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INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO DE GAZA FACULDADE DE AGRICULTURA CURSO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA AGRÍCOLA E ÁGUA RURAL EMPREENDIMENTOS HIDRAULICOS 4 ANO, 1° SEMESTRE Dimensionamento de Sistema de Rede de Drenagem de Águas Pluviais para 6º Bairro-Lionde Discentes: Código: Cliton de Sousa Meque 2016523 Danildo Vasco Nhacumangue 2017533 Euler Joao Pedro Marapusse 2017535 Docente: Eng°. Lateiro Salvador de Sousa, MEngSc Lionde, Outubro de 2020 Índice 1 INTRODUÇÃO 8 1.1 OBJECTIVOS: 8 1.1.1 Gerais: 8 1.1.2 Específicos: 8 1.2 PROBLEMA 9 1.3 JUSTIFICATIVA 9 1.4 Revisão Bibliográfica 10 1.4.1 Drenagem 10 1.4.2 Tipos de drenagem pluviais 10 1.4.3 Elementos de macro drenagem 11 1.4.4 Principais componentes 11 1.4.5 Levantamento topográfico 12 1.4.6 Infiltração 13 1.4.7 Estudo Hidrológico 14 2 METODOLOGIA 16 2.1 Localização da área do projecto 16 2.2 Viabilidade do Projecto 16 2.2.1 Estudo de viabilidade para a área do projecto 16 2.3 Procedimentos de execução do projecto 18 2.3.1 Teste de infiltração 18 2.3.2 Parâmetros Hidrológicos 20 2.3.3 Calculo Hidráulico dos parâmetros e componentes do sistema 23 3 DIMENSIONAMENTO 26 3.1 DIMENCIONAMENTO DO SISTEMA DE DRENAGEM 26 3.1.1 Estudo de Chuvas intensivas 26 3.1.2 Estudo Hidrológico 27 3.1.3 Cálculo da vazão do projeto 28 3.2 CÁLCULOS DA DETERMINAÇÃO DAS EQUAÇÕES DA VELOCIDADE DE INFILTRAÇÃO BÁSICA 29 3.3 Dados do sistema de rede de drenagem a ser implantado 31 4 DESENHOS E MAPAS 32 4.1 Mapa do Posto Administrativo de Lionde 32 4.2 Perfil dos drenos do sistema 33 4.3 Desenho ilustrativo da disposição dos drenos do sistema no campo 34 4.4 Corte transversal do perfil dos drenos 34 4.5 Orientacao do fluxo de água dos dreno 35 5 ORÇAMENTO DO PROJECTO 37 6 RECOMENDAÇÕES DE IMPLEMENTAÇÃO 38 6.1 Aspectos construtivos e especificações técnicas 38 6.1.1 Levantamentos Topográficos 38 6.1.2 Construção de drenos 38 6.1.3 Abertura das valas de drenagem 38 6.1.4 Aquedutos/Pontes 38 7 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 39 Índice de Tabelas Tabela 1: Taxa de infiltração para os diferentes tipos de solo................................................17 Tabela 2: Classificação da velocidade de infiltração básica....................................................18 Tabela 3: valores de coeficiente de escoamento “C”................................................................22 Tabela 4. Série de máximas anuais e chuva (mm) de Chokwe................................................25 Tabela 6: válida para o levantamento de dados de Infiltração...............................................28 Tabela 7: Cálculo dos parâmetros das equações de infiltração..............................................28 Tabela 8: Cálculos de Infiltração...............................................................................................29 Tabela.9: Dados do sistema de rede de drenagem (composição dos drenos).........................30 Tabela10: Legenda dos símbolos usados para o Layout..........................................................36 Índice de Gráficos Grafico 1: Gráfico de precipitação de chokwe.........................................................................22 Índice de Figuras Figura 1. Ilustra o local de estudo............................................................................................16 Figura 2: Mapa do local de implantação do projecto............................................................32 Figura 3: Perfil dos drenos de campo 1 a 4.............................................................................33 Figura 3.1: Perfil dos drenos de campo 5 a 8..........................................................................33 Figura 4: Deposição dos drenos no campo..............................................................................34 Figura 5: Corte transversal Perfil dos drenos e/ou vista frontal dos drenos.......................34 Figura 6: Mapa e orientação dos drenos da área de estudo..................................................35 Figura 7: Orientação dos drenos no 6º-Bairro.......................................................................35 2 APRESENTAÇÃO DO PROJECTO O presente projecto tem como local de implementação no Distrito de Chókwè, no Posto administrativo de Lionde que visa dimensionar um Sistema de Rede de Drenagem de águas pluviais para 6º Bairro. A integração da drenagem visa melhorar a gestão do escoamento superficial da água pluvial de modo a não comprometer a vida da população residente com a ocorrência de inundações podendo desta forma trazer uma melhoria nas condições ambientais proporcionando uma óptima qualidade de vida. SUMÁRIO EXECUTIVO O presente trabalho visa projectar um Sistema de Rede de Drenagem de águas pluviais para 6º Bairro, na localidade de Lionde, distrito de Chókwè. Para tal, foram respeitadas as seguintes etapas: identificação e reconhecimento da área, estudo de viabilidade do projecto, recolha de dados, dimensionamento do sistema, Sistema de Rede de Drenagem de águas pluviais e mapeamento do mesmo. O escoamento superficial da água pluvial sobre o solo dá origem a linhas de água que por sua vez causam impactos negativos na vida da população devido a perdas económicas, sociais e ambientais que se verificam com a sua ocorrência. O projecto foi desenhado como forma de contribuição na eficiência de transmissão de conhecimento técnico profissional para a sociedade estudantil do ISPG e por conseguinte contribuir na promoção da geração, transferência e difusão de conhecimento tecnológicos, práticos visando um desenvolvimento sustentável local, regional e nacional, promover o estudo da aplicação da ciência e da técnica através de noções em habilidades praticas