Critérios de Projeto e Dimensionamento da Microdrenagem Urbana

Drenagem Urbana Hidráulica da Microdrenagem Objetivos de aprendizagem Ao término desta aula vocês serão capazes de definir os critérios de projeto da microdrenagem compreender a disposição dos elementos de captação e transporte determinar os fatores hidrológicos de interesse dimencionar hidraulicamente uma galeria Carosas acadêmicosas Nós já sabemos toda a parte teórica necessária do assunto drenagem urbana Estudamos os problemas da falta de planejamento urbano as severas consequências a importância do planejamento e dos estudos hidrológicos todos os fatores que precisam ser dominados para podermos colocar a mão na massa ou seja utilizar o que sabemos para então dimensionar hidraulicamente o sistema de drenagem urbana E vamos iniciar pela microdrenagem isto é os elementos de captação e de transporte da drenagem urbana Vamos descobrir como Se sim iniciaremos nossos estudos Tenham uma excelente leitura Bons estudos 6º Aula 55 1 Critérios de projetos de microdrenagem 2 Dimensionamento hidráulico dos elementos 1 Critérios de projetos de microdrenagem Com tudo que aprendemos até aqui sobre água urbanas e conhecimentos de estudos hidrológicos temos bagagem para entrarmos a fundo na drenagem urbana a aplicação da hidrologia no meio urbano que é a parte de projetar e dimencionar os elementos do sistema de drenagem urbana E nesse sentido vamos então entrar na parte hidráulica do sistema iniciando pela microdrenagem Desse modo essa seção tem como objetivo explanar os critérios de projeto para a drenagem urbana as disposições dos dispositivos pertencentes à microdrenagem que já foram apresentados e o dimensionamento dos dispositivos de captação e encaminhamento de vazões como as sarjetas e os sarjetões ALMEIDA 2017 Quando estamos trabalhando em casos mais complexos e extensos é recomendado para o projeto de sistemas de microdrenagem o uso de modelos computacionais Já para casos mais simples que envolvem projetos de baixa ou média complexidade com excessão aos casos em que as avaliações específicas demonstrem a necessidade de estudos mais detalhados ADASA 2018 podese utilizar o método que iremos descrever nesta aula O dimensionamento de uma rede de pluviais é baseado nas seguintes etapas de acordo com Cruz et al 2005 subdivisão da área e traçado determinação das vazões que afluem à rede de condutos dimensionamento da rede de condutos dimensionamento das medidas de controle Os passos a serem seguidos para o projeto hidráulico de uma rede de microdrenagem serão apresentados a seguir Dados necessários Exstem algumas informações que são fundamentais para se prosseguir com o projeto hidráulico De acordo com Cruz et al 2005 podemo elencar os seguintes Mapas os mapas que são de interesse a esse setor são dispositivos que apresentam a situação da localização da área dentro do município Planta geral da bacia contribuinte escalas 15000 ou 110000 juntamente com a localização da área de drenagem Planta planialtimétrica da área do projeto na escala 12000 ou 11000 com pontos cotados nas esquinas e em pontos notáveis Levantamento topográfico o nivelamento geométrico Seções de estudo em todas as esquinas mudança de direção e mudança de greides das vias públicas Cadastro de redes existentes de esgotos pluviais ou de outros serviços que possam interferir na área de projeto Dados sobre a urbanização dispõe de dados sobre o tipo de ocupação das áreas comércios praças etc a porcentagem de ocupação dos lotes e a ocupação do solo nas áreas nãourbanizadas pertencentes à bacia tanto na situação atual como nas previstas pelo plano diretor Nesses dados está inclusa a obtenção do perfil geológico e isso se dá por meio de sondagens ao longo do traçado projetado para a tubulação isso auxilia a minimização de esvacação em rocha se houver suspeita da existência de rochas subsuperficiais Dados sobre o curso receptor dispõe informações sobre os níveis máximos do curso de água no qual será efetuado o lançamento final assim como do levantamento topográfico do local desse lançamento Configuração da drenagem Para o correto dimensionamento da rede de microdrenagem é preciso organização e isso é