Universidade da Amaznia UNAMA Centro de Cincias Exatas e Tecnologia - CCET Sistemas de Drenagem de guas Pluviais Carlos Abrao Igor Matos Leonardo Coelho Leandro da Costa Belm PA 2011 Sistema de Drenagem de guas Pluviais Carlos Abrao Igor Matos Leonardo Coelho Leandro da Costa Trabalhoapresentadoemcumprimentodas exignciasdadisciplinaHidrologiaAplicadado cursodeEngenhariaCivil,orientadopela professoraElzelisMuller,visandolevaro conhecimentodoassuntopormeiodepesquisas aqui apresentadas. Belm PA Novembro de 2011 Carlos Abrao Igor Matos Leonardo Coelho Leandro da Costa HIDROLOGIA Sistema de Drenagem de guas Pluviais EstaResenhacientficaserjulgadapelaprofessorae orientadoradotrabalhodomesmo,EuzelisMuller comoparteintregrantedanotadaSegundaN.I.Da Universidade da Amaznia, UNAMA. Belm, 22 de Novembro de 2011. ______________________________________________________ Professora e orientadora Euzelis Muller O nico lugar onde o sucesso vem antes do trabalho no dicionrio.Albert Einstein Resumo Otrabalhoasermostradoaseguir,esperamostraraodecorrerdesuaspginas,o temarelacionado,bemcomoosassuntosreferentesaomesmoscomobjetividade.Ao sistemadeguaspluviais,oassuntomencionadoanteriormentesermostradosuas propriedades e suas principais subdivises, que so a Macrodrenagem e a Microdrenagem. Abstract Theworktobe shownbelow, showthe expected courseof itspages,the related theme, aswellasissues relatingtothe same objectively. The stormwatersystem,the subject mentioned above will be shown their properties and their major subdivisions, which are the Macrodrainage and Microdrainage. Sumrio Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 1 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 2 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 3 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 Digite o ttulo do captulo (nvel 1) ......................................................................... 4 Digite o ttulo do captulo (nvel 2) .......................................................................... 5 Digite o ttulo do captulo (nvel 3) ...................................................................... 6 INTRODUO AestruturafsicadeumsistemadedrenagemurbanapluvialcompostapeloSistemade Microdrenagem e pelo Sistema de Macrodrenagem. O caminhopercorridopelaguadachuva sobreumasuperfciepodesertopograficamente bem definido, ou no. Aps a implantao de uma cidade, o percurso catico das enxurradas passa a ser determinadopelotraadodasruas eacabasecomportandodemaneiradiferentedeseu comportamento original. Tanto as torrentes originadas pela precipitao direta sobre as vias, quanto s originadas da redepblicaprovenientedoscoletoreslocalizadosnosptiosedascalhassituadasnostoposdas edificaes,so escoadaspelastubulaes quealimentamoscondutossecundrios,apartirdo qual atingem o fundo do vale, onde o escoamento topograficamente bem definido, mesmo que no hajaumcursodguaperene. Esteescoamentonofundodovale,formadoporcursosnaturaisoucanaisdemaiores dimenses,oquedeterminaochamado SistemadeMacro-Drenagem. 1 - Microdrenagem OSistemadeMicrodrenagemurbanadefinidapelosistemadecondutospluviaisanvelderede primria urbana, responsvel pela captao da gua pluvial e sua conduo at o sistema de macro-drenagem. 1.1 - Terminologia Os principais elementos do Sistema de Micro-drenagem so: -Galerias:soascanalizaespblicas,destinadasaescoarasguaspluviaisoriundasdas ligaes privadas e das bocas-de-lobo; -Poo de Visita: dispositivos localizados em pontos convenientes do sistema de galerias que permitemudanadedireo,dedeclividade,dedimetroeinspeoelimpezadas canalizaes; -Meio-fios: constitudos por blocos de concreto ou de pedra, situados entre a via publica e o passeio, formando uma faixa paralela ao eixo da via; -Sarjetas:soasfaixasformadaspelolimitedaviacomosmeio-fios,formandoumacalha que coleta as guas pluviais que precipitam nas ruas; -Sarjetes:calhassituadasnoscruzamentosdeviaspblicas,formadaspelasuaprpria pavimentao e destinadas a orientar o fluxo das guas que escoam pelas sarjetas; -Bocas-de-lobo: so dispositivos de captao das guas das sarjetas; -Tubosdeligaes:socanalizaesdestinadasaconduzirasguaspluviaiscaptadasnas bocas de lobo para as galerias ou para os poos de visita; -Condutosforados:temafunodeconduzirasguassuperficiaiscoletadas,demaneira segura e eficiente, sem preencher completamente a seo transversal dos condutos; -Estaesdebombeamento:conjuntodeobraseequipamentosdestinadosaretirarguade um canal de drenagem, quando no houver condies de escoamento por gravidade. 