priorizando o desenvolvimento local, e regional nacional. ANTECEDENTES DO PROJECTO Localização, História e situação actual O distrito de Chókwe localiza-se a Oeste da região do Sul de Moçambique, concretamente a Sudoeste da Província de Gaza, entre as coordenadas geográficas: 24˚05’ e 24˚48’ Latitude Sul; 32˚33’e 33˚35’ Longitude Este (INE, 1999). O distrito possui uma superfície de 2.600 Km2 (3,43% da área total da Província), situando-se no curso médio do rio Limpopo, com os seguintes limites: a Norte, rio Limpopo que o separa dos Distritos de Massingir, Mabalane e Guijá, a Sul, Distrito de Bilene e pelo rio Mazimuchope que o separa do Distrito de Magude, Província de Maputo, a Este, Distritos de Bilene e Chibuto e a Oeste, Distritos de Magude e Massingir (Revista de Chokwe, 2012). O distrito conta com 4 Postos Administrativos e 8 localidades, sendo o Posto sede na Cidade e a Sudeste encontra-se o Posto Administrativo de Lionde tendo como localidades Lionde Sede, Conhane e Malau. O local de estudo é 6° bairro da localidade Lionde Sede, no posto administrativo de Lionde Distrito de chokwe, no local não se verifica nenhum vestígio de infra-estruturas hidráulicas para drenagem de águas de esgotos e pluviais do local. Segundo as informações obtidas no local indicam que a o bairro apresenta um nível de desenvolvimento com resultados aceitáveis, não havendo garantia quanto às ondas de cheias na cidade de Chókwè em especial o bairro em causa devido sua localização a jusante da barragem de Massingir e na bacia do rio limpopo, havendo necessidade de construção de um sistema de drenagem para controlar os efeitos das enchentes e o rebaixamento do lençol freático. Dimensionamento de sistema de drenagem de aguas pluvias no 6 bairro de lionde Um dos grandes antecedentes é a frequência e sazonalidade do excessode água, infiltração impedida, alto nível do Lençol Freático relacionado com o tipo do solo e a falta de um sistema de drenagem. O projecto é necessário e desejável para a sua implantação. 2 INTRODUÇÃO A drenagem é uma disciplina de uma importância muitas vezes menosprezada. O valor de uma obra de drenagem é na maioria das vezes uma fração muito pequena do montante total do orçamento da obra. Investir num projeto de qualidade e executar uma drenagem que possibilite o escoamento adequado das águas pluviais para o sistema de drenagem permite o funcionamento dos empreendimentos mesmo na ocorrência das chuvas. Ter um olhar diferenciado para a drenagem, evita que aconteçam problemas maiores e até acidentes, que podem acarretar em prejuízos incalculáveis e até vidas humanas. Segundo AUGUSTO (2008), quanto maior for a transformação das superfícies do terreno devido a construção de infra-estruturas, tornando-as menos permeáveis à infiltração das águas e diminuindo a capacidade de retenção natural, maior será a parcela contribuinte para os escoamentos superficiais e, maior a probabilidade de alagamentos e inundações. As águas pluviais têm potencial para fornecer benefícios concretos para uma cidade quando medidas de uso e reuso da água forem adoptadas. Esta pode servir para satisfazer as necessidades básicas de consumo pois é uma fonte alternativa de água, pode ser usada em actividades de irrigação criando um aumento das áreas verdes urbanas assim como lavagem de carros diminuindo a demanda de água potável. Entretanto, para identificar tais oportunidades a cidade precisa compreender a relação das águas pluviais com outros sectores de gestão urbana (TUCCI, et al., 1993). OBJECTIVOS: Gerais: · Dimensionar um de Sistema de Rede de Drenagem de águas pluviais para 6º Bairro-Lionde. Específicos: · Definir o elemento de base e efectuar o levantamento topográfico na área; · Fazer o teste de infiltração; · Determinar o caudal pluvial de projecto e dimensionar o sistema da rede de drenagem; · Desenhar o mapa do projecto do sistema da rede de drenagem. PROBLEMA No momento de maior intensidade e frequência da precipitação, no 6º-bairro de Lionde verifica-se ocorrência de inundações e graves impactos devido à falta de um sistema de rede de drenagem para escoamento de água pluviais. Com os problemas de inundações, onde estes constituem a maior causa para a sucessão de prejuízos materiais, económicos e vidas humanas, surge necessidade de dar resposta a seguinte questão: como minimizar a ocorrência de inundações nas zonas baixas quando se verificar a ocorrência de precipitações intensas (maior intensidade) e extensas (longa duração) JUSTIFICATIVA Com o estudo preliminar do escoamento superficial para a instalação de um sistema de rede drenagem no 6º-bairro de Lionde que tem uma série de problemas relacionados com o escoamento superficial e inundações podem ser minimizados e consequentemente prejuízos económicos, sociais e ambientais assim como o risco de contaminação devido ao saneamento por doenças de veiculação hídrica são reduzidos o que acaba gerando um conforto para as populações em risco. Revisão Bibliográfica Drenagem Drenagem é o termo empregado na designação das instalações destinadas a escoar o excesso de água, seja em rodovias, na zona rural ou na malha urbana, sendo que a drenagem desta última é o objetivo do nosso estudo. A drenagem urbana não se restringe aos aspectos puramente técnicos impostos pelos limites restritos à engenharia, pois compreende o conjunto de todas as medidas a serem tomadas que visem à atenuação dos riscos e dos prejuízos decorrentes de inundações aos quais a sociedade está sujeita, (Rocha & Back, 2009). Os sistemas urbanos de drenagem de águas pluviais são um importante agente na gestão das águas pluviais e têm como objetivo primordial assegurar a recolha e o transporte das águas das chuvas, em condições apropriadas, para um meio recetor, de forma a evitar a ocorrência de inundações