consequentemente definir a configuraçao da drenagem A rede coletora deve ser lançada em planta baixa escala 1 2000 ou 11000 de acordo com as condições naturais de escoamento superficial e obedecendo as regras básicas conforme Netto 2014 Traçado da rede pluvial 1 os divisores de bacias e as áreas contribuintes a cada trecho deverão ficar convenientemente assinalados nas plantas 2 os trechos em que o escoamento se dê apenas pelas sarjetas eles devem ficar identificados por meio de setas 3 as galerias pluviais sempre que possível deverão ser lançadas sob os passeios 4 o sistema coletor em uma determinada via poderá constar de uma rede única recebendo ligações de bocas de lobo de ambos os passeios 5 a solução mais adequada em cada rua é estabelecida economicamente em função da sua largura e condições de pavimentação 6 o amortecimento do escoamento é realizado nas áreas baixas junto à drenagem principal Procurase localizar a área de amortecimento preferencialmente junto à saída do sistema projetado 7 preferencialmente os sistemas de detenções devem estar integrados de forma paisagística na área 8 o projeto deve estabelecer a área máxima impermeável de cada lote do parcelamento além das áreas comuns Bocas de Lobo Quando houver a necessidade da instalação da boca de lobo a sua localização deve respeitar o critério de eficiência na 56 Drenagem Urbana condução das vazões superficiais para as galerias É preciso colocar bocas de lobo nos pontos mais baixos do sistema com vistas a impedir alagamentos e águas paradas em zonas mortas Poços de visita Esses dispositivos devem ser considerados para atender mudanças de direção de diâmetro e de declividade à ligação das bocas de lobo ao entroncamento dos diversos trechos e ao afastamento máximo admissível O afastamento entre poços de visita consecutivos por critérios econômicos deve ser o máximo possível Galerias Como definimos logo acima a vazão de cada trecho da galeria é calculada pelo método racional Por meio disso existem os seguintes pressupostos NETTO 2015 i a duração da chuva que resulta na vazão máxima que é igual ao tempo de concentração ii a intensidade permanece constante na duração da chuva iii a permeabilidade da superfície não se altera na duração da chuva iv o escoamento nas galerias é o de conduto livre em regime permanente e uniforme Existem alguns critérios básicos de projeto que são de extrema importância para o seu conhecimento e são os seguintes 1 Considerado como diâmetro mínimo das galerias de seção circular o valor de 30 cm grande parte das obras são galerias circulares Os diâmetros comerciais correntes são 030 040 050 060 080 100 120 e 150m 2 Nas seções retangulares a dimensão mínima H 05 m 3 Seções circulares são dimensionadas à seção plena y 095 x DN Figura 1 Representação da galeria circular Fonte Netto 2015 4 Seções retangulares são dimensionadas com altura livre mínima 010 x H 5 As galerias pluviais são projetadas para funcionamento na seção plena com a vazão de projeto A velocidade máxima admissível é determinada em função do material a ser empregado na rede Para tubo de concreto a velocidade máxima admissível é de 50ms a velocidade mínima é de 075 ms 6 Ao se empregar canalizações sem revestimento especial o recobrimento deve ser maior que 100 m Se por motivos topográficos houver imposição de um recobrimento menor as tubulações deverão ser dimensionadas sob o ponto de vista estrutural Quadro 1 Alturas dos recobrimentos Fonte Almeida 2017 7 Os tubos devem ser alinhados pela geratriz superior no caso de mudanças de diâmetro Figura 2 Alinhamento dos condutos Fonte Cruz et al 2005 8 Os diâmetros dos tubos nunca são reduzidos a jusante mesmo se as declividades acentuadas oferecerem a capacidade de fluxo ideal Figura 3 Corte transversal esquemático de uma galeria de águas pluviais Fonte Almeida 2017 Distribuição espacial dos componentes a Traçado preliminar 57 O traçado das galerias tem como recomendação ser desenvolvido simultaneamente com o projeto das vias públicas e parques pois essa definição na concepção inicial resulta em economia global do sistema Importante considerar que deve haver homogeneidade na distribuição das galerias para que o sistema