1.2 - Elementos fsicos do projeto Os principais dados necessrios elaborao de um projeto de rede pluvial de microdrenagem so: Plantas: -Planta de situao da localizao dentro do Estado; -Planta geral da bacia contribuinte: escalas 1:5000 ou 1:10000; -Planta plani-altimtrica da rea do projeto na escala 1:2000 ou 1:1000, com pontos cotados nas esquinas e em pontos notveis. Levantamento Topogrfico: -O nivelamento geomtrico em todas as esquinas, mudana de direo e mudana de greide das vias publicas; Cadastro: -De redes existentes de esgotos pluviais ou de outros servios que possam interferir na rea de projeto; Urbanizao: devem-se verificar os seguintes elementos relativos urbanizao da bacia contribuinte: -Tipo de ocupao das reas (residncias, comrcio, praas, etc.); -Porcentagem de ocupao dos lotes; -Ocupao e recobrimento do solo nas reas no urbanizadas pertencentes bacia. Dados relativos ao curso de gua receptor: as informaes so as seguintes: -Indicaes sobre o nvel de gua mximo do rio que ir receber a lanamento final; -Levantamento topogrfico do local de descarga final. 1.3 Definio do esquema geral do projeto Traado da rede pluvial a rede coletora deve ser lanada em planta baixa, de acordo com as condies naturais do escoamento superficial. Bocas-de-Lobo as bocas-de-lobo devem ser localizadas de maneira a conduzirem, adequadamente, as vazes superficiais para as galerias, em pontos mais baixos devero ser colocadas bocas-de-lobo para evitar alagamentos e guas paradas. Poos de Visita os poos de visita devem atender s mudanas de direo, de dimetro e de declividade ligao das bocas-de-lobo, ao entroncamento dos diversos trechos e ao afastamento mximo admissvel. Galerias circulares Alguns dos critrios bsicos de projeto so os seguintes: -Asgaleriaspluviaissoprojetadasparafuncionamentoseoplenacomavazode projeto.Avelocidademximaadmissveldetermina-seemfunodomaterialaser empregado na rede.-O recobrimento mnimo da rede deve ser de 1m, quando forem empregadas tubulaes sem estruturaespecial.Quandoporcondiestopogrficas,foremutilizadosrecobrimentos menores, as canalizaes devero ser projetadas do ponto de vista estrutural. -Nasmudanasdedimetro,ostubosdeveroseralinhadospelageratrizsuperior,como indicado na figura 1.1 Disposio dos Componentes Traado preliminar atravs de critrios usuais de drenagem urbana, devem ser estudados diversos Traadosdarededegalerias,considerando-seosdadostopogrficosexistenteseopr-dimensionamento hidrolgico e hidrulico.Essetrabalhodeveserdesenvolvidosimultaneamenteaoplanourbansticodasruasedas quadras, pois, caso contrario, ficam impostas, ao sistema de drenagem, restries que levam sempre a maiores custos. O sistema de galerias deve ser planejado de forma homognea, proporcionando, a todas as reas, condies adequadas de drenagem. Coletores existem duas hipteses para a locao da rede coletora de guas pluviais: sob o meio-fio e sob o eixo da via pblica. Bocas-de-Lobo a locao das bocas-de-lobo deve considerar as seguintes recomendaes: -Devero ser locadas em ambos os lados da rua, quando a sarjeta estiver saturada ou quando forem ultrapassadas as suas capacidades de engolimento; -Sero locadas nos pontos baixos da quadra; -Espaamento mximo de 60m; -A melhor soluo para a instalao de bocas-de-lobo que esta seja feita em pontos pouco a montante de cada faixa de cruzamento usada pelos pedestres, junto s esquinas; -No conveniente a sua localizao junto ao vrtice de ngulo de interseo das sarjetas de duas ruas convergentes. Poosdevisitaedequedatemafunoprimordialdepermitiroacessoscanalizaespara limpeza e inspeo, de modo que se possam mant-las em bom estado de funcionamento. Sua locao sugeridanos pontosdemudanas dedireo, cruzamento deruas, mudanas de declividade e mudana de dimetro. O espaamento mximo recomendado para os poos de visita apresentadonatabela1.1.Quandoadiferenadenvelentreotuboafluenteeoefluentefor superior a 0,7m, o poo de visita ser denominado de queda. (MONTAR TABELA) Caixa de ligao as caixas de ligao so utilizadas quando se faz necessria a locao de bocas-de-lobo intermedirias ou para evitar-se a chegada, em um mesmo poo de visita, de mais de quatro tubulaes. Sua funo similar do poo de visita, dele diferenciam-se por no serem visitveis . Na figura 1.3, so apresentados exemplos de localizao de caixa de ligao. 1.4 -Determinao da vazo: mtodo racional Para determinar a vazo admiti-se que, a durao da precipitao mxima de projeto igual ao tempo de concentrao da bacia, adota-se um coeficiente nico de perdas, C, estimado com base nas caractersticas da bacia, no avalia o volume da cheia e a distribuio temporal das vazes. A equao do modelo a seguinte:

