CapIX Velocidades em tubulacoes de concreto

Prévia do material em texto

1 
 CAP IX – VELOCIDADES EM TUBULAÇÕES DE CONCRETO 
 
• Velocidades Máximas 
 
 As velocidades máximas permitidas nos coletores de águas pluviais, tem sido 
de 5,0 m/s, com algumas exceções, que admitem em casos especiais velocidades 
de 5,5 m/s, sem proteção especial das paredes do condutos. 
 
 O fator limitante da velocidade máxima, é a prevenção da erosão por abrasão 
das paredes internas do tubo. Este limite de 5,0 m/s é um valor estabelecido pela 
prática, não tendo sido verificado experimentalmente ( LYSNE ). 
 
 Existem duas razões, uma hidráulica e outra econômica, que incentivam a 
investigação da erosão nos coletores de concreto. Do ponto de vista hidráulico deve 
ser questionado o fato de que o aumento da turbulência com aumento da 
velocidade, tende a reduzir o contato entre a superfície do tubo e o material erosível 
 
Do ponto de vista econômico, o aumento do limite da velocidade máxima 
conduz à redução do investimento, com redução do diâmetro das coletores e, 
conseqüentemente redução das dimensões dos órgãos acessórios : poços de visita, 
caixas de ligação, poços de queda. Conduz também à redução das dimensões das 
estruturas das obras de extremidades, como: emissários, dissipadores de energia, 
com possibilidades de reduzir o número de poços de visita e/ou de queda. 
 
 Ao serem reduzidos os diâmetros dos coletores e as dimensões das 
estruturas, serão reduzidos os volumes de escavação e de reposição do material, e 
os custos de mão de obra da instalação do sistema de drenagem . 
 
 As obras de extremidade em particular, serão as mais beneficiadas com o 
aumento do limite da velocidade máxima, visto que estas obras são assentadas, na 
maioria dos casos, em terrenos com grande declividades. Nestes locais o 
assentamento dos emissários, com declividade que conduza a velocidade limite de 
5,0 m/s, traz como conseqüência a instalação de poços de queda para evitar o 
afloramento do conduto . 
 
 Ao se aumentar a velocidade limite de 5 m/s para 7 m/s, em um mesmo 
conduto , a declividade de assentamento do coletor, para o mesmo diâmetro, será 
aumentada 1,96 vezes. A TABELA 27, apresenta para coletores com 0,60, 0,80, 
1,00 e 1,20, de diâmetro e para velocidades compreendas entre 5,0 e 7,0 m/s, as 
respectivas vazões e declividades . 
 
• Velocidades mínimas 
 
 A velocidade mínima nos coletores, é estabelecida devido o fenômeno da 
sedimentação que produz o assoreamento. Segundo STEEL, as velocidades em 
galerias de águas pluviais são maiores que as dos esgotos sanitários, pela 
existência de areia grossa e cascalho que serão transportados pela água em seu 
interior . As velocidade mínima admissível é de 0,75 m/s , sendo desejável 0,90 m/s 
 
 
 2 
 
 
Diâmetro do 
coletor (m) 
 velocidade 
 (m/s) 
 
5,0 
 
5,5 
 
6,0 
 
 
6,5 
 
7,0 
DECLIVIDADE 
E 
VAZÕES 
 
 
0,6 
 7,06 8,54 10,16 11,93 13,84 DECLIVIDADE (%) 
 
 
 1,41 1,55 1,63 1,84 1,98 VAZÃO (m3/s) 
 
0,8 
 4,80 5,81 6,92 8,12 9,41 DECLIVIDADE (%) 
 
 
 2,51 2,76 3,01 3,27 3,52 VAZÃO (m3/s) 
 
1,00 
 3,57 4,32 5,14 6,08 7,00 DECLIVIDADE (%) 
 
 
 3,93 4,32 4,71 5,10 5,50 VAZÃO (m3/s) 
TABELA 27- Declividade e vazão nas galerias a plena seção em função da variação 
do limite máximo de velocidade 
 
Para se evitar o assoreamento do material transportado pelas águas , o coletor é 
assentado com declividade compatível com o diâmetro que conduz, com 
escoamento a seção plena, à velocidade mínima . Porém, para os períodos de 
pequena intensidade de precipitação, portanto com pequena contribuição aos 
coletores, o escoamento não atingirá seção plena, não atingindo assim velocidade 
mínima fixada para o coletor. 
 
