Analysis of the longitudinal distribution of pressures near the ends of the vertical and horizontal faces in stepped spillway of slope 1V: 0.75H

Abstract

Stepped spillways have been widely used for flood runoff due to of their constructive advantages and in regards to energy dissipation during the drop, allowing downstream dissipation structures to be designed in smaller dimensions. Due to the need for further studies on the effect of runoff in the chute of the stepped spillway and the analysis of dimensionless numbers used to characterize the longitudinal distribution of the pressures acting on the faces of the steps of a spillway, this study aims to characterize the acting forces on the steps of said spillways. Analyses were performed on a physical model of spillway with a slope of 1V: 0.75H and steps with a height of 6 centimeters. The pressure fields on the steps were analyzed and compared with results found in literature. As a general finding concerning the pressure in the horizontal faces, it was ascertained that the traction and the compression loads have relatively similar magnitudes, the negative pressures being more intense. Regarding the maximum pressures at the horizontal faces of the steps, it should be emphasized that the maximum values of compression have occurred at the end of the chute and that the lower discharges yielded higher values of pressure coefficients.

Vertedouros em degraus vem sendo muito utilizados para escoamento de cheias devido às suas vantagens construtivas e em relação à dissipação de energia durante a queda, possibilitando que as estruturas de dissipação a jusante possam ser projetadas em menores dimensões. Devido a necessidade de estudos mais aprofundados sobre a ação do escoamento na calha de vertedouros em degraus e a análise dos adimensionais utilizados para caracterizar a distribuição longitudinal das pressões atuantes nas faces dos degraus de um vertedouro, o presente estudo objetiva a caracterização dos esforços atuantes nos degraus dos referidos vertedouros. Foram realizadas análises sobre um modelo físicos de vertedouro com declividade de 1V:0,75H e degraus de 6 centímetros de altura. Os campos de pressões nos degraus foram analisados e comparados com os resultados disponíveis na bibliografia. Como constatação geral sobre as pressões nos espelhos verificou-se que os esforços de tração e compressão têm magnitudes relativamente semelhantes, sendo mais intensas as pressões negativas. Sobre as pressões máximas nos patamares, destaca-se que os valores máximos de compressão ocorreram no final da calha, percebendo-se que as menores vazões geraram maiores valores de coeficientes de pressões.