indesejáveis. Pode afirmar-se que a drenagem pluvial urbana não é só uma necessidade, mas uma prioridade por estar diretamente ligada à qualidade de vida e à segurança de pessoas e bens (Marque et al., 2013). Os benefícios que advêm da correta implantação de um adequado sistema de drenagem pluvial são inúmeros podendo apontar-se alguns: · Redução das áreas inundadas; · Redução de gastos com manutenção das vias públicas e áreas adjacentes permeáveis e impermeáveis; · Escoamento rápido das águas superficiais; · Eliminação da presença de águas estagnadas. Tipos de drenagem pluviais Unitários Constituídos por uma única rede de colectores onde são admitidas conjuntamente as águas residuais domésticas, comerciais e industriais, e águas pluviais; recolhem e drenam a totalidade das águas a afastar dos aglomerados populacionais. Separativos Constituídos por duas redes de colectores distintas, uma destinada à drenagem das águas residuais domésticas, comerciais e industriais, e uma outra à drenagem das águas pluviais ou similares. Mistos Constituídos pela conjugação dos dois tipos anteriores, em que parte da rede de colectores funciona como sistema unitário e a restante como sistema separativo. Separativos parciais ou pseudo-separativos Em que se admite, em condições excepcionais, a ligação de águas pluviais de pátios interiores ao colector de águas residuais domésticas. Elementos de macro drenagem A rede de colectores é o conjunto das canalizações que assegura o transporte dos caudais pluviais afluentes, desde os dispositivos de entrada até um ponto de lançamento ou destino final. Ela é constituída, em geral, por colectores de betão de secção circular. Principais componentes Os sistemas separativos de drenagem de água pluvial são constituídos, essencialmente, por redes de colectores e órgãos acessórios, podendo dispor de órgãos especiais e instalações complementares. A rede de colectores é o conjunto das canalizações que assegura o transporte dos caudais pluviais afluentes, desde os dispositivos de entrada até um ponto de lançamento ou destino final. As modernas redes são constituídas, em geral, por colectores de betão ou de PVC de secção circular. Os órgãos acessórios são os seguintes: · Dispositivos de entrada (sarjetas de passeio ou sumidouros); · As sarjetas de passeio são dispositivos sempre associados a um lancil do passeio, com entrada lateral de caudal: os sumidouros são considerados dispositivos que podem estar associados a um lancil ou a uma valeta, cuja entrada de caudal é feita superiormente, através de grade; · Câmaras ou caixas de visita - destinadas a facilitar o acesso aos colectores, para observação e prática de operações de limpeza e de manutenção. No que respeita aos órgãos especiais e instalações complementares, podem referir-se os seguintes: · Desarenadores - instalações complementares destinadas a provocar a deposição de materiais incoerentes transportados na água pluvial; · Bacias de retenção - bacias destinadas a regularizar os caudais pluviais afluentes, restituindo, a jusante, caudais compatíveis com a capacidade de transporte da rede de drenagem ou curso de água; · Câmaras drenantes - dispositivos destinados à retenção e infiltração da água pluvial, podendo ser associados ou não a sistemas de drenagem pluvial convencionais constituídos por colectores enterrados; · Instalações elevatórias - a evitar, sempre que possível, tendo em conta os encargos de exploração e a variabilidade dos caudais afluentes e consequente dificuldade de se manterem as condições satisfatórias de funcionamento dos grupos electrobomba e da conduta de impulsão. Levantamento topográfico A Topografia tem por finalidade determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície terrestre, sem levar em conta a curvatura resultante da esfericidade terrestre Espartel (1987), ou seja a Topografia se limita à descrição de áreas restritas na superfície terrestre, em torno de um raio de 50km. É um conjunto de métodos que, através de medições de ângulos horizontaise verticais, de distâncias horizontais, verticais e inclinadas, com instrumento adequado à exatidão pretendida, primordialmente, implanta e materializa pontos de apoio no terreno, determinando suas coordenadas topográficas (Brito, 2005). O objetivo principal é efetuar o levantamento (executar medições de ângulos, distâncias e desníveis) que permita representar uma porção da superfície terrestre em uma escala adequada. Às operações efetuadas em campo, com o objetivo de coletar dados para a posterior representação, denomina-se de levantamento topográfico. A topografia pode ser dividida em: · Planimetria: consiste a obtenção de ângulos e distâncias horizontais para determinar a projeção do ponto no plano topográfico. · Altimetria: consiste na obtenção das diferenças de níveis em relação ao terreno, no plano vertical. Infiltração A infiltração é o processo pelo qual a água penetra na camada superficial do solo (Brito, 2003). Segundo Frizzone (1993), a infiltração é um processo complexo, dependente das propriedades físicas do solo, do seu conteúdo inicial de água e das variações de permeabilidade devido ao movimento da água na superfície e ar retirado nos poros. Walker & Skogerboe (1987), afirma que na irrigação superficial a infiltração vária acentuadamente com a sequência das irrigações e segundo Frizzone (1993), isto é devido as variações que ocorrem na rugosidade e na geometria da superfície onde se verifica o escoamento. A equação a seguir, representa a taxa de infiltração de água no solo, correspondendo à variação da infiltração acumulada ao longo do tempo: Eq. (1.0) Onde: TI = taxa de infiltração da água no solo, (mm.h-1); I = infiltração acumulada, (mm); e T = tempo, (h). Velocidade de Infiltração básica Segundo Walker e Skogerboe (1987), velocidade