 Ao estabelecer a declividade mínima para um coletor em função da 
velocidade mínima, é inserido no contexto o fator econômico. O custo do sistema de 
coletores será afetado pelo maior afastamento da superfície (profundidade), função 
da declividade e extensão do coletor. 
 
 É importante observar que o tipo de sedimentação a ser estudado é o 
relativo a suspensões diluídas de partículas discretas e o efeito a ser observado 
será o assoreamento, que em função da granulometria e da coesão do material 
poderá formar uma crosta no fundo do coletor, que dificilmente será carreada, 
mesmo em épocas de grandes contribuições, com o conseqüente aumento da 
velocidade de escoamento no coletor . 
 
 
Dados práticos das condições de coletores existentes no estado do Paraná 
 
Diversos coletores implantados na Região Noroeste do Estado do Paraná, 
funcionam sob condições fora dos limites estabelecidos pelas normas e critérios 
anteriormente expostos . 
 
Em pesquisa, desenvolvida pelo Instituto de Saneamento Ambiental - ISAM 
da Universidade Católica do Paraná, realizada em Convênio com a 
Superintendência do Controle da Erosão o Paraná - SUCEPAR, foram localizados 
diversos coletores, sob está condições, pertencente ao sistema de drenagem pluvial 
urbana, das cidades de Cianorte, Umuarama, São Tomé, Santo Antônio do Caiuá, 
Terra Boa, Paranavaí e Nova Esperança . 
 
 
 3 
Foram observados alguns coletores, com diversas condições de 
funcionamento, conforme resumido na TABELA 28 . 
 
As medidas dos desgastes das paredes internas destes condutores foram 
lidas nas extremidades e centro dos trechos de galeria localizados entre dois poços 
de visitas, denominados montante, intermediário e jusante. A tabela 29 apresenta o 
resumo das medidas de erosão nos coletores . 
 
O resultado destas medições e das observações de campo, confirmaram a 
ocorrência da erosão por abrasão nos tubos de concreto, que conduzem água 
saturadas cm material sólido . Observou-se ainda, que além da erosão por abrasão, 
ocorre a erosão por ataque químico, função da qualidade das águas residuárias 
lançadas indevidamente nas galerias de águas pluviais . 
 
Observando-se os resultados da pesquisa em campo, destaca-se as condições 
sob as quais funcionam os coletores da cidade de Cianorte, onde os coletores com 
diâmetro de 1,00 m, assentados com declividade que variam entre 7,0 e 9,0% com 
velocidades de escoamento entre 7,0 e 8,0 m/s, estão funcionando a mais de 4 
anos, apresentando resultado de erosão média de aproximadamente 1,0 cm, 
demostrando ser praticamente insignificante . 
 
Conclui a pesquisa, que mesmo sendo constatada a erosão nos condutores, o 
limite de velocidade máxima poderia se de aproximadamente 7,0 m/s. 
 
• Velocidades mínimas 
 
Foi constatado, que além, da declividade mínima (velocidade mínima ) nos 
coletores, outros fatores importantes contribuem para a ocorrência do 
assoreamento, tais como : 
• Condições de pavimentação da ruas . 
 As ruas não pavimentadas sofrem a 1a fase de erosão - desagregação - e todo 
o material erodido é, em segunda fase, transportado para os coletores . 
 
• Grade das bocas de lobo . 
Mesmo em ruas pavimentadas, as bocas de lobo captam grande quantidade de 
areia, que se acumula nas sarjetas, e em virtude de não haver um serviço adequado 
de limpeza de ruas e logradouros públicos, sendo conduzidas para a rede coletora. 
A grade evita também que as bocas de lobo sirvam de local de despejo, fato este 
que ocorre principalmente na periferia das cidades. 
 