possa proporcionar condições adequadas de drenagem a todas as áreas da bacia CRUZ et al 2005 Figura 4 Exemplo de traçado de rede de drenagem Fonte ADASA 2018 b Coletores Existem duas hipóteses para a locação da rede coletora de águas pluviais NETTO 2014 sob a guia meio fio sob o eixo da via pública O recobrimento mínimo deve ser de 1 metro sobre a geratriz superior do tubo devendo possibilitar a ligação das canalizações de escoamento recobrimento mínimo de 060 m das bocas de lobo NETTO 2014 c Boca de lobo BL Se baseando pelo apresentado por Netto 2015 a locação das bocas de lobo devem considerar as seguintes recomendações serão locadas em ambos os lados da rua quando a saturação da sarjeta assim o exigir ou quando forem ultrapassadas as suas capacidades de engolimento serão locadas nos pontos baixos da quadra junto aos cruzamentos elas devem estar a montante do vértice de intersecção das sarjetas para evitar enxurradas convergentes a localização das bocas de lobo deve ser determinada por meio do cálculo da capacidade hidráulica da sarjeta considerandose uma altura do meiofio de 015 m e uma largura da lâmina dágua variável a melhor solução para a instalação da boca de lobo é que esta seja feita em pontos pouco a montante de cada faixa de cruzamento usada pelos pedestres junto às esquinas não é conveniente a sua localização junto ao vértice de ângulo de interseção das sarjetas de duas ruas convergentes ou seja nas esquinas Figura 5 Locação da boca de lobo situação recomenda e não recomendada Fonte Cruz et al 2005 d Poços de visita PV Deve haver poços de visita nos pontos onde há mudança de direção de declividade e de diâmetro e nos cruzamentos de vias públicas Netto 2014 aponta que DAEECETESB 1980 apresenta o espaçamento máximo recomendado para os poços de visita conforme tabela a seguir Tabela 1 Espaçamentos entre poços de visita Fonte Netto 2014 e Caixa de ligação CL Quando é necessária a construção de bocas de lobo intermediárias ou para evitar que mais de quatro tubulações cheguem a um determinado poço de visita utilizamse as chamadas caixas de ligação Figura 6 Disposição espacial dos elementos de captação Fonte Netto 2015 58 Drenagem Urbana Fatores hidrológicos a Tempo de Recorrência TR Já aprendemos o que é o tempo de recorrência na aula anterior Assim considerando que o objetivo da microdrenagem tem como intenção permitir o escoamento das vazões de chuvas mais frequentes assim de menores recorrências e menores intensidades é admitida a ocorrência de alagamentos pontuais quando aumenta a intensidade das chuvas NETTO 2015 Valores de tempo de retorno são estabelecidos por legislações locais mas em geral o tempo de retorno de 10 anos para microdrenagem tem sido adotado ALMEIDA 2017 b Tempo de concentração O tempo de concentração tc é a soma dos tempos de entrada te que é definido como o tempo do percurso gasto pela água da chuva ao atingir o terreno nos pontos mais distantes até alcançar a primeira seção de captação boca de lobo e o tempo de percurso tp que é o tempo de escoamento no interior das galerias ALMEIDA 2017 Como critério de projeto considera que para cada um dos trechos de galeria tubulação a seção a ser considerada é sempre a sua extremidade de montante onde se concentra a vazão a ser conduzida no trecho NETTO 2015 tc tc anterior tp Para o primeiro trecho tc é o ta ou seja é o mesmo da área a montante do início da galeria Para os próximos trechos o tempo de concentração será a soma do tempo de concentração do trecho anterior e o tempo de percurso do trecho NETTO 2015 Tp Lv em que L comprimento do trecho v velocidade real de escoamento superficial c Coeficiente de escoamento superficial Netto 2015 traz que o sugerido é a adoção de um único valor para toda a bacia resultante da média ponderada das parcelas da área total com seus respectivos coeficientes como pesos conforme suas características fisiográficas OCcs valores foram sugeridos na aula 5 Cm ΣAn x CmnA válido para toda a bacia Ver quadros sobre Valores usuais de C do escoamento superficial segundo Kuichling e Valores usuais de C do escoamento superficial segundo Colorado Highway Department NETTO 2015 Netto 2015 acrescenta que há outro procedimento Ele consiste em calcular médias ponderadas sucessivas à medida que novas áreas passem a contribuir na galeria ou seja Essa fórmula já serve para ser calculada em cada trecho d Intensidade Para esse fator hidrológico seu valor é sempre baseado em dados locais e geralmente decorrente da utilização de equações ou curvas do tipo duração x intensidade x recorrência A unidade de medida adotada é o mmh A seguir temos um modelo dessas curvas Figura 7 Chuvas críticas na cidade de São Paulo Fonte Netto 2015 59 e Vazão de projeto No caso da microdrenagem utilizase o método racional de cálculo de vazões por meio da equação Em que Q vazão de projeto m³s A área drenada km² i intensidade de chuva mmh C coeficiente de escoamento superficial 2 Dimensionamento hidráulico dos elementos As águas pluviais escoam pelas ruas e são coletadas e transportadas pelas sarjetas ao longo das vias sendo então drenadas pelas bocas de lobo que as encaminham às galerias subterrâneas que por sua vez têm o objetivo de transportar a água até o local do lançamento geralmente cursos dágua lagos rios e o oceano ALMEIDA 2017 Já vimos os inúmeros problemas que causam um sistema mal planejado de drenagem urbana portanto é hora de aprendermos o caminho básico de dimensionamento hidráuico dos elementos da microdrenagem urbana Vamos iniciar Capacidade de condução hidráulica de ruas e sarjetas Ao caírem nas áreas urbanas as águas escoam inicialmente pelos terrenos até chegarem às ruas E são as sarjetas e em outros casos sarjetões também que são coletados transportados dessas águas caídas até as ruas Comportamse como canais de seção triangular o que deve ser levado em consideração nos cálculos Elas são dimencionadas apenas pela capacidade hidráulica ou seja máxima vazão de escoamento NETTO 2015 Por meio dessa capacidade é possível comparar a vazão originada da chuva de projeto e decidir sobre as posições das bocas de lobo Segundo Netto 2015 a vazão máxima pode ser calculada pela fórmula de Manning Em que Q vazão A área molhada n coeficiente de rugosidade adotar n 0016 concreto rústico Rh raio hidráulico i declividade da tubulação P perímetro molhado D diâmetro da tubulação Normalmente os meiofios possuem 015 m de altura e se admite um enchimento máximo de 013 m A declividade transversal da via pública de 3 pode ser adotada para rua de 10 m de largura caso comum NETTO 2015 Nestas situações podemos ter valores A 0280 m² P 4432 Rh 0063m Figura 8 Meiofio e sarjeta dimensões em metros Fonte Netto 2015 Então é importante entender que a capacidade hidráulica da sarjeta depende apenas da declividade longitudinal No caso das sarjetas de pequena declividade e para se aproximar o resultado teórico das reais condições de escoamento multiplicase o valor da capacidade calculada por um fator de redução que considera a obstrução por sedimentos Para isso adotamse fatores de redução tabela a seguir Tabela 2 Fatores de redução do escoamento nas sarjetas Fonte Netto 2014 60 Drenagem Urbana Exemplo de dimensionamento de sarjeta Considerando uma rua com a mesma seção transversal já explicada determine a capacidade hidráulia das sarjetas de uma rua com declividade de 05 NETTO 2015 Solução i 05 0005 mm Assim Considerando os dois lados da rua resulta em Q 0400m³s Quando a vazão da enxurrada superar esse valor são necessárias bocas de lobo Boca de Lobo BL Relembrando as bocas de lobo são os dispositivos localizados nas sarjetas para a captação das águas em ecoamento quando esgota sua capacidade hidráulica devem ser instaladas em localizações estratégicas NETTO 2015 A capacidade de cada captor se dá em função ALMEIDA 2017 da largura da existência ou não de rebaixo na sarjeta da altura da lâmina dágua da declividade longitudinal da rua do grau de limpeza obstruções da boca de lobo Devese conferir a capacidade da grelhaboca de lobo de entrada de água pluvial Se a vazão exceder a capacidade de engolimento da boca de lobo é preciso adicionar outra entrada boca de lobo dupla ou diminuir a distância entre as bocas de lobo reduzindo a área de drenagem outra boca de lobo posicionada mais a montante ALMEIDA 2017 Segundo Almeida 2017 ainda é possível associar a cada boca de lobo a capacidade de engolimento de 50 Ls e quando se usa uma boca de lobo acoplada a caixas com grelhas a capacidade de engolimento é fixada em 80 Ls A capacidade hidráulica ou seja a capacidade de engolimento das bocas de lobo pode ser considerada como a de um vertedor de parede espessa NETTO 2015 Em que Q vazão de engolimento da boca de lobo m³s L comprimento da abertura m H altura da lâmina de água m 013 m como sugestão Para a boca de lobo de sarjeta pode ser utilizada a mesma expressão substituindo o L por P em que P é o perímetro da área livre do orifício em metro E para aquelas que são sarjetas e guia combinados a capacidade hidráulica é a soma das vazões calculadas para a guia e para a sarjeta No mesmo sentido das sarjetas há situações nas quais devem ser considerados fatores de redução utilizando como exemplo o quadro a seguir Quadro 2 Fatores de redução da capacidade de engolimento das bocas de lobo Fonte Netto 2014 61 Galerias O dimensionamento das galerias é realizado com base nas equações hidráulicas de movimento uniforme como a de Manning Chezy e outras O cálculo depende do coeficiente de rugosidade e do tipo de galeria adotado ALMEIDA 2017 Na sequência para o dimencionamento das galerias de águas pluviais devese determinar ALMEIDA 2017 1 Cotas do terreno de montante CTM e de jusante CTJ do trecho 2 Comprimento do trecho L m 3 Declividade do terreno no trecho mm Em que S declividade do terreno mm 4 Coeficiente de escoamento C da área contribuinte podendo ser uma média ponderada de coeficientes de deflúvio no trecho 5 Área de drenagem da área contribuinte 6 Tempo de concentração do ponto a montante dos trechos Nos demais trechos será incluído no tempo de concentração o tempo de escoamento dos trechos anteriores 7 Curva ou equação de chuvas intensas IDF para a localidade 8 Cálculo da vazão método racional 9 Diâmetro da galeria calculado por meio da fórmula de Manning 10 Profundidade dos tubos das galerias esse é determinado pela soma da altura do cobrimento mais o diâmetro do tubo 11 A velocidade real e tempo de escoamento te Lv Em que te tempo de escoamento v velocidade real ms O diâmetro pode ser calculado pela fórula de Manning sendo D 1511 x n x Q x I12 38 Fórmula válida para altura de lâmina de água de 09 x D ou D 1 548 x n x Q x I 1238 Essa expressão é válida para a seção plena onde I é a declividade da galeria A Tabela que será apresentada serve para auxiliar o dimencionamento das galerias que decorre de simples relações trigonométricas e geométricas associadas à equação de Manning NETTO 2015 As relações são Em que Rh raio hidráulico Am área molhada Onde vp velocidde a seção plena Qp vazão a seção plena Netto 2015 aponta que uma das maiores dificuldades é cacular yD raio hidráulico área molhada e velocidade real conhecendo a vazão a declividade e o diâmetro Assim para resolver calculase Qp e vp e com a relação QQp Vamos usar a tabela a seguir e determinar v Am Rh e yD 62 Drenagem Urbana Tabela 3 Condutos circulares parcialmente cheios relações baseadas na equação de Manning Fonte Netto 2015 63 Ao final desta sexta aula vamos recordar sobre o que aprendemos até aqui Retomando a aula 1 Critérios de projetos de microdrenagem Foram determinados critérios para os seguintes setores dados necessários configuração da drenagem distribuição espacial dos componentes e fatores hidrológicos recorrência tempo de concentração coeficiente de escoamento e intensidade por exemplo 2 Dimensionamento hidráulico dos elementos Nesta seção foi possível aprender o dimensionamento hidrálico das sarjetas bocas de lobo e galerias na qual foram apresentadas as expressões que são usadas para os cálculos e o que é necessário determinar Procedimentos técnicos de dimensionamento da microdrenagem do município de Santo André Disponível em httpwwwtrabalhosassemaecombrsistema repositorio20151trabalhos99118 t118t4e1a2015pdf Acesso em 13 de novembro de 2021 Proposta de metodologia para cálculo da microdrenagem urbana a partir de análise discretizada do escoamento superficial da água de chuva Disponível em httpbdtduftmedubr bitstreamtede9625Dissert20Breno20 T20Lucaspdf Acesso em 13 de novembro de 2021 Vale a pena ler Vale a pena Minhas anotações