de infiltração é a quantidade de água que atravessa a unidade de área da superfície do solo por unidade de tempo Equações Representativas da Infiltração A infiltração acumulada d’água no solo (I) pode ser descrita pôr várias equações, sendo que iremos apresentar as duas equações empíricas mais utilizadas: Eq. (1.1) Onde: I = infiltração acumulada (cm); k = constante dependente do solo; T = tempo de infiltração (min); e a = constante dependente do solo, variando de 0 a 1. Estudo Hidrológico Os estudos hidrológicos têm por objetivo fornecer as vazões máximas a serem adotadas para projeto, bem como de hidrogramas de cheias quando houver a necessidade de dimensionar ou analisar o efeito de reservatórios de detenção existentes (Fcth, 1999). No estudo hidrológico deve-se, no mínimo, determinar a chuva de projeto e calcular a vazão máxima. Os estudos hidrológicos têm por objetivo fornecer as vazões máximas a serem adotadas para projeto, bem como de hidrogramas de cheias quando houver anecessidade de dimensionar ou analisar o efeito de reservatórios de detenção existentes (Fcth, 1999). No estudo hidrológico deve-se, no mínimo, determinar a chuva de projeto e calcular a vazão máxima. Estudo de Chuvas intensas A chuva de projeto pode ser obtida de trabalhos como (Back, 2002) ou pode ser determinada com a análise de série de dados observados próximos a área em estudo. Recomenda-se usar séries com pelo menos dez anos de observação. A partir da chuva máxima diária foram determinadas as chuvas máximas diárias com período de retorno de 2, 5, 10, 15, 20, 25, 50 e 100 anos usando a distribuição de Gumbel, conforme: Eq. (2.0) Onde: XT é a chuva máxima estimada cm período de retorno de T anos; x é a média dos valores observados na série de máximas anuais; S é o desvio padrão dos valores observados na série de máximas anuais; Yn e Sn são a média e o desvio padrão da variável reduzida Y, tabelados em função do número de valores da série de dados. Intercidade de chuva Com base nas relações entre precipitações de diferentes durações estabelecidas pela Cetesb (1986) foram estimadas as chuvas máximas com duração de 5 min, 10 min, 15 min, 20 min, 25 min, 30 min, 60 min e 120 min. A equação de chuvas intensas pode ser escrita da seguinte forma: Eq. (2.1) Onde: i - é intensidade média máxima da chuva (mm/h); T - é o período de retorno (anos); t - é a duração da chuva (min); K,m,b,n - parâmetros da equação determinados para cada local (adimensional). Intensidade de precipitação É a quantidade de chuva que ocorre em uma unidade de tempo (mm/ min.) para uma chuva de um certo tempo de recorrência e com uma duração igual ao tempo de concentração da bacia. Para a área de projeto, os estudos hidrológicos efetuados, forneceram uma intensidade de 2,52 mm/ min., para um tempo de concentração de 6 minutos e o tempo de recorrência de 5 anos. Eq. (2.2) Onde: i - intensidade pluviométrica em mm/h; Tr - tempo de recorrência em anos; t - tempo de duração da precipitação em minutos. METODOLOGIA Localização da área do projecto O posto administrativo de Lionde localiza se no distrito de Chókwè está situado a Sul da província de Gaza, no curso médio do rio Limpopo, tendo como limites a Norte o rio Limpopo que o separa dos distritos de Massingir, Mabalane e Guijá, a Sul o distrito de Bilene e o rio Mazimuchope por distrito de Bilene, Chibuto e Xai-Xai, a Este confina com os distritos de Bilene e Chibuto e a Oeste com os distritos de Magude e de Massingir. A superfície do distrito1 é de 2.450 km2 e a sua população está estimada em 197 mil habitantes à data de 1/7/2012. Com uma densidade populacional aproximada de 80,3 hab/km2, prevê-se que o distrito em 2020 venha a atingir os 223 mil habitantes. Figura 2. Ilustra o local de estudo Fonte: Autor Viabilidade do Projecto Estudo de viabilidade para a área do projecto O projeto tem viabilidade em simulação, pois trata-se do desenvolvimento de práticas, como projetar uma rede pluvial, e aplicações de técnicas já cursadas. Sob o aspecto econômico, a drenagem de água visa, em aumentar a vida média pela redução da mortalidade, aumentar a vida produtiva do indivíduo, quer pelo aumento da vida média quer pela redução do tempo perdido com doença, facilitar a instalação, inclusive de turismo, e consequentemente ao maior progresso das comunidades. Aspectos ambientais Para a execução do projecto deve-se ter em conta diversas características que serão alteradas na área de abrangência tendo em conta aspectos positivos e negativos na área de execução do projecto. Não irá se verificar alterações significativas na área por se tratar de uma área degradada, a introdução de agentes melhoradores do solo/água irá alterar algumas propriedades do solo (químicas, físicas e biológicas). O empreendimento não ira causar alterações no meio ambiente, pois ira melhorar através da instalação de valas de drenagem que iram remover a água em excesso na via pública, evitando erosão e degradação do solo. Apresentada uma melhoria significativa. Aspectos financeiros A análise financeira num projecto não deve ser deixada de lado, isto porque, é na base da análise financeira que são feitas as previsões, calculo de taxas de rentabilidade, custo de investimento, avaliação do projecto se esta de acordo com custo do projecto. O plano financeiro deve demonstrar a viabilidade financeira de um projecto, isto é, provar que o projecto não corre o risco de ficar com insuficiência de fundos; a programação da entrada e da saída de fundos pode revelar-se essencial para a execução do projecto. Necessidade do projecto O processo da elaboração de projeto de drenagem consiste em criar redes para escoar as águas da chuva em um terreno. Podem ser feitos com tubos,com canais, valas, fossos ou túneis. Todos possuem a função de retirar o excesso de água