Elementos de Engenharia Hidraulica e Sanitaria

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LUCAS NOGUEIRAGARCEZ
;ElEMENTOS
DE
ENGENHARIA
HIDMUllCA
···E .
SANITARIA·
ELEMENTOS DE ENGENHARIA
HIDRÁULICA E SANITÁRIA
CAMARGO CAMP .' - EN~.I E CmL
FICHA CAT ALOGRÁFICA
(Preparada pelo Centro de Catalogação-na"fonte,
Câmara Brasileira do Livro, SP)
G196e
2 ed
76-0428
Garcês,Lucas Nogueira, 1913-
Elementos de engenharia hidráulica e sanitária[ por]
Lucas Nogueira Garcez. 2. ed. São Paulo, Edgard Blücher,
1974, 1976 reimpressão.
p ilust.
Bibliografia
1. Engenhariahidráulica2 Engenhariasanitária I. Título.
COO-627
-·628
Índices para catálogo sistemático:
1. Engenhariahidráulica 627
2. Engenhariasanitária 628
LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
ProfessorCatedráticoda EscolaPolitécnicada Universidadede São Paulo
ELEMENTOS DE ENGENHARIA
HIDRÁULICA E SANITÁRIA
2.8 EDIÇAO
~
EDITORA EDGARD BLÜCHER LTDA.·
Do mesmoautor:
Elementosde MecânicadosFluídos
ConstruçõesHidráulicas
Hidrologia
© 1974 EditoraEdgardBlücherLtda.
3.a Reimpressão1981
É proib.idaa reproduçãototal ou parcial
por quaisquermeios
sem autorização escrita da editora
EDITORA EDGARD BLÜCHER LTDA.
O1000CAIXA POSTAL $450
END. TELEGRÁFICO: BWCHERLrtrRO
SÃO PÁULO - SP - BRASIL
Impressono Brasil Printed in.Brazil
INDICE
1.o.o. - HIDROLOGIA
- Ocorrência . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . 9
- Grandezascaracterísticas , 9
- Capacidadede infiltração.Fatôresintervenientes . 10
- Determinaçãoda capacidadede infiltração ,... 11
- Análisedosdados.Interpretaçõesderesultados.Aplicações
práticas . . . .. . . . . . .. . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . 12
- Problemasresolvidoscom o conhecimentodos dadosde
infiltração ,.. . . 12
~ Escoamentosuperficial. Dejlúvio 13
- Ocorrência .... . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . . 13
- Grandezascaracterísticas 13
- Fatôresintervenientesno deflúvio 13
- Obras de utilizaçãoe contrôleda águaà montanteda
secção 14
- Coletae análisedosdadosde observação- Apresentação
dos resultados 15
- Estudosde previsão 6
- Exemplosde coeficientesde deflúvio 17
1.1.0.
1.2.0.
1.3.0.
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
'1.3.5.
1.4.0.
1.4.1.
1.4.2.
1.4.3.
1.4.4.
1.4.5.
1.5.0.
1.5.1.
1.5.2.
1.5.3.
1.5.4.
1.5.5.
1.5.6.
1.6.0.
1.6.1.
1.6.2.
1.6.3.
1.6.4.
1.6.5.
1.6.6.
,1.6.7.
- Generalidadese definição
- O ciclo hidrológico .
- Precipitaçõesatmosféricas .
- Origemdasprecipitações .
- Grandezascaracterísticasde umaprecipitação .
- Aspectosgeraisda ocorrênciae distribuiçãodaschuvas..
- Coletade dados.Aparelhosmedidores .
- Análisedos dados.Apresentaçãodos resultados.Interpre-
taçãoe previsãoda distribuiçãodasprecipitações .
- Evaporação ' .
- Ocorrência .
- Grandezascaracterísticas . .
- Fatôresintervenientes .
- Medidada evaporação . .
- .Análisedos dados.Apresentaçãodos resultados .
- Infiltração. Aguas subterrâneas
Pág.
1
1
2
2
3
3
4
4
6
6
6
6
7
8
9
1.6.8.
1.6.9.
1.7.0.
-VI -
- Exemplode contribuiçãounitária .
- Fórmulasempíricasparaa previsãode enrjhentes .
- Bibliografia : .
Pág.
17
17
29
2.O. O. - ABASTECIMENTOURBANODE AGUA
2.1.0. - Generalidades . 31
2.2.0.
2.2.1.
2.2.2.
2.3.0.
2.4.0.
2.5.0.
2.5.1.
2.5.2.
2.5.3.
2.5:4.
2.5.5.
2.6.0.
2.7.0.
2.7.1.
2.7.2.
2.7,3.
2.8.0.
2.8.1.
2.8.2.
- Aspectos sanitários 31
- Doençasrelacionadasà água .. .. . . .. . . ... .. . 31
- Algunsdadosestatísticos 32
- Aspectos econ6micos _............ 33
- órgãos constitutivos de um abastecimento urbano de água . . 34
- Quantidade de água a ser fornecida 35
- Usosda água.............................................. 35
- GrandezasCaracterísticas 35
- Fatõresqueinfluemno Consumo 35
- Variaçõesno Consumo............... 36
- FixaçãodoVolumedeAguaa DistribuiremumaCidade.. 37
- Prazo para o qual as obras são projetadas 38
- Estimativa de população 39
- CritériosGerais 39
- Estimativasde crescimento·dapopulação 40
- Distribuiçãoda populaçãodentroda áreaurbana 41
- Determinação da quantidade de água, para atender os con-
sumos normais 42
- Determinaçãodevazãodedistribuiçãopor unidadedeárea 43
- Determinação-devazãodedistribuiçãopor unidadedecom-
primento . . 43
2.9.0.
2.9.1.
2.9.2.
2.10.0.
2.10.1.
2.10.2.
2.10.3.
2.10.4.
- Captação
- Mananciais .
- Captaçãode águassuperficiaise pluviais .
- Reservatórios de acumulação .- .
- Finalidades , .
- Tiposdesolução.: .
- Projetode Reservatóriosde acumulação.. . .
- ~spectosSanitáriosdo Represamento .
43
43
44
51
51
52
53
58
- VII-
Pág.
2.10.5. - Assoreamento(Siltagem>. 59
2.11.O. - Adução ;"........................... 60
2.11.1. - Generalidades . .. .. . . .. . . .. . . .. . .. .. . .. . .. .. . . . .. . .. . .. 60
2.11.2. - Classificação :........ 60
2.11.3. - Vazão de dimensionamento 61
2.11.4. - Adução por gravidade 62
2.11.5. -, Adução por recalque ti5
2.12.O. - Reservatório de distribuição 67
2.12.1. - Finalidades . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.12.2. - Classificação :................. 68
2.12.3.- Volume de água a ser armazenado 68
2.12.4. - Comparaçãoentre os vários tipos de reservatórios 70
2.12.5. - Precauçõesespeciais .72
2.12.6. - Esquema das canalizaçõese registro de um reservatório
enterrado - Exemplo ,.......... '72
2.13.O. - Rêde de distribuição 73
2.13.1. - Generalidades .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.13.2. - Traçado das rêdes de distribuição :.... 73
2.13.3. _. Classificaçãodas rêdesde distribuição 73
2.13.4. - Comparaçãoentre os diferentes tipos de rêde 73
2.13.5. - Generalidadessôbre o dimensionamentodas canalizações
das rêdes de distribuição 74
2.13.6. - Dimensionamentodas rêdes ramificadas 76
2.13.7. - Dimensionamentodt;lrêdesmalhadas 76
2.13.8. - Causascomuns de contaminação 77
2.13.9. - Principais defeitos a serem evitadosou corrigidos 78.
2.14.O. - Sistemas de fornecimentoao consumidor. Hidrômetros .. 78
2.14.1. - Modos de fornecimentoda água aos prédios 78
2.14.2. - Hidrômetros 79
2.15.O. - Tubos usados em sistemasde abastecimentod'água 86
2.15.1. - Tipos de tubos ; :. 86
2.15.2. - Tubos de ferro fundido 87
2.15.3. - Juntas de ponta e bôlsa em tubos de ferro lundido 87
2.15.4. - Tubos de Cimento- amianto 91
2.15.5. - Tubos de Concreto 92
2.15.6. - Tubos de aço 95
2. 16.O. - Construção de canalizações.Proteção das tubulações 97
2.16.f. - Esforços a que estão sujeitas as canalizações 97
2.16.2. - Tensões tangenciais causadaspela pressão interna 98
2.16.3. '- Tensõeslongitudinaiscausadaspor mudançasde direçãoou
de outra condiçãode.eséoamento . . . . . . . . 98
2.16.4. - Tensões longitudinais causadaspor variaçõestérmicas .... 99
- VIII-
Pág.
2.16.5. - Tensõesdevidasao pêsopróprioda canaltzação,pêsoda.
águae cargasexternas 100
2.16.6. - Proteçãodas canalizaçõescontraa corrosão 102
2.17.0. - Financiamento e custeio. Taxa d'água 104
2.17.1. - Generalidades 104
2.17.2. - Classificaçãodosserviçosde utilidadepúblIcapara efeito
de taxação 115
2.17.3. - Novos princípiosfundamentaisde taxaçãoracionalpara
fazerfaceao financiamentode obrassani~árias 116
2.17.4. - Exemplo.americanode aplicaçãode novosprincípiosfun·
damentais 117
2.17.5. - Princípiosfundamentaisenunciadosem 1951nos Estados
Unidospor uma comissãoconjuntade engenheirose ad·
vogados . . .. . . . . . . . .. .. . . . . . . .. . . .. 117
2.17.6. - Estudospara o estabelecimentoda taxad'águana capital
de SãoPaulo '...... 119'
2.18.O. - Bibliografia , 119
3.O.O. - SISTEMAS DE ESGOTOS
3.1.0. - Generalidades 121
3.2. O. - Objetivos a serem atingidos com os sistemaspúblicos de
esgotos ................................• . . . . . . . .. . . . . . . . . .. 122
3.3.0. - Classificaçãoe composiçãodos líquidos a ::eremesgotados 123
3.4.0. - Previsão devazões . 124
3.4.1.
3.4.2.
3.4.3.
3.4.4.
3.4.5.
3.4.6.
3.5.0.
3.5.1.
3.5.2.
3.5.3.
3.6.0 ..
- Classificaçãodos sistemasde esgotos 124
- Classificaçãode acõrdocomo traçadoda rêdede esgota·
mento ... . . .. . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . .. 125
- Característicasdosprincipaistraçadosdas1êdesdeesgotos125
- Comparaçãoentreos sistemasde esgotosunitárioe sepa·
rador absoluto . , . . . . .. 126
- Partesconstitutivasdeum sistemadeesgofos sanitários.. 127
-Quantidade de líquido a ser esgotada 127
- Projeto e dimensionamento(Sistemaseparadorabsoluto) .. 129
- Dimensionamentoda rêde- Dadosc elementosa deter·
minar 129
- Condiçõestécnicasa seremEatisfeitaspela rêde(segundo
as NormasdoDepartamentodeObrasSanitáriasdoEstado
de São Paulo) 129
- Cálculoda Rêde 130
- Tubulaçõese órgãos acessórios, Secçõese.~peciais 130
3.6.1.
3.6.2.
3.6.3.
3.6.4.
365.
3.7.0.
3.7.1.
3.72.
3.7.3.
3.7.4.
3.7.5.
3.7.6.
3.7.7.
3.7.8.
3.7.9.
3.7.10.
3.7.11.
38.0.
3.8.1.
3.82.
3.8.3.
38.4.
3.8.5.
3.9.0.
3.91.
3.9.2.
3.9.3.
3.9.4.
3.9.5.
3.9.6.
3.9.7.
3.9.8.
3.9.9.
3.9.10.
3911.
- IX-
- Materiaisempregados .
- órgãos acessórios .. . . . .. ... . .
- Estaçõeselevatóriasde esgotos : .
- Emissários .
- Secçóesde canalizaçõesde grandesdimensões .
- Estações elevatórias .
- Generalidades .
- Casadas bombas . .
- Tipos de bombas .
- Bombascentrífugaspara esgo~os .
- Instalaçãodas bombascentrífugas .