• .Situação de início de funcionamento dos coletores . 
Após o término das obras de construção dos coletores, quando não é feita 
simultaneamente a pavimentação das ruas, o solo está solto na superfície da rua, 
principalmente no trecho escavado e compactado, onde foi assentado o coletor. Na 
primeira chuva, o solo é carregado pelas águas e conduzido para dentro dos 
coletores. Em alguns casos, logo após a implantação, com primeira chuva, grandes 
extensões de coletores tem que ser refeitas devido ao assoreamento. 
 
 
 
 4 
• Materiais grosseiros lançados nos coletores . 
Os materiais grosseiros, tais como o lixo, quando lançados na rede coletora 
podem ficar retidos devido ao diâmetro do coletor. Qualquer material que seja retidodentro do tubo, forma um represamento, que nos finais de chuvas, quando a lâmina 
de água é pequena nos tubos, favorece a sedimentação e consequentemente 
assoreamento dos mesmos. 
 
• Condições hidráulicas dos poços de visita 
 
Os Poços de visita tem a função primordial de permitir o acesso as 
canalizações para efeito de limpeza e inspeção, de modo que se possam mantê-las 
em bom estado de funcionamento. 
 
Sua localização é sugerida nos pontos de mudanças de direção, cruzamento 
de ruas (reunião de vários coletores), mudança de declividade e mudança de 
diâmetro. O espaçamento máximo recomendado é de 120 m . 
 
Quando, a diferença de nível entre o tubo afluente e o efluente for superior a 
0,70 m, o poço de visita é denominado poço de queda . 
• 
 A carga hidráulica é necessária para que se estabeleça a velocidade nos 
coletores, devido à perda de carga nos poços de visita. A elevação do nível de água 
nos poços de visita altera as condições de escoamento nos coletores que chegam a 
esses poços em cota inferior ao nível de água, funcionando afogados. Por este fato, 
procurando evitar ao máximo o problema do assoreamento nos coletores de 
pequeno diâmetro : 0,40 m e 0,60 m, principalmente nos trechos iniciais das redes 
coletoras, tem sido adotado sempre que possível, assentar o coletor com 
declividade mínima de 2,00 m / 100m. As informações obtidas em campo variam de 
técnico para técnico, porém, todos são unanimes em sugerir que a declividade 
mínimas dos coletores de 0,40m de diâmetro seja de 1,00 m / 100 m, de preferência 
de 1,50 m / 100 m. A recuperação dos coletores assoreados, fica prejudicada devido 
à extensão do trecho. Em redes longas, devido ao pequeno diâmetro, que impede o 
acesso, não se pode limpar os tubos. Como sugestão, o técnicos indicam uma 
extensão máxima de 50,00 m para trechos de rede coletora com diâmetros de 0,40 
m e 0,60 m . 
 
• Condições de carga nos coletores 
 
 A velocidade de escoamento cresce com a altura da lâmina de água. Para um 
mesmo conduto, mantida a declividade constante, a altura da lâmina de água cresce 
com o aumento da vazão . 
 
Assim, se admitirmos que os condutos da rede coletora sejam submetidos ao 
escoamento a seção plena, estamos admitindo que a velocidade do escoamento 
também seja máxima . 
 
As observações das condições dos coletores assoreados, diâmetro das 
partículas do solo encontrado nos coletores, diâmetro e declividade dos coletores 
permitiu concluir que a velocidade e a declividade mínimas devem ser adotadas em 
função do tipo de solo da região, sendo sugerido os valores indicados na tabela 30. 
 5 
 
TABELA 30 - Velocidades e declividades mínimas recomendadas para tubos de 
concreto em função do diâmetro do tubo e tipo de solo da região (Fonte: LHISAMA) 
SOLO DA 
REGIÃO 
DIÂMETRO DO 
TUBO 
(m) 
VELOCIDADE 
MÍNIMA 
AUTO-LIMPEZA 
(m/s) 
DECLIVIDADE 
MÍNIMA 
(m/100m) 
Solo arenoso 
com 
0,40 2,03 1,99 
granulometria de 
até 1,00 mm 
0,60 2,03 1,16 
solo argiloso com 
pequena 
0,40 0,75 0,28 
% de areia 
 
0,60 0,75 0,16 
 
O projeto do emissário apresentado a seguir foi extraído do Projeto de Obras de 
Extremidade, da cidade de Astorga - PR , cedido pela Superintendência do Controle 
da Erosão no Paraná - SUCEPAR . 
 