presente na área e tornar o solo o mais aproveitável possível. Importância sanitário e social, a drenagem de aguas pluviais visa fundamentalmente, a controlar e prevenir doenças, implantar hábitos higiênicos na população como, por exemplo higiene do ambiente, facilitar a limpeza pública, eliminar o excesso de águas pluviais; propiciar conforto, bem-estar e segurança. Procedimentos de execução do projecto Para a materialização desse projecto baseou-se na revisão de literaturas sobre drenagem de aguas pluviais, dimensionamento e instalação de sistemas de drenagem de aguas pluviais, assim como, na recolha de dados de campo da área em estudo através de pesquisa de dados e também recorreu-se ao uso de softwares como o google earih para a obtenção do mapa da área de estudo. Dispensou-se os levantamentos topográfico detalhado, e executou-se o presente estudo de projecto executivo, tendo como bases alguns instrumentos e software topográficos e de engenharia civil. Teste de infiltração Segundo FAO SAFR (2002), a infiltração é influenciada pela textura do solo. Solos pesados têm baixas taxas de infiltração em virtude dos tamanhos de poros pequenos, enquanto os solos leves têm alta taxa de infiltração por causa de tamanhos de poros que são maiores. A taxa de infiltração é definida como a lâmina de água (volume de água por unidade de área) que atravessa a superfície do solo, por unidade de tempo. A taxa de infiltração pode ser expressa em termos de altura de lâmina d’água ou volume d’água por unidade de tempo (mm.h-1). Algumas taxas de infiltração típicas para diferentes tipos de solos estão apresentadas na tabela abaixo. Tabela 1: Taxa de infiltração para os diferentes tipos de solo. Tipo de Solo Taxa de Infiltração (mm/hr) Areia ˃30 Franco-Arenoso 30-20 Franco-Limoso 20-10 Franco-Argiloso 10-5 Argiloso ˂5 Fonte: FAO SAFR (2002). Velocidade de Infiltração básica Segundo Walker e Skogerboe (1987), velocidade de infiltração é a quantidade de água que atravessa a unidade de área da superfície do solo por unidade de tempo. Segundo Bernardo (2002), a classificação da velocidade de infiltração básica está apresentada na tabela 2. Tabela 2: Classificação da velocidade de infiltração básica. Velocidade da infiltração básica Taxa de infiltração em cm/h VIB muito alta ˃ 3,0 VIB alta 1,5-3,0 VIB media 0,5-1,5 VIB baixa ˂ 0,5 Fonte: Bernardo (2002). Equações Representativas da Infiltração A equação a seguir, representa a taxa de infiltração de água no solo, correspondendo à variação da infiltração acumulada ao longo do tempo: Onde: TI - taxa de infiltração da água no solo, mm.h-1; I - infiltração acumulada, mm; e T - tempo, h. A infiltração acumulada d’água no solo (I) pode ser descrita pôr várias equações, sendo que iremos apresentar as duas equações empíricas mais utilizadas: Onde: I - infiltração acumulada (cm); k - constante dependente do solo; T - tempo de infiltração (min); e a - constante dependente do solo, variando de 0 a 1. Parâmetros Hidrológicos Estudo Hidrológico Os estudos hidrológicos têm por objetivo fornecer as vazões máximas a serem adotadas para projeto, bem como de hidrogramas de cheias quando houver a necessidade de dimensionar ou analisar o efeito de reservatórios de detenção existentes (Fcth, 1999). No estudo hidrológico deve-se, no mínimo, determinar a chuva de projeto e calcular a vazão máxima. Precipitação Para a determinação da precipitação efectiva analisados dados históricos de precipitação fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INAM), de modo a conhecer a maior precipitação registada. Estudo de chuvas intensas Neste trabalho foram usados os dados das estacões meteorológicos referentes ao distrito de Chókwè, considerando o período entre os anos de 1965 a 2015, que corresponde a 50 anos, coletados pelo, Instituto Nacional de Meteorologia de Moçambique (INAM). Os dados foram organizados com o objetivo de obter as precipitações máximas diárias anuais e, posteriormente, ordenados em ordem decrescente para a obtenção da frequência de excedência, constituindo uma série com 50 valores de precipitação máxima diária. Determinação de chuvas intensas Para a determinação ou calculo da chuva intensa, usou-se a seguinte equação de determinação de chuva intensa: Eq. (3.0) Onde: i - intensidade pluviométrica em mm/h; TR - tempo de recorrência em anos; Td - tempo de duração da precipitação em minutos Período de Retorno Para se decidir o grau de proteção conferido à população com a construção das obras de drenagem, deve-se determinar a vazão de projeto. Deve-se, também, conhecer a probabilidade P de o valor de uma determinada vazão ser igualado ou superado em um ano qualquer. (Cardoso, 1985), A vazão de projeto é imposta de tal forma que sua probabilidade P não exceda um determinado valor pré-estabelecido. Uma vez que a sociedade, através de seus representantes, é que deve decidir o risco aceitável pela comunidade e o quanto ela está disposta a pagar pela proteção conferida pelas obras, a escolha do período de retorno é um critério definido em esferas políticas. A aplicação de métodos puramente econômicos para o estabelecimento do período de retorno é limitada pela impossibilidade de levar em conta aspectos que não podem ser expressos em termos monetários, por motivos éticos. Além disso, a relação benefício custo é de difícil quantificação. (Cardoso, 1985) Quanto maior o período de retorno adotado, maior será a proteção conferida à população; por outro lado não só o custo, como também o porte das obras e sua interferência no ambiente urbano2 serão maiores. Tal fato, comumente, leva os poderes decisórios a escolher períodos de retorno pequenos, imprimindo uma falsa sensação de segurança na população, encorajando-a, de certa forma, a ocupar áreas impróprias. Tempo de concentração Este tempo