CARGAS EXTERIORES
• JUNTA AUTÓNOMA DE ESTRADAS, 1985. “Dimensionamento de Aquedutos sob a Acção de Cargas Exteriores”. JAE, P8. 1-85, Almada, 1v.
• AASHTO, 1999. “Highway Drainage Guidelines”. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington.• KRAEMER, C., ABAD, I. M., 1997. “Explanaciones y Drenage”. Departamento de
Acção de cargas externas
1313/25/25
• KRAEMER, C., ABAD, I. M., 1997. “Explanaciones y Drenage”. Departamento de Transportes - E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Universidade Politecnica de Madrid, Madrid, 1v.
• CARCIENTE, J., 1980. “Carreteras: estudio y proyecto”. Edic. Vega, Caracas, 1v.
• Martins, F., 2000. “Dimensionamento Hidrológico e Hidráulico de Passagens Inferiores Rodoviárias para Águas Pluviais”. Dissertação de Mestrado em Hidráulica e Recursos Hídricos, DEC-FCT da U. de Coimbra, Coimbra, 1v.
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DIMENSIONAMENTO
ALTURA DE ÁGUA A MONTANTE ADMISSÍVEL, Hw (m) ≤ (Cf – Cs) – 1,5
Interface sub-base/leito do pavimentoCf
Exemplo de Dimensionamento
1414/25/25
aterro Passagem h idráu lica(aqueduto )
HwCs
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� VELOCIDADE DE ESCOAMENTO
CONTROLO À ENTRADA
i . RH . kU 32(m/s) =
45,0Dsen
14
1)m(RH =⋅
θ
θ−⋅=;75k =
01,0i =
Exemplo de Dimensionamento
1515/25/25
CONTROLO À SAÍDA
01,0i =
4,4U(m/s) =
SM
QpU(m/s) =
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
� DISSIPADORES DE ENERGIA
Tipo de solo Velocidadem/s
Areia fina não coloidal 0,75
Grés arenoso não coloidal 0,75
Grés siltoso não coloidal 0,90
Grés 1,00
Exemplo de Dimensionamento
1616/25/25
Godo fino 1,20
Argila dura muito coloidal 1,40
Material orgânico fino aluvionar e coloidal 1,40
Material orgânico fino aluvionar e não coloidal 0,90
Grés grosso 1,40
Material orgânico grosso 1,60
Godo argiloso 1,80
Godo 1,80
Godo grosso 2,00
Godo grosso de cantos arredondados 2,30
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� DISSIPADORES DE ENERGIA
Poço Amortecedor Curto
Dissipadores
1717/25/25
Contra Costa
Poço Amortecedor Curto
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� DISSIPADORES DE ENERGIA
Dissipadores
1818/25/25
Murete final e Enrocamento
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� DISSIPADORES DE ENERGIA Enrocamento à Saída (U ≤ 6 m/s)
γ−γ
γ=
ws
w
2
2
50 xk
1x
g.2
U)m(D
D50 – diâmetro equivalente correspondente a 50% de passados em m;
U – velocidade à saída do aqueduto em m/s;
Dissipadores
1919/25/25
U – velocidade à saída do aqueduto em m/s;
g – aceleração da gravidade = 9,8 m/s2;
k – toma o valor 0,86 para escoamentos muito turbulentos e 1,20 para
escoamentos de turbulência normal (situação usual no caso de aquedutos);
γw – peso volúmico da água (10 kN/m3);
γS – peso volúmico do material rochoso (27 kN/m3 é um valor usual).
Extensão:
• 3,5 metros para velocidades à saída até 4 m/s;
• 6,0 metros para velocidades à saída até 6 m/s.
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� DISSIPADORES DE ENERGIA (exemplo de cálculo)
γ−γ
γ=
ws
w
2
2
50 xk
1x
g.2
UD
Exemplo de Dimensionamento
2020/25/25
m 4,01027
10x
2,1
1x
8,9.2
4,4D
2
2
50 =
−=
Extensão à Saída (para U>4m/s) com 6,0 m
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� RESUMO DE CÁLCULO
3 φ 1,5 14,9 1,50 1,23 1,85 0,20 0,68 1,16 1,33 50,0 1,0 0,5 1,51 E 4,40 0,40 6,0
Exemplo de Dimensionamento
2121/25/25
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Aqueduto Simples (desenho de execução)
2424/25/25