Dados Gerais 
• Bacia III - Sub-bacia C 
• ΣCA (Coeficiente de impermeabilização * área contribuinte) = 7,05 ha 
• Tempo de concentração = 11,95 minutos 
• Tempo de recorrência = 10 anos 
• Intensidade de precipitação = 346,01 l/s.ha 
• Vazão = 2,441 m3 /s 
• Córrego receptor = Taquari (Talvegue número 3) 
 
Característica do emissário 
Tubulação de concreto armado, diâmetro de 0,80 m , extensão de 154 m . 
 
Dimensionamento. 
Ver planilia de cálculo (anexa). 
 
Projeto . 
Na época da elaboração deste projeto, a velocidade máxima admitida foi 5 m/s. 
Este fato levou a concepção do projeto, utilizando 4 poços de queda, conforme 
figura 72 . 
 
Nova concepção . 
Utilizando o novo limite de velocidade máxima de 7,0 m/s, consegue-se reduzir 
para apenas 2 poços de queda, com dimensionamento conforme segue : 
.Diâmetro do tubo = 0,80 m 
.Declividade = 9,41% (ver tabela 27) 
.Capacidade máxima = 3,52 m3/s > 2,441 m3/s 
 
Deve-se ressaltado ainda , que a profundidade dos poços também diminui , de 
5,0 m para 3,10 e 4,84 m, conforme Figura 73. 
 7 
TABELA 28 - Condições de Carga nos coletores: Número de horas de carga admitindo funcionamento a ½ seção para chuvas com 
altura de precipitação acima de 50 mm/dia , desde o início de operação 
LOCAL COLETOR Nº TRECHO DIÂMETRO IDADE CONDIÇÕES DE CARGA NO COLETOR 
 ( nº) DO Área da ocupação R.Pavimentadas Red. coletora Período em Carga 
 COLETOR (ANOS) Bacia (há) (%) (%) Existentes (%) Horas Equiv. dias 
 1 1,00 14 100 30 50 
 2 1,00 14 100 30 50 
 1 3 1,00 14 21,11 100 30 50 78,4 3 
 4 1,00 14 100 30 50 
 5 1,00 7 100 30 50 39,2 2 
CIANORTE 1 1,00 3 100 70 80 
 2 2 1,00 3 100 70 80 
 3 1,00 3 100 70 80 16,8 1 
 4 1,00 3 41,70 100 70 80 
 1 0,80 14 100 70 80 
 3 2 0,80 14 100 70 80 
 3 0,80 14 100 70 80 78,4 3 
 4 0,80 14 100 70 80 
 3 1 1,00 5 31,74 60 _ 100 
 2 1,00 5 60 _ 100 
UMUARAMA 7 1 1,00 5 26,88 100 90 100 28 1 
 2 1,00 5 100 90 100 
 10 1 1,00 5 51,05 50 10 80 
 2 1,00 5 50 10 80 
TERRA 1 0,60 6 40 _ _ 
BOA ÚNICO 2 0,60 6 28,26 40 _ _ 36 2 
 3 0,60 6 40 _ _ 
 1 1,00 1 71,12 60 100 100 
PARANAVAÍ ÚNICO 2 1,00 1 60 100 100 4 
 1 ÚNICO 1,00 16 37,81 100 100 100 80 3 
NOVA 2 ÚNICO 0,80 14 18,17 60 10 60 70 3 
ESPERANÇA 3 ÚNICO 1,00 20 45,04 100 100 100 100 4 
 4 ÚNICO 1,00 15 44,50 50 10 30 75 3 
OBS : Para os coletores de Cianorte , Paranavaí e Nova Esperança , foi admitida a precipitação média dos períodos conhecidos , para os anos sem dados 
pluviométricos. Fonte: ISAM 
 8 
TABELA 29 - Resumo e Média das Diferenças (erosão) das medidas dos diâmetros dos coletores pesquisados . 
 