- Poçoscoletoresdeesgotos .
- Dadosparao projetoda EstaçãoElevatória .
- Outrosdispositivosparaelevaçãodos esgotos .
- Esgotosde aparelhosinstaladosno sub·solo,emnívelinfe-
rior ao da rêdede esgotos .
- Tipos de instalaçõesde EstaçõesElevatóriasPúblicas .
- Tipodeinstalaçãodeumejetora ar comprimidoparaesgo-
tamentodeaparelhossanitáriosprediaissituadosemnível
inferiorao coletor público . .
- Construção das canalizações de pequena secção: tubos em-
pregados. Confecção de juntas .
- Tuboscerâmicosvidrados . .
- Tubosde concreto .
- Canalizaçõesde cimento-amianto .
- Tubosde ferro fundido : .
- Indicaçõessôbrea construçãodascanalizaçõesde grandes
secções .. .
- Conservação e manutenção dos sistemas de esgotos .
- Importânciade um cadastrodo sistemade esgotos .
- Inspeções .
- Métodosparaa inspeção .
- Precauçõesantesde entraremumpoçodevisitas .
- Origeme efeitosfisiológicosdasmatériasvoláteisperigosas
encontradasnas rêdesde esgotos . .
- Naturezadasobstruçõesdascanalizaçõesdeesgotos .
- Lavagemdas canalizações .
- Remoçãode raizes .
- Retiradadosdepósitosde areiae pedregulho .
- Consideraçõesa respeitoda utilizaçãodascanalizaçõesde
esgoto . .
- Contrôledas explosões . .
Pág.
130
131
133
133
133
137
137
137
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144
144
145
145
145
146
146
147
148
148
1!9
149
H9
14.9
-x-
Pág.
'3.9.12. - Financiamento. Custeio de um sistemade esgotos. O pro-
. blemada taxa de esgotos 150
3.9.13. - Financiamento. Custeio de um sistemade esgotos. O pro-
blema da taxa de esgotos 150
3.10.0. - Bibliografia . 151
4.0.0. - CARACTERES DAS ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
4.1.O. - Conceitos fundamentais 153
- Potabilidade das águas 154
- Segurança contra infecção . . . . . . . . . .. 154
- Ausênciade substânciasvenenosas 155
- Ausência de .quantidadesexcessivasde matérias orgânicas
e mineral 156
- Caracteres das águas. residuáTias - Ciclo do nitrogênio 157
4.20.
4.3.0.
4.3.1.
4.3.2.
4.3.3.
4.4.0.
4.5.0.
- Impurezas das águas ,
- Caracteristicas das águas de esgotos .
153
157
4.6. O. -' Composição média do esgôto sanitário - dados europeus,
norte-americanos e brasileiros 158
4.7.O. - Bibliografia 159
5.0.0. - INTERPRETAÇAO DE ANÁLISES E EXAMES DA ÁGUA
5.1. O. - Exame e pesquisas usados para a caracterização da quali-
dade de uma água . . . . . . . .. 161
- Substâncias pesquizadas . . . . . . . . . .. 163
- Substâncias relacionadas diretamente à potabilidade 163
- Substâncias relacionadas principalmente a inconvenientes
de ordem econômica 164
- Substâncias indicadoras de contaminação . . . . . . . .. 164
- Interpretação das análises químicas . . . . . . .. 165
- Limites de poluição para as águas a serem tratadas .... 165
5.2.0.
5.2.1.
5.30.
5.3.1.
5..3.2.
5.3.3.
5.3.4.
5.3.5.
5.3.6
5.4.0.
5.4.1.
5.4.2
5.4.3.
5.4.4.
5.4.5.
5.4.6.
5.5.0.
- Exame Fisico
- Características examinadas .
- Análise Química .
- Exame bacteriológico .
- Tipos de Determinações ...
- Contagemdo número total de bactérias
- Pesquisa de Coliformes . .
- Classificação das bactérias . .
. - Reprodução e resistênciaà destruição .
- Interpretação de resultados .. . . . .. . .
- Exame microscópico .
161
161
163
166
166
166
166
166
167
167
168
5.5.1.
5.5.2.
5.5.3.
5.5.4.
5.5.5.
-XI -
- Tipos de exame _. . . . . .. . .
- Organismos microscópicos .
- Microflóra . .
- Microfauna .
- Finalidades e interpretaçõesdos examesmicroscópicos .
Pág.
168
168
168
168
168
5.6.0. - Padrões de potabilidade (caracteristicosfísicos e químicos) 169
5.7.O. - Bibliografia 170
6.0.0. - NQÇOES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA
6.1.0.
6.2.0 .
. 6.3.0.
- Finalidade :...... 171
- Processosde tratamento 171
- Combinação de processos. Ciclo completo com filtração
rápida 171
- Grades e crivos 172
- Aeração ,................................. 172
- Sedimentaçãosimples 173
- Fundamento "......................... 173
- Dimensionamento 173
- Resultados" 173
- Sedimentaçãocom coagulação 174
- Fundamento 174
- Propriedades fundamentaisdos coagulantes ,......... 174
-:- Substânciascapazesde atuar como coagulantes.:........ 174
- órgãos constituintes 175
- Resultados 175
6.4.0.
6.5.0.
6.6.0.
6.6.1.
6.6.2.
6.63.
6.7.0.
6.7.1.
6.7.2.
6.7.3.
6.7.4.
6.7.5:
6.8.0.
6.8.1.
6.8.2.
6.8.3.
6.S.4.
6.8.5.
6.9.0.
6.9.1.
6.9.2.
6.9.3.
6.9.4.
6.9.5.
6.9.6.
6.10;0.
- Filtração lenta .
- Fundamento . .
- Dispositivos usados .
- Dimensionamento . .
.- Resultados .
-- Aplicabilidade
- Filtração 'rápida .
- Fundamento , .
- Caracterí~ticasfundamentaisdos filtros rápidos .
- Dispositivos usados . .
- Resultados .
- Aplicabilídade "
- Composiçãoideal da camadasuporte .
- Desinfecção
176
176
176
177
177
178
178
178
178
179
180
180
181
181
6.10.1.
6.10.2.
6.10.3.
6.10.4.
6.11.0.
- XII-
- Conceito .
- Fundamentos .
- Agentesdesinfetantesmaisusados . .
- Ozona ..•........... ' .
- Bibliografia . ~ .
Pág.
181
181
182
183
183
7.O. O. - NOÇõESSõBRE O TRATAMENTODE ESGOTOS
- Razõeshigiênicas 185
- Razõeseconômicas 185
- Razõesdeestéticae de confôrto. 185
- Remoçãodasmatériasemsuspensão 185
- Remoçãoe estabilizaçãodasmatériasputrescíveisemsus··
pensãono estadoc010idalou em solução:tratamentos
biológicos . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . .. 186
- Desinfecçãoe desodorização 186
- Tratamentodos lodos (matériasremovidasduranteo tra-
tamento) 186
7.1.0.
7.1.1.
7.1.2.
7.1.3.
7.2.0.
7.2.1.
7.2.2.
7.2.3.
7.2.4.
- Finalidades do tratamento .
- Métodos gerais de tratamento
185
185
7.3.0.
7.3.1.
7.3.2.
7.3.3.
7.4.0.
7.5.6.
- Classificação dos graus de tratamento 187
- Tratamentospreliminares 187
- Tratamentosprimários 187
- Tratamentossecundários 187
- Esquema de uma estação de tratamento de esgotos em
ciclo completo 187
- Eficiências das diversas fases de tratamento :...... 188
7.6.0'.' - Gradeamento188
7.7.O. - Caixas de areia 189
7.8.O. - Separação por flutuação :..................... 189
7.9.O. - Decantação 189
7.9.1. - Classificaçãodos decantadoresde acôrdocomo funciona·
mento 190
7.9.2. - Algunsdadosde dimensionamentorelativosà decantação
primária .. . .. . . . . .. . . .. . . .. . . . .. . . .. . . . . .. . . . . . .. . . . . .. . .. 190
7.10.O. - Digestão dos lodos
7.11.0. - Leitos de secagem ••.•••.•••••••••••••••••••••••••••••••• 0,' •••
192
192
7.12.O. - Tratamentos biológicos 193
7.12.1. - Generalidades 193
7.12.2.
7.12.3.
7.12.4.
7.12.5.
7.12.6.
7.13.0.
7.14.0.
- XIII-
- Filtração biológica . .
- Lodos ativados .
- Irrigação sôbre o terreno . .
- Filtros intermitentesde areia .
- Desinfecção . .
- Comparação dos custos "per-capita" em cruzeiros em alguns
processos de tratamento .
- Bibliografia .
Pág.
194
195
196
196
197
198
199
8.0.0. - NOÇÕES SUMARIAS SÓBRE POLUIÇAO E AUTO-DEPU-
RAÇAO DOS CURSOS D'ÁGUA
- Danos causados aos cursos d'água 201
- Poluição física 201
- Poluição quimica 201
- Poluição bioquímica 202
- Poluição bacteriana 202
- Poluição biológica 202
- Poluição rádio-ativa 203
- Auto-depuração de cursos d'água 203
8.1.0.
8.2.0.
8.2.1.
8.2.2.
8.2.3.
8.2.4.
8.2.5.
8.2.6.
8.3.0.
8.4.0.
- Generalidades
- Bibliografia
201
203
9.O. O. - ABASTECIMENTO DE ÁGUA NO MEIO RURAL
- Mananciais abastecedores 205
- Classificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
- Tipos de captação .. . . . . . . .. 210
- Principais causasde contaminaçãodas fontes 213
- Proteção sanitária das fontes 213
- Desinfecçãode poços e fontes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 213
~ Bibliografia 216
- Quantidade de água necessária 205
- Poços 205
- Classificação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 205
- Tipos de poços rasos 206
- Localização 206
- Principais causas de contaminaçãodos poços rasos esca-
vados 207
- Proteção sanitária dos poços rasos escavados 208
9.1.0.
9.1.1.
9.2.0.
9.2.1.
9.2.2.
9.2.3.
9.2.4.
9.2.5.
9.3.0.
9.3.1.
9.3.2.
9.3.3.
9.3.4.
9.3.5.
9.4.0.
- Fontes . 210
10.0.0. - DISPOSIÇAO DE DEJETOS EM ZONAS NAO PROVIDAS
DE SISTEMAS DE ESGOTOS SANIT ARIOS
10.1.O. :......Considerações gerais. Esgóto no meio rural . . .. 2 7
- XIV-
-Pág.
10.1.1. - Importânciasanitária 217
10.1.2. - A transmissãode moléstiaspelosexcretos 218
10.1.3. - Soluçõesp,arao problema 219
10.2.O. - Soluções sem transporte hídrico 220
10.2.1. - Aspectosa seremconsiderados 220
10.2.2. - Fossasêcaou privadahigiênica 223
10.2.3. - Fossanegra 232
10.2.4. - Fossa tubular 233
10.2.5. -:- Privadaquímica :....... 234
10.2.6. - Outrassoluçõessemtransportehídrico .. _ 236
10.3.0. - Soluções cóm transporte hidrico 236
10.3.1. - Aspectosa seremconsiderados 236
10'.3.2. - Tanquesépticoe irrigação'subsuperficial.. 237
10.3.3. - Poço absorvente 250
10.4.0. - Bibliografia .
11.0.0. - INSTALAÇÕESPREDIAIS
258
11.1.O. - Generalidades 261
11.2.0. - Relaçõescom a arquitetura 261
11.3.0. - Instalações mínimas necessárias........................... 262
11.4.0. - Instalação predial de água fria 264
11.5.0. - Instalaçãopredial deesgotos : ,_ 285
11.5.1. - Introdução .. .. . .. . . .. . .. . . .. . . ... 285
11.5.2. - Principiosgerais 285
11.5.3. - Terminologia 285
11.5.4. - Projeto 289
11.5.5. - Algumasexigênciasminimasdo DAE de São Paulo 296
11.6.0. - Instalaçãopredial de águaquente _............ 296
11.6.1. - Generalidades 296
11.6.2. - Sistemaindividual 297
11.6.3. - Sistemadeconjunto 297
11.6.4. - Sistemacentral 297
11.7.0. - Instalaçãopredial de águaspluviais 297
11.7.1. - Generalidades 297
11.7.2. - Partesconstituintesdosistemadeáguaspluviais 297
11.7.3. - Calhas . . . . . . . .. .. . . .. .. .. . . .. . . . _ 297
11.7.4. - Condutores . . .. . . . . . . .. .. . .. 299
11.8.0.
