Hidráulica para Engenharia Civil e Ambiental
Hidráulica para Engenharia Civil e Ambiental,
Edição 1 Tradução da 5a. Edição
By Martin Borthwick, Andrew Chadwick and John Morfett

Data de publicação : 11 Out 2016

Descrição

Considerado um classico na área, este livro-texto combina uma cobertura dos princípios básicos da hidráulica com um tratamento abrangente e bastante prático da área, fazendo uso, inclusive, de diversos estudos de casos práticos. Está estrategicamente estruturado em duas partes, de modo a abordar os princípios básicos antes de se aprofundar nos tópicos mais avançados. A primeira parte foca nos fundamentos, incluindo hidroestática, hidrodinâmica, fluxo de canais abertos, teoria das ondas, hidrologia e transporte de sedimentação, entre outros temas. A segunda parte traz as aplicações desses princípios fundamentais e avança para tópicos como projetos de sistemas pipeline, estruturas hidráulicas, engenharia costeira e de rios, incluindo uma visão totalmente atualizada das implicações ambientais que atualmente são uma preocupação constante e de todos. Por fim, há também um capítulo sobre modelagem computacional ilustrando as aplicações de técnicas de simulação computacional para projetos modernos em uma variedade de contextos.Inclui uma revisão completa do capítulo de hidrologia dos fluidos, também foram feitas adições nos capítulos sobre teoria das ondas, transporte de sedimentos e engenharia costeira.Trata-se de uma fonte de estudo completa e essencial para estudantes e profissionais de engenharia civil e ambiental.

Características

  • Aplicação da teoria na prática,
  • Exercícios
Sobre o autor(es)
By Martin Borthwick; Andrew Chadwick and John Morfett
SUMÁRIO
Sumário
Agradecimentos v
Prefácio vii
Uma Breve História da Hidráulica ix
Notas Introdutórias xi
Principais Símbolos xv
Parte I
Princípios e Aplicações Básicas
1 Hidrostática .........................................................................................................................................................................2
1.1 PRESSÃO ...........................................................................................................................................................................2
1.2 MEDIÇÃO DA PRESSÃO ..................................................................................................................................................4
1.3 FORÇAS DE PRESSÃO EM CORPOS SUBMERSOS ....................................................................................................7
1.4 FLUTUAÇÃO ................................................................................................................................................................... 12
1.5 RESUMO ......................................................................................................................................................................... 17
PROBLEMAS PARA RESOLVER ................................................................................................................................................. 17
2 Princípios do Escoamento de Fluidos ......................................................................................................... 21
2.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................................ 21
2.2 CLASSIFICAÇÕES DOS ESCOAMENTOS .................................................................................................................... 22
2.3 VISUALIZAÇÕES DE PADRÕES DE ESCOAMENTO .................................................................................................. 23
2.4 EQUAÇÕES FUNDAMENTAIS DA DINÂMICA DOS FLUIDOS ................................................................................. 24
2.5 APLICAÇÕES DAS LEIS DE CONSERVAÇÃO AO ESCOAMENTO DE FLUIDOS .................................................... 25
2.6 APLICAÇÃO DA EQUAÇÃO DA ENERGIA .................................................................................................................. 31
2.7 APLICAÇÃO DA EQUAÇÃO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO ........................................................................... 34
2.8 MEDIDA DA VELOCIDADE E DA VAZÃO .................................................................................................................... 40
2.9 ESCOAMENTOS POTENCIAIS ...................................................................................................................................... 43
2.10 ALGUNS PADRÕES DE ESCOAMENTO TÍPICOS ...................................................................................................... 47
2.11 RESUMO ......................................................................................................................................................................... 55
PROBLEMAS PARA RESOLVER ................................................................................................................................................. 55
3 Comportamento dos Fluidos Reais ............................................................................................................... 57
3.1 FLUIDOS REAIS E IDEAIS ............................................................................................................................................. 57
3.2 ESCOAMENTO VISCOSO .............................................................................................................................................. 58
3.3 ESTABILIDADE DOS ESCOAMENTOS LAMINARES E O INÍCIO DA TURBULÊNCIA ............................................ 60
3.4 AÇÃO DE CISALHAMENTO EM ESCOAMENTOS TURBULENTOS ......................................................................... 63
3.5 CAMADA-LIMITE ............................................................................................................................................................ 66
3.6 ALGUMAS IMPLICAÇÕES DO CONCEITO DE CAMADA-LIMITE ............................................................................ 73
3.7 CAVITAÇÃO ..................................................................................................................................................................... 76
3.8 EFEITOS DA TENSÃO SUPERFICIAL ........................................................................................................................... 76
3.9 RESUMO ......................................................................................................................................................................... 77
PROBLEMAS PARA RESOLVER ................................................................................................................................................. 77
