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DRENAGEM URBANA UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL HIDROLOGIA APLICADA Prof. Heber Martins de Paula DRENAGEM URBANA � Muitas cidades vem sofrendo com o crescimento desordenado e rápido. Isso vem provocando um choque brusco nos sistemas de drenagem urbana ou de captação das águas pluviais. � Recentemente várias cidades sofram com a “força” das águas das chuvas como, por exemplo, São Paulo, Rio de Janeiro, Goiânia etc. � As figuras a seguir mostram algumas imagens das cheias nessas cidades. � As figuras a seguir mostram algumas imagens das cheias nessas cidades. São Paulo São Paulo São Paulo São Paulo ---- 2010201020102010 DRENAGEM URBANA Rio de JaneiroRio de JaneiroRio de JaneiroRio de Janeiro---- 2010201020102010 DRENAGEM URBANA Catalão Catalão Catalão Catalão ---- 2010201020102010 DRENAGEM URBANA � A Hidrologia Urbana é bastante ampla sendo que a Microdrenagem possui um papal importantíssimo na captação de águas pluviais e transporte por meio de galerias, até um desaguadouro natural como um córrego ou rio. � A rede de águas pluviais é composta por galerias, bocas de lobo e poços de visita, conforme a Figura 1. Figura 1 Figura 1 Figura 1 Figura 1 –––– Esquema da disposição dos elementos de uma rede de águas pluviaisEsquema da disposição dos elementos de uma rede de águas pluviaisEsquema da disposição dos elementos de uma rede de águas pluviaisEsquema da disposição dos elementos de uma rede de águas pluviais BL BL BL BL BL BL BL BL BL BLPV PV PV GALERIA - TRECHO CALÇADA CALÇADA DRENAGEM URBANA � Os poçospoçospoçospoços dededede visitavisitavisitavisita são instalados nas mudanças de direção, de declividade ou de diâmetro das galerias e servem para dar acesso à inspeção e limpeza das canalizações. � A porção entre dois poços de visita é denominado de TrechoTrechoTrechoTrecho. � Diversos são os critérios e parâmetros adotados para o dimensionamento de uma rede de águas pluviais, podendo-se citardimensionamento de uma rede de águas pluviais, podendo-se citar alguns deles como: � Tempo de concentração � Velocidade mínima e máxima � Tipo de escoamento considerado no cálculo � Remanso � Dentre outros DRENAGEM URBANA � Na Tabela 1 tem-se uma gama de parâmetros e critérios adotados por autores e instituições, notando-se a variação de valores quanto à velocidade máxima “Vmax”, mínima “Vmin”, recobrimento mínimo “rm”, tempo de concentração inicial “tci”, relação máxima da lâmina de água-diâmetro adotada “h/D” e o tipo de escoamento sendo uniformeadotada “h/D” e o tipo de escoamento sendo uniforme “Unif” ou gradualmente variado “Grad. Variado”. Autor/ Instituição Vmín (m/s) Vmáx (m/s) tci (min) rm (m) Seção plena ou h/d Tipo de escoam. Remanso Tucci et. Al. (2004) 0,60 5,00 10a 1,00 plena Unif. - Azevedo Netto e Araújo (1998) 0,75 5,00 5 1,00 plena ou 0,90 Unif. - Wilken (1978) 0,75 3,50e 5 até 15 - plena Unif. - Alcântara apud Azevedo Netto (1969) 1,00 4,00 7 até 15 - 0,70 Grad. Variado Considera Tabela 1 Tabela 1 Tabela 1 Tabela 1 –––– Parâmetros utilizados em canais e/ou seção circular das galerias.Parâmetros utilizados em canais e/ou seção circular das galerias.Parâmetros utilizados em canais e/ou seção circular das galerias.Parâmetros utilizados em canais e/ou seção circular das galerias. aaaa – Valor citado, porém, segundo o autor pode estar superestimado, necessitando ser calculado em caso de dúvida. bbbb – Fonte: Curso de Canais, EE-UFMG, Dep. Eng. Hidráulica. cccc – Valor não fixado dddd – Valores adotados pela Porto (1999) Vmédia = 4 até 6b - - 0,75 Unif. - Cirilo (2003) 0,60 4,50 - - h/Dc Unif. - Haestad- Durransd (2003) 0,60 até 0,90 4,50 - 0,90 0,85 Unif. e Grad. Variado Considera DAEE - CETESB (1980) - - - - 0,82 Unif. - Prefeitura Municipal de Goiânia 0,75 5,00 - - 0,85 até 0,90 Unif. - Costa et. Al. (2007) 0,75 5,00 5 1,00 0,85 Unif. - dddd – Valores adotados pela ASCE (1992) – American Society of Civil Engenieers. e e e e – Pode-se adotar até 6 m/s se for previsto revestimento adequado para o conduto. DRENAGEM URBANA � Tendo em vista a diversidade observada, é preciso analisar os critérios e fixá-los dentro de certas restrições para se dimensionar as galerias de águas pluviais. � Adotaremos os valores sugeridos por Costa et. al.(2007) Importante destacar o tipo de regime de escoamento. Deve-se adotar o� Importante destacar o tipo de regime de escoamento. Deve-se adotar o escoamentoescoamentoescoamentoescoamento emememem regimeregimeregimeregime permanentepermanentepermanentepermanente com as tubulações funcionando como condutoscondutoscondutoscondutos livreslivreslivreslivres, minimizando possíveis transtornos com sobrepressãosobrepressãosobrepressãosobrepressão nas tubulações. � Construtivamente deve-se posicionar, de praxe, às galerias de águas pluviais no eixo das vias, adotando 1111,,,,0000 mmmm comocomocomocomo recobrimentorecobrimentorecobrimentorecobrimento mínimomínimomínimomínimo das tubulações. DRENAGEM URBANA � O tempo de concentração inicial ou tempo de entrada nos poços de início de rede, é há vários deles em um mesmo projeto, será tomado, aqui, como 5555 minutosminutosminutosminutos para áreas urbanizadas. � O remanso deverá ser levado em conta para áreas baixas, principalmente para aquelas próximas ao deságüe da tubulação, e que possivelmente seriam afetadas pela variação do nível de algum curso de água de ordemseriam afetadas pela variação do nível de algum curso de água de ordem superior. � SobSobSobSob oooo pontopontopontoponto dededede vistavistavistavista dededede protejoprotejoprotejoprotejo, há recomendações para se aplicar dois métodos para estimar a vazão de projeto, em função do tamanho da área drenada. � MétodoMétodoMétodoMétodo racionalracionalracionalracional paraparaparapara áreasáreasáreasáreas atéatéatéaté 2222 kmkmkmkm2222 ;;;; � MéMéMéMétodotodotodotodo dodododo hidrogramahidrogramahidrogramahidrograma unitáriounitáriounitáriounitário paraparaparapara áreasáreasáreasáreas acimaacimaacimaacima dededede 2222 kmkmkmkm2222 .... ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS � As etapas e os conceitos necessários para o dimensionamento das galerias de águas pluviais são descritos a seguir. 1111 –––– DelimitaçãoDelimitaçãoDelimitaçãoDelimitação dadadada baciabaciabaciabacia dededede contribuiçãocontribuiçãocontribuiçãocontribuição A presença de equipe topográfica in loco é fundamental para delimitação da bacia contribuinte, assim como para identificar o sentido do escoamento em cada rua ou lote.cada rua ou lote. BL BL BL BL BL BL BL BL BL BLPV PV PV GALERIA - TRECHO CALÇADA CALÇADA 690 675 665 650 ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 2222 –––– BocaBocaBocaBoca dededede lobolobolobolobo eeee poçospoçospoçospoços dededede visitavisitavisitavisita Para loteamentos com esquinas sem chanfros, as bocas de lobo, devem estar um pouco a montante por motivos de segurança necessária à travessia dos pedestres. Para loteamento com chanfros, devem-se locar as bocas de lobo junto aos vértices dos chanfros, possibilitando ligações dessas bocas de lobo ao poçovértices dos chanfros, possibilitando ligações dessas bocas de lobo ao poço de visita BL BL BL PV O espaçamento recomendado entre bocas de lobo é de 60606060 mmmm, enquanto que o espaçamento entre poços de visita, de acordo com a Prefeitura de Goiânia, não deve ultrapassar os 100100100100 mmmm, a fim de propiciar a limpeza das tubulações. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DEÁGUAS PLUVIAIS 3333 –––– MosaicoMosaicoMosaicoMosaico Após o lançamento dos poços de visita e bocas de lobo, inicia-se a delimitação da bacia de contribuição para cada poço de visita, formando um mosaico de áreas de influência, conforme a figura a baixo. 1 BL 1 BL 2 3 4 5 CÓRREGO 2 3 4 5 CÓRREGO 1 BL 2 3 4 5 CÓRREGO ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 4444 –––– TrechoTrechoTrechoTrecho Corresponde à denominação dada à tubulação existente entre dois poços de visitas. O primeiro número corresponde ao elemento de montante e o segundo corresponde ao elemento de jusante. Por exemplo: Por exemplo: Por exemplo: Por exemplo: Por exemplo: Por exemplo: Por exemplo: Por exemplo: BL BL BL BL BL BL BL BL BL BL1 2 3 GALERIA - TRECHO CALÇADA CALÇADA 690 675 665 650 TrechoTrechoTrechoTrecho 1111 ----2222 TrechoTrechoTrechoTrecho 2222----3333 ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 5555 –––– ExtensãoExtensãoExtensãoExtensão dadadada galeriagaleriagaleriagaleria (L)(L)(L)(L) Refere-se à distância entre dois poços de visita. 6666 –––– ÁreaÁreaÁreaÁrea Há a necessidade de se considerar dois tipos de área para dimensionar as galerias. Uma refere-se à área contribuinte local a cada poço de visita. Já a outra, denominada área total, corresponde à soma da área local com toda a área drenada a montante. 7777 –––– CoeficienteCoeficienteCoeficienteCoeficiente dededede escoamentoescoamentoescoamentoescoamento superficialsuperficialsuperficialsuperficial ouououou dededede ““““runoffrunoffrunoffrunoff”””” (C)(C)(C)(C) A estimativa do coeficiente de escoamento superficial das áreas de contribuição aaaa umumumum determinadodeterminadodeterminadodeterminado PVPVPVPV pode ser feita utilizando os coeficientes já estudados. Havendo a caracterização do mais do que um tipo de solo e uso, o valor de “C” adotado será o resultado de uma ponderação: ∑ ++ = A ACAC C nn ....... 11 ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 8888 –––– TempoTempoTempoTempo dededede concentraçãoconcentraçãoconcentraçãoconcentração ((((tctctctc)))) Trata-se do tempo que uma gota de chuva demora a percorrer do ponto mais distante na bacia até um determinado PVPVPVPV. Para os PV’s iniciais de uma rede de drenagem, adota-se um tempo de concentração de 5555 minutosminutosminutosminutos, enquanto que para os demais PV’s os tempos de concentração correspondentes são obtidos acrescentado o tempotempotempotempo dededede percursopercursopercursopercurso de cada trecho.cada trecho. QuandoQuandoQuandoQuando existiremexistiremexistiremexistirem maismaismaismais dededede umumumum trechotrechotrechotrecho afluenteafluenteafluenteafluente aaaa umumumum PV,PV,PV,PV, adotaadotaadotaadota----sesesese paraparaparapara esteesteesteeste PVPVPVPV oooo maiormaiormaiormaior valorvalorvalorvalor dededede tempotempotempotempo dededede concentraçãoconcentraçãoconcentraçãoconcentração dentredentredentredentre osososos trechostrechostrechostrechos afluentes,afluentes,afluentes,afluentes, emememem conformidadeconformidadeconformidadeconformidade comcomcomcom aaaa definiçãodefiniçãodefiniçãodefinição dededede tempotempotempotempo dededede concentraçãoconcentraçãoconcentraçãoconcentração.... ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 9999 –––– IntensidadeIntensidadeIntensidadeIntensidade PluviométricaPluviométricaPluviométricaPluviométrica (i)(i)(i)(i) A intensidade da precipitação pode ser obtida com o emprego das equações de chuva já estudadas, para Goiás e sul do Tocantins, ou para a localidade do Brasil por meio do trabalho de Pfafstetter (1982). Equações para Catalão Costa et al (2007). 6274,0 1471,0 *9435,25 09,0 22,0 = + T i T ( ) 845718,03,16+ = t i 1 ano 1 ano 1 ano 1 ano <<<< T T T T <<<< 8 anos8 anos8 anos8 anos ( ) 845718,0 1471,0 3,16 *3749,29 + = t T i 8 ano < T 8 ano < T 8 ano < T 8 ano < T <<<< 100 anos100 anos100 anos100 anos ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 10101010 –––– VazãoVazãoVazãoVazão SuperficialSuperficialSuperficialSuperficial locallocallocallocal ((((QlocQlocQlocQloc)))) Seu cálculo é realizado por meio da Equação Racional, para áreas locais: Onde: Qloc – vazão superficial local (m /s) AiCQ loc ..= Qloc – vazão superficial local (m3/s) C – coeficiente de escoamento superficial i – intensidade de chuva (m/s) A – área da bacia de contribuição local (m2) O emprego do Método Racional é recomendado para áreas até 2 km2.. Para áreas superiores a 2 km2 , estima-se a vazão pelo Método do Hidrograma Unitário do NRCS. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 11111111 –––– VazãoVazãoVazãoVazão TotalTotalTotalTotal Corresponde ao somatório de vazões afluentes ao PV que chegam através de galerias, além da vazão superficial local em estudo. Esta vazão “Q” será utilizada no dimensionamento da galeria a jusante do PV. 12121212 –––– DiâmetroDiâmetroDiâmetroDiâmetro (D)(D)(D)(D) A prefeitura de Goiânia adota os seguintes diâmetros comerciais para galerias:A prefeitura de Goiânia adota os seguintes diâmetros comerciais para galerias: 400400400400,,,, 600600600600,,,, 800800800800,,,, 1000100010001000,,,, 1200120012001200 eeee 1500150015001500 mmmmmmmm. Tubos com diâmetro comerciais de 300300300300mmmmmmmm podem ser utilizados como ramais entre bocas de lobo e poços de visita. A prefeitura de Porto Alegre emprega, também, tubos comerciais de 500500500500mmmmmmmm para galerias. Acima de 2000200020002000mmmmmmmm, a praxe é de moldar a galeria in loco. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 13131313 –––– DeclividadeDeclividadeDeclividadeDeclividade dodododo terrenoterrenoterrenoterreno nononono trechotrechotrechotrecho ((((StStStSt)))) Representa a razão entre a diferença das cotas de montante e jusante, nas tampas dos PV’s, e a extensão do trecho Equação 1. Onde: L cjcm St − = (1)(1)(1)(1) Onde: St – declividade do terreno no trecho cm – cota do terreno no PV a montante (m) cj – cota do terreno no PV a jusante (m) L – extensão da galeria (m) ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 14141414 –––– CotasCotasCotasCotas inferioresinferioresinferioresinferiores dadadada galeriagaleriagaleriagaleria Correspondem às cotas relativas à geratriz inferior da tubulação. São calculadas através da Equações 2, 3 e 4. Onde: Cim – cota inferior da galeria a montante (m) ( )DrmcmCim +−= (2)(2)(2)(2) cm – cota do terreno no PV a montante (m) rm – recobrimento mínimo (m) D – diâmetro (m) Onde: Cij – cota inferior da galeria a jusante (m) Cim – cota inferior da galeria a montante (m) L – extensão do trecho (m) Sg – declividade da galeria (m/m) dada por: ( )LSgCimCij ×−= (3)(3)(3)(3) ( ) L CijCim Sg − = (4)(4)(4)(4) ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS Levando-se em conta o custo de escavação, arbitra-se inicialmente SgSgSgSg====StStStSt, permitindo a resolução da Eq. 3. Cm cjSt L cjSt Sg Pv1 Pv2 Cim Cij Sg=St Cotas inferiores da galeriaCotas inferiores da galeriaCotas inferiores da galeriaCotas inferiores da galeria ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 15151515 –––– ProfundidadeProfundidadeProfundidadeProfundidade dadadada galeriagaleriagaleriagaleria Correspondem à soma do recobrimento mais o diâmetro da galeria. 16161616 –––– ConstanteConstanteConstanteConstante kkkk Pode ser calculada em função do ângulo central, como apresenta a figuraabaixo, ou em função da vazão, coeficiente de Manning, diâmetro e declividade, de acordo com as Equações 5 e 6, ambas dedutíveis (Menezes Filho, 2007). ( ) 5 3 2 .0496062,0 − −= senk θθθ D/2 θ/2 h Características geométricas Características geométricas Características geométricas Características geométricas do conduto livre de seção do conduto livre de seção do conduto livre de seção do conduto livre de seção circularcircularcircularcircular ( ) 2 1 3 8 3 5 3 ... .0496062,0 −− − = −= SgDnQk senk θθθ Onde: k – constante θ – ângulo central (rad) Q – vazão (m3/s) n – coeficiente de Manning (m-1/3.s) D – diâmetro (m) Sg – declividade (m/m) ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 17171717 –––– ÂnguloÂnguloÂnguloÂngulo centralcentralcentralcentral dadadada superfíciesuperfíciesuperfíciesuperfície livrelivrelivrelivre ((((θθθθ)))) Utiliza-se a Equação 5, de acordo com Menezes Filho (2007) 18181818 –––– RelaçãoRelaçãoRelaçãoRelação alturaalturaalturaaltura----diâmetrodiâmetrodiâmetrodiâmetro ((((h/Dh/Dh/Dh/D)))) Conhecido o ângulo central da superfície livre “θ”, pode-se obter a relação altura da 1487,1.113,32.89,298.6,1786.2,5201.8,5915 2345 ++−+−= kkkkkθ (5)(5)(5)(5) Conhecido o ângulo central da superfície livre “θ”, pode-se obter a relação altura da lâmina d’água-diâmetro “h/D” pela Equação 6. 19191919 –––– ÁreaÁreaÁreaÁrea molhadamolhadamolhadamolhada (A)(A)(A)(A) emememem funçãofunçãofunçãofunção dodododo ânguloânguloânguloângulo centralcentralcentralcentral Com o resultado da Equação 5, determina-se a área molhada: −= 2 cos1 2 1 θ D h (6)(6)(6)(6) ( ) 8 2 θθ senDA − = (7)(7)(7)(7) ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 20202020 –––– VelocidadeVelocidadeVelocidadeVelocidade dodododo escoamentoescoamentoescoamentoescoamento (V)(V)(V)(V) Conhecida a vazão “Q” no trecho e a área molhada “A”, calcula-se a velocidade pela Equação 8: Onde: V – velocidade do escoamento (m/s) Q – vazão (m3/s) A Q V = (7)(7)(7)(7) Q – vazão (m /s) A – área molhada (m2) 21212121 –––– TempoTempoTempoTempo dededede percursopercursopercursopercurso ((((tptptptp)))) É a razão entre a extensão e a velocidade do escoamento na galeria. Onde: tp – tempo de percurso (min) L – extensão da galeria (m) V – velocidade do escoamento (m/s) 60× = V L tp (8)(8)(8)(8) PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS Trata-se de um roteiro que utiliza um método recém desenvolvido que não mais adota tabelas de referência e sim equações para o cálculo da Velocidade “V” e da relação da altura da lâmina d’água-diâmetro “h/D”. Após a delimitação da bacia em estudo e de sua divisão em sub-bacias com a locação de bocas de lobo e poços de visita como mencionado anteriormente, parte-se para o preenchimento da planilha de cálculo. Trecho Ext (m) Área (m2) Tc (min) C i (mm/min) Qloc (m3/s) Q (m3/s) D (mm) Cota do PV no terreno (m) Trecho Total mont. jus. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS PLANILHA DE CÁLCULOPLANILHA DE CÁLCULOPLANILHA DE CÁLCULOPLANILHA DE CÁLCULO St (m/m) Cota inf. Da galeria (m) Sg (m/m) Prof. Galeria (m) k θ (θ (θ (θ (radradradrad)))) h/D A (m2) V (m/s) tp (min) mont. jus. mont. jus. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS RoteiroRoteiroRoteiroRoteiro 1111 –––– Preenchimento das colunas da planilha cujos valores podem ser lançados previamente, independentemente da marcha de cálculo: • Trecho • Extensão • Área • Coeficiente de “runoff” – C• Coeficiente de “runoff” – C • Cota da superfície do terreno em cada PV • Declividade do terreno “St” 2222 –––– Determinação da vazão total “Q” • tctctctc ==== 5555 minminminmin (para início de rede) • intensidadeintensidadeintensidadeintensidade pluviométricapluviométricapluviométricapluviométrica “i”“i”“i”“i” estimada por equação de chuva ou por relação i-d-f de Pfafstetter (1982). • QlocQlocQlocQloc ==== CCCC....iiii....AAAA • QQQQ ==== QlocQlocQlocQloc ++++ demaisdemaisdemaisdemais vazõesvazõesvazõesvazões afluentesafluentesafluentesafluentes aoaoaoao PV,PV,PV,PV, transportadastransportadastransportadastransportadas pelaspelaspelaspelas galeriasgaleriasgaleriasgalerias dededede montantemontantemontantemontante.... PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS RoteiroRoteiroRoteiroRoteiro 3333 –––– Arbitra-se o menor diâmetro comercial “D” possível e faz-se a declividade da galeria “SgSgSgSg====StStStSt”; Preenchem-se as colunas referentes às cotas inferiores da galeria a montante e a jusante e profundidades da geratriz inferior da galeria, também, a montante e a jusante. 4444 –––– Determinação da velocidade na tubulação a) De posse da vazão total “Q”, do coeficiente de Manning (n=0,015), do diâmetro “D” e da declividade da galeria “Sg”, calcula-se a constante “k” pela equação abaixo: b) Obtém-se, então, o ângulo central: 2 1 3 8 ... −− = SgDnQk 1487,1.113,32.89,298.6,1786.2,5201.8,5915 2345 ++−+−= kkkkkθ PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 4444 –––– Determinação da velocidade na tubulação c) Determina-se a relação altura da lâmina d’água-diâmetro “h/D” que deverá estar na faixa de 0,10 (10%) e a 0,85 (85%), conforme a equação: −= 2 cos1 2 1 θ D h d) Calcula-se a área molhada “A” e) Por fim, determina-se a velocidade do escoamento na tubulação “V”: ( ) 8 2 θθ senDA − = A Q V = PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS ANÁLISEANÁLISEANÁLISEANÁLISE DOSDOSDOSDOS RESULTADOSRESULTADOSRESULTADOSRESULTADOS VerificandoVerificandoVerificandoVerificando----se que 0,10 se que 0,10 se que 0,10 se que 0,10 <<<< h/Dh/Dh/Dh/D <<<< 0,85 e que 0,75 m/s 0,85 e que 0,75 m/s 0,85 e que 0,75 m/s 0,85 e que 0,75 m/s <<<< V V V V <<<< 5,0 m/s, tem5,0 m/s, tem5,0 m/s, tem5,0 m/s, tem----se a se a se a se a solução mais econômica para o trecho.solução mais econômica para o trecho.solução mais econômica para o trecho.solução mais econômica para o trecho. 5555 –––– Rotina para correção da relação “h/D” na faixa 0,10 < h/D < 0,85 Caso a relação altura-diâmetro resulte em valores fora da faixa, deverão se avaliar asCaso a relação altura-diâmetro resulte em valores fora da faixa, deverão se avaliar as duas condições, ou sejam, valores menores que 0,10 (10%) e valores superiores a 0,85 (85%). a) Fixação de “h/D” em 0,10 para valores de “h/D” menores que esse ou fixação de “h/D” no valor máximo de 0,85 para valores maiores; b) Cálculo do ângulo central para “h/D” correspondente a 10% ou 85% através da Equação abaixo, com “θ” explicitado: −= − D h .21cos.2 1θ PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 5555 –––– Rotina para correção da relação “h/D” na faixa 0,10 < h/D < 0,85 c) Determinação da constante “k” pela Equação: d) Cálculo da nova declividade da galeria “Sg”, com emprego da Equação: ( )3 5 3 2 .0496062,0 θθθ senk −= − 2 e) Encontra-se a nova cota seja ela de montante para h/D = 0,10 ou de jusante para h/D = 0,85 2 3 8 . = Dk Qn Sg ( )LSgcijCim ×+= ( )LSgCimCij ×−= PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 6666 –––– Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s Caso a velocidade esteja fora da faixa existem duas situações distintas com rotina semelhante de cálculo: a)Dada a vazão “Q” no trecho, fixa-se a velocidade “V” no valor mínimo (0,75 m/s) ou máximo (5,0 m/s) e calcula-se a área molhada “A”, pela(0,75 m/s) ou máximo (5,0 m/s) e calcula-se a área molhada “A”, pela equação: b) Obtém-se a relação entre a área molhada “A” e a área da seção plena AtAtAtAt ==== ((((π....DDDD2222 )/)/)/)/4444: A Q V = cte D A At A == 2 . 4 π PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 6666 –––– Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s c) Calcula-se então o ângulo central “θ” pela Equação desenvolvida por Menezes Filho (2007), que sintetizou a determinação do ângulo “θ”, em função da relação A/A/A/A/AtAtAtAt, independentemente do diâmetro da galeria: 864,0.524,9.679,23.821,44.248,43.108,17 2345 + + − + − = At A At A At A At A At A θ d) Calcula-se “k” e) Determina-se a declividade da galeria ( )3 5 3 2 .0496062,0 θθθ senk −= − 2 3 8 . = Dk Qn Sg PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 6666 –––– Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s f) Encontra-se a nova cota seja ela de jusante para a velocidade mínima ou de montante para a velocidade máxima. ( )LSgCimCij ×−= ( )LSgCijCim ×+= EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS Visam-se dimensionar galerias de águas pluviais para a área mostrada na Figura abaixo, atentando aos seguintes critérios: � C = 0,65 � tempo de concentração inicial tc = 5 min � recobrimento mínimo = 1 m � profundidade máxima da galeria = 4 m � diâmetro mínimo = 400mm 695m � diâmetro mínimo = 400mm � velocidade mínima = 0,75 m/s � velocidade máxima = 5,0 m/s � 0,10 < h/D < 0,85 � chuvas com período de retorno T = 5 anos � Cidade: Goiânia � Desaguadouro (canal): distância 100 metros, cota 680,00m na tampa do PV junto ao canal e cota 676,00 m no leito do canal. Rua 12 A v . X V d e N o v e m b r o Rua 1 690m 685m EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS SoluçãoSoluçãoSoluçãoSolução:::: 1. Lançamento das bocas de lobo poços de visita e galerias pluviais (Figura A). 2. Numeração dos PV’s, ordem lógica 3. Delimitação da área de contribuição de cada PV compondo o mosaico (Figura B) 4. Figura C encontram-se as magnitudes das áreas 695m 1 BL 4. Figura C encontram-se as magnitudes das áreas e as extensões das galerias. 5. O preenchimento da planilha de cálculo segue o roteiro proposto anteriormente. 