11.9.0.
- Instalação predial de gás
- Instalação predial de proteçãocontra incêndios
300
300
11.10.0.- Materiais usadosnas instalaçõesprediais 301
-XV-
Pág.
11.10.1.- Tubos e conexões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 301
11.10.2.- Válvulas e contrôles 308
11.10.3. - Aparelhos e acessórios 308
11.11.O. - Extrato de tópicos referentes às instalações prediais da
Codificação das Normas Sanitárias para Obras e Serviços.. 310
11.12.O. - Apresentação de um projeto de instalações prediais 313
11.12.1. - Discriminação dos serviços 313
11.12.2.- Discriminaçãogeral......................... . 313
11.12.3.- Descrição dos serviços 314
11.13.O. - Bibliografia .
12. O.O. - ALGUNS ASPECTOS LEGAIS RELATIVOS AO USO DA
ÁGUA
12.1.0. ---.:Generalidades
332
333
12.2.O. - Aguas em geral e sua propriedade 333
12.3.O. - Aproveitamento das águas 335
12.4.0. - Aproveitamento 'hidroelétrico 336
12.5.0: - Normas legais relativas ao contrôle da contaminação e da
poluição das águas 339
12.6.O. - Bibliografia >. • • • • • • • • •• 343
13.0.0. - ALGUNS ASPECTOS ECONOMICOS RELATIVOS AO USO
DA ÁGUA
13.1.0. - Generalidades 345
13.2.O. - Fases de um estudo econômico 345
133.0. - Vida provável das estruturas hidráulicas 348
13.4.O. - Relação entre a freqüência provável de eventos extremos
e o projeto econômico de certas estruturas hidráulicas .... 349
13.5.0. - Contraste entre os estudos econômicos para os empreen-
dimentos privados e para as ubras públicas 349
13.6.O. - Exemplo de análise econômica dos beneficias e custos de
uma obra pública 349
13.7.O. - Análise econômica do aproveitamento de r"cursos hídricos
para finalidades múltiplas 351
13.8.O. - Bibliografia 35ô
1.0.0. - HIDROLOGIA
1.1.o. - GENERALIDADES E DEFINIÇAO
Hidrologiaé a ciênciaquetrata daspropriedades,distribuiçãoe com·
portamentoda águana natureza.
É ciênciabásicapara todosos camposda EngenhariaHidráulica.
O estudodaHidrologiapodeserdivididoemtrêsramos,os quais,tratam
da águanassuasdiferentesformasde ocorrência:acima,sôbree abaixo
da superfícieda terra:
a) águaatmosférica;
b) águasuperficial~
c) águasub-superficial.
Agua atmosférica - Em sua relaçãocom a atmosferaa Hidrologia
estudaas chuvase outrasformasde precipitações,suas causas,origens,
ocorrência,magnitude,distribuiçãoe variação;é o ramoda meteorologia
quecompreendetodosos fenômenosatmosféricosligadosà água(Hidrome-
teorologia).
Agua superficial - Deflúviode cursosd'água,lagose reservatórios,
origeme comportamentodas águassuperficiais.
A Hidrologiadas águassuperficiaisinclui:
- reologia- águascorrentes:ribeirõese rios;
- limnologia- reservatóriosde águafresca,lagos;
- oceanografia- oceanose mares.
Éste ramo da Hidrologiachama-setambémHidrografia.A expressão
limnologiaé usada,às vêzes,em sentidolato, comosinônimode Hidro-
grafia.
Agua subsuperficial - Comumentechamada,águasubterrânea;con-
sidera a origem,naturezae ocorrênciada água sui:>superficial,a infil-
traçãoda águano solo,sua passagemou percolaçãoatravéso solo e a
sua saldado solo.
1.2.O. - O CICLO HIDROLÓGICO
Precipitação,escoamentosubterrâneo,deflúvioe evaporaçãosãoos es-
tágiosdo ciclohidrológico.(Fig. 1.1).
Da águaprecipitada,parte cai diretamentesôbre as superfícies
quidas,parteescôapela superfíciedo solo atéos rios, ou até os lagose
2 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
reservatóriosou até o oceano;parte retomaimediatamenteà atmosfera
por evaporaçãodas superfícieslíquidas,do terrenoe dasplantase parte
escôano interiordo solo.
FIG. 1.1 .
Uma fraçãoda águaqueinicioua infiltraçãoretomaà superfíciedo
solo por capilaridade,por evaporação,ou é absorvidapelasraízesdos ve-
getaise apóstranspirada.O remanescenteda águainfiltradaconstituia
águasubterrânea;partedela é descarregadaà superfícieda terra sob a
formade fontes.
A águaemescoamentonos cursosdeáguaé conhecidacomodejlúvio
(runoff)e provémsejadiretamenteda precipitaçãopor escoamentosupero
ficial seja indiretamente(principalmentenasépocasde estiagem)de lagos
e reservatóriose deressurgimentoda águasubterrânea.
A evaporaçãoe a precipitaçãosãoas fôrçascondutorasno ciclohidro-
lógico,com a irradiaçãosolar comoa principalfontede energia.
1.3.0. - PRECIPITAÇÕES ATMOSFÉRICAS
1.3. 1. - Origem das precipitações.
A condensaçãodo vapord'águaatmosférico,consequenciade seures-
friamentoao pontodesaturação,podeocorrerquandoas massasde ar se
resfriam:
- devidoà açãofrontal de outrascorrenteseólicas;
- devidoà presençade topografiaabrupta;
- devidoà fenômenosde convecçãotérmica;
- devidoà combinaçãodessascausas.
Existemem decorrênciatrês tiposprincipaisde precipitação:
- tipo frontal;
- tipoorográfico;
- tipo de convecçãotérmica.
Normalmenteentrenós as precipitaçõesse apresentamem forma de
chuva,masse o resfriamentoatingeo pontode congelaçãopodeocorrera
quedade granisoou deneve.
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 3
Se as partículascondensadas,muito finas, mantêm-seem suspensão
junto à superfíciedo solo ocorreo nevoeiro.
1.3.2.- Grandezascaracterístícasde uma precípítação.
a) Altura pluvíométríca - h - quantidadede águaprecipitadapor
unidadede áreahorizontal,medidapela altura quea águaatingiriase se
mantivesseno local semse evaporar,escoarou infiltrar. A alturapluvio·
métricaé geralmentemedidaemmm.
b) Duração - t - intervalode tempodecorridoentreo instanteem
quese inicioua precipitaçãoe o instanteemqueela cessou;medidageral·
menteemminutos.
c) Intensidade - i - é a celeridadede precipitação;podeser me-
didaem mm/minuto,mm/horaou l/seg/Ha.
d) Freqüência - númerode ocorrênciasde uma dada precipitação
(h, t), no decorrerde um intervalode tempofixado.
A freqüênciade uma precipitaçãopodetambémser definidapelo pe·
ríodo de ocorrência - intervalode tempoemqueumadadaprecipitação
(h, t) podeser igualadaou ultrapassadaao menosumavez.
1.3.3. - Aspectos gerais da .ocorrênciae distribuição das chuvas.
o confrontoderegistrosdedadosestatísticosrelativosàsprecipitações
evidencia;
a) cadachuvapodeter freqüênciade precipitaçãomuitodiversade
uma regiãopara outra;
b) duas regiõesdistintaspodemter a mesmaaltura pluviométrica
médiaanual,emboraas distribuiçõesestacionaisdas chuvassejambas·
tantediferentes;
c) para u'a mesmareglao,as alturaspluviométricasde um dado in·
tervalode tempodesviam-seemrelaçãoa seuvalormédio,de quantidades
maiores,à medidaquese consideramintervalosde tempomenores;
d) para u'a mesmafreqüênciade precipitação,na mesmaregião,a
intensidademédiadiminuià medidaquese consideramduraçõesmaiores;
e) para u'a mesmafreqüênciade precipitaçãoe mesmaduração,a
intensidademédiadiminuià medidaquese consideramáreasmaioresna
regiãode observação;
- as chuvasdo tipo frontale orográficoabrangemáreasextensas;são,
quasesempre,de intensidademoderadae podemperdurarpor váriosdias;
- a êssesdoistiposdeprecipitaçãoestãoassociadosproblemasdo con·
trôle dasenchentes,aproveitamentohidroelétrico,drenagem,irrigação,na·
vegação,ete.;
4 . LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
- os grandestemporais,caracterizadospela alta intensidadede pre-
cipitação,são geralmenteoriginadospor convecçãotérmica,têmcurtadu·
raçãoe abrangemáreaslimitadas;paraessaschuvasé quesedimensionam
as galeriasde águaspluviais.
1.3.4. - Coleta de dados. Aparelhos medidores.
- um receptorcônicode bordacircular
combôcade 252,4mm,dediâmetroemaresta
viva,sobrepondo-seao reservatório,É a parte
maisdelicadae importantedo aparelho.
A coletade dadosé feita por aparelhosmedidoresque se classificam
em duascategorias:pluviômetrose pluviógrafos.Os primeirospermitem
a coletadasalturaspluviométricase os últimosdasalturaspluviométricas
e dasdurações,simultâneamente.
a) Pluvi6metro - O usadopelo ServiçoMetereológicode São Paulo
compõe-sede (Fig. 1.2):
- um reservatóriocilindricode 256,5mm
de diâmetroe 40cm de altura,capacidadede
20 litros, terminadopor partecônicamunida
de uma torneirapara a retiradada água.
FIG.1.2
A áreade exposiçãodo pluviômetroé de
500cm'. Para a determinaçãoda altura plu·
viamétricahá uma provetade vidro graduadaem escalacuja ménordi·
visão representa0,1mm, no interior da qual se vertea águarecolhida
pelo pluviômetro.
b) Pluviógra!os são aparelhosregistradores,dotadosde um meca·
nismode relojoariaqueimprimeummovimentoderotaçãoa um cilindro,
no qual existeum papelgraduadoondea pontadeum estiletetraçauma
curvaqueirá permitira determinaçãodeh e de t.
1.3.5.- Análise dos dados. Apresentaçãodos resultados. Interpretaçãoe
previsão da distribuição das precipitações.
Os dadoscolhidosno campodevemser imediatamentesubmetidosa
um tratamentoestatísticopreliminar,compreendendo:
a) Tabulação;
b) Introduçãode correçõescorrespondentea errossistemáticos;
c) Análisee interpretaçãoda independênciaentreos dadosfornecidos
por estaçõesvizinhas;
d) Análisee interpretaçãoda homogeneidadedos dadosobtidosem
cadaestação.
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 5
Os dadosfinaisde observaçãosãoapresentadosemboletinsperiódicos
pluviométricose pluviográficos.
Admitidaa validadedas sériesobtidas,passa-seao estudoda distri·
buição das precipitações,que é geralmenteanalisadasegundotrês cate-
gorias:
a) Distribuição Geográfica - Distribuiçãodas alturaspluviométricas
sôbrea superfíciede um pais,regiãoou baciahidrográfica;representação
gráficapor meiode curvas isoietas.
I) Distribuiçãodasmédiasdasprecipitaçõesanuais,mensais,sazonais
e diárias.
II) Distribuiçãodas alturas pluviométricasdas chuvasde determi·
nadasduraçõese freqüênciasprováveis.
a) Seriação histórica e distribuição de freqüências relativamente à
ocorrência de precipitação em intervalos de tempo fixados.
I) Distribuiçãodas alturaspluviométricasanuais,mensais,sazonais.
ou diárias,emum pontode uma árealimitada.
Estudo das:
tendênciasseculares
variaçõescíclicas
variaçõesacidentaisou casuais
II) Distribuiçãoda freqüênciade diaschuvososemcadaano,mêsou
estação,em um pontoou em uma árealimitada.
c) Curvas de intensidade - duração - freqüência das chuvas em
um ponto ou em 'umaárea limitada.
