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REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI 1 DRENAGEM URBANA Drenagem nada mais é do que o gerenciamento da água da chuva que escoa no meio urbano. O aumento da população, principalmente em polos regionais de crescimento e a expansão irregular da periferia tem produzido impactos significativos na infraestrutura de recursos hídricos. E um dos principais impactos que tem ocorrido na drenagem urbana é a forma de aumento da frequência e magnitude das inundações e consequentemente a degradação ambiental. Na Drenagem Urbana, deve-se considerar o limite onde a água da chuva é levada, pelas ruas, praças, telhados, quintais e outros componentes urbanos para o ponto que está sendo estudado. Para exemplificar, deseja-se estudar a drenagem de um trecho de rua com intenção de instalar uma Boca de Loco (Ponto de Interesse), visto na Figura 1. Figura 1 A água que flui no Ponto de Interesse provém da rua e das casas, Verifica-se que cada imóvel apresenta, fluxos distintos para as águas, apresentando partes que escoam para a via em estudo e partes que escoam para a rua de baixo. Na Figura 2 é possível observar as áreas que contribuem para o Ponto de Interesse. REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI Figura 2 2 SARJETAS Sarjeta é o canal longitudinal, em geral triangular, situado entre a guia e a pista de rolamento, destinado a coletar e conduzir as águas de escoamento superficial até os pontos de coleta (Figura 3). Figura 3 Limitadas verticalmente pela guia do passeio, têm seu leito em concreto ou no mesmo material de revestimento da pista de rolamento. A sarjeta deve ter uma inclinação transversal para acomodar a água da chuva. Quanto maior a inclinação e a largura da sarjeta maior será a capacidade de transportar água. A inclinação mais usada é de 20%. Não há limites para a largura da REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI sarjeta mas a largura mais utilizada é a de 40 centímetros. Na Figura 4 é possível observar um corte esquemático de uma sarjeta. Figura 4 2.1 DIMENSIONAMENTO Para obter a vazão máxima teórica de uma sarjeta trabalhando em seção plena (lâmina de água máxima de 13 cm), utiliza-se a seguinte fórmula: 𝑄 = 375 × √𝐼 × ( 𝑍 𝑛 ) × 𝑦 8 3⁄ Onde: Q – vazão em l/s; I – inclinação longitudinal da sarjeta (greide da rua) (m/m); Z – inverso da declividade transversal; y - altura máxima de água na guia (m). Possuindo a vazão que uma sarjeta deverá escoar é possível encontrar a altura da lâmina teórica de água, que deverá ser menor do que 13 cm (altura máxima teórica para água). Para determinar a altura da lâmina teórica de água pode ser utilizada a seguinte fórmula: 𝑦 = [ 𝑄 375 × √𝐼 × ( 𝑍 𝑛) ] 3 8⁄ REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI Onde: Q – vazão em l/s; I – inclinação longitudinal da sarjeta (do greide da rua) (m/m); Z – inverso da declividade transversal; y - altura máxima de água na guia (m). 2.2 EXEMPLO DE CALCULO 1. Determinar a altura mínima da lâmina de água e a vazão máxima teórica na extremidade de jusante de uma sarjeta situada em uma área de contribuição com as seguintes características: A = 2,0 ha, i = 700/t2/3 com "i" em mm/h e "t" em min, C = 0,40 e tc = 35,8 min. São dados da sarjeta: I = 0,01 m/m, z = 16 e n = 0,016. Solução: i = 700 / 35,82/3 = 64,435 mm/h – 1,79x10-5 m/s; Sendo Q = C.i.A Q = 0,40 x 1,79x10-5 x 20.000 = 0,143 m³/s.~ 143 l/s – vazão de deflúvio devido a área contribuinte. Altura da lâmina de água teórica: 𝑦 = [ 143 375 × √0,01 × ( 16 0,016) ] 3 8⁄ = 0,124 m – > 12,4 cm < 13 cm OK Vazão máxima teórica da sarjeta: 𝑄 = 375 × √0,01 × ( 16 0,016 ) × 0,013 8 3⁄ = 162,63 𝑙/𝑠 A vazão de contribuição da área é de 143 l/s menor do que os 162,63 l/s suportados pela sarjeta, portanto a sarjeta está dimensionada de acordo com a sua solicitação. REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI 2.3 EXERCÍCIO 1) Uma sarjeta que possui declividade transversal (Z) de 12, declividade longitudinal de 2,5% e a rugosidade do acabamento da sarjeta de 0,016, atenderia a uma vazão de 64 L/s? Está sarjeta está superdimensionada para tal vazão? Comente. 