O que você vai aprender neste artigo?
Neste artigo você irá aprender a dimensionar um dissipador do tipo tapete de enrocamento! Mas o que é um dissipador de energia do tipo tapete de enrocamento?
Primeiramente um dissipador de energia é comumente utilizado para reduzir a velocidade do escoamento principalmente no lançamento final da drenagem, onde o fluxo sairá de dispositivos projetados e artificiais e entrará em contato direto com o leito. Nesta transição, se o escoamento apresentar altas velocidades, o mesmo terá energia suficiente para mobilizar as partículas de solo do leito para jusante, e com isso teremos iniciado um processo de erosão, o que pode, a níveis críticos, levar a própria estrutura de drenagem ao colapso.
Tendo entendida a necessidade de dissipar a energia do escoamento, podemos então perceber que existem diversos tipos de dissipadores como, bacia de dissipação por ressalto, bacia de enrocamento, anteparos transversais, caixas dissipadoras, tapete de enrocamento, etc. Este último será tratado neste artigo!
Se você já tentou entender como dimensionar este dissipador de energia, e nunca ficou claro o processo, não desanime, sua hora de entender chegou! Vamos lá!
Dados de entrada
Para dimensionar um dissipador posicionado no final de uma linha de drenagem, é necessário termos em mãos algumas informações da rede de drenagem de montante, como: Vazão, diâmetro da tubulação de montante, Área da tubulação, Velocidade de montante, etc.
Para sermos brutalmente didáticos, vamos fazer um exemplo juntos!
Exemplo prático
Vamos dimensionar agora um tapete de enrocamento no final de uma rede de drenagem. Os dados inicias são:
| Vazão [Q] | 0,154 | m³/s |
| Diâmetro [D] | 0,4 | m |
| Área [A] | 0,04 | m² |
| Nível d’água jusante [hj] | 0,16 | m |
| Velocidade [V] | 3,9 | m/s |
| Aceleração gravitacional [g] | 9,81 | m/s² |
| Peso específico da água [yw] | 9800 | N/m³ |
| Peso específico do enrocamento [ys] | 26500 | N/m³ |
[Q]: Obter a vazão previamente da tubulação de montante
[D]: Obter o diâmetro da tubulação de montante
[A]: Obter a área molhada da tubulação de montante. Você pode obter através do software SISCCOH
[hj]: Se não tiver o nível de água de jusante do trecho, trabalhar com 40% x D
[V]: Obter a velocidade da tubulação de montante. Você pode obter através do software SISCCOH
[g], [yw] e [ys]: São valores padronizados
Determinação da altura equivalente
Para determinar a altura equivalente precisaremos primeiro:
- Determinar os coeficientes Z e X para uso do ábaco (Figura 1)
- Com o uso do ábaco (Figura 2), determinar a altura de água [yo]
Primeiro então, vamos determinar os coeficiente Z e X através das equações 1 e 2.
Z: 1,52 adm
X: 0,40
Adotando o valor de X: 0,40,e cruzando com a curva Z: 1,52, teremos um resultado do eixo vertical do ábaco de yo/D = 0,43, ver Figura 1.
Sabendo-se que o yo/D = 0,40, e conhecendo o valor de D (0,40m), podemos determinar yo = 0,172m.
Com estes valores em mãos podemos então determinar a altura d’água equivalente através da equação 3.
ye = 0,14m
Agora vamos determinar o número de Froude, que relaciona a velocidade do fluxo pelas forças gravitacionais, para isso usaremos a equação 4.
Diâmetro do enrocamento
Aqui, vamos usar dois métodos diferentes para calcular o D50 do enrocamento que será aplicado no tapete, para posteriormente escolhermos o resultado mais a favor da segurança (critério de projeto). Na equação 5 temos a determinação de D50 pelo método de Thompson et. al. 2006, e na equação 6 temos o método de Brash 2008.
D50 = 8cm
D50 = 18cm
Adotaremos D50 = 18cm
Espessura do tapete
Com o D50 determinado, agora determinaremos a espessura do tapete de enrocamento, através da tabela 2, retirada de Thompson et. al. 2006.
| Classe do enrocamento | D50 (m) | Espessura (m) |
| 1 | 0,125 | 3,50 x D50 |
| 2 | 0,150 | 3,30 x D50 |
| 3 | 0,250 | 2,40 x D50 |
| 4 | 0,350 | 2,20 x D50 |
| 5 | 0,500 | 2,00 x D50 |
| 6 | 0,550 | 2,00 x D50 |
Como o D50 está entre 0,150 e 0,250m, vamos adotar a relação de espessura = 3 x D50 = 0,54m. Como o valor calculado é quebrado, vamos arredondar a espessura para 60cm.