1) Nos estudosde precipitaçãoque maisfreqüentementese devaes-
peraremumdadolocal- estimativado valorcentral.
II) Grau de dispersãodas precipitaçõessuperioresou inferioresao
valor centrale a probabilidadede ocorrênciadessasprecipitações.
III) Correlaçãoentreas quantidadesde águasprecipitadase as quan·
tidadesdeáguasocorrentesemfasessubseqüentesdo ciclohidrológico,em
particular,estudoda correlaçãoprecipitação-deflúvio.
- O projeto econômicode grandenúmerode obrashidráulicasestá
diretamenteligadoà soluçãodêstesproblemas.
~ A análiseestatísticadas distribuiçõesobservadassugerea formu·
laçãode hipótesessôbrea lei de distribuiçãodo fenômenocorrespondente.
A mesmaanálisedispõede meios para a verificaçãoda validadedas
hipótesesformuladasrecorrendoaos chamadostestesde aderência.
6
1. 4. O. - EVAPORAÇÃO
1.4.1. - Ocorrência.
a) Evaporaçãona superfíciedas águas:
- reservatóriosde acumulação
- oceanose nnares
- lagos
- rios.
LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
b) Evaporaçãoda superfíciedo solo;
c) Transpiraçãodasplantas:
- evaporaçãodeáguasresultantedasatividadesbiológicasdosvegetais.
1.4.2. - Grandezas características.
a) Perdas por evaporação- Quantidadede águaevaporadapor uni·
dadede superfíciehorizontalduranteum fixadointervalode tempo;usual-
menteé medidapelaalturaque se evaporou,e expressaemmiUmetros.
b) Intensidade de evaporação - Celeridadecom que se processam
perdaspor evaporação,expressageralmenteem mm/horaou mm/dia.
1.4.3. - Fat6res intervenientes.
a) Gráu de unidade relativa do ar atmosférico - relaçãoentre a
quantidadede vapord'águapresentee a quantidadedevapord'águaqueo
mesmovolumedear conteriaseestivessesaturado,expressoemporcentagem.
Quantomaiorográude umidade,menora intensidadede evaporação;
o fenômenoé reguladopela lei de Dalton:
E = C (p. - p.)
onde:
E intensidadede evaporação.
C constantequedependede outrosfatôresintervenientesna evapo-
ração.
p. pressãodesaturaçãodo ar à temperaturadaágua.
P. pressãodovapor d'águano ar atmosférico.
b) Temperatura,- Um aumentode temperaturaiflui favoràvelmente
na intensidadede evaporação,porquetorna maiora quantidadede vapor
d'águaquepodeestarpresenteno mesmovolumede ar, ao se atingiro
gráu de saturaçãodêste.Para cada 10·C de elevaçãode temperatura,a
pressãodo vapord'águade saturaçãotorna-seaproximadamenteo dôbro.
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 7
c) Irradiação solar - insolação- o calor radiantefornecidopelo
sol para o fenômenode evaporação,constituiuma energiamotorapara o
própriociclo hidrol6gico.
d) Vento - intervémativamenteno fenômenoda evaporação,aumen·
tandoa intensidadedestaao afastaras massasde ar quejá tenhamgráu
elevadodehumidade.
e) Pressão barométrica - A intensidadeda eV,aporaçãoé maior em
elevadasaltitudes;a influência,entretanto,é discreta.
f) Salinidade da água .,.- A intensidadede evaporaçãoreduz-secom
o aumentode teor de sal na água. Em igualdadede condições,há uma
diminuiçãode 2%a 3% ao se passarda águadocep~raa águado mar.
g) Evaporação na superfície do solo - Dependedos fatôresacimae
tambémdo solo e do gráu de umidadedêste.Em solosarenosossatu-
rados,a intensidadede evaporaçãopodeigualarou excedera referente
à superfíciedaságuas.A evaporaçãono solodiminuicomo sombrQamento
pelavegetação,masgeralmentea transpiraçãosobrepujaessadiminuição.
de modoquea coberturacomvegetação,via deregra,aumentaas perdas
totais.
h) Transpiração - As perdasde águapara a atmosferadependem
tambémda espéciede vegetaçãoe do estágiodo desenvolvimentodesta.
i) Evaporaçãona superfíciedas águas- É funçãotambémdaprofun-
didadeda massad'água;quantomaior a profundidade,maisacentuadaé
a diferençaentrea temperaturada águae a do ar, devidoà maiordemora
na homogeneizaçãoda temperaturadela.
1.4.4. - Medida da evaporação.
a) Evaporação na superfície das águas - Usam-serecipientesacha·
tados,em formade bandeja,de secçãocircularou quadrada;êssesreci·
pientescheiosde águaaté certaaltura,são instaladossôbreo terreno,
próximoà massade água cuja evaporaçãose quer medir ou sôbrea
própria massade água(medidoresflutuadores).
- Dimensõesusuais
- diâmetrodo círculoou lado do quadrado:de 0,90a 2,00m
- alturado recipiente:0,25a 1,00m
- alturalivredo recipientesôbrea superfícieda água:0,05a 010m
Acessórios
- Aparelhospara a determinaçãoconcomitantede: temperatura.
precipitação,ventoe umidade.
8 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
- Dificuldades
- A evaporaçãoé apreciàvelmenteafetadapelaformae dimensões
do aparelho,disposiçãooucolocaçãodosmesmos,submersospar-
cialmentena águaou assentesno terreno.
- Precisa-seestudara correlaçãodos resultadosfornecidospelos
diversostiposde medidores.
- Há aindaa possibilidadeda formaçãode películadepoeiraoude
óleo devidaà secreçãode insetos,à perdade águacausadapor
passárosquevenhama sebanharno recipientee o sombreamento
parcial ocasionadopor dispositivosde proteçãocontrapássaros.
b) Evaporação na superfície do solo - Usam-serecipientesnosquais
a amostrado solo é assentesôbreum leito de areiae cascalho;a êsse
leito é continuamenteadministradauma certaquantidadede água,devi·
damentemedida,em substituiçãoàquelaque se perdepor evaporação.
Para um soloquecontenhavegetação,procede-seanàlogamente,porém,
adotando-seu'a amostrade tal tipo. É um processoaplicávelpara vege·
taçãoderaízescurtas.
- Díficuldades:
- Além das anteriores,'a derivadadas diferençasentreas condi·
çõesnaturaisexistentesno soloe as do recipientedemedida.
c) Transpiração - Usa-seum recipienteestanque,contendoterraem
quantidadesuficientepara nutrir a plantaem estudo;êsserecipienteé
providode uma coberturaespecialmentedestinadaa impedirque dêlese
desprendaágua,a não ser por transpiração;por um dispositivopode-se
oportunamenteadministraráguaà amostra.
.4.5. - Análise dos dados. Apresentação dos resultados.
Previsão das perdas por evaporação.
a) Os dadoscolhidossãosubmetidosao mesmotratamentopreliminar
indicadoem 1.3.5.
b) Apresentaçãodos resultadossoba formadetabelasda"evaporação
registradanos recipientesmedidores".Os resultadosdevemvir acompa·
nhadosde indicaçõessôbreos medidores,parao estudodas correlações;
c) Traçadode curvasde iguaisperdasmédias,diárias,mensais,sazo-
nais e anuais;
d) Estimativada perdapor evaporaçãoquese devaesperarem uma
dadaárea,emdeterminado·intervalode tempo:êsteproblemaé resolvido
pelaanáliseestatística;
e) Fórmulas empíricas - A maioriadas fórmulasbaseia-sena lei de
Dalton,determinando:se·experimentalmenteo coeficienteC.
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 9
Exemplos:
Fórmulade Rohwer,do Bureauof AgriculturalEngineering,1931.
Fórmulade Meyer- MinnesotaResourcesCommission.
f) Fórmulas baseadasna estimativa das transformaçõesde energia
Tem sido tentadaa determinaçãodasperdaspor evaporação,medindo-se
a quantidadedo calorradianterecebidado sol e atribuindo-se,à evapora·
ção, o consumoda quantidadede calor não utilizadaem outras trans·
formaçõessuscetíveisde medição.
Deve-seobservarque a evaporaçãoé a parte preponderantedentre·
aquelasem quese subdividea águaprecipitada,representando,em média,
60 a 70%.
1.5.0. - INFILTRAÇAO. AGUAS SUBTERRÂNEAS
5.1. - Ocorrência.
a) Fase de intercâmbio - ocorrenascamadassuperficiaisdo terreno,
em virtudeda aspiraçãocapilarou da utilizaçãoda águapelasplantas.
b) Fase de descida - quandoa açãoda gravidadesuperaa da ca·
pilaridade,há o escoamentodescendenteda águaatéatingirumacamada
impermeável.
c) Fase de circulação - saturadoo solo, formam-seos lençóissub-
terrâneos;a águaescoadevidoà declividadedas camadasimpermeáveis,
sujeitaà açãoda gravidade.
d) O limitesuperiordos lençóisnãoé umasuperfíciebemdelimitada,
mas sim forma-seuma verdadeirafranja - ocasionadapela açãoda ca·
pilaridade.
e) As camadasdeterrenoemquesedãoasfasesde intercâmbioedes·
cida (incluindoa franja de ascençãopor capilaridade)são denominadas
zonasde aeração; aquelaem que se desenvolvea fasede circulaçãoé a
zonade saturação.
1 5.2. - Grandezascaracteristicas.
a) Capacidadede infiltração - Quantidademáximade águaqueum
solo, em condiçõespré-estabelecidas,pode absorverpor unidadede suo
perfíciehorizontal,durantea unidadede tempo.Pode ser medidapela
altura de águaquese infiltrou,expressaem mm/horae é uma grandeza
que caracterizao fenômenoda infiltraçãoem suas fasesde intercâmbio
e de descida.
b) Distribuição granulométrica- é a distribuiçãodaspartículascons·
titutivasdos solosgranulares,emfunçãodasdimensõesdasmesmas.Cos-
tuma ser representadagràficamentepela curva de distribuição granu~o-
métrica; em abscissasfiguram,em mm, em escalalogarítmica,os tama·
10 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
nhosD daspartículasgranulares(aberturasde penêiras)e, emordenadas,
as percentagensacumuladasP, das quantidades(em pêso) de grãosde
tamanhosmenoresque aquêlesdenotadospelas correspondentesabscis-
sas D.
Diâmetro efetivo - é o tamanhoDIO igual à dimensãode u'a malha
(emmm)quedeixapassar10%empêsodo materialemexame.
Coeficientede uniformidade- relaçãoentreo tamanhoD deu'amalha
quedeixapassar60%do materialemexamee o diâmetroefetivo: Doa/DI"
c) Porosidade de um solo - relaçãoentre o volumede vazios.e o
volumetotal do solo;geralmenteexpressaempercentagem.
d) Velocidadede filtração - velocidademédiafictícia de escoamento
da águaatravésum solo saturado,considerando-secomosecçãode escoa-
mento,não apenasa somadas secçõesdos interstícios,mas sim tôda a
superfíciepresente.Numericamente,é igualà quantidadedeágUaquepassa
atravésda umidadede superfíciede materialfiltrante,durantea unidade
de tempo.É expressaemm/segou m/dia ou emmJ/m' dia.
e) Coeficiente de permeabilidade- É a velocidadede filtraçãoda
águaem um solo saturado,quandose temum escoamentocomperdade
cargaunitáriaa umacertatemperatura.:t!.:ssecoeficientemedea facilidade
maior ou menorque cadasolo,quandosaturado,ofereceao escoamento
da águaatravésde seusinterstícios.:t!.:leé expressoem m/dia, cm/seg,
m'/m'dia.
f) Suprimento específico - quantidademáximade águaquese pode
obterde um solo saturado,por meiode drenagemnatural.Geralmenteé
expressoem percentagemdo volumede solo saturado.
g) Retenção específica - quantidadede águaque fica retida (por
adesãoe capilaridade)no solo,apósserêste submetidoa um máximode
drenagemnatural.É expressaempercentagemdo volumedesolosaturado.