CIDADE COLETOR Nº TRECHO DECLIVI- VELOCIDADE MÉDIA DAS DIFERENÇAS (EROSÃO) MEDIDAS (cm) 
 ( nº) DADE ESC. A 1/2 IDADE Montante jusante média 
 (m/100m) SEÇÃO (m/s) (ANOS) (erosão) 
 1 2,97 4,56 14 NÃO FOI MEDIDO 
 2 6,47 6,78 14 0,92 0,66 0,07 0,55 
 1 3 7,03 7,01 14 1 1 
 4 7,45 7,22 14 0,54 0,04 0,29 
 5 9,29 8,06 7 0,42 0,62 1,16 0,73 
CIANORTE 1 4,67 5,72 3 Sem erosão 
 2 2 7,02 7,01 3 Sem erosão 
 3 6,35 6,67 3 Sem erosão 
 4 7,01 7 3 Sem erosão 
 1 5,01 5,1 14 0,40 0,69 0,54 
 3 2 5,87 5,52 14 0,26 1,15 0,7 
 3 5,33 5,26 14 0,33 0,33 0,33 
 4 7,33 6,17 14 0,15 0,88 0,51 
 3 1 6,80 6,9 5 0,41 0,56 0,78 0,58 
 2 7,55 7,27 5 0,56 0,52 1,85 0,97 
UMUARAMA 7 1 14,92 10,22 5 
 2 9,35 8,09 5 1,44 1,44 
 10 1 4,58 5,66 5 
 2 10,60 8,61 5 2,52 1,39 0,32 1,41 
TERRA 1 13,63 6,94 6 Sem erosão 
BOA ÚNICO 2 12,30 6,6 6 Sem erosão 
 3 20,65 8,55 6 Sem erosão 
 1 10,45 8,55 1 Sem erosão 
PARANAVÍ ÚNICO 2 23,44 12,81 1 Sem erosão 
 1 ÚNICO 10,51 8,58 16 2,28 1,96 1,15 1,79 
NOVA 2 ÚNICO 9,62 7,07 14 
ESPERANÇA 3 ÚNICO 4,98 8 20 0,64 0,56 0,48 0,56 
 4 ÚNICO 6,29 6,63 15 0,59 0,5 0,57 0,55 
OBS:seção plena - orifício Fonte : ISAM
 9 
PLANÍLHA DE CÁLCULO 
 
EMISSÁRIO 8 
 
CÁLCULO DO DEFLÚVIO 
TRECHO COTAS TOPOGRÁFICAS EXTENSÃO DECLIVIDADE do ∑ C*A TEMPO DE ESCOAMENTO INTENSIDADE DEFLÚVIO 
 MONTANTE JUSANTE (m) TERRENO (m/m) ha MONTANTE NO TRECHO l/s. ha m3/s 
8/29 8/30 645,305 639,450 54,00 0,1084 7,0554 11,95 0,18 346,010 2,441 
8/30 8/31 639,450 635,200 27,50 0,1545 7,0554 12,13 0,09 343,950 2,427 
8/31 8/32 635,200 630,630 30,50 0,1492 7,0554 12,22 0,10 342,920 2,419 
8/32 Diss. 630,650 625,700 42,00 0,1179 7,0554 12,32 0,14 341,780 2,411 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DA TUBULAÇÃO 
TRECHO DIÂMETRO DECLIVIDADE VELOCIDADE VAZÃO DESNÍVEL COTA SOLEIRA (m) PROFUNDIDADE SOLEIRA 
 cm (m/m) m/s (seção plena) (m3/s) ∆ h (m) MONT. JUSANTE MONT. JUSANTE 
8/29 8/30 80 0,0480 4,995 2,51 2,59 640,142 637,550 5,163 1,900 
8/30 8/31 80 0,0481 4,995 2,51 1,32 634,450633,130 5,000 2,070 
8/31 8/32 80 0,0480 4,995 2,51 1,45 630,200 628,750 5,000 1,900 
8/32 Diss. 80 0,0480 4,995 2,51 2,01 625,716 623,700 4,934 2,000 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 11 
 
 12 
 
 13 
 
 14 
 
Poço de visita com dois degraus