Comprimento do tapete
Para determinarmos o comprimento do tapete de enrocamento, vamos utilizar as equações de Mata-Lima 2010, Brash 2008, e a tabela de Thompson et. al. 2006. Com estas equações resolvidas iremos adotar o maior comprimento encontrado (critério de projeto).
| Classe do enrocamento | D50 (m) | Comprimento (m) |
| 1 | 0,125 | 4D |
| 2 | 0,150 | 4D |
| 3 | 0,250 | 5D |
| 4 | 0,350 | 6D |
| 5 | 0,500 | 7D |
| 6 | 0,550 | 8D |
Como o nosso D50 está entre 0,150 e 0,250, vamos adotar o comprimento como 4,5 x D = 1,80m.
Usando a equação (7) de Mata-Lima 2010, teremos:
L = 2,40m
Brash recomenda uma equação de comprimento específica para casos onde o nível de água de jusante é menor do que metade da seção do tubo, ou seja, inferior a 20cm, como é o nosso caso. Para determinar o comprimento do tapete segundo Brash, podemos utilizar a equação 8.
Wo = Largura da tubulação (0,40m)
L = 6m
Vamos adotar o comprimento de 6m, conforme Brash 2008.
Largura do tapete de enrocamento
O tapete de enrocamento sofre um alargamento de montante a jusante, visando o espraiamento do escoamento. Para isso determinaremos aqui a largura final deste tapete através das equações de Thompson et. al. 2006 e Mata-Lima 2010, numeradas como 9 e 10, respectivamente.
W = 2,00m
W = 1,60m
Adotaremos a maior largura, calculada pelo método de Thompson, W = 2,00m.
Filtro de transição
Um ponto muito, mas eu digo “Muito” importante é a avaliação de filtração!
O que seria isso?
Olha só, um dos problemas mais graves que este tipo de dispositivo de dissipação pode sofrer é uma erosão sob o enrocamento. Pensa assim, o tapete de enrocamento é totalmente poroso, ou seja, possui muitos vazios, pelos quais o escoamento de saída da tubulação pode acessar. Para que não ocorra nenhum problema de erosão de base precisaremos conhecer a granulometria do solo de base, onde será implatado o tapete de enrocamento e avaliar pelo método de Brown, et. al. 1989, se esta transição de enrocamento/solo está passando nos critérios das equações 11, 12 e 13.
Vamos imaginar que a cruva granulométrica do solo de base seria apresentada pela Figura 2.
Quando extraímos os D15, D50 e D85 do gráfico teremos a tabela 4.
| Dn | Solo | Enrocamento |
| D15 | 0,006 | 0,10 |
| D50 | 0,075 | 0,13 |
| D85 | 0,18 | 0,20 |
Com os diâmetros em mãos podemos então avaliar as equações 11, 12 e 13.
Neste caso, todos os critérios foram atendidos. Caso algum critério não seja atendido o dimensionamento deverá ser revisto, ou deverá ser inserida uma camada de pré-filtro entre os materiais.
Uma consideração muito importante, é a indicação de um filtro geotêxtil não tecido, com pelo menos 200g/m², na interface do enrocamento com o solo. Tal filtro ajudará a reduzir as velocidades residuais entre o enrocamento e o solo, e é um excelente custo benefício para a obra.
Resultado final
Para dimensionar o tapete de enrocamento passamos então pelos passos:
- D50
- Espessura
- Comprimento
- Largura
- Filtro
Com isso, chegamos nas definições da Figura 3.
Limitações do método
- Não existem limitações em relação ao número de Froude do escoamento
- Velocidades do escoamento menores que 4,5m/s
- Diâmetros menores que 1,50m
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Referências Bibliográficas
BROWN, Scott A. e CLYDE, Eric S., 1989. Design of Riprap Revetment. HEC No. 11. U.S. Department of Transportation. Federal Highway Administration.
MARGARIDA, T. Dimensionamento de Obras de Dissipação de Energia em Drenagem de Vias de Comunicação, Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Hidráulica, Novembro de 2014
MATA-LIMA, Herlander, 2010. Dimensionamento de estruturas de dissipação da energia do escoamento. Material de apoio à licenciatura em engenharia civil; Unidade curricular: Hidráulica . Funchal. Madeira.
THOMPSON, Philip L. e KILGORE, Roger T., 2006. Hydraulic design of energy dissipators for culverts and channels; Hydraulic Enginnering Circular No.14.: U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration.