1 5.3. - Capacidade de infiltração. Fat6res intervenientes.
a) Tipo de solo Quantomaior a porosidade,o tamanhodas par·
tículasou o estadode fissuração,maior a capacidadede infiltração.Ge-
ralmenteas característicaspresentesnuma camadasuperficialde 1cm
aproximadamentesãoas quemaisinfluemnessacapacidade.
Os tiposde solovariamentrelimitesamplos.
A título de exemploapresentamosa classificaçãopropostaem 1931
pelo M. 1.T.:
- argilas- diâmetrodas partículas:D < 0,002mm
- siltes- diâmetrodaspartícula~:0,002< D < 0,06mm
- aréias- diâmetrodaspartícuias:0,06< D < 2,00mm
- pedregulhos- diâmetrodaspartículas:D > 2,00mm.
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 11
b) Cobertura do solo por vegetação- Aumentamais ou menosa
capacidadede infiltração,dependendoda espéciee estágiode desenvol·
vimentoda vegetação.
c) Presença de substâncias coloidais - Os solos de granulometria
mUltofina contêmpartículascoloidaisque molhadas,entumescem,redu·
zindoos interstíciosde infiltraçãoda água.
d) Gráu de umidade do solo - Parcelaconsideráveldas águaspre-
cipitadasemsolosêcopodeserabsorvidapelomesmo,emconseqüênciada
adesãoe capilaridade.
e) Efeitos da precipitação atmosférica s6bre a superfície - Segundo
Horton, a curvade variaçãoda capacidadede infiltraçãoduranteuma
chuvaé
onde:
f capacidadede infiltraçãono instantet
f, capacidadede infiltraçãofinal
fo capacidadede infiltraçãoinicial
F constante
t duraçãoda precipitação.
f) Influência de-outros fat6res:
- açãode animaisqueescavamo terreno;
- presençade ar nascamadasinferiorese necessidadedeexpulsãodo
mesmo,pelaáguade infiltração;
- temperaturada água- influindoatravésda viscosidade.
1.5.4.- Determinação da capacidade de infiltração.
a) Infiltr6metro com aplicação de água por inundação - Usam-se
tubos curtosde 9" a 36" de diâmetro,cravadosverticalmenteno solo,
de modo a restar uma pequenaaltura livre sôbreêste; a águaé apli·
cadana superfíciedelimitadapelo tubo,com uma vazãosuficientepara
manter,sôbre o terreno,uma carga pré-estabelecidae constante- ge·
ralmente- 1/4".
A capacidadede infiltraçãoem um dado instante,é obtidapela re·
laçãoentrea vazãode admis,sãoda águae a área de secçãodo tubo.
b) Infiltrômetro com aplicação de água por aspersão - adotado
tendoemvistaa reproduçãoda açãode impactodasprecipitaçõesatmos·
féricassôbrea superfíciedo solo.
Delimitam-seáreasde aplicaçãoda água,de forma retangularcom
lados variandode 0,30m até 3,00m. Á água é aplicadapor meio de
tubosaspersoreshorizontais,com movimentorotativoou não. Por meio
de aberturaslaterais,efluea águado escoamentosuperficial,cuja vazão
é medida.
A capacidadede infiltraçãode um dado instanteé medidapela dife·
rença entre as vazõesde admissãoe de efluênciasuperficial,dividida
pelaáreade aplicação.
12 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
1.5.5.- Andlise dos dados. Interpretaçõesde resultados. Aplicações prá-
ticas.
Os dados sôbre infiltração devem ser obtidos e analisadostendo em
vista os seguintesobjetivos principais:
a) Estudo da variação da capacidadede infiltração dos diversos ti-
pos de condições de solo;
b) determinaçãoda capacidadede infiltração média dos diversos tipos
de condiçõesde solo;
c) determinação da capacidade de infiltração média de bacias hi-
drográficas.
1.5.6. - Problemas resolvidos com o conhecimentodos dados de infil-
tração.
I - Captação de águas subterrâneas:
a) Escolha do tipo de captação: poços freáticos, poços pro-
fundos, galerias de infiltração.
b) projeto de captação: profundidade, diâmetro e afastamento
dos poços, filtros e crivos, bombas, etc.
c) construção e ensaio.
II - Drenagemdo terreno
a) Escolha do sistema: canais a céu aberto, galerias, poços;
b) Projeto.
III ~ Conservaçãodos lençóis subterrâneos.
IV - Projeto de barragens:
a) Infiltração sob ou através o corpo da barragem;
b) Sôbre-pressõessôbre as fundações do massiço.
VELOCIDADES MÉDIAS EFETIVAS EM MATERIAIS GRANULARES
NATURAIS (mm/seg).
VELOCIDADES
TIPO DO MATERIAL
DIÂMETRO DOSMÉDIAS EFETIVAS
GRÃOS (mm)
I
J = 1%J=
100%
Siltes,
areia fina, loess!0,005a
0,25I
0,00023
0,23
Areia
média.......... 0,25a0,50 i0,0041 0,41IAreia grossa
..........0,50a2,00 0,0222,2
Cascalho
............. . 2,00a 10,00 0,10610,6
Velocidade
Máx.em
Cascalho
........... .Diâm. efet. = 1,850,38838,8
ELEMENTOSDEENGENHARIA HIDRÁULICAE SANITÁRIA
1.6. O. - ESCOAMENTO SUPERFICIAL. DEFLnVIO
13
1.6.1. - Ocorrência.
a) Tipos de cursos d'água - enxurradasou torrentes,c6rregos,rios,
lagose reservat6riosde acumulação.
b) Origem dos cursos d'água - têm origem,fundamentalmente,nas
precipitaçõesatmosféricas.l!:stesdão ocorrênciaa escoamentossuperfi-
ciais ao se encaminharem,no ciclo hidrol6gico,atravésde um dos per·
cursos:
1. escoâmentodiretopela superfície;
2. infiltraçãono solo, circulaçãosob forma de águassubterrâneas
e emergênciaou afloramentoà superfície.
1.6.2. - Grandezascaracterísticas.
a) Vazõesou descargasemuma secçãodeumcursodeágua:
1. vazõesnormaisou ordinárias;
2. vazõesde inundaçãoou de enchentes;
3. contribuiçãounitária: contribuiçãomédia que cada unidadede
superfíciede bacia fornece,na unidadede tempo,para a descargaque
passanumasecção,é portanto,a relaçãoentre a descargae a área da
bacia.
b) Freqüência de uma descargaemuma secçãode um cursod'água
é o númerode ocorrênciasda mesmano decorrerde um intervalode
tempofixado.
c) Bacia hidrográfica - relativaa uma secçãode um cursod'água
- área.geográfica,na qual as águasprecipitadasafluemà secçãocon·
siderada.
d) Coeficiente de escoamentosuperficial (ou de deflúvio),relativo
a uma secçãode um curso de água: Relaçãoentrequantidadede água
total escoadapela secçãoe a quantidadetotal de águaprecipitadana'
baciadecontribuiçãoda secçãoconsiderada.O coeficientepodese referir
à uma dadaprecipitaçãoou a tôdasas precipitaçõesocorridasem um
fixadointervalode tempo(mês,estação,ano).
e) Tempo de concentração- Temponecessário.para que,a· partir
do início de umadadachuva,tôda·a baciapassea contribuirna secção
em estudo.
1.6.3. - Fat6res intervenientesno deflúvio.
a) Fat6res que afetam a quantidadede água precipitada.
1. Quantidadede vapord'água;existênciade grandessuperfíciesex-
postasà evaporação,nas proximidades.
14 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
1.
2.
3.
-solo.
2. Condiçõesmeteorológicase topográ.ficasfavoráveisà evaporação,
à movimentaçãodas massasde ar e à condetlsaçãodo vapord'água,tais
comotemperatura,ventos,pressãobarométricae acidentestopográficos.
b) Fat6res que afetam o afluxo da água precipitada à secção em estudo.
Área da baciade contribuição.
Conformaçãotopográficada bacia: declividade,depressões,etc.
Condiçõesde superfíciedo solo e constituiçãogeológicado sub-
- existênciade vegetação
- capacidadede infiltraçãono solo
- naturezae disposiçãodas camadasgeológicas:tipos de rochas,
condiçõesde escoamentoda águaatravésdas rochas: coeficiente
de permeabilidade,estadode fissuração,situaçãodos lençóissub-
terrâneos.
.6.4. - Obras de utilização e contr61e da água à montante da secção:
- irrigaçãoou drenagemde terrenos
- canalizaçãoe retificaçãode cursosde água
- subtraçãoda águaà baciapor captaçãoe recalqueparaoutrabacia
- recebimentodeáguade outrasbacias
- detençãoda águapor represamentopararegularização.
De um modo geral,em um curso d'água,as outrascondiçõessendo
as mesmas:
1. A descargaanual aumentacom o crescerda área da bacia de
contribuiçãoquese considere.
2. Em uma dada secção,as variaçõesdas vazõesinstantâneassão
tantomaioresquantomenora áreade contribuição.
3. As vazõesmáximasinstantâneas(ou as vazõesde inundação)em
uma secçãodependerãoda ocorrênciade precipitaçõesatmosféricastanto
mais intensasquantomenorfôr a áreada baciade contribuição;à me-
dida que se considerembaciasde contribuiçãomaiores,as chuvascau-
sadorasde inundaçõesmaisgravessão aquelasde intensidadesmaismo·
deradas,porémde duraçãoe áreade precipitaçãomaiores.
4. Para uma mesmaárea de contribuição,as variaçõesdas vazões
instantâneasserãotantomaiorese dependerãotantomaisdas chuvasde
grandeintensidadequantomenorfôr o tempode concentração,isto é,
- quantomaiorfôr a declividadedo terreno
menoresforemas depressõesdetentorase retentorasde água
- maisretilineofôr o traçadoe maiora·declividadedo cursod'água
- menorfôr a parcelade infiltração
- menorfôr o recobrimentopor vegetação.
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 15
5. O coeficientede deflúviorelativoa uma dadaprecipitaçãoserá
tantomaior quantomenoresforema capacidadede infiltraçãoao solo e
os volumesde acumulaçãoe retençãode águaà montanteda secçãoem
estudo.
6. O coeficientede deflúviorelativoa um longointervalode tempo
(mês,estação,ano) depende,principalmente,das perdaspor infiltração,
evaporaçãoe transpiração.Para certasnaturezase disposiçõesde cama·
das geológicas,a maior capacidadede infiltraçãopoderáser um fator
favorávelao aumentodo coeficientede deflúvio.
1.6.5. - Coleta e análise dos dados de observação- Apresentaçãodos
resultados.
a) Os dadosde observaçãosôbredeflúvioreferem-sesistemàticamente
a baciashidrográficas.
b) As observaçõessão realizadaspor meio da conjugaçãode dois
serviços:
1. Estaçõesfluviométricasou hidrométricas:instalaçõesmedidorasde
vazão,assentesem váriassecçõesdos principaiscursosd'águaexistentes
na baciahidrográfica.
2. Estaçõesde observaçãodas quantidadesde águacorrelacionadas
ao escoamentosuperficialou deflúvio: postospluviométricosou pluvio·
gráficos,serviçosde mediçãoda evaporaçãoe da infiltração.
c) Tratam-sedeserviçosdegrandeamplitude,geralmentesoba respon-
sabilidadeestatal,os quaiscomplementamos seuselementosdeobservação
com dadosregionaisou locais. .
d) Os pontosimportantesde cadabaciahidrográficavão sendopro·
vidos de instalaçõesobservadoras,segundoum critério de importância
hidrológicae econômica.
e) Os serviçospluviométricos,compõem-sede duaspartes:
- Trabalhosno campo
- Trabalhosno escritório.
f) O trabalhode campocompreende:
1. Inspeção"in loco" para a fixaçãodo localdefinitivoda estação.
2. Construçãoe instalaçãode pôsto fluviométrico,e dos dispositi-
vos de proteçãoe facilidadeparao acesso:
- régualinimétrica(ou linigrafos-registradores)
- referênciasde nivelamento
- demarcaçãoda secçãode mediçãono cursod'água.
- levantamentotopográficoe sondagemna secçãode medição
- levantamentogeológicodas camadassuperficiais.
