Características do escoamento em vertedouros em degraus de declividade 1V:0,75H

Abstract

Os vertedouros em degraus são estruturas que passaram a ser muito utilizadas, principalmente a partir dos últimos 40 anos, com o desenvolvimento de novos métodos construtivos, como o concreto compactado a rolo (CCR) e os gabiões. Os vertedouros em degraus são estruturas caracterizadas pela significativa resistência imposta ao escoamento e pela dissipação de energia associada a macrorugosidade inserida pelos degraus. Essa característica conduz a estruturas de dissipação a jusante com dimensões reduzidas, e conseqüente diminuição nos custos associados. No entanto, embora existam estudos em modelos físicos e algumas observações em protótipos, não há um critério consagrado na bibliografia para o dimensionamento de vertedouros em degraus. Neste trabalho foram realizados ensaios em um modelo físico de um vertedouros em degraus com declividade da calha 1V: 0,75H (53,13º), e degraus com 0,06 m de altura em modelo. Esse modelo foi instalado em um canal com 0,40 m de largura e desnível de 2,44 m entre a crista e o pé do vertedouro. Os ensaios realizados contemplaram vazões específicas entre 0,025 e 0,700 m³/s/m, que, sugerindo uma escala de transposição de resultados de 1:10, correspondem a vazões entre 0,8 e 22,1 m³/s/m em protótipo. A partir dos resultados pode-se definir uma metodologia para a avaliação da posição de início da aeração, do fator de resistência ao escoamento e da dissipação de energia ao longo da calha.

Stepped spillways are structures that have been much used, mainly in the last 40 years, with the advances in constructive methods, such as roller compacted concrete (RCC) and gabions. Stepped spillways are structures characterized by the significant resistance imposed on the flow and for the increase in the energy dissipation associated with the friction introduced by the steps. This configuration results in reducing the residual energy at the toe of the structure. When stepped chutes are used, the dimensions of the downstream protection structures have a more economical design compared with those required in conventional chute spillways (smooth chute). However, although there is research on physical models and some observations in prototypes, there is no ultimate approach in the literature dedicated to the design of stepped spillways. In this work, measurements were accomplished in a physical model of a spillway with a slope of 1V: 0,75H (53.13º) and steps height of 0.06 cm. The model was installed in a channel 0.40 m wide and 2.44 m high. The accomplished measurements contemplated specific discharges between 0.025 and 0.700 m³/s/m, that, suggesting a scale of conversion of results of 1:10, correspond to discharges between 0.8 and 22.1 m³/s/m in a prototype. According to the results, a methodology was defined for the evaluation of the inception point of air entrainment, of the friction factor and of the energy dissipation along the flume.