e compreendido com base nas relações entre precipitações de diferentes durações estabelecidas pela Cetesb (1986) foram estimadas as chuvas máximas com duração de 5 min, 10 min, 15 min, 20 min, 25 min, 30 min, 60 min e 120 min, segundo recomendações feitas no ‘’ relatório dos estudos para controle da erosão’’. (KLAMT, 2014) A adoção de qualquer destas fórmulas deve ser precedida de análise cuidadosa para evitar, por exemplo, o equívoco de utilizar em áreas urbanas fórmulas originalmente desenvolvidas para áreas rurais. Em áreas urbanas, o tempo de concentração pode ser dividido em duas parcelas: um tempo inicial (ti), tempo para chuva atingir a primeira boca de lobo ou sarjeta, e um tempo t de translação na rede de drenagem (sarjetas, bueiros, galerias, canais, etc.), isto é, a equação 4.0 a seguir demostra isso: Onde: A é a área de drenagem da bacia em km2 Fórmula de Kirpich. Para ser utilizada em bacias não maiores que 0,5 km2 e declividades entre 3 e 10%. Apresentada na equação a seguir: Eq. (4.1) Onde: L é o comprimento do talvegue e S é sua declividade. Esta fórmula foi obtida para bacias com canais bem definidos e declividades altas. No entanto, o fato de ter sido desenvolvida para bacias tão pequenas, parece indicar que reflete o escoamento do primeiro tipo. Fórmula da Federal Aviation Agency. Usada em bacias pequenas, com predominância de escoamento de superfície, pois foi especificamente desenvolvida para drenagem de aeroportos. Onde: C é o coeficiente de escoamento do método racional. Fórmula da Onda Cinemática Deduzida teoricamente a partir da equação de Chézy com coeficiente de Manning sob a suposição de precipitação de intensidade constante com duração igual ao tempo de concentração. É aplicável a bacias pequenas nas quais o escoamento sobre a superfície é predominante. Onde: n é o coeficiente de rugosidade de Manning e I é a intensidade de precipitação. Calculo Hidráulicodos parâmetros e componentes do sistema Cálculo de caudais pluviais Método para determinação de caudais pluviais Método racional - coeficiente c de Escoamento Superficial (RUNOFF) Segundo (KLAMT, 2014), o coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de deflúvio, ou ainda coeficiente de "run-off" é definido como a razão entre o volume de água escoado superficialmente, que é registrado em certa seção, e o volume de água precipitado na bacia contribuinte. O coeficiente de escoamento superficial depende das seguintes características: Tipo de solo, Tipo de cobertura, Tipo de ocupação, Tempo de retorno e Intensidade de precipitação. Tabela 3: valores de coeficiente de escoamento “C” Zonas Coeficiente C Edificação muito densa 0,7- 0,95 Edificação não muito densa 0,60-0,70 Edificação com poucas superfícies livres 0,50-0,60 Edificação com muita superfícies livres 0,25-0,50 Subúrbios com algumas edificações 0,10-0,25 Fonte: Autor (2020) O método racional, aplicado à determinação de caudais de ponta pluviais, pode ser expresso pela seguinte equação: Onde, Qp - caudal de ponta (m3/s) C - coeficiente (-) I - intensidade de precipitação (m3/(ha.s)) A - área da bacia de drenagem (ha) No método racional a relação Qp/I é linear (assim como a relação Qp/A). A variável de entrada é a intensidade de precipitação I(tc,T) e o operador de transformação é representado por C x A. Método racional generalizado Uma das maiores dificuldades do método racional consiste na previsão de caudais de ponta em bacias com baixas percentagens de áreas impermeáveis. Efetivamente, o método racional, na sua simplicidade de aplicação, não permite, nesses casos, qualquer grau de rigor (Costa, 1983). Em áreas livres, os coeficientes C podem variar bastante, correndo-se o risco de, subjetivamente, subestimar-se (ou sobrestimar-se) o caudal de ponta várias vezes. Daí a razão de certos autores recomendarem a aplicação do método racional apenas para o cálculo de caudais de ponta pluvial em zonas urbanas. Costa 1956 deduz que a fórmula racional é apenas um caso particular de uma fórmula mais geral, aplicável a bacias com qualquer percentagem de áreas impermeáveis. Aquele autor propõe a expressão: Em que v1 e v (m3) representam, respetivamente, o volume correspondente à parte ascendente do hidrograma e o volume total do mesmo, t (hr) a duração da precipitação de projecto, tc (hr) o tempo de concentração da bacia e γ o coeficiente de regolfo. O quociente 2v1/v reflecte a percentagem de água precipitada que não sofre atraso ou efeito de armazenamento superficial e que, efetivamente, contribui para o caudal de ponta. O quociente t/tc exprime, em termos quantitativos, o facto do escoamento nas linhas de água principais ser muito mais rápido do que nas linhas de água secundárias ou sobre o terreno, o que faz com que, no momento em que se regista o caudal de ponta, não esteja realmente a contribuir toda a bacia. O coeficiente de regolfo γ reflecte o facto do regime de escoamento estabelecido não ser uniforme e criarem-se efeitos de regolfo (movimento gradualmente variado) que atrasam o escoamento e amortecem os caudais máximos. O quociente 2 v1/v que exprime um efeito de retenção e armazenamento, é mínimo em bacias naturais, onde toma o valor 0,65 (Costa 1983). Em bacias totalmente impermeáveis este quociente iguala a unidade. O quociente t/tc, que exprime o desfasamento entre o fim da chuvada e o instante em que se verifica o caudal de ponta, é também mínimo para bacias naturais, onde toma o valor 0,7 (Costa 1983). Em bacias totalmente impermeáveis ou altamente canalizadas, admite-se que tal factor iguale a unidade. O modo como este método é tabelado e apresentado torna a sua aplicação bastante simples e expedita. Dimensionamento hidráulico dos componentes O método racional é largamente utilizado na determinação da vazão máxima de projeto para bacias pequenas (< 2 km2). Os princípios básicos dessa metodologia são: r a duração da precipitação máxima de projeto é igual ao tempo de concentração da bacia. Admite-se que a bacia é pequena para que essa condição aconteça, pois, a duração é inversamente proporcional à intensidade. r adota um coeficiente único de perdas, denominado C, estimado com base nas características da bacia. r não avalia o volume da cheia e a distribuição temporal das vazões. A equação do modelo é definida por: Em que: Qp= vazão de projeto (m3/s); A= Área de drenagem (km2); Tp= tempo de pico do hidrograma (horas); Pe= precipitação efetiva acumulada (mm). DIMENSIONAMENTO DIMENCIONAMENTO DO SISTEMA DE DRENAGEM Estudo de Chuvas intensivas Os dados foram organizados com o objetivo de obter as precipitações máximas diárias anuais e, posteriormente, ordenados em ordem decrescente para a obtenção da frequência de excedência, constituindo uma série com 50 valores de precipitação máxima diária. A chuva de projeto pode ser obtida de trabalhos como BACK (2002) ou pode ser determinada com a análise de série de dados observados próximos a área em estudo. Neste trabalho foram usados os dados nos estacões meteorológicos referentes ao distrito de Chókwè, considerando o período entre os anos de 1965 a 2015, que corresponde a 50 anos, coletados pelo, Instituto Nacional de Meteorologia de Moçambique (INAM), referente ao período de 1965 a 2015. Foram determinadas as séries de máximas anuam de precipitação com duração de um dia (Tabela 4). Tabela 4. Série de máximas anuais e chuva (mm) de Chokwe. Ano Max Ano Max Ano Max 1965 62,23 1982 47,49 1999 101,94 1966 75,76 1983 49,27 2000 67,59 1967 145,36 1984 102,15 2001 102,33 1968 57,30 1985 92,52 2002 64,36 1969 81,59 1986 72,93 2003 88,33 1970 29,59 1987 56,66 2004 74,83 1971 80,75 1988 56,48 2005 76,85 1972 139,01 1989 81,78 2006 120,88 1973 92,03 1990 79,18 2007 87,03 1974 101,81 1991 64,7 2008 56,63 1975 116,43 1992 72,17 2009 33,51 1976 123,16 1993 93,82 2010 107,18 1977 63,44 1994 78,79 2011 74,18 1978 64,67 1995 59,84 2012 76,57 1979 105,96 1996 88,91 2013 99,71 1980 92,52 1997 70,03 2014 80,66 1981 72,93 1998 76,08 2015 49,68 Fonte: Autor (2019 A determinação de chuvas intensas pode ser escrita da seguinte forma: Estudo Hidrológico Os estudos hidrológicos têm por objetivo fornecer as vazões máximas a serem adotadas para projeto, bem como de hidrogramas de cheias quando houver necessidade de dimensionar ou analisar o efeito de reservatórios de detenção existentes (FCTH, 1999). No estudo hidrológico deveu-se, no mínimo, determinar a chuva de projeto e calcular a vazão máxima. Para a determinação da precipitação efectiva analisados dados históricos de precipitação fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INAM), de modo a conhecer a maior precipitação registada, dados referentes a 1965 a 2015 onde verificou-se que a precipitação media da cidade de chokwe e de 419,6 mm no ano de 1967. Grafico 1: Gráfico de precipitação de chokwe. Tabela 5: Altura da chuva em (mm) estimada para cidade de Chokwe. T - Período de Retorno (anos) Duração 100 50 25 20 15 10 5 2 24 horas 243,2 223,9 204,5 198 190 178,3 157 126,3 120 min 127,7 117,6 107,5 104,1 99,8 93,6 82,7 66,3 60 min 102,1 94 85,9 83,2 79,8 74,9 66,2 53,1 30 min 75,6 69,6 63,6 61,6 59,1 55,4 49 39,3 25 min 68,8 63,3 57,8 56,1 53,7 50,4 44,6 35,7 20 min 61,2 56,4 51,5 49,9 47,8 44,9 39,7 31,8 15 min 52,9 48,7 44,5 43,1 41,3 38,8 34,3 27,5 10 min 40,8 37,6 34,3 33,3 31,9 29,9 26,5 21,2 5 min 25,7 23,7 21,6 20,9 20,01 18,8 16,7 13,3 TR: Tempo de retorno, em anos. P/dia: precipitação de um dia, em mm. Cálculo da vazão do projeto Área do projecto = =38,27660ha CÁLCULOS DA DETERMINAÇÃO DAS EQUAÇÕES DA VELOCIDADE DE INFILTRAÇÃO BÁSICA Tabela 6: válida para o levantamento de dados de Infiltração Hora Tempo (min) T acumulado (min) Leitura da régua(cm) Reposição (cm) Infiltração (cm) I acumulada (cm) 9:35 0 0 20 0 0 9:40 5 5 19 1 1 9:45 5 10 18 1 2 9:50 5 15 16 2 4 9:55 5 20 13 3 7 10:00 5 25 11.2 1.8 8.8 10:05 5 30 10 1.2 10 10:10 5 35 8 2 12 10:15 10 45 7 1 13 10:25 10 55 6.5 17 0.5 13.5 10:35 10 65 16 1 14.5 10:45 10 75 15 1 15.5 10:55 10 85 14 1 16.5 11:05 10 95 13 1 17.5 11:15 10 105 12 1 18.5 11:25 10 115 10 0 18.5 11:35 10 125 10 0 18.5 11:45 10 135 10 0 18.5 11:55 10 145 10 0 18.5 12:05 10 155 10 0 18.5 12:15 10 165 10 0 18.5 Total 165 18.5 Tabela 7: Cálculo dos parâmetros das equações de infiltração. T acumulada (min) I acumulada (cm) X=log Tac Y=Log Iac X.Y X^2 0 0 5 1 0.69897 0 0 0.48856 10 2 1 0.30103 0.30103 1 15 4 1.17609 0.60206 0.70808 1.38319 20 7 1.30103 0.8451 1.0995 1.69268 25 8.8 1.39794 0.94448 1.32033 1.95424 30 10 1.47712 1 1.47712 2.18189 35 12 1.54407 1.07918 1.66633 2.38415 45 13 1.65321 1.11394 1.84159 2.73311 55 13.5 1.74036 1.13033 1.96719 3.02886 65 14.5 1.81291 1.16137 2.10546 3.28665 75 15.5 1.87506 1.19033 2.23194 3.51585 85 16.5 1.92942 1.21748 2.34904 3.72266 95 17.5 1.97772 1.24304 2.45839 3.91139 105 18.5 2.02119 1.26717 2.56119 4.08521 115 18.5 2.0607 1.26717 2.61126 4.24648 125 18.5 2.09691 1.26717 2.65715 4.39703 135 18.5 2.13033 1.26717 2.6995 4.53832 145 18.5 2.16137 1.26717 2.73882 4.67151 155 18.5 2.19033 1.26717 2.77553 4.79755 165 18.5 2.21748 1.26717 2.80993 4.91724 Total 34.4622 20.6986 38.3794 62.9366 Tabela 8: Cálculos de Infiltração. Equação Resultado 1,8542 VIB= Alta Dados do sistema de rede de drenagem a ser implantado Tabela.9: Dados do sistema de rede de drenagem (composição dos drenos). Drenos Comprimento Base maior Base menor Altura Folga Inclinação Cota Terreno Taludes 1 200 1 0,5 0,8 0,16 0,006 29 0,5 2 400 1 0,5 0,8 0,16 0,006 28 0,5 3 300 1 0,5 0,8 0,16 0,006 27 0,5 4 200 1 0,5 0,8 0,16 0,006 30 0,5 5 400 1 0,5 0,8 0,16 0,006 30 0,5 6 300 1 0,5 0,8 0,16 0,006 30 0,5 7 900 1 0,5 0,8 0,16 0,005 