4 Escoamento em Tubos e Condutos Fechados ...................................................................................... 78
4.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................................ 78
4.2 CONTEXTO HISTÓRICO ............................................................................................................................................... 79
4.3 CONCEITOS FUNDAMENTAIS DO ESCOAMENTO EM TUBULAÇÕES .................................................................. 80
4.4 ESCOAMENTO LAMINAR ............................................................................................................................................. 83
4.5 ESCOAMENTO TURBULENTO ..................................................................................................................................... 85
4.6 PERDAS DE CARGA LOCALIZADAS ............................................................................................................................ 93
4.7 TUBOS PARCIALMENTE CHEIOS ................................................................................................................................ 97
4.8 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 101
PROBLEMAS PARA RESOLVER ............................................................................................................................................... 101
5 Escoamento em Canais Abertos .................................................................................................................... 103
5.1 ESCOAMENTO COM SUPERFÍCIE LIVRE.................................................................................................................. 103
5.2 CLASSIFICAÇÃO DOS ESCOAMENTOS .................................................................................................................... 104
5.3 CANAIS NATURAIS E ARTIFICIAIS E SUAS PROPRIEDADES ................................................................................. 104
5.4 DISTRIBUIÇÃO DA VELOCIDADE, COEFICIENTES DE ENERGIA E DE QUANTIDADE DE MOVIMENTO ....... 106
5.5 ESCOAMENTOS LAMINAR E TURBULENTO ........................................................................................................... 107
5.6 ESCOAMENTO UNIFORME ........................................................................................................................................ 108
5.7 ESCOAMENTO RAPIDAMENTE VARIADO: USO DOS PRINCÍPIOS DA ENERGIA .............................................. 116
5.8 ESCOAMENTO RAPIDAMENTE VARIADO: USO DOS PRINCÍPIOS DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO ...... 125
5.9 MEDIDORES DE PROFUNDIDADE CRÍTICA ........................................................................................................... 128
5.10 ESCOAMENTO GRADUALMENTE VARIADO ............................................................................................................ 131
5.11 ESCOAMENTO TRANSIENTE ..................................................................................................................................... 148
5.12 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 150
PROBLEMAS PARA RESOLVER ............................................................................................................................................... 151
6 Surtos de Pressão em Tubulações ............................................................................................................... 153
6.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................. 153
6.2 EFEITO DO FECHAMENTO “BRUSCO¿ DA VÁLVULA ............................................................................................. 155
6.3 ESCOAMENTO TRANSIENTE COMPRESSÍVEL ........................................................................................................ 156
6.4 ANÁLISE DE PROBLEMAS MAIS COMPLEXOS ....................................................................................................... 163
6.5 OBSERVAÇÕES FINAIS ............................................................................................................................................... 165
6.6 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 165
PROBLEMAS PARA RESOLVER ............................................................................................................................................... 165
7 Máquinas Hidráulicas ............................................................................................................................................. 167
7.1 CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS ............................................................................................................................ 167
7.2 BOMBAS DE FLUXO CONTÍNUO ............................................................................................................................. 168
7.3 DADOS DE DESEMPENHO DE BOMBAS DE FLUXO CONTÍNUO ...................................................................... 172
7.4 SELEÇÃO DA BOMBA ................................................................................................................................................. 173
7.5 TURBINAS PARA ENERGIA HIDRELÉTRICA ............................................................................................................. 174
7.6 SELEÇÃO DA TURBINA .............................................................................................................................................. 176
7.7 CAVITAÇÃO EM MÁQUINAS HIDRÁULICAS ............................................................................................................ 176
7.8 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 177
PROBLEMAS PARA RESOLVER ............................................................................................................................................... 177
8 Teoria das Ondas ........................................................................................................................................................ 179
8.1 MOVIMENTO DAS ONDAS ........................................................................................................................................ 179
8.2 TEORIA LINEAR DE ONDAS ...................................................................................................................................... 182
8.3 PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO E ATENUAÇÃO DAS ONDAS ..................................................................... 188
8.4 PROCESSOS DA ZONA DE ARREBENTAÇÃO..........................................................................................................204
8.5 ANÁLISE DOS REGISTROS DE ONDAS: ESTATÍSTICA DAS ONDAS EM CURTO PRAZO.................................. 212