3. Mediçãodedescargasdo cursod'água- molinetes.
16 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
4. Cometimentodo serviçode operaçãolocal a pessoaidônearesi·
dentenas proximidades.
5. Cadastrodetalhadodo postofluviométrico.
6. Conservaçãoe inspeçãoperiódicada estaçãofluviométrica.
g) O trabalhodeescritóriocompreende:
1. Cálculoda tabelaou curvade funcionamentodos molinetes,me-
dianteensaiosdeaferiçãoem laboratórios.
2. Cálculoe traçadoda curva de descargaem cada secçãode me·
dição(correspondênciaentrealturasfluviométricase vazõesnas secçóes).
3. Recebimentodos registrosdas observaçõesdos postos fluviomé·
tricos.
4. Correçãodeerrossistemáticose acidentais.
5. Análiseda homogeneidadedosdados.
6. Tabulaçãodas descargasem cadaestação.
7. Traçado dos fluviogramas("hydrograph"da terminologianorte-
americana:- curvasrepresentativasdasvariaçõesdasdescargasnas sec-
çõesde um cursod'água,no decorrerdo tempo.
8) Divulgaçãodas observaçõescatalogadas- boletinsfluviométricos.
1.6.6.- Estudos de previsão.
As sériesobtidasnos postosde observaçãoconstituema basepara a
soluçãodos seguintesproblemas:
1. Estimativada vazãoquemais freqüentementese devaesperarem
uma dadasecçãode um cursod'água(estimativado valor central).
2. Estudodo gráu de dispersãodas vazõessuperioresou inferiores
ao valorcentrale a probabilidadede suaocorrência.
a) descargasmínimas
b) descargasmáximas;
c) vazõesdas inundações.
3. Determinaçãodas alturas fluviométricase velocidadesde escoa-
mentocorrespondentesàs referidasvazões.
4. Estudodapropagaçãodasondasde inundação,ao longodassecções
de um cursod'água.
5. A determinaçãodos volumesde águadisponívelem uma dada
secção,duranteum fixadointervalode tempo.
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 17
A soluçãode tais problemasé obtida·atravésde:
1. Análiseestatísticada distribuiçãodos dadospluviométricosobser
vadose induçãoestatísticada lei de ocorrênciado fenômeno.
2. Estudoestatísticoda correlaçãoentreas precipitaçõesatmosféricas
e os dadosfluviométricosobservados,para determinaçãodos correspon-
dentescoeficientesde deflúvio.
3. Estudodasvariaçõesdasvazõesinstantânease dosvolumestotais
disponíveisem funçãodas perdaspor evaporaçãoe infiltração.
4. Análisecomparativados fluviogramasobtidosem diferentesba-
cias hidrográficasou em diferentespontosde uma mesmabacia.
1.6.7. - Exemplos de coeficientesde deflúvio.
Superfície
Coef.de Deflúvio
Rio
Localda bacia Anos de
Km' MáX·1~~~J~éd.observação.. -
...
Itapanhaú
AltodaSerra-
-Santos
......700,530,370,461928-1934
Bandeira
Franca........1000,340,220,301930·1934
Sapucaí
I Franca.......40700,410,190,321931-1934
Esmeril I Franca
........I5000,460,400,431930-1931
1.6.8.- Exemplo de contribuiçãounitária (Vazão específicaem L/seg./Km').
Fonte
E. E. B.
Div.de Águas
4,073,05
4,50
ão específica
MínimaI Média
i S f' .VazuperlC18Rio
da bacia
MáximaI
Km'
ietê
...... .
..... ~59.000
67,8
Paraíba (até'lCampos)
. . . . . . I55.800
90,0
T
1.6.9. - Fórmulas empíricaspara a previsão de enchentes.
Cronologicamente,as mais antigasfórmulassão as devidasa Fuller
(1913-1914),que estudouoriginàriamenteas cheiasdo Rio Tohickon,.nos
E.U.A., num períodode 25 anos. Foram consideradassucessivamentea
máximaenchenteno período,depois a maior executadaa máxima,a
terceiraem ordemde grandezadecrescente,etc.,conformeo quadroda
páginaseguinte.
18 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
Número
daenchenteRazãoentreo valordaMédia dasTempoemordemdegrandeza
enchentee o valor damáximasem anosdecrescente enchentemédiaanual
1
2,102,1025
2
1,59'1,S512,5
3
1,451,718,33
4
I1,30 1,616,25
5 I
1,21 1,535
6
1,151,474,17
7
I
1,06 1,413,578
1,061,363,33
9
I
1,01 1,332,79
10
1,011,292,50
Na segundacolunafiguramas razõesdosvaloresdasmáximasenchen-
tes como valor médioanual.Se em lugardo númerorelativoa segunda
cheia colocarmosa média das duas maioresenchentes,do referenteà
terceira,a médiadas três maiores,e assim sucessivamente,teremosos
valoresda terceiracoluna.
FIG, 1.3
À máximaenchentecorrespondeuma
freqüênciade uma vez em 25 anos, à
médiadasduasmaioresfaz-secorrespon-
der umafreqüênciade umavezem 12,5
anos,etc.
Tomandocomoabscissasos logarit-
mosdostempose comoordenadasos va-
loresdas razõesQ/Q. observa-sequeos
pontosobtidosestãomaisou menosna
retade equação(Fig. 1.3):
Q = Q.O + 0,7510gt)
sendo:
Q. = a médiaanualdasvazõesmáximas,e
Q a vazãomáximaprovávelem t anos.
Depoisde haver expostoêstecasoparticular,Fuller consideroucon·
juntamenteos outrosrios comose se tratassede um únicorio e sugeriu
comoexpressãoda vazãomáximaprovável,em t anos,a curva:
Q =Q. O +O,Slogt) O)
Porsua vez Q. (médiaanual das máximasabsolutas),depende,de
acôrdocom Fuller, de Qd (médiaanualdas vazõesmáximasdiárias)se·
gundoa expressão:
Q. Qd (1 + 2,66A-o.3) (2)
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 19
sendoA a áreada baciaem km', e Qd,dependente'dabaciacontribuinte
coma lei:
(3)
sendoC um coeficientea determinar,casopor caso,comdadosde obser·
vaçãodispoIÚveis.
Substituindo(3) e (2) em O):
Q = CN'O + 2,66A OJ) O + 0,810gt) (4)
Críticas inúmerasforam feitas às fórmulas de Fuller, como por
exemplo:
- a fórmula(3) é completamenteempírica
- a fórmula(2) se chocacomnumerososdadosexperimentais
- a fórmulaO) com a pretensãode exprimir,numafórmulaúnica,
todosos cursosde águada terra,é dificilmenteaceitável.
A experiência,contudo,temdemonstradoquefórmulasdo tipo
(5)
sendoqoe q, constantesa determinar,casopor caso,combasenos valo-
res observados,servembem para determinara vazãomáximaprovável
em t anos.
OutrasfórmulasemplrlCaStêm surgido,comoa de Foster (1924)que
procuroudeterminaruma curvade probabilidadeválidana distribuição
dasvazões,adotando,para isso,a curvatipo II! dePearson.As fórmulas
obtidasnão diferemmuitode (5), mascom a vantagemconceitualsôbre
o métodode Fuller de indicarfórmulaindividualpara cadacursod'água.
Comoa práticatemmostradoqueos resultadosobtidosnãodiferemmuito
dos do métodode Fuller, é êstemaisempregadopor ser mais simples.
Para dar uma idéiada aplicaçãodos métodosestatísticosna previsão
de vazõesmáximas,apresentamosum problemaelucidativo.
PROBLEMA
Em um cursod'águaque drenaumabaciahidrográficade 1120km'
são conhecidasas vazõesmáximasanuaisnumperíodode 22anos(Qua·
dro 1). Preveras vazõesmáximasquepodemser igualadasou ultrapas-
sadasuma únicavezem 10,em 20,em 50,em 80,em 1-00,em 200,em
1000anos:
1- Pelafórmulaempíricade Fuller
2 - PelométododeFuller
20 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
3 - Pelo método de Foster, usando-se a curva de probabilidades de
Pearson - tipo lIT.
4 - Pelo método de Foster, usando-sea curva normal de probabili·
dade de Gauss_
5 - Determinar para a bacia hidrográfica o coeficiente ('J. da fórmula
empírica de Kresnik, adotando-separa o valor máximo da vazão,o valor
correspondenteà ocorrência.de 1 vez em 1000anos obtido pelo método de
Foster, com o uso da curva ITl de Pearson.
QUADRO 1
Qm••
I
Qm.lI1Anos (m'/seg)IAnos (m'/seg)
1931
40,47194275,95
1932
50,42194332,33
1933
37,26194438,50
1934
37,96i1945 28,41
1935
97,18
I
1946 55,10!1936
63,72I1947 48,60
1937
77,91194843,69
1938
43,63194910,70
1939
29,28195054,83
1940
24,25195155,79
1941
60,761952~7,57
1 - Fórmulaempíricade Fuller
Q
Q, (1 + O,8logt) na qual
Q,
média anual das vazõesmáximas
Q
vazão máxima provável em t anos
~Qm"
1034,31
Qu =
47,01m'/seg
n
22
Para
10..Q,o 47,01x(10,8x184,60m'jseg.
Para
t 20Q,u47,01x00,8x1,30) 95,90m'/seg.
Para
t 50Q",47,01x00,8X1,70)110,80m'jseg.
Para
t 80Q",47,01X00,8 X1,90)118,40m'jseg.
Para
t=-100..Q,oo 47,01X(10,8x 2,00)112,10m'/seg.
Para
t 200..QlOO 47,01X(10,8x 2,30)134,50m'/seg.
Para
t1000Q,ooo47,01X00,8x3,00) 159,70m'jseg.
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 21
. 2 - Método de Fuller. Do QuadroI e~trai-sesucessivamentea máxima
enchenteno período,depoisa maior,excetuadaa máxima,a terceira,em
ordemde grandezadecrescente.As razõesdos valoresdas máximasen-
chentespara o valor médioanual(Q/Qo)são os númerosquefiguramna
segundacolunado Quadro2.
QUADRO2
N.oda enchente
li
I
Média dasem ordemde
!
Raz~oQ/Qo Tempoem
anos
I máximasgrandeza I
(2) (4)
decrescente
(3)
i
I
I
2,06
2,0622,00I
2
I1,65 1,8511,00
3
1,611,777,33
4
1,351,675,50
5
1,291,594,50
6
1,191,533,67
7
1,171,473,14
8
1,16
I
1,44 2,75
9
1,071,392,44
10
1,031,362,20
Se em lugardo númerorelativoà segundaenchentecolocarmoso re-
lativoà médiadasduasmaioresenchentes,do referenteà terceiracheia,
a médiadas três maiores,e, assim,sucessivamente,teremosos valores
da terceiracolunado Quadro2.
Exemplifiquemospara as duasprimeiraslinhasdo Quadro2.
2.>coluna:o primeironúmero2,06é o quocientede 97,18m'lseg.(va-
zão máximano ano de 1935)por 47,01m'/seg.(médiaanualdas vazões
máximas).O segundonúmero1,65é o quocientede 77,91m'/seg.(vazão
máximado anode 1937)por 47,01m'/seg,
3,"coluna: O segundonúmero1,85é a médiaaritméticade 2,06e
1,65,isto é, dos dois primeirosnúmerosda 2."coluna,o terceironúmero,
1,77é a médiaaritméticadostrêsprimeirosnúmerosda coluna2,e,assim
sucessivamente.
A máximaenchentecorrespondeuma freqüênciade uma vez em 22
anos; à médiadas duas maioresfaz-secorresponderuma freqüênciade
uma vez em 11anos,etc, Tomando-secomoabscissaos logarítmosdos
tempose comoordenadasos valoresdas razõesQ/Q. da coluna3,pode-se
observarqueos pontosobtidosestãomaisoumenosnumaretadeequação.
Q
y = -- = qo + q,logt,
Q.
podendo·sedeterminargràficamenteq. (ordenadaà origem) e q, (coe·
22 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
ficienteangular>.ComoexerClClO,determinemosqoe q, pelométododos
n1UtiLnosquadrados.As equaçõesde condiçãoserão:
x logt, y ::=: Q/Qo, I qo + q, (-W-) ::=: (~)lq. (-W-) + q,( -Z:' ) ::=: ( -z:)
A tabela3 contémtodosos elementosparadeterminaros coeficientes
de qoe q, no sistemade equaçõesde condição.