3 BOCAS COLETORAS É uma estrutura hidráulica destinada a interceptar as águas pluviais que escoam pelas sarjetas para, em seguida, encaminhá-las às canalizações subterrâneas. São também frequentemente denominadas de bocas-de-lobo. As bocas de lobo podem ser de guia, de grelha, com fenda, combinada, com ou sem depressão, simples ou múltipla (Figura 5). Figura 5 . REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI 3.1 DIMENSIONAMENTO Cada um dos tipos de bocas coletores tem suas características de dimensionamento, aqui serão apresentados apenas os mais básicos. a) Boca de lobo de guia (Y0 < 12 cm): Quando a água acumulada sobre a boca de lobo gera uma lâmina inferior à da altura da abertura na guia (h), a boca de lobo funciona como um vertedouro. Onde: Q - é a capacidade de “engolimento” da boca de lobo (m³/s); L - é o comprimento de abertura da guia (m); y0 - é a altura da lâmina d’água imediatamente antes da abertura da guia (m). b) Boca de lobo de guia Quando a água acumulada sobre a boca de lobo gera uma lâmina maior que a da altura da abertura na guia (h), a boca de lobo funciona como um orifício. Onde: h é a altura da abertura da guia. c) Boca de lobo de grelha (Y0 < 12 cm) Para essa profundidade a boca de lobo funciona com um vertedouro de soleira livre com equação semelhante a do item a, porém com L sendo substituído pelo perímetro da boca de lobo. Caso um dos lados da boca de lobo seja adjacente à guia, esse lado deve ser suprimido do perímetro. Onde: P é o comprimento do perímetro da boca de lobo. REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI d) Boca de lobo combinada A capacidade de “engolimento” das bocas de lobo combinadas é aproximadamente a soma das capacidades de “engolimento” pela grelha e pela abertura da guia, isoladamente. Adota-se os resultados do U.S. Army Corps of Engineers. Desta forma, tem-se: 3.2 EXEMPLO DE CALCULO Qual deverá ser o comprimento mínimo de uma boca de lobo simples de guia para atender uma vazão de 80 L/s, sabendo que a lâmina de água é de 10 cm. 0,08 = 1,7 x L x 0,103/2 L = 1,48 -> 1,50 m 3.3 EXERCICIO 2) Dimensione uma boca de coletora de guia dupla para a vazão máxima de uma sarjeta que possui declividade transversal (Z) de 10, declividade longitudinal de 1,0% e a rugosidade do acabamento da sarjeta de 0,016. Lâmina de água da boca de lobo de 10 cm. 3.4 ESCOLHA E LOCALIZAÇÃO A indicação do tipo de bola coletora á de essencial importância para a eficiência da drenagem das águas de superfície. Para que esta opção seja correta, deve-se analisar diversos fatores físicos e hidráulicos, tais como ponto de localização, vazão de projeto, declividade transversal e longitudinal da sarjeta e da rua, interferência no tráfego e possibilidades de obstruções. REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI A seguir são citadas, para cada tipo de boca coletora, as situações em que melhor cada uma se adapta: a) Boca coletora lateral: ─ pontos intermediários emsarjetas com pequena declividade longitudinal (I5%); ─ presença de materiais obstrutivos nas sarjetas; ─ vias de tráfego intenso e rápido; ─ montante dos cruzamentos. b) Boca coletora com grelha: ─ sarjetas com limitação de depressão; ─ inexistência de materiais obstrutivos; ─ em pontos intermediários em ruas com alta declividade longitudinal (I10%). c) Combinada: ─ pontos baixos de ruas; ─ pontos intermediários da sarjeta com declividade média entre 5 e 10%; ─ presença de detritos. d) Múltipla: ─ pontos baixos; ─ sarjetas com grandes vazões. A localização das bocas de lobo deve levar em conta a capacidade de “engolimento” e a máxima inundação da via. Além disso, deve-se considerar as seguintes recomendações: a) Devem ser localizadas em ambos os lados da rua quando a saturação da sarjeta assim o exigir ou quando forem ultrapassadas as suas capacidades de engolimento; b) Devem ser localizadas nos pontos baixos dos quarteirões; c) Devem estar espaçadas de no máximo 60 m, mesmo que não haja necessidade devido a alagamento; d) Não devem estar localizadas no vértice do ânulo de intercessão das sarjetas de duas ruas convergentes (Figuras 6 e 7). REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI Figura 6 Figura 7 REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI 4 PROJETO DA REDE DE DRENAGEM Para que o projetista tenha condições de optar por uma concepção de rede de galerias e efetuar o cálculo do sistema, faz-se necessário que inicialmente o mesmo tenha em mãos uma série de levantamentos de dados inerentes a área em estudo. Este material basicamente é constituído dos seguintes documentos: a) Planta da área a ser drenada na escala 1:500 ou 1:1000, com curvas de níveis desenhadas de 0,5 em 0,5 ou de 1,0 em 1,0 m; b) mapa geral da bacia em escalas de 1:5000 ou 1:10000 ; c) planta