8.6 PREVISÃO DAS ONDAS COM BASE NOS REGISTROS DO VENTO .................................................................... 222
8.7 ESTATÍSTICAS DAS ONDAS EM LONGO PRAZO .................................................................................................... 227
8.8 PREVISÃO DE NÍVEIS EXTREMOS DE ÁGUAS PARADAS ...................................................................................... 231
8.9 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 233
PROBLEMAS PARA RESOLVER ............................................................................................................................................... 233
9 Transporte de Sedimentos .................................................................................................................................. 236
9.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................. 236
9.2 IMINÊNCIA DE MOVIMENTO .................................................................................................................................... 238
9.3 DESCRIÇÃO GERAL DA MECÂNICA DO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ........................................................242
9.4 EQUAÇÕES DO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ..................................................................................................246
9.5 OBSERVAÇÕES FINAIS SOBRE O TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ................................................................... 255
9.6 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 256
PROBLEMAS PARA RESOLVER ............................................................................................................................................... 256
10 Hidrologia de Cheias ............................................................................................................................................... 258
10.1 CLASSIFICAÇÕES ........................................................................................................................................................ 258
10.2 MÉTODOS DE PREVISÃO DE CHEIAS EM BACIAS DE DRENAGEM RURAIS .................................................... 259
10.3 CARACTERÍSTICAS DESCRITIVAS DA BACIA HIDROGRÁFICA .............................................................................. 259
10.4 ANÁLISE DE FREQUÊNCIA ......................................................................................................................................... 261
10.5 MODELAGEM CHUVA-VAZÃO ................................................................................................................................... 273
10.6 RESUMO DOS PROCEDIMENTOS DE CHEIA DE PROJETO PARA BACIAS HIDROGRÁFICAS RURAIS .........286
10.7 PROPAGAÇÃO DE CHEIAS ........................................................................................................................................286
10.8 CHEIAS DE PROJETO PARA A SEGURANÇA DOS RESERVATÓRIOS ...................................................................295
10.9 MÉTODOS DE PREVISÃO DE CHEIAS EM BACIAS URBANAS .............................................................................296
10.10 IMPACTOS DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS NA HIDROLOGIA DE CHEIAS ................................................................. 301
10.11 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 301
PROBLEMAS PARA RESOLVER ...............................................................................................................................................302
11 Análise Dimensional e Teoria dos Modelos Físicos ...................................................................... 305
11.1 INTRODUÇÃO ..............................................................................................................................................................305
11.2 IDEIA DE ‘SEMELHANÇA’ ...........................................................................................................................................306
11.3 HOMOGENEIDADE DIMENSIONAL E SUAS IMPLICAÇÕES .................................................................................306
11.4 ANÁLISE DIMENSIONAL ............................................................................................................................................ 307
11.5 ANÁLISE DIMENSIONAL ENVOLVENDO MAIS VARIÁVEIS .................................................................................... 310
11.6 APLICAÇÕES DA SEMELHANÇA DINÂMICA ........................................................................................................... 311
11.7 MODELOS HIDRÁULICOS .......................................................................................................................................... 316
11.8 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 323
PROBLEMAS PARA RESOLVER ............................................................................................................................................... 324
Parte II
Aspectos da Engenharia Hidráulica
12 Sistemas de Tubulações ........................................................................................................................................ 326
12.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................. 326
12.2 PROJETO DE UM SISTEMA DE TUBULAÇÃO SIMPLES ........................................................................................ 326
12.3 SISTEMAS DE TUBULAÇÕES EM SÉRIE, EM PARALELO E RAMIFICADOS ........................................................ 329
12.4 SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO ................................................................................................................................... 331
12.5 PROJETO DE ESTAÇÕES DE BOMBEAMENTO ....................................................................................................... 336
12.6 PROTEÇÃO CONTRA SURTOS ..................................................................................................................................340
12.7 RESUMO .......................................................................................................................................................................345
13 Estruturas Hidráulicas ............................................................................................................................................ 346
13.1 INTRODUÇÃO ..............................................................................................................................................................346