TABELA 3
2,06
1,85
1,77
1,67
1,59
1,53
1,47
1,44
1,39
1,36
t
22
11
7,33
5,50
4,50
3,67
3,14
2,75
2,44
2,20
::=: logt I y ::=:
1,34
1,04
0,86
0,74
0,65
0,56
0,50
0,44
0,39
0,34
Q
Qo
x'
1,80
1,08
0,75
0,55
0,42
0,31
0,25
0,19
0,15
0,13
xy
2,76
1,92
1,53
1,23
1,03
0,86
0,74
0,63
0,54
0,46
y calco
2,09
1,87
1,74
1,65
1,58
1,51
1,47
1,42
1,38
1,35
n
6,87
0,69
16,13
1,61
5,63
0,56
11,70
1,17
Teremosno caso:
q. + 0,69q, ::=:1,61
0,69qo + 0,56q, ::=:1,17
qo 1,09
q, 0,75,
isto é, a equaçãoda retaserá:
Q
y =
Qo
1,09 + 0,75logt
Os valoresda últimacolunada tabela3, foramcalculadospelaequa.
ção da reta e a sua comparaçãocom os da terceiracolunapermite
constatara precisãoda variaçãolinearde y comx = logt. _
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA 23
Resta-nosumaobservaçãofinal:
A retaQ' = Q. (1,09+ O,7510gt) é quasecoincidentecoma retarepre-
sentativada fórmulaempiricade Fuller:
Q = QoU + 0,810gt).
Apliquemosa fórmulaQ = Qo (1,09+ 0,7510gt) aosperíodospedidos:
p·t 10,xlogt=1,00Q,o1,84Qo1,84x 47,0186,40m'/seg
p·t
20,xlogt=1,30QlO2,07Qo2,07x 47,0197,20
p·t
50,xlogt1,70Q,.2,37Qo2,37x 47,01111,20
p·t
=80,xlogt=1,90Q ••2,52Qo2,52x·47,01118,40
p·t
100,xlogt2,00Q,oo2,59Qo2,59x 47,01121,50
p·t
200,x=logt 2,30Q2002,82Qo2,82x 47,01132,40
P' t =1000,
xlogt3,00Q,ooo=3,34Q.3,34x 47,01156,90
3 - Método de Foster, usando-sea curva de probabilidade de Pearson
(tipo 111).
É sabidoque o métodode Foster,comoo de Allen Hazen-Gibratba-
seia-.senos'três seguintesconceitosfundamentais:
a) supondo-serealizadas,em intervalosde tempo.regulares,n me-
didas de vazãoem uma secção,elas se afastarãodo valor médioem
conseqüênciadasdiversascondiçõesexistentesno momentodas medições.
Pode-setentar aplicar à distribuiçãodas vazõesa teoria dos erros de
observação,considerando-seentretanto,curvasdiversasdanormaldeGauss,
pois não podendoa vazãoser negativa,a curva de dispersãoa ela re-
ferentenãopodeser simétrica.
b) Considerando-secomopossíveisem uma determinadasecção'da
rêdehidrográfica,todos os valoresda vazão,de zero a infinito, desde
que se divida um trecho limitadodêssecampoem intervalost:,x (por
ex. de 1m'/seg.,10m'/seg.),pode-se,pelas medidasfeitas, conhecera
freqüênciadasvazõesemcadaintervalo;seas medidasforemmuitonume-
rosas, a freqüênciaobservadaserá muito vizinha4a probabilidade,é
possível,pois, regularizandooportunamenteos valoresobservados,dese-
nhar umacurvaf(x), tal quef(x)t:,x possarepresentar'à probabilidade
de quea vazãoseja compreendidaentre
x -
t:,x
2
e x +
t:,x
2
por umaconhecidapropriedadeda teoriadas probabilidades.
c) A curva assim obtida,representandoa probabilidadeteóricada
.-azãox associadaaos valoresdas freqüênciasobservadas,permitetam·
24 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
bém avaliar o afastamentoentre probabilidadee freqüência.Esta ava-
liação é de notávelinterêsse,pois a curva pode ser utilizadaem um
intervalomaisamplodo queaquêleemque foramfeitasas observações;
essasse referema um períodopassado,e, com basenelaspodemosde·
terminara probabilidadenum períodomais longo,compreendendoo fu·
turo (previsãode cheias>.
Apoiadonessesconceitosfundamentais,Fosteradotoucomocurvade
probabilidadeválida na distribuiçãodas vazõesa curvaassimétricatipo
III de Pearson.
A tabela 5, retiradada página176 do "WaterSupplyandWaste-Water
Disposal"de Gordon-Geyer,facilita enormementea aplicaçãodo método.
Para o cálculodasmedidascentraise doscoeficientesde variaçãoe obli-
quidade,deve-sedisporconvenientementeos dadosem uma tabela,o que
fizemosna tabela4.
TABELA 4
I
0,'0 deI Vazões Desvios tempoqueAnos máx.emdax'xJa cheia'nãom'/seg.
médiax éexcedida
49
!I
10,70
-36,311318,42-47.872 4,35
I1 40
II
24,25 -22,72618,02-11.790 8,70
52
27,57-19,44377,91-7.347 13,05
45
II
28,41 -18,60345,95-6.435 17,40
38
29,28-17,73314,35-5.573· 21,75
43 li
32,33 -14,68215,50-3.164 26,10
33
37,26-9,75 95,06-92730,45
34 II
37,96
-:?,O5 81,90-74134,80
44
38,50-8,51 72,42-61639,15
31
li
40,47
-6,54 42,77-28043,50
38
43,63-3,38 11,42-3947,85
48
I43,69
-3,32 11,02-3752,20
47
J
48,60 +1,59 2,53+456,55
32
50,423,4111,634060,90
50
54,837,8261,1547865,25
, 46 I
55,10 8,0965,4452969,60
51
55,698,7877,0967773,95
41
I
60,76 13,75189,062.60078,30I i36
I63,72 16,71279,224.66682,65
42
I
75,95 28,94837,52
24.23887,00
li 37 i:
77,91 30,90954,8129.50491,35
35 li
97,18 50,172517,03126.27995,70
2::
II1034,31
8400,23+104.194
M
II
47,01
TABELA 5
Tábua de áreas da Curva de Freqüência Assimétrica - Tipo lU de PearsoTl
X-M 100A
paravaloresfixadosde-- (a partirdo limiteinferior)paradeterminadasobliquidades
(j n
M
Coeficientede variaçãoeo = -
(j
M = médiaaritmética
1,4
-0,71
-0,71
-0,70
-0,65
-0,38
0,47
1,20
2,02
3,95
6,99
I
1,2 I ---
I
1
-0,831-0,82
-0,70 I-0,71
-0,35 I
0,54 I
1,25 I
2,01 1
3,78I
6,47I
I
I
I
I
1,0 I
I
1
-1,00 I
-1,00
-0,99
-0,97 I
-0,90 I-0,78
-0,30 I
0,61I
1,30
2,00
3,60I
5,91
8,21
10,51 I
12,81I
1
Art'o A opor/ir do Ii/nde inFerior-
Areo proporclonol AII"7
A'reaB-n-A
Ar ••o'prof'CrciO'W1Ll,t, - (-AI"
da obliquidade
(j
M-M.
I 0,7 I 0,8 I 0,9 I_1 __ 1
-1,4; I -1,25 II-=--~,~:
-1,40 -1,24 -1,11 I
-1,32 -1,19 I -1,08
-1,18 -1,11 I -1,04 I
-1,05 -1,00 -0,951-0,84 I -0,82 I -0,80
-0,22 I -0,25 I -0,28 I
0,71I 0,68I 0,64i
1,34I 1,331 1,32I
1,931 1,96\ 1,98
3,28 I 3,40 3,50
5,111 5,39 5,66
6,82I 7,281 7,75
8,50I 9,17 8,84
10,28I 11,12 11,96
I I
(j
moda
d
0,6
M-Mo
-1,63
-1,59
-1,45
-1,25
-1,08
-0,85
-0,191
0,74
1,35
1,90
3,15
4,82
6,37
2,85
9,45
I
0,5 I
I
I
-1,88 I
-1,80 I
-1,59 I
-1,31 I
-1,12 I
-0,86 I
-0,16 I0,76
1,341
1,871
3,03I
4,54I
5,92 I
7,22I
8,63I
I
I
0,4 I
I
-2,18 I
-2,03 1
-1,74 I
-1,38 I
-1,16 I
-0,86 I
-0,13 I
0,781
1,341
1,83I2,90
4,251
5,48
6,61
7,821
I
0,3 ,
para os seguintes valores- =
I
I
1
I
I -2,53-2,28
-1,88
-1,45
-1,19
-0,86
-0,09
0,80
1,33
1,79
2,77
3,961
5,04
6,01 I
7,02
0,2
-2,92
--2,54
-2,03
-1,51
-1,22
-0,85
-0,06
0,82
1,32
1,74
2,62
3,67 I4,60
5,42I
6,24 1
I
(j
d
coeficientede obliquidade-
G
(X - M)
I 0,1 I
-3,321-2,81
-2,18 i
--1,581-1,25
~0,85I
-0,03 I
0,83I
1,30I
1,69I2,48
3,38I4,16
4,84I
5,48I
I
(j
x
0,0
-3,73
-3,09
-2,33
-1,65
-1,28
-0,84
0;00
0,84
1,28
1,65
2,33
3,09
3,73
4,27
4,76
Desvios
x
Valoresde-
(j
0,01
0,1
1,0
5,0
10,0
20
50
80
90
95
99
99,9 I
99,99
99,999
99,9999 I
Valores de I
100 A/n a
partir do
li:r:I~Cinferior
d M-M.
(j (j
(j desviopadrão
26 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
Médiaaritméticadasvazõesmáximas
M
Desviopadrão:
~""x'
(j = n-l
Coeficientede variação:
n
1034,31
22
v'400
47,01
21),00
co =
M
20,00
47,01
0,426
Coeficientede obliquidade
d ~x'
2 (j ~ x'
104.194
2 x 20,00X 8400
104;194
336.000
0,310
f
Obliquidadeajustadacom o coeficientede Hazen:
d' ( 8,5) d
- = 1 + - - = (l + 0,386)X 0,31Ó== 0,43
(j n (j
As coordenadasnecessáriasao traçadoda curvaquemelhorse ajusta
aos dadosobservados,são obtidascom o auxilioda Tabela5 e são apre-
sentadasna Tabela6 (Tabela das freqüênciascalculadasdas vazões).
Umaobservaçãodeveser aindafeitasôbrea últimacolunadaTabela4. A
percentagemacumuladade ocorrênciade valor igualou menorque as
magnitudesobservadasé calculadapelafórmula
o
100~ ---
I n + 1
para levaremcontaquetantopodemocorrerum valor maisalto queo
máximoobservadocomoum menorqueo minimoverificado.Paraa nossa
sériede22valores,a percentagemdeocorrênciadevaloresiguaisoumenores
1 1
queo menorobservadonãoé 100X --, massim, 100X -- = 4,35%.
22 23
Idênticamentea percentagemde ocorrênciade valoresiguaisou menores
22 22
queo menorobservadonãoé 100X -- = 100%,mas100X -- = 95,7%.
22 23
Os pontosobservadosde ajustamentosãoapresentadosno diagrama7
traçadoempapellogaritmicodeprobabilidade.
Verifica-se,no diagrama,que o ajustamentoé bastantesatisfatório.