Q = 0,278 C . I . A Q m/s; C coeficiente de escoamento; I intensidade em mm/h; A rea da bacia em km. 1.4.1 - Intensidade Para estimar a intensidade da precipitao, necessrio conhecer o tempo de concentrao. Tempo de concentrao: 385 , 0357||.|

\|A=HLtc Tc tempo de concentrao ( min ); L comprimento do rio ( km ); H diferena de elevao entre o ponto mais remoto da bacia e a seo principal. O clculo do tempo de concentrao de superfcies urbanas pode ser obtido com base na velocidade de escoamento em superfcies e condutos. Nos condutos obtida da equao de Manning: v velocidade (m/s); R raio hidrulico (m); I declividade (m/m); n coeficiente de rugosidade. Nas superfcies obtida pela equao:

k estimado pela tabela 1.2; S dado em %. (MONTAR TABELA) Discretizando-se a bacia em trechos pavimentados, com condutos e superfcies rurais, calcula-se o tempo de concentrao por: ==niiicVLt1 Li comprimento do trecho i; vi velocidade. Tempo de retorno: o tempo de retorno utilizado na microdrenagem varia de dois a dez anos. Para reaspoucodensaseresidenciais,utilizam-sedoisanose,parareascomerciais,ondeasperdas podem ser maiores, pode-se escolher at dez anos (tabela 1.3) (MONTAR TABELA) 1.4.2 Coeficiente de escoamento OCoeficientedeescoamento(C)utilizadonomtodoracionaldependedosolo,da cobertura, do tipo de ocupao, do tempo de retorno, e da intensidade da precipitao. Tabela1.4ValoresdocoeficienteCcombaseemsuperfciesindicadoparatemposderetornode cinco a dez anos. (ASCE, 1969).

(MONTAR A TABELA) Tabela1.5 Valores deC por tipo deocupao indicado paratempo deretorno decinco adez anos (ASCE, 1969). (MONTAR A TABELA) Tabela 1.6 Valores de C adotados pela Prefeitura de So Paulo (Wilken, 1978). (MONTAR A TABELA) 1.4.3 - Clculo da vazo para uma rede de pluviais Otempodeconcentrao em baciasurbanas determinadopela somados temposde concentrao dos diferentes trechos. Tc(i) = tc(i-1) + tp(i) Onde: tc(i-1) = tempo de concentrao do trecho anterior; tp(i) = tempo de concentrao do trecho i. Quandoexistemvriostrechosderede,nestecasoutiliza-seomaiortcdasbaciasafluentesde montante. 1.5 Dimensionamento hidrulico Capacidade de conduo hidrulica de ruas e sarjetas As guas, ao carem nas reas urbanas, escoam, inicialmente, pelos terrenos at chegarem s ruas, das ruas para as sarjetas e, destas, ruas abaixo. Se a vazo for excessiva, causar alagamento e suas conseqncias, inundao das caladas, velocidades exageradas, com eroso do pavimento. A capacidade de conduo da rua ou da sarjeta pode ser calculada por duas hipteses, a gua escoando por toda calha da rua ou escoando somente pelas sarjetas. Para a primeira hiptese, admitem-se a declividade da rua de 3% e a altura de gua na sarjeta (h1) de 0,15m. Na segunda hiptese, admiti-se declividade tambm de 3% e h2 de 0,10m.(figura) O dimensionamento hidrulico pode ser obtido pela equao de Manning: Onde: A = rea de drenagem; R = raio hidrulico; S = declividade do fundo; n = coeficiente de rugosidade. (INSERIR FIGURA 3.4 DO LIVRO) (INSERIR TABELA 3.7) Bocas-de-lobo - Tipos: Podem ser classificados em trs tipos principais: bocas ou ralos de guias, ralos de sarjetas e ralos combinados. Cada tipo inclui variaes quanto a depresses em relao ao nvel da superfcie normal do permetro e ao seu numero (simples ou mltipla) (FIGURA) - Capacidade de engolimento: Quando a gua acumula sobre a boca-de-lobo, gera uma lamina com altura menor do que a abertura da guia, esse tipo pode ser considerado um vertedor, e a capacidade de engolimento calculada pela formula : (FORMULA) Onde: Q = vazo de engolimento (m/s); y = altura de gua (m); L = comprimento da soleira (m) (GRAFICOS) Estes grficos permitem determinar a vazo total, com base na altura e na largura