Revista Recursos Hídricos
Volume 33, Número 1, Maio 2012

DOI: 10.5894/rh33n1-2
O texto deste artigo foi submetido para revisão e possível publicação em Março de 2012, tendo sido aceite pela Comissão de Editores Científicos Associados em Abril de 2012. Este artigo é parte integrante da Revista Recursos Hídricos, Vol. 33, Nº 1, 17-28, Maio de 2012..

Um Estudo sobre Vertedouros em Degraus de Declividade 1V:1H

A Study of the Stepped Spillways with 1V:1H Slope

Mauricio Dai Prá¹, Luis Eduardo Akiyoshi Sanches Suzuki², Alexandre Augusto Mees Alves³, Marcelo Giulian Marques⁴

---

1 - Dr. Eng. Civil /// mdaipra@gmail.com /// Centro de Desenvolvimento Tecnológico/Engenharia Hídrica – Universidade Federal de Pelotas – UFPEL /// Rua Gomes Carneiro, 01 CEP 96010-610 Pelotas, RS, Brasil
2 - Dr. Eng. Agrônomo /// dusuzuki@gmail.com /// Centro de Desenvolvimento Tecnológico/Engenharia Hídrica – Universidade Federal de Pelotas – UFPEL /// Rua Gomes Carneiro, 01 CEP 96010-610 Pelotas, RS, Brasil
3 - Msc. Eng. Civil /// alexandremees@gmail.com /// Instituto de Pesquisas Hidráulicas – IPH – Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS /// Caixa Postal 15029 CEP 91501-970 Porto Alegre, RS, Brasil
4 - Dr. Eng. Civil /// mmarques@iph.ufrgs.br /// Instituto de Pesquisas Hidráulicas – IPH – Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS /// Caixa Postal 15029 CEP 91501-970 Porto Alegre, RS, Brasil

---

RESUMO: Este estudo visou a caracterização geral dos escoamentos deslizantes sobre turbilhões em vertedouros em degraus com declividade de 45° (1V:1H) através da análise experimental em modelos físicos. Foram avaliados os aspectos gerais do escoamento, especialmente aqueles relacionados aos níveis médios da água, às pressões médias nos degraus e à visualização da aeração do escoamento, permitindo, assim, o estabelecimento de parâmetros qualitativos e quantitativos do escoamento. Foram avaliadas quatro estruturas, sendo uma com calha lisa e três com calhas em degraus de alturas constantes iguais a 0.03m, 0.06m e 0.09m. Tendo em vista a escassa bibliografia relativa à declividade de 45°, procurou-se a comparação com os dados de diferentes declividades procurando estabelecer critérios generalistas. Serão abordados, aqui, os aspectos relativos ao comportamento da superfície livre d’água e dos turbilhões nos degraus, à posição de início de aeração e aqueles relativos às pressões médias atuantes nos degraus.

Palavras-Chave: vertedouros em degraus, estruturas hidráulicas, escoamento deslizante sobre turbilhões.

ABSTRACT: This study aims to characterize the skimming flow on stepped spillways with 45º slope through experimental analysis of physical models. General aspects of the flow were evaluated, notably those related to average water levels, average pressures on the steps and the visualization of the flow aeration, allowing the establishment of qualitative and quantitative flow parameters. Four structures were evaluated, one smooth spillway and three stepped chute spillways with constant step heights of 0.03m, 0.6m and 0.09m. Since the bibliography regarding the 45º slope is scarce, a comparison with data obtained from different slopes was used trying to establish broader criteria. This study will approach the aspects regarding the behavior of the free surface and the skimming flow on stepped spillways to the inception point of air entrainment and those related to the average pressure acting on the steps.

Keywords: stepped spillways, hydraulic structures, skimming flow.

 

AMADOR, A (2005) - Comportamiento Hidráulico de los Aliaderos escalonados em presas de hormigón compactado. Tese de doutoramento. Universitat Politècnica de Cataluya (UPC), Barcelona.

BINDO, M., GAUTIER, J., LACROIX, F. (1993) - The Stepped Spillway of M’Bali Dam. Water Power & Dam Construction, p. 35-36, January.

CHAMANI, M. R.; RAJARATNAM, N. (1999) - Onset of Skimming Flow on Stepped Spillways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, v. 125, n. 9, p. 969-971, September.

CHANSON, H. (1993) - Stepped Spillway Flow and Air Entrainment. Canadian Journal of Civil Engineering, v. 20, n. 3, p. 422-435, June.

CHANSON, H. (1994) - Hydraulics of Skimming Flows over Stepped Channels and Spillways. Journal of Hydraulic Research, IAHR, Delft, v. 32, n. 3, p. 445-460.

CHANSON, H. (2001) - Hydraulic Design of Stepped Spillway and Downstream Energy Dissipators. Dam Engineering, v. 11, n. 4, p. 205-242.

CHANSON, H.; TOOMBES, L. (2002) - Experimental Investigation of Air Entrainment in Transition and Skimming Flows down a Stepped Chute. Canadian Journal of Civil Engineering, v. 29, p. 145-156.

DAI PRÁ, M. (2004) - Características do Escoamento sobre Vertedouro em Degraus de Declividade 1V:1H. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: UFRGS, 152 p.

DEGOUTTE, G.; PEYRAS, L.; ROYET, P. (1992) - Skimming Flow in Stepped Spillway – Discussion. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, v. 118, n. 1, p. 111-113, January.

DIEZ-CASCON, J.; BLANCO, J. L.; REVILLA, J.; GARCIA, R. (1991) - Studies on the Hydraulic Behavior of Stepped Spillways. Water Power & Dam Construction, Sutton, v. 43, n. 9, p. 22-26, September.

GOMES, J. F. (2006) - Campo de Pressões: condições de incipiência à cavitação em vertedouros em degraus com declividade 1V:0,75H. Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: UFRGS, 229 p.

IGUACEL, C. M.; GARCIA, V. E. (1999) - Aliviaderos Escalonados. Comienzo de la Aireación Natural. Disipación de Energia en la Rápida. Revista Ingeniería Civil, Centro de Estudos e Técnicas Aplicadas, n. 113, Espanha.

MATOS, J. S. G.; QUINTELA, A. C. (1995) - Descarregadores de Cheias em Degraus: Posição Actual da Avaliação da Dissipação de Energia. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 11., 1995, Recife. Anais. Recife: ABRH, 1995. v. 4, p. 65-71.

OHTSU, I.; YASUDA, Y. (1997) - Characteristics of Flow Conditions on Stepped Channels. Proc. 27th IAHR Congress, theme D, San Francisco, p. 583-588.

OHTSU, I.; YASUDA, Y.; TAKAHASHI, M. (2001) - Onset of Skimming Flow on Stepped Spillways – Discussion. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, v. 127, p. 522-524.

OLINGER, J. C. (2001) - Contribuição ao Estudo da Distribuição de Pressões nos Vertedouros em Degraus. Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo. São Paulo: USP, 230 p.

PEGRAM, G. G. S.; OFFICER, A. K.; MOTTRAM, S. R. (1999) - Hydraulics of Skimming Flow on Modeled Stepped Spillways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, v. 125, n. 5, p. 500-510, May.

PEYRAS, L.; ROYET, P.; DEGOUTTE, G. (1992) - Flow and Energy Dissipation over Stepped Gabion Weirs. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, v. 118, n. 5, p. 707-717, May.

POVH, P. H. (2000) - Avaliação da Energia Residual a Jusante de Vertedouros em Degraus com Fluxo em Regime Skimming Flow. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Paraná. Curitiba: UFPR,141p.

RAJARATNAM, N. (1990) - Skimming Flow in Stepped Spillways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, v. 116, n. 4, p. 587-591, April.

SANAGIOTTO, D. G. (2003) - Características do Escoamento sobre Vertedouros em Degraus de Declividade 1V:0,75H. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: UFRGS, 118 p.

SÁNCHEZ-JUNY, M. (2001) - Comportamiento hidráulico de los aliviaderos escalonados em presas de hormigón compactado. Análisis del campo de presiones. Dissertação de doutoramento. Universidade Politécnica da Catalunha.

SÁNCHEZ-JUNY, M. e DOLZ, J. (2005) - Experimental study of transition and skimming flows on stepped spillways in RCC dams: qualitative analysis and pressure measurements. Journal of Hydraulic Research, volume 43, n. 5.

SORENSEN, R. M. (1985) - Stepped Spillway Hydraulic Model Investigation. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, v. 111, n. 12, p. 1461-1472, December.

TOZZI, M. J. (1992) - Caracterização/Comportamento de Escoamentos em Vertedouros com Paramento em Degraus. Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo. São Paulo: USP, 302 p.

WOOD, I. R.; ACKERS, P.; LOVELESS, J. (1983) - General Method for Critical Point on Spillways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, v. 109, n. 2, p. 308-312.

YASUDA, Y.; OHTSU, I. (1999) - Flow Resistance of Skimming Flow in Stepped Channels. In. Congress IAHR, 28. Graz, Austria, August.

.