E1.EMENTos DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA
TABELA 6
27
x% de tempo
--xVazões
100A/n
(j(j X(2) X=x+M
(2)
1
-1,69-33,8013,21
5 I,
-1,36 -27,2019,81
10
-1,15-23,0024,01
20
-0,86-17,2029,81
50
-0,14- 2,8044,21
80
+0,77+15,406~,41
90
1,3426,8073,81
95
1,8436,8083,81
99
2,9458,80105,81
99,9
4,3486,80133,81
99,99
5,61112,20159,21
Os valoresdas cheiasque podemser previstaspara seremigualadas
ou excedidasno máximoumavezem 10,20,50,100,200e 1000anos,serão:
1 vezem 10anosQ,o75ml/seglido a10% ou 90%
1 vezem
20anosQ2085ml/seglido a5%ou 95%
1 vezem
50anosQ",100ml/seglido a2%ou 98%
1
vezem100anosQ""106ml/seglido a1%ou 99%
1
vezem200anosQ,oo118ml/seglido a0,5%ou 99,5%
1
vezem1000anosQ,ooo134ml/seglido a0,1% ou 99,9%
4 - Método de Foster, usando-sea curvanormalde probabilidadede
Gauss.
Pouco utilizadoem virtudeda observaçãocontidana alíneaa dos
conceitosfundamentaisenunciadosno métodoanterior.É aqui desenvol·
vidoUnicamentecomo objetivode compararos resultadoscomos obtidos
como ajustameI!topelacurvaassimétricado tipo lI!dePearson.É obvia-
menteum caso particular da Tabela 5, correspondenteà obliquidade
d
o.
x d
Retirandoda Tabela5 os valoresde-- para-- = O, podemosorga·
(j (j
nizar comono casoanteriora Tabela8. A comparaçãodas tabel~s4, 6
e.8 permiteconcluirqueos valoresobtidospelacurvade Gaussafastam-se
maisdosvaloresobservados(o que"a priori" já era conhecido)e de um
modogeralsão menoresqueos obtidospelacurvalI!de Pearson.
28 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
1JIAGRAMA 7
CURVA DE AJUSTAMENTO TIPO JIr- CEA~GON
9{1,B
98
95
90
~
~~•••
..•.
~
10
~
5
200 300 «XJ$)Q
anua/- rnerroscúbicospor segundo
o Ponlos observados
O Ponlos--rórn?ula a(o Fulle/'
Poderíamostraçar no diagrama7 a curvade ajustamentode Gauss,
de onderetiraríamosos valoressolicitados,comono casoanterior.Entre
outros,encontraríamos:
1 vezem
1vezem
1 vezem
20anosQlO
100anosQ100
1000anosQ,ooo
80 mJjseglido a 95 %
93,60mJjseglido a 99 ~o
108,80mJjseglido a 99,9%
como intuitode comparaçãomarcamostambémno diagrama7 os pontosobtidosno métodode Fuller. Podemosobservarum certoparalelismo
entrea curvade Fuller e a Pearsontipo lI!,dandoa primeiravalores
15%mais altos queos obtidospelo métodode Foster na parte 3 dêste
Problema.
ELEMEYTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA
TABELA 8
29
A,
% Tempo
x
I
Vazões
(2)
x
100A/n
--
r; X (2)X==x+Mr;
1
I
~2,33
1-46,60
0,41
5
-1,65-33,0014,01
10
-1,28-25,6021,41
20
-0,84-16,8030,21
50
0,000,0047,01
80
+0,84-+- 16,8063,81
90
1,2825,6072,61
95
1,6533,0080,ül
99
2,3346,6093,61
99,9
3,0961,80108,81
I
99,99
3,7374,60121,61
I
5 - Determinaçãodo coeficiente a. da Fórmula empirica de Kresnik
para a bacia hidrográfica considerada.
Sabe-seque Kresnik pr0I>~spara a vazão máxima a fórmula empírica
32
0,5 + vA
na qual A é a área da bacia hidrográfica em km' e a.um coeficienteque
dependedas condições climatológicas,natureza e forma de bacia.
Adotando-separa Qmax .o valor correspondenteà ocorrência de 1 vez
em 1000anos·obtido na parte 3 dêste Problema, teremos imediatamente
134(0,5 + vTf2õ)
32 X 1120
134X 33,80
32 X 1120
= 0,126"" 0,13
Observa-seque Kresnik na Alemanha determinou a. por medidas di-
retas em mais de 200 bacias, tendo obtido valôres compreendidosentre
0,03e 1,61.
1.7.O. - BIBLIOGRAFIA
Y ASSUDA, E. - "Hidrologia" - Curso professadona Faculdade de Higiene e
Saúde Pública da Universidadede São Paulo, 1955.
SUPINO, G. - "Le Reli Idrauliche" - Nicola Zanichelli - Editore - Bologna,
1938.
LINSLEY, KOHLER and PAULHUS - "Applied Hydrology" - McGraw-HiIl
Book, New York, 1949.
FAIR AND GEYER - "Water Supply and Waste Water Disposal" - John
Wiley and Sons - New York. 1948.
FOSTER, E. - "Rain/all an Runo/I" - The Me MiIlan Co., New York, 1948.
MEYER, A. F. - "The Elements o/ Hydrology" 2.a Ed. - John Wiley and Sons,
New York, 1948.
WISLEY and BRATER - "Hydrology" - John Wiley and Sons, New York, 1949.
2. O. O. - ABASTECIMENTO URBANO DE ÁGUA
2.1.O. - GENERALIDADES
o suprimentode águaem quantidadesuficientee"qualidadesatisfa-
tóriaa um centrohabitadoteminfluênciadecisivasObre:
a) ContrOlee prevençãode doenças;
b) Práticasquepromovemo aprimoramentoda saúde:_
I. Hábitoshigiênicos:asseioindividual,limpezade utensflios,etc.
2. Serviçosde limpezapública.
3. Práticasesportivase recreativas.
c) Estabelecimentode dispositivosrelacionadosao confôrtoe à se-
gurançacoletiva,comopor exemplo:
1. Instalaçãode acondicionamentode ar.
2. Aparelhamentoparacombatea incêndios,etc.
d) Desenvolvimentoindustrial,conduzindo,pelo progressomaterial,
à elevaçãodo padrãode vidada comunidade.
2.2.0.- ASPECTOSSANITARIOS
2.2.1. - Doenças relacionadas à água.
a) de importânciaprimária:
- cólera
- febrestifóidee paratifóides.
- disenterías
- amebíases.
b) de importânciasecundária:
- ancilostomose
- ascaridioses
- esquistossomose
- hepatiteinfecciosa
- perturbaçõesgastro-intestinais"deetiologiaobscura
- infecçõesdos olhos,ouvidos,nariz e garganta
- cáriesdentárias
32
- fluorose
- b6cio
- saturnismo
- cianose
- poliomielite.
LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
ANO
As doençasde importânciaprimáriasão as epidemiolàgicamentemais
importantes,para as quaisa águadesempenhapapel salientena trans-
missão.
Incluem-sena outra categoria- importânciasecundária- as doen-
çasde incidênciarelativamentepequenae aquelaspara as quaisa trans-
missãopor via da águado abastecimentose dáde maneirasecundária.
Algumasdoençaspersistemem estadoendêmicoem algumasregiões
e noutrasOCOrremsoba formadesurtosepidêmicos.É o casoda cólera,
endêmicana índia e na China; a longevidadedo agenteetiol6gicona
água,e o caráterexplosivodos surtoscolocam-nano tôpoda classificação
das moléstiasde importânciaprimária. Por ordemdecrescentevêm,a
seguir: as febrestifóidese paratif6ides,disenteriasbacilares,enteritese
amebíases.
A medidaquese aperfeiçoamos serviçosde abastecimentode águae
o sistemade esgotosde uma cidade,diminuesensivelmentea incidência
dessasdoenças.
Estatísticasnorte-americanassôbremortalidadepor febre tifóide,re-
ferentesàs 80 maiorescidadesmostrama diminuiçãodo coeficientede
mortalidadecomo tempo.Essa diminuiçãodeve-sea umasériede fatores,
entreos quaiso aperfeiçoamentodaquêlesserviços(deáguae de esgotos)
tem influênciamarcante.
1 Coeficientedemortalidade
1= po.r febre tifóide por
100.000habitantes=======:
1910
1930
1945
2.2.2. - Alguns dados estatísticos.
20,0
1,5
0,4
BRASIL - 1960(I.B.G.E.)
Númerode cidades(commaisde 1000habs.)IICidadescomrêdesdeágua 1
Cidadescomrêdesde esgotos 11
2300
1699
1122
%
74%
49%
ELEMENTOSDEENGENHARIAHIDRÁULICAE SANITÁRIA
ESTADO DE SÃO PAUW - 1965
33
:=:m::~d~~~......11
Cidadescom rêdesde esgotos 11
503
433
293
75,5%
51,0%
CAPITAL 00 ESTADO (Dados do DAE - 1966)
Prédios
PrédiosPrédios nãoPorcentagem
Anos
ExistentesAbastecidosAbastecidos
Abastecidos
I
de Prédios
1930
I
113.442
87.60625.836.77%
1935
131.158104.74126.41780%
I 1940
I176.415 135.24241.17376%
I 1945 I
222.010 164.12857.80274%
1950
I266.950 211.02155.92979%I 1955
i364.666 256.459108.20771%
1960
I
535.973
377.056158.91770%
1965
I
688.260
513.130175.13075%
I
2.3.o. - ASPECTOS ECONOMICOS
A influência direta é mais importante das obras de SaneamentoUr·
bano reside no acréscimoda vida média dos habitantese a maior eficiên-
cia nas atividades econômicasdos cidadãos,possibilitando o aumento da
renda nacional.
A melhoria de um serviço de abastecimentode água acarretando a
diminuição da taxa de morbi·mortalidadese traduz ainda por uma eco-
nomia indireta que se pode estimar aproximadamente.Por exemplo, se
na cidade de São Paulo se conseguisseo abaixamentode 1% nessa taxa,
se teria uma economia anual apreciável, como se poderá ver a seguir.
34 LUCAS NOGUEIRA GARCEZ
Admitindo,para cadaóbitoevitado,10enfermidadesprevenidase com
basena rendaanual "per capita"igual a NCr$ 1.200,00,pode-seavaliar
como valor econômicode um homemem São Paulo, aproximadamente
NCr$10.000,00.
O customédiode umaenfermidade,incluinaodespesascom médicos,
remédiose descontosde saláriospodeser estimuladae~ NCr$ 100,00.
Para a populaçãode 5.000.000habitantes,teríamos;
valor médiodas vidaspoupadaspor ano:
0,001X 5.000.000X NCr$10.000,00NCr$50.000.000,00
valor dasenfermidadesevitadas:
10X 5.000X NCr$100,00=NCr$ 5.000.000,00
Economiaanual NCr$55.000.000,00
Essa importânciaanualseriasuficienteparaamortizarvultosocapital
a ser empregadoem obrasessenciais.
2.4.O. - ÓRGAOSCONSTITUTIVOSDE UM ABASTECIMENTOURBANO
DE AGUA
~~s~:,,!(Ü·'O
Q~u,...,.,k1lãfl
- adução
- recalque
- tratamento
- reservação
- distribuÍl;ao.
O sistemade abastecimentogeralmentecompreende:(Fig.2.1)
- captação
A seqüênciaindicadanão é obrigatória,assim
comopodemnão existiralgumaspartes:p. exem-
plo, recalque,tratamento,etc. FIG.2.1
Consideradaa quantidadede águadisponível,
ela poderáser suficientepara satisfazercontinuamenteà demandaatual
e a previstanumprazorazoável,ou,emcasocontrário,nãoserásuficiente,
o quepoderáindicara necessidadeda construçãode um reservatóriode
acumulação.
Quantoà qualidadeda águapoderemoster dois casos:ou ela satisfaz
naturalmenteos chamadospadrõesde potabilidadeou não. Nesteúltimo
casohá necessidadede construirumaEstaçãode Tratamento.
Finalmente,quanto à posiçãoaltimétricarelativa da captação,po-
derá ser necessáriaou não a construçãode uma Estaçãode Recalque
(Bombeamento).
ELEMENTOS DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA
2.5.0. - QUANTIDADE DE AGUA A SER FORNECIDA
2.5.1.- Usos da água.
1. Uso doméstico
- bebida
- banhose oJltrasmedidasde asseiocorporal
- fins culinários
- irrigaçãode jardins e pequenashortasparticulares
- criaçãode animaisdomésticos
- limpezasdiversasna habitação,lavagemde roupas,etc.