da depresso do bueiro, declividade transversal e altura projetada de gua. Quando a altura de gua for maior que o dobro da abertura na guia, a vazo dada por: (FORMULA) Onde: L = comprimento da abertura (m); h = altura da guia (m); y1 = carga da abertura (m). As bocas-de-lobo com grelha funcionam como um vertedor de soleira livre para profundidade de lamina de ate 12cm. Se um dos lados da grelha for adjacente guia, este lado dever ser excludo do permetro. A vazo calculada pela primeira formula mostrada neste item, substituindo-se L por P (permetro do orifcio, em m). Para profundidades de lamina maiores que 42cm, a vazo dada por: (FORMULA) Onde: A = rea da grade (m); y = altura de gua na sarjeta na faixa de transio entre 12 e 42 cm, a carga a ser adotada definida segundo o projetista. A capacidade terica de esgotamento das bocas-de-lobo combinadas , aproximadamente, igual somatria das vazes pela grelha e pela abertura na guia, isoladamentes. - Fatores de reduo da capacidade de escoamento: Segundo alguns autores, as capacidades de escoamento podem sofrer reduo no valor calculado, aproximando o resultado terico das limitaes existentes nos casos reais. No caso das sarjetas, ao calcular a capacidade terica, multiplica-se o seu valor por um fator de reduo, que leva em conta a possibilidade de obstruo de sarjetas de pequenas declividades por sedimentos. (TABELA) Na tabela, so apresentados valores recomendados de fatores de reduo. A causa da capacidade de esgotamento das bocas-de-lobo ser menor que a calculada, a obstruo causada por detritos, as irregularidades nos pavimentos das ruas junto s sarjetas e alinhamento real. (TABELA) Na tabela, so propostos alguns coeficientes de reduo para estimar-se essa reduo. Galerias O dimensionamento das galerias realizado com base nas equaes hidrulicas de movimento uniforme, como a de Manning, Chezy e outras. O calculo depende do coeficiente de rugosidade e do tipo de galeria adotado. 2 Macrodrenagem Asestruturasdemacrodrenagemdestinam-seconduofinaldasguascaptadaspeladrenagem primria, dando prosseguimento ao escoamento dos deflvios das ruas, sarjetas, valas e galerias, que so estruturas de microdrenagem. AMacrodrenagemdeumazonaurbanacorresponderedededrenagemnaturalpr-existentenos terrenos antes da ocupao, sendo constituda pelos crregos, riachos e rios localizados nos talvegues e vales. O sistema de macro-drenagem composto por: -Cursos dgua, zonas de inundao natural, lagos permanentes; -Canais, bueiros, pontes, reservatrios de reteno e de deteno, extravasores, comportas. Conceitos de Macrodrenagem Degradao da drenagem natural. A demanda por interferncias na macrodrenagem aparece a medida que so implantadas as obras de microdrenagem, as quais aumentam as vazes afluentes aos receptores originais devido reduo dos tempos de concentrao. Nos centros urbanos existem, porm, outras razes para a necessidade de implantao ou ampliao das vias de macrodrenagem, como: -A ocupao dos leitos secundrios de crregos, cuja utilizao da-se apenas por ocasio das cheias; -O aumento da taxa de aporte de sedimentos, devido ao desmatamento e manejo inadequado dos terrenos, e a detritos, como rejeitos industriais e lixo, lanados diretamente sobre os leitos; -A necessidade de ampliao da malha viria em vales ocupados; -Saneamento de reas alagadias A degradao da drenagem natural d-se, na maioria dos casos, pelo gerenciamento inadequado, tanto da ocupao da bacia como da conservao, falta de controle da impermeabilizao dos solos, disposio de lixos, falta de planejamento da expanso viria, entre outros aspectos relativos manuteno e conservao dos leitos e da vegetao lindeira. Obras Usuais e Requisitos Atuais de Projeto. A tabela 5.2 indica as expresses para determinar esses parmetros em sees tpicas de canais de drenagem. A dristribuio de velocidade na seo de um canal deepende , conforme outros fatores, da forma da seo, e da rugosidade das paredes Equao de Energia O presuposto bsico que rege o escoamento em canas o da conservao de energia total, expresso pela lei de Bernoulli. Originada atravs de uma extensivaanlise do movimento da partcula elementar e integrada ao longo da seo, onde a distribio de presso admitida hidroesttica e a velocidade em termos mdios, pode ser expressa da seguina maneira: