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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO 
CENTRO TECNOLÓGICO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL 
 
 
 
GABRIEL AARÃO 
DAVI MONTICELLI 
 
 
 
EXERCÍCIO II 
 DIMENSIONAMENTO DE CANAL, GRADE E CAIXA DE AREIA PARA MUNICÍPIO 
DE VIANA 
 
 
 
 
 
 VITÓRIA 
 
2017 
1 
 
 
 
 
 
 
 
2 
1. Introdução 
A captação em cursos de água é definida como um conjunto de estruturas e dispositivos, 
construídos junto a um manancial, para a retirada de água para o abastecimento 
(TSUTIYA, 2004). As instalações presentes em captações de água incluem: barragem, 
vertedor, gradeamento, desarenador, dispositivos de controle, canais e tubulações. 
Dada a importância dessa etapa do projeto, sobretudo pelo vínculo direto da estrutura 
com o manancial, especial atenção deve ser dada às atividades necessárias para 
escolha e proteção do manancial e do seu local de captação, assim como para a 
elaboração do projeto e para a construção e operação das estruturas e dispositivos que 
compõem a unidade de captação de água (HELLER et PÁDUA, 2010). 
Neste trabalho, a partir da NBR 12213:1992 “Projeto de Captação de Água de Superfície 
para Abastecimento Público” e de parâmetros previamentes estabelecidos, serão 
dimensionados o canal, a tela, a grade e o desarenador de um sistema de captação, 
considerando o valor de vazão de projeto obtido para a região metropolitana de Viana. 
2. Objetivos 
I. Estabelecer os parâmetros de projeto adotados; 
II. Indicar o manancial capaz de atender a vazão de captação; 
III. Abordar o mapa de disponibilidade hídrica; 
IV. Dimensionar e determinar a velocidade longitudinal de vazão do canal; 
V. Dimensionar a grade de retenção; 
VI. Dimensionar a caixa de areia: velocidade de retenção e velocidade longitudinal 
de vazão; 
VII. Esquematizar o projeto: desenho da planta, corte ou perfil detalhando a linha de 
carga. 
3 
3. Metodologia 
A metodologia do presente trabalho será baseada na NBR 12213:1992, que se 
encontra descrita no Tópico 4. Adicionalmente, buscou-se na literatura disponível as 
demais formas de se projetar os seguintes itens: 
1. Caixa de Tomada (Canal); 
2. Grades e Telas; 
3. Desarenador 
Segue na Figura 1 e 2, abaixo, a esquematização dos elementos listados acima em 
planta baixa e corte, respectivamente: 
 
Figura 1: Planta baixa da captação de um curso d'água com gradeamento e caixa de areia. Fonte: 
TSUTIYA (2004) 
4 
 
Figura 2: Corte da captação de um curso d'água com gradeamento e caixa de areia. Fonte: TSUTIYA 
(2004) 
Ao final do trabalho, em anexo, será reproduzida as mesmas figuras com as dimensões 
encontradas. 
Cabe lembrar que devem ser consideradas as condições de projeto para vazão máxima 
e mínima para um dimensionamento real. 
4. NBR 12213: Projeto de captação de água de superfície para abastecimento 
público 
4.1 Definições 
● Grade: dispositivo constituído de barras paralelas, destinado a impedir a 
passagem de materiais grosseiros, flutuantes ou em suspensão; 
● Tela: dispositivo constituído de fios que formam malhas destinadas a reter 
materiais flutuantes não retidos na grade; 
● Desarenador: dispositivo destinado a remover da água partículas, com 
velocidade de sedimentação igual a um valor prefixado. 
 
5 
4.2 Dados básicos para desenvolvimento do projeto 
i. Desenvolver-se um estudo de concepção elaborado conforme a NBR 12211; 
ii. Realizar levantamento planialtimétrico da área de captação; iii. Realizar 
levantamento batimétrico atual e de épocas anteriores; iv. Abordar estudos 
geométricos da área de captação; 
v. Obter dados, informações ou estimativas acerca dos níveis d'água máximo e 
mínimo no local de captação, com indicação dos prováveis períodos de 
recorrência; 
vi. Realizar levantamento das características físicas e químicas da água e da 
medida de transporte de sólidos em épocas representativas do ano; 
4.3 Condições gerais 
4.3.1 Escolha do local para implantação da captação 
a) A captação deve ser localizada em trecho reto ou próximo à margem externa do 
curso de água; 
b) Devem ser reduzidas ao mínimo as alterações no curso de água, como 
consequência da implantação da obra; 
c) As obras de captação devem ficar protegidas da ação erosiva das águas e dos 
efeitos decorrentes de remanso e da variação de nível do curso de água; 
d) O projeto deve prever acesso permanente à captação. 
6 
 
Figura 3: ilustração das situações desejáveis, aceitáveis e incorretas para captação em curso d'água. 
Fonte: HELLER E PADUA (2010) 
4.4 Condições específicas 
4.4.1 Tomada de água 
a) velocidade mínima da água de 0,6 m/s, para evitar a deposição de sólidos 
suspensos na massa líquida; 
b) nos casos em que possa ocorrer vórtice, deve ser previsto um dispositivo que evite 
a sua formação; 
c) em cursos de água com transporte intenso de sólidos, deve haver, no mínimo, 
uma entrada de água para cada variação de 1,5m do nível de água; 
d) trecho entre o rio e o desarenador deve ser o mais curto possível; 
4.4.2 Grades e Telas 
a) Grades e telas devem ser usadas obrigatoriamente em captações à superfície da 
água. 
b) As grades grosseiras devem ser colocadas no ponto de admissão de água na 
captação, seguidas pelas grades finas e pelas telas. 
c) O espaçamento entre as barras paralelas (da grade) deve ser de 7,5 cm a 15 cm 
para a grade grosseira e de 2 cm a 4 cm para a grade fina. As telas que seguem 
7 
o gradeamento devem ter de 8 a 16 fios por decímetro e, assim como nas 
grades, deve ser constituída por material anticorrosivo. 
d) Grades e telas sujeitas a limpeza manual exigem inclinação para jusante de 70° 
a 80° em relação a horizontal, além de um passadiço para fácil execução dos 
serviços de manutenção. 
e) Área das aberturas da grade: na seção de passagem referente ao nível mínimo 
de água, deve ser igual ou superior a 1,7 cm2 para cada litro por minuto de 
vazão captada, de modo que a velocidade resultante seja igual ou inferior a 10 
cm/s. 
f) A perda de carga nas grades e telas é determinada por: 
h = k V2g2 
h = perda de carga, em metros; 
V = velocidade média de aproximação, em m/s g = 
aceleração da gravidade, em m2/s 
k = coeficiente de perda de carga, função dos parâmetros geométricos das grades ou 
telas, adimensional. 
g) Em grades, o coeficiente k é determinado através da seguinte função: 
k = β (bs)1.3 sen α 
Onde: 
β = coeficiente, função da forma da barra s 
= espessura das barras 
8 
b = distância livre entre barras α = ângulo da 
grade em relação a horizontal 
 
Figura 4: Diferentes tipos de barras para gradeamento e seus parâmetros. Fonte: HELLER e PÁDUA 
(2010) 
Para telas, o coeficiente de perda de carga é determinado pela seguinte expressão: 
k = 0.55 
Em que: 
ε = porosidade, razão entre a área livre e a área total da tela, sendo: 
ε = (1 − nd)2 para tela de malha quadrada ε 
= (1 − n1d1) * (1 − n2d2) 
n, n1 , n2 = número de fios por unidade de comprimento; d, d1 
, d2 = diâmetro dos fios; 
9 
4.4.3 Desarenador 
O desarenador deve ser instalado entre a tomada de água e a adutora. 
Devem existir preferencialmente dois desarenadores dimensionados para a vazão total, 
considerando-se um fora de serviço. 
O desarenador pode ser dispensado, quando for comprovado que o transporte de sólidos 
sedimentáveis não é prejudicial ao sistema. 
O desarenador pode ser de nível constante ou variável, e dimensionado segundo os 
seguintes critérios: 
a) a velocidade crítica dasedimentação das partículas igual ou inferior a 0,021 m/s 
b) a velocidade de escoamento longitudinal igual ou inferior a 0,030 m/s; 
c) o comprimento do desarenador, obtido pela aplicação dos critérios anteriores, 
deve ser multiplicado por um coeficiente não inferior a 1,50. 
No dimensionamento do desarenador de nível variável, devem ser consideradas as 
condições de operação para os níveis máximo e mínimo. 
O desarenador com remoção por processo manual deve ter: 
a) depósito capaz de acumular o mínimo equivalente a 10% do volume do 
desarenador; 
b) largura mínima que permita acesso e livre movimentação do operador e do 
equipamento auxiliar de limpeza. 
Além disso, recomenda-se que o comprimento do desarenador deve ser correspondente 
a 4 vezes a largura do canal para nao ocorrer geração de turbulência. 
 
 
10 
5. Projeto 
5.1 Algumas considerações: 
● Dimensionamento foi realizado para a vazão de projeto do Exercício 1 (Q= 
232.07 L/s) para população estimada de 108.380 habitantes para o ano de 2037. 
● Conforme também indicado no Exercício 1, o Rio Jucu é capaz de atender a vazão 
de captação projetada para o município de Viana, no ano de 2037, estando esta 
vazão abaixo do valor outorgado, conforme indica a Figura 5, abaixo: 
 
Figura 5: Outorgas de captação para diferentes mananciais próximos a Viana. Fonte: PMSB-Viana. 
● Segundo o Plano Municipal de Saneamento Básico e Gestão Integrada de 
Resíduos Sólidos de Viana não existem dados suficientes para qualidade da água 
do Rio Jucu. O curso d'água que abastece o município de Viana é então 
enquadrado como Classe II (CONAMA 357/05 - Classe II: águas que podem ser destinadas: 
a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional; b) à proteção das 
comunidades aquáticas; c) à recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e 
mergulho, conforme Resolução CONAMA no 274, de 2000;). Ou seja, planeja-se que as 
águas do Rio Jucu que abastecem o município de Viana se tornem Classe II. Para 
o ano de projeto (2037), espera-se o Rio Jucu se encontre neste estado, 
requerendo apenas o tratamento convencional (CONAMA 
11 
357/05 - tratamento convencional: clarificação com utilização de coagulação e floculação, 
seguida de desinfecção e correção de pH;). Todavia, para eventualidade de 
contaminantes sendo lançados indevidamente nas águas do Rio Jucu, ou, um 
evento hidrológico onde ocorra transporte de sedimentos, ou que a qualidade 
das águas do rio não alcance a Classe II estipulada pelo PMSB-Viana, será 
projetado a caixa de tomada, o gradeamento e o desarenador seguindo a 
metodologia apresentada na NBR: 12213:1992. 
 
Figura 6: Enquadramento das águas do Rio Jucu. Fonte: PMSB-Viana 
 
 
 
 
 
12 
5.2 Parâmetros de Projeto 
5.2.1 Canal de derivação 
Os parâmetros de projeto para o canal são apresentados na Tabela 1, abaixo. 
Parâmetros Especificações Valor 
Vazão de projeto (Q) 232.07 L/s 232.07 L/s 
Velocidade da água no canal (V) ≥ 0.6 m/s 0.7 m/s* 
Largura do canal (B) ≥ 0.6 m 0.67* m 
Altura do canal (h) 1 m ≤ h ≤ 1,5 m 0.5 m* 
*os valores foram adotados ou possuem um valor adotado em sua dedução, e 
encontram-se de acordo com a NBR 12213. 
5.2.2 Grades e Telas 
Admitindo-se que o curso d'água recebe materiais de maiores dimensões, neste projeto, 
será utilizada a grade do tipo grosseira, para reter materiais flutuantes ou em suspensão 
cujas dimensões são acima de 7,5 cm, seguida de uma grade fina e tela. As espessuras 
das barras metálicas atendem à bitola padronizada, apresentada na tabela 2. Admite-se 
que 50% da seção de passagem seja obstruída com o uso. 
Tendo em vista estes critérios, abaixo, encontra-se na Tabela 2 resumindo as 
especificações, valores adotados ou encontrados para os mesmos: 
 
 
 
 
 
13 
Critério Especificação Valor 
Tipo de Gradeamento Grossa e Fina - 
Forma da seção da barra (β) 2,42 2.42 
Espessura da barra fina (s) 3/8” = 0.0095 m = 0,95 cm 0.0095 m* 
Espessura da barra grossa (s) ½” = 0.0127 m = 1,27 cm 0.0127 m* 
Velocidade de escoamento através das 
barras 
< 10 cm/s 0.098 
Ângulo (θ) 75° 1.308 rad* 
Perda de carga Se hf < 10 cm adota-se 10 cm 0.71 m 
Espaçamento entre as barras (Grade 
Grossa) 
0.075 m ≤ D ≤ 0.15 m 0.15 m* 
Espaçamento entre as barras (Grade 
Fina) 
0.02 m ≤ D ≤ 0.04 m 0.03 m* 
Porosidade - 0.8464 
N* de fios 8 ≤ n ≤ 16 por dm 8 
Diâmetro dos fios (d) - 0.01 m* 
*os valores foram adotados ou possuem um valor adotado em sua dedução, e 
encontram-se de acordo com a NBR 12213. 
 
 
14 
5.3 Dimensionamento 
5.3.1 Caixa de Tomada, Grades e Telas Grade 
a ser projetada: 
 
Figura 7: Esquematização da grade a ser projetada em corte. 
Para o dimensionamento das Grades e Telas, bem como da Caixa de Tomada (canal), 
deve-se considerar as vazões mínimas (de início de projeto) e máximas (fim de projeto). 
No âmbito deste exercício, irá ser considerada apenas a vazão de projeto encontrada no 
Exercício 1: 232.7 L/s. Adequou-se a metodologia de Heller et Pádua (2010), que segue 
como: 
Pela equação da continuidade: 
(Eq. 1) 
E, tendo a velocidade da água no canal (V) igual a 0.7 m/s*, a Área (A) do canal 
corresponderá a aproximadamente 0.33 m2 
Adotando B=0.67 m, aplicou-se a equação 1, determinando assim a altura da lâmina 
d’água, equivalente a 0,499 m. Logo, 
15 
h= 0.5 m 
● NBR 12213/1992: 5.6 - Seguranca: 5.6.1: O projeto deve prever facilidade e segurança para 
operação e manutenção de seus órgãos constituintes, inclusive patamares para manobra de 
válvulas e comportas e limpeza de grades. Os passadiços devem ter largura mínima de 0.6 m e 
possuir, pelo menos, um corrimão. 
Assim, torna-se possível calcular o número mínimo de barras da grade grossa: 
(Eq. 3) *os 
valores foram adotados encontram-se de acordo com a NBR 12213:1992. 
Resultados: 
● n (grossa) = 5. 
Em função do número de barras pode-se calcular a Largura total da grade (B), para a 
vazão de projeto: 
(Eq. 4) 
em que s = espessura das barras grossas 0.0127 m* 
Resultados: 
● Largura total da grade grossa (B): 0.664 m 
E, estimando o comprimento ótimo do canal como L ≥ 4B, tem-se que L = 2.66 m. 
Calculada a dimensão de largura e comprimento do canal, é necessário dimensionar a 
altura da grade, sendo esta dita pela seguinte expressão: 
 (Eq. 6) 
Como H max = h = 0,5 m* a folga de 0.3 m*, portanto a altura de grade equivalerá a: 
0.8 m. 
16 
Por fim, para obtenção dos valores de perda de carga, faz-se necessário descobrir a 
velocidade de aproximação, que corresponderá a: 
(Eq. 9) 
Adotando H min = h = 0.5 m*. Assim, tem-se que: 
● Velocidade de aproximação da grade grossa: aproximadamente 1.4 m/s 
Torna-se possível, em posse dos valores listados acima, calcular as perdas de carga 
utilizando as fórmulas disponíveis para tais da NBR 12213/1992. Os resultados do 
equacionamento se encontram abaixo: 
Perda de carga total (m) 
0.0086 
Coeficiente "k" p/ Grade Grossa 
0,08759926745 
 
5.3.2 Desarenador 
Os desarenadores são geralmente projetados com seção retangular em planta, sendo o 
seu comprimento pelo menos três vezes maior do que a sua largura, para minimizar a 
possibilidade de curto circuito da água no seu interior (HÉLLER et PÁDUA, 2010). Para 
o dimensionamento dos desarenadores, utiliza-se os conhecimentos da cinemática, de 
forma a determinar o comprimento L necessário para que o grão de areia que estiver 
entrando na parte superior do desarenador(situação mais desfavorável) nela fique retido 
ao final do seu movimento descendente até o fundo do desarenador (devido à ação da 
gravidade), deslocamento vertical esse que ocorre simultaneamente ao movimento 
horizontal de que a partícula também está dotada. 
Dentro do desarenador, as partículas de areia estão dotadas de dois movimentos 
perpendiculares entre si (Figura 8): 
17 
● Movimento horizontal, devido à movimentação da água nessa direção. Esse 
movimento se faz com velocidade constante, igual à velocidade da água, que é 
igual à razão entre a vazão e a seção transversal do desarenador; 
● Movimento vertical, resultante da ação da força da gravidade, contraposto pelo 
empuxo da água e pela força de atrito do grão de areia com a água, em seu 
movimento descendente. Após o equilíbrio dessas três forças, a partícula de areia 
é dotada de movimento vertical uniforme, com velocidade que depende das 
dimensões do grão de areia e da viscosidade da água. 
 
 
Figura 8 - desenho esquemático para dimensionamento do desarenador 
A partir da figura 1, as equações são: 
● Movimento vertical: h = V s . t → t = h/V s (1) 
● Movimento horizontal: L = V h . t → t = L/V h (2) 
● Equação da continuidade: Q = V h . (b.h) → V h = Q/(b.h) (3) 
● (2) em (1): L = h ( V h/V s) (4) 
18 
● (3) em (4): L = Q/ (b.V s) (5) 
● De (1) e (5): V s = h/t e V s = Q/(b.L) (6) 
 
Pela equação (5), percebe-se que a altura da lâmina d'água h não interessa para o 
cálculo do comprimento do desarenador. Porém, do ponto de vista hidráulico, esse 
parâmetro é importante para evitar o arraste de areia depositada ou retida por 
sedimentação no desarenador, cujo valor mínimo possibilite que Vh não seja superior a 
0,30 m/s. 
Para fins de praticidade na construção e limpeza, é usual a adoção dos valores de largura 
b contidos na Tabela 3 a seguir: 
Tabela 3 - Largura dos desarenadores em função de sua altura 
Altura (m) largura mínima (m) 
< 1, 00 0,60 
1,00 - 2,00 0,90 
2,00 - 4,00 1,20 
> 4,00 2,00 
 
Para o dimensionamento, seguindo a NBR 12.213: 
19 
Cálculo da altura H do desarenador 
Assumindo que a lâmina de água no canal é de 0.5 m, o nível de água no desarenador 
(h) é igual a altura da lâmina de água menos a perda de carga total (0,71 m): 
h = 0.5 - 0.0086 = 0.4914 m 
Para determinar a altura do desarenador H, deve-se somar o valor da altura h com a 
altura de depósito de areia (10% de h) e a altura da folga (0,30 m). 
H = 0,49 + 0,049 + 0,3 = 0.84 m 
Cálculo da largura b do desarenador 
Pela Tabela 3, sendo H= 0.84 m : 
b = 0.6 m Comprimento 
do desarenador (C) 
Pela equação (5): 
 L = Q/ (b.V s) 
Sabendo-se que Q= 0,232 m3/s, b= 0.6 m e Vs=0,021 m/s (NBR 12213): 
L= 18.418 m 
Com o coeficiente de segurança de 1,5 , o comprimento C do desarenador deve ser: 
C = 1,5 x L 
C = 27.63 m 
 
Volume do desarenador 
O volume da do desarenador (V) é dado por: 
V = C.b. H 
20 
V = 13.93 m3 
Limpeza 
Considerando que o tempo para esvaziamento (t) será de 6 horas, a vazão de 
esvaziamento (Q) é dada por: 
Q = V/t 
Q = 0,00064 m3 /s 
Considerando uma tubulação para a retirada de areia, o objetivo é determinar a dimensão 
dessa tubulação, a partir da equação de orifícios: 
 
Assumindo que Cd = 0,3 e que h é a altura média do desarenador (H/2), determina-se a 
área da tubulação: 
A = 0,000748 m2 
Pela fórmula da área circular, o diâmetro da tubulação será então: 
D= 0,0308 m 
D = 3,08 cm 
 
 
 
 
 
21 
5. Conclusão 
As estruturas necessárias no projeto de captação, em virtude de uma demanda 
considerada para abastecimento da Região de Viana e, sabendo-se da importância do 
dimensionamento para o melhor funcionamento das estruturas, bem como para a 
segurança e a geração de menores impactos, devem estar de acordo com as suas 
respectivas normas. Além disso, as análises técnicas para a escolha do local que 
apresente espaço para a instalação desses dispositivos, bem como a viabilidade 
financeira para as construções desse projeto devem ser cautelosamente avaliadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
6. Referências 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12213: Projeto de 
captação de água de superfície para abastecimento público. 
HELLER; PÁDUA. Abastecimento de Água para Consumo Humano. 2ª edição revista 
e atualizada. 2010. 
TSUTIYA, M.T. Abastecimento de Água, 2004, EPUSP, 643p.

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