6. Para diâmetro de início de rede, arbitra-se o menor valor de diâmetro que é D = 400 mm. 690m 685m 2 3 4 5 FiguraFiguraFiguraFigura AAAA 695m 1 BL 2 3 A1 A2 A3 A4 695m 693,26m BL 2 3 A1=10758,19m² A2= 3862,34m²A3=7544,19m² A4=9431,91m² 1 4 9 , 2 3 m 690,0m 691,14m 65,82m 690m 685m 4 5 A5 690m 685m 4 5 A5=10984,37m² 4 9 , 9 3 m 687,50m 684,25m 3 6 , 6 6 m 100m 680,00m EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS Trecho Ext (m) Área (m 2) Tc (min) C i (mm/min) Qloc (m3/s) Q (m3/s) D (mm) Cota do PV no terreno (m) St (m/m) Trecho Total mont. jus. 1 - 3 49,23 10758,19 10758,19 5,00 0,65 2,92 0,340 0,340 400 693,27 690,00 0,0664 2 - 3 65,82 3862,34 3862,34 5,00 0,65 2,92 0,122 0,122 400 691,14 690,00 0,0173 3 - 4 49,93 7544,19 22164,72 5,56 0,65 2,87 0,234 0,688 600 690,00 687,50 0,0501 4 - 5 36,66 9431,91 31596,63 5,74 0,65 2,85 0,291 0,976 800 687,50 684,25 0,0887 5 - canal 100,00 10984,37 42581,00 5,89 0,65 2,84 0,338 1,309 1000 684,25 680,00 0,0425 Cota inf. galeria (m) Sg (m/m) Prof. Galeria (m) k θ (rad) θ (°) h/D A (m2) V (m/s) tp (min) mont. jus. mont. jus. 691,87 688,60 0,066423 1,40 1,40 0,228003 3,70 0,0645 0,637 0,0727 4,68 0,175 689,74 688,60 0,01732 1,40 1,40 0,160302 3,17 0,0553 0,506 0,0622 1,96 0,559 688,4 685,90 0,05007 1,60 1,60 0,180216 3,32 0,0580 0,546 0,1470 4,68 0,178 685,7 682,45 0,088652 1,80 1,60 0,08914 2,61 0,0455 0,368 0,2049 4,76 0,128 682,25 678,00 0,0425 6,00 2,60 0,095225 2,66 0,0464 0,380 0,3264 4,01 0,416 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS SoluçãoSoluçãoSoluçãoSolução:::: 7. Para os trechos 1-3 e 2-3, constata-se que o Diâmetro D = 400 mm foi satisfatório, assim como preservou-se a menor escavação ao confirmar SgSgSgSg ==== StStStSt.... 8. No trecho 3-4 encontrou-se uma relação “h/D” > 0,85 para os diâmetros D = 400 mm e 500 mm, mantida a mesma declividade do terreno. Uma alternativa seria manter o diâmetro “D” e aumentar a declividade da galeria “Sg”.alternativa seria manter o diâmetro “D” e aumentar a declividade da galeria “Sg”. No entanto, ao proceder deste modo fixando a relação “h/D” em 0,85, obteve-se como nova cota a jusante um valor superior à profundidade máxima de 4444 metrosmetrosmetrosmetros. A alternativa encontrada foi aumentar o diâmetro. 9. Mantendo o D= 600mm para o trecho 4-5, verificou-se que o valor para a velocidade de escoamento ultrapassa ao estabelecido de 5,0 m/s. 10. No trecho 5-canal, a única alternativa encontrada foi aumentar o diâmetro visto que não observância dos limites estabelecidos tanto para a relação “h/D” quanto para velocidade “V”. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS AAAA títulotítulotítulotítulo dededede observaçãoobservaçãoobservaçãoobservação geral,geral,geral,geral, quandoquandoquandoquando sesesese aumentaaumentaaumentaaumenta oooo diâmetrodiâmetrodiâmetrodiâmetro D,D,D,D, elevaelevaelevaeleva----sesesese consideravelmenteconsideravelmenteconsideravelmenteconsideravelmente oooo custocustocustocusto dadadada rederederederede.... EvidentementeEvidentementeEvidentementeEvidentemente háháháhá outrosoutrosoutrosoutros custoscustoscustoscustos envolvidos,envolvidos,envolvidos,envolvidos, comocomocomocomo escavação,escavação,escavação,escavação, escoramento,escoramento,escoramento,escoramento, mãomãomãomão----dededede----obra,obra,obra,obra, equipamentos,equipamentos,equipamentos,equipamentos, dentredentredentredentre outrosoutrosoutrosoutros.... ObservaçãoObservaçãoObservaçãoObservação::::
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