31 0,5 8 900 1 0,5 0,8 0,16 0,005 31 0,5 9 900 1,6 1 1,40 0,28 0,002 29-27 0,67 Fonte: Autor (2020) DESENHOS E MAPAS Mapa do Posto Administrativo de Lionde Figura 2: Mapa do local de implantação do projecto. Fonte: Software Google Earth, 2020. Perfil dos drenos do sistema Figura 3: Perfil dos drenos de campo 1 a 4. Figura 3.1: Perfil dos drenos de campo 5 a 8. Desenho ilustrativo da disposição dos drenos do sistema no campo Figura 4: Deposição dos drenos no campo. Corte transversal do perfil dos drenos Figura 5: Corte transversal Perfil dos drenos e/ou vista frontal dos drenos. Orientacao do fluxo de água dos dreno Figura 6: Mapa e orientação dos drenos da área de estudo Fonte: Autor (2020) Figura 7: Orientação dos drenos no 6º-Bairro Fonte: Autor (2020) Tabela10: Legenda dos símbolos usados para o Layout. Legenda Símbolo Nome Dreno principal Dreno secundário Sentido do escoamento do tereno Bacia de retenção da água pluvial Fonte: Autor (2020) ORÇAMENTO DO PROJECTO Os custos de construção foram estimados com base nas quantidades dos trabalhos, equipamentos previstos realizar ou aplicar na execução do projecto, tendo resultado em Custo total estimado de construção do sistema de drenagem num valor de 23 338 722,20 Mts. Os preços unitários dos trabalhos e dos equipamentos foram arredondados por excesso para ter em conta a situação da distância, com implicações nos custos de transporte para o local do projecto. Ao custo total foi incluído um valor adicional de 15% de imprevistos para ter em conta possível falta de inclusão de qualquer trabalho. Os elementos que serviram de base para avaliação dos custos de construção e/ou implementação do projecto, acima referido serão apresentados nos anexos. RECOMENDAÇÕES DE IMPLEMENTAÇÃO Aspectos construtivos e especificações técnicas As presentes especificações técnicas deverão ser anexos ao Caderno de Encargos que servir de documento do concurso e execução da obra. Levantamentos Topográficos Antes do início dos trabalhos é obrigatório realizar um levantamento topográfico detalhado para elaboração dos perfis longitudinal dos drenos, que nos permitam definir as cotas do fundo dos drenos. A piquetagem do levantamento topográfico nas linhas previstas para construção dos drenos será a uma equidistância de 20 metros. Construção de drenos Os drenos de campo têm comprimentos variados e serram construídos de acordo com os desenhos apresentados no capítulo de desenhos e mapas (perfil de drenos), a construção deles irá servir para drenar no interior do bairro alimentando uma rede de valas colectoras em terra e desta para vala de drenagem principal existente na margem sudoeste, que serve de limite da área do projecto. Abertura das valas de drenagem O leito das valas deve ser regular, com um declive uniforme não superior 5%, isento de pedras, e que o produto de escavação deve ser removido nas margens. Aquedutos/Pontes A construção do sistema de drenagem superficiais abertos é não revestido, serram construídas em tubos de manilhas de betão diâmetro 1.40 m, com um comprimento não inferior a 3,50 metros, reforçados nas secções transversais com alvenaria e terão um aterro central para permitir via de acesso residencial. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA · AUGUSTO, D. L. Concepção, Modelagem e Detalhamento de um Reservatório de Detenção em Praça, como Alternativa Para o Controle de Cheias na Bacia do Rio Guerenguê. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil), COPPE/UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008. · BERNARDO SALASSIER. 2002. Manual de irrigação. 6a Edição Revisitada e ampliada. Editora UVF; · BRITO, R.; 2005; Apontamentos de Projectos de Irrigação; Faculdade de Agronomia e Engenharia Florestal. Universidad Eduardo Mondlane; Maputo; Moçambique. · FAO, 1989; (FAO. Irrigation and Drainage. Paper 45); 138p-Rome; · MINISTÉRIO DAS CIDADES. Programa Drenagem Urbana Sustentável: Manual para Apresentação de Propostas. Brasília - DF: Secretaria de Saneamento Ambiental, 2007. · TUCCI, C.E.M., GENZ, F., Medidas de controlo de inundações in: Estudos Hidros sedimentológicos do Alto Paraguai, IPH/MMA, 1994. · WALKER, W. R. 1987. SKOGERBOE, G. V. Surface irrigation: theory and practice. New Jersey: Prentice-Hall.386p. · WALKER, W. 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ANEXOS Precipitacao Chokwe 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 62.32500000000001 75.758333333333141 145.358333333334 57.300000000000004 81.591666666666697 29.591666666666665 80.758333333333155 139.00833333333375 92.024999999999991 101.80833333333315 90.016666666666694 111.95833333333319 116.43333333333331 123.15833333333306 63.441666666666428 64.666666666666671 105.95833333333317 47.491666666666475 49.266666666666545 102.14999999999999 92.51666666666666672.924999999999997 56.658333333333331 56.474999999999987 81.783333333333289 79.183333333333096 64.166666666666657 72.166666666666671 93.816666666666663 78.791666666666814 59.841666666666434 88.908333333333289 70.033333333333289 76.083333333333258 101.91666666666681 67.591666666666697 102.33333333333319 64.358333333333078 88.333333333333258 74.833333333333258 76.850000000000009 120.88333333333318 87.024999999999991 56.633333333333333 33.508333333333333 107.17499999999998 74.183333333333096 76.566666666666663 99.708333333333258 80.658333333333076 49.68333333333333 22 de outubro de 2020 2 dT dI TI = a T K I * = n n T S S Y Y X x ) ( - + = - n m b t KT i ) ( + = ) ( * c t TR a i + = 1 , 0 4 , 0 88 , 21 S A Tc = 385 , 0 770 , 0 122 , 3 S L Tc = S L C Tc 3 ) 1 , 1 ( 73 , 22 - = 4 , 0 3 , 0 6 , 0 ) ( * 447 I S nL Tc = A i C Tc t V V Q * * * * * 1 2 g = tc t V V C C * 1 2 * 1 = å å å å å å - - = 2 2 2 . ) ( . . X m X Y X XY X A å å å å å - - = 2 2 . ) ( . . X m X XY m Y X B 1 . . - = a T a k VI