da área com indicações dos arruamentos existentes e projetados em escalas de 1:500 ou 1:1000; d) seções transversais típicas e perfis longitudinais, bem como o tipo de pavimentação, das ruas e avenidas; e) informações geotécnicas da área e do lençol freático; f) locação dos pontos de lançamento final; g) cadastramento de outros sistemas existentes; h) curvas de intensidade/duração/frequência para chuvas na região. A melhor alternativa de projeto é resultado de uma série de análises preliminares que antecedem aos cálculos definitivos para dimensionamento da rede coletora a ser implantada. Em um bom projeto nunca é facultado o memorial justificativo da concepção adotada, pois ele é resultado da convicção de certeza do projetista de que a hipótese é mais viável técnica e economicamente. De posse dos dados básicos necessários citados anteriormente, deve-se elaborar diversos esquemas alternativos e sobre eles questionar as vantagens e desvantagens de cada um, definindo-se por aquele que se apresentar mais viável no aspecto funcional e de acordo com os recursos disponíveis. De um modo geral, este trabalho compreende as seguintes etapas: a) Determinação dos limites da bacia; b) verificação das curvas de precipitação; c) identificação das possíveis pontos de lançamento final; d) desenvolvimento de esquemas alternativos; REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI e) elaboração da previsão de custos do projeto; f) revisão dos dados básicos; g) opção por uma concepção de projeto; h) desenvolvimento dos cálculos definitivos; i) preenchimento das planilhas de cálculo; j) desenho do projeto definitivo ( planta e detalhes ); k) elaboração dos quantitativos para orçamento e os cronogramas; l) descrição dos memoriais e especificações da projeto. As galerias de águas pluviais consistem em condutos destinados a captar as águas pluviais por meio das bocas de lobo e ligações privadas e conduzi‐las a um desaguadouro natural como um córrego ou rio ou a um sistema adequado de disposição provisória ou permanente. Elas são compostas de tubos de ligação (ramais) e poços de visita. Os poços de visita são instalados nas mudanças de direção, de declividade, de diâmetro e servem para a inspeção e limpeza das canalizações. A porção entre dois poços de visita é denominada trecho. Na Figura 8 representa um esquema geral destes elementos. Figura 8 REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI 4.1 EXEMPLO DE CALCULO Calcular as tubulações de concreto para captação de águas de chuvas dos trechos da Figura 9 com um período de retorno de 25 anos. A sub-bacia tem o tempo de escoamento superficial inicial de tc=10 minutos. Sabendo que n = 0,015, declividades e coeficientes tabelas 1 e 2. Figura 9 Tabela 1 Tabela 2 REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI Determinar a intensidade média da chuva: 𝐼 = 1747,9 × 250,181 (10 + 15)0,89 = 178,4 𝑚𝑚/ℎ TRECHO EB Vazão pela fórmula racional: Q = C x i x A = 0,60 x 4,96.10-5 x 16000 = 0,48 m³/s Pode-se estimar o diâmetro mínimo da tubulação através da equação: 𝐷 = ( 𝑄 × 𝑛 𝐾′ × √𝐼 ) 3 8⁄ Onde: Q – vazão (m³/s); n – coeficiente de Manning; I – declividade da tubulação; K’ = 0,305, variável para relação de y/D = 0,80. Sabendo que o trecho EB tem uma vazão de 0,48 m³/s, declividade de 0,0064 m/m, coeficiente de Manning de 0,015, e atende a relação de y/D = 0,80, obtêm-se. 𝐷 = ( 0,48 × 0,015 0,305 × √0,0064 ) 3 8⁄ = 0,63 𝑚 − 𝑑𝑖â𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 800 𝑚𝑚 TRECHO AB Este tramo drena duas sub-bacias a I e a II. Da equação Q=CiA, como i é constante temos que Q = i x (CA). Assim para o tramo AB: CA = CI x AI + CII x AII = 0,7 x 0,8 + 0,7 x 1,2 = 1,40 Para a determinação da vazão: Q = 4,96.10-5 x 14000 = 0,69 m³/s REDE DE DRENAGEM URBANA PLUVIAL – SANEAMENTO BÁSICO II Aula XI Calculando o diâmetro, obtêm-se: 𝐷 = ( 0,69 × 0,015 0,305 × √0,0081 ) 3 8⁄ = 0,70 𝑚 − 𝑑𝑖â𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 800 𝑚𝑚 TRECHO BC Esta tubulação drena as sub-bacias de I a V. CA, considerando que CA = 1,4 para as sub-bacias I e II, mais as sub-bacias III, IV e V: CA=1,4 + 0,6 x 1,6 + 0,6 x 1,6 + 0,5 x 2,0 = 4,32 Para a determinação da vazão: Q = 4,96.10-5 x 43200 = 2,15 m³/s Calculando o diâmetro, obtêm-se: 𝐷 = ( 2,15 × 0,015 0,305 × √0,0064 ) 3 8⁄ = 1,11 𝑚 − 𝑑𝑖â𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 1,20 𝑚 4.2 EXERCICIO 3) Dimensione o trecho CD.
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