13.2 VERTEDORES DE CHAPA FINA (SOLEIRA DELGADA) ........................................................................................... 347
13.3 VERTEDORES DE BASE LONGA ................................................................................................................................ 353
13.4 CALHAS DE MEDIÇÃO ............................................................................................................................................... 356
13.5 VERTEDORES-EXTRAVASORES .................................................................................................................................. 361
13.6 VERTEDORES-EXTRAVADORES ESCALONADOS .................................................................................................... 370
13.7 DISSIPADORES DE ENERGIA .................................................................................................................................... 371
13.8 COMPORTAS DE CONTROLE .................................................................................................................................... 373
13.9 ESTRUTURAS DE DERIVAÇÃO LATERAL .................................................................................................................. 377
13.10 ESTRUTURAS DE DESCARGA ................................................................................................................................... 381
13.11 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 381
14 Hidráulica Computacional .................................................................................................................................. 383
14.1 VISÃO GERAL ...............................................................................................................................................................383
14.2 MODELOS MATEMÁTICOS E MODELOS NUMÉRICOS .........................................................................................384
14.3 DEDUÇÃO DAS EQUAÇÕES DE CONSERVAÇÃO ..................................................................................................385
14.4 EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E ESQUEMAS DE DIFERENÇAS FINITAS .................................................................388
14.5 CONDIÇÕES DE CONTORNO E CONDIÇÕES INICIAIS ........................................................................................392
14.6 APLICAÇÕES DA HIDRÁULICA COMPUTACIONAL ................................................................................................393
14.7 CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................................................................................... 410
14.8 RESUMO ....................................................................................................................................................................... 411
15 Engenharia de Rios e Canais ............................................................................................................................ 412
15.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................. 412
15.2 OTIMIZAÇÃO DA SEÇÃO TRANSVERSAL DE UM CANAL ..................................................................................... 412
15.3 CANAIS NÃO REVESTIDOS ........................................................................................................................................ 414
15.4 PROJETO DE CANAIS ALUVIAIS ESTÁVEIS .............................................................................................................. 416
15.5 MORFOLOGIA DOS CANAIS NATURAIS .................................................................................................................420
15.6 MODELAGEM COMPUTACIONAL DE RIOS ............................................................................................................423
15.7 VAZÕES DE CHEIA EM CANAIS DE SEÇÃO COMPOSTA ......................................................................................429
15.8 ENGENHARIA FLUVIAL ...............................................................................................................................................434
15.9 RESUMO .......................................................................................................................................................................437
16 Engenharia Costeira ................................................................................................................................................. 439
16.1 INTRODUÇÃO ..............................................................................................................................................................439
16.2 AÇÃO DE ONDAS EM PRAIAS ..................................................................................................................................440
16.3 TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ...............................................................................................................................440
16.4 MODELAGEM DA EVOLUÇÃO DA LINHA COSTEIRA ............................................................................................445
16.5 BAÍAS NATURAIS, CÉLULAS COSTEIRAS E PLANEJAMENTO DA GESTÃO DA LINHA COSTEIRA .................. 447
16.6 COMPREENDENDO O COMPORTAMENTO DO SISTEMA COSTEIRO ...............................................................449
16.7 PRINCÍPIOS DA PROTEÇÃO COSTEIRA ...................................................................................................................450
16.8 TÉCNICAS DE PROTEÇÃO COSTEIRA ......................................................................................................................452
16.9 MODELAGEM DE ONDAS .........................................................................................................................................460
16.10 ADAPTAÇÃO ÀS MUDANÇAS CLIMÁTICAS .............................................................................................................463
16.11 AVANÇOS EUROPEUS RECENTES EM ENGENHARIA E GESTÃO COSTEIRA ....................................................465
16.12 NOTAS CONCLUSIVAS ................................................................................................................................................466
16.13 RESUMO .......................................................................................................................................................................466
17 Post-Scriptum ................................................................................................................................................................469
Apêndice A: Momentos de Área 470
Índice 473
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