Dimensionamento de Rede de Microdrenagem Urbana - Método Racional UFABC

DAESTU03617SA Sistemas de Drenagem Urbana UFABC 2023Q2 Prof Dr Gilson Lameira de Lima Aula 03 junho 2023 SDU03 Enunciado do trabalho T1 grupo entrega de documentação Dimensionamento de rede de microdrenagem pelo Método Racional Orientação ao desenvolvimento do trabalho T1 grupo Mauá São Paulo UFABC Área do projeto 35 35 35 PÇA VOLTA REDONDA PRAÇA VOLTA REDONDA 119398 TR JOÃO RELA R LORENA 81 83 94 95 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 114 115 116 25 26 27 28 29 30 34 35 36 38 39 40 41 42 47 48 74 75 78 85 98 99 100 104 105 107 25112 23777 26360 265 266 270 27600 28000 28050 28910 295 295 31800 32005 32100 32100 31620 1635 205 202 202 202 2017 1927 193 1932 173 155 155 149 136 13 115 10 95 9 84 82 72 55 55 55 55 32 259 248 175 170 135 16 13 08 039 031 020 11110 112 110 109 106 104 90 60 50 40 32 34 35 36 80 81 82 204 37 50 135 145 144 40 41 42 23 18 142 143 24 128 157 169 Rua Lorena Travessa João Rela Rua Itajubá Rua Turiaçu Rua Clemente Ferreira Rua José Lins do Rego Av Atlântica Rua José Lins do Rego Rua Lorena Rua José Lins do Rego Rua José Lins do Rego Rua Tuiçu Praça Volta Redonda Rua Itajubá Rua Eduardo Monteiro Exutório Rua Itajubá Av José Amazonas Calcular a chuva de projeto de acordo com os parâmetros a seguir consultar manual técnico FCTH disponibilizado Posição geográfica para chuva máxima de 1 dia latitude 23º 40sul e longitude 46º 35 oeste Períodos de retorno Tr 5 10 25 50 e 100 anos Duração da chuva 10 hora 1 Enunciado do trabalho T1 grupo CHUVA DE PROJETO Para a obtenção da altura pluviométrica de duração t e período de retorno T podese utilizar a expressão 0242 h 053 h x t010 x 1 k x cv t T 1d T onde ht T chuva de duração t horas e período de retorno T anos em mm h 1d valor médio das chuvas máximas de 1 dia em mm isoietas KT fator de freqüência para o período de retorno T e tamanho da amostra de n anos tabela Cv coeficiente de variação isolinhas valor em formato decimal t duração da chuva em horas 1 hora CHUVA DE PROJETO Essa expressão permite calcular a chuva de duração t horas e período de retorno T ht T num dado local a partir do conhecimento do valor médio das chuvas máximas de 1 dia h 1d dado pelas figuras Manual FCTH PMSP 1998 48 assim como do coeficiente de variação cv dado pela Figura Manual FCTH PMSP 1998 50 kT é dado pela Tabela a seguir Período de retorno T anos 5 10 15 20 25 50 100 kT 1 175 217 247 27 341 411 Manual FCTH PMSP 1998 54 Isoietas dos valores médios das séries anuais das chuvas máximas de 1 dia mm FCTH PMSP h1d Isoietas dos valores médios das séries anuais das chuvas máximas de 1 dia mm FCTH PMSP Isolinhas dos coeficientes de variação das séries de chuvas máximas de 1 dia em FCTH PMSP CV Observese que nesta figura o coeficiente de variação está expresso em porcentagem necessitando transformálo para a forma decimal para fim de utilização na equação Escolha do modelo chuvavazão Cálculo de Vazões de Cheias 3 anos Extensão de Dados 3 anos 3 a 10 anos 10 a 25 anos 25 anos Método CTH Método GRADEX Ajuste Distribuição Estatística 2 km² Área 2 km² 2 a 200 km² 200 a 600 km² 600 km² Racional IPaiWu Prof Kokei Uehara Hidrograma Unitário Sintético Propagação CAbc ou ABC 6 O software CAbc ABC 6 é um software brasileiro desenvolvido pelo LabSid USPFCTH baseado nas primeiras versões do HECHMS Guia Prático para Projetos de Pequenas Obras Hidráulicas DAEE 2005 Introdução à Modelagem Hidrológica Filipe Falcetta 2021 6 Hipóteses básicas do método racional 1 A intensidade de precipitação é constante enquanto perdurar a chuva 2 A impermeabilidade das superfícies permanece constante durante a chuva 3 As velocidades de escoamento nas galerias e canais são as de funcionamento a plena seção 4 O tempo de duração da chuva que dá o maior caudal é igual ao tempo de concentração MÉTODO RACIONAL DETERMINAÇÃO DE VAZÕES DECORRENTES DE CHUVAS EXCEDENTES WILKEN Método Racional ou da Equação Racional he A Vazão m3s Precipitação mmh Km2 MÉTODO RACIONAL ou da EQUAÇÃO RACIONAL Para bacias de drenagem que não apresentam complexidade e que tenham áreas de drenagem inferiores a aproximadamente 3 km2 WILKEN 1978 é recomendado que a descarga de projeto seja analisada pelo denominado Método Racional Q 0278 x C x I x A onde Q vazão de pico do ESD em m3s C coeficiente adimensional chamado de coeficiente de Escoamento Superficial Direto runoff isto é a relação entre o volume de ESD e o volume precipitado I intensidade média da chuva em mmh para uma duração da chuva igual ao tempo de concentração da bacia em estudo A área da bacia em km2 Escoamento superficial m3s Tempo tc tc tc tempo para atingir o pico de vazão 2 tc tempo total de escoamento HIDROGRAMA EQUAÇÃO RACIONAL Exutório Delimitação da área do projeto 1 2 3 4 Exutório Delimitação da área de estudo e de grupamentos homogêneos e coeficientes de escoamento superficial C C093 C098 C094 C095 Utilizando a equação Racional calcular a vazão no exutório da área de estudo para períodos de retorno de 5 10 25 50 e 100 anos Resultado em m3s reservar essas informações para o trabalho T2 Superfície da área de estudo 014 Km2 Coeficiente de escoamento superficial C médio para toda a área de estudo igual 096 2 Enunciado do trabalho T1 grupo T1 Roteiro do projeto Para o desenvolvimento de um projeto de microdrenagem é necessário reunir toda a documentação disponível sobre a área objeto de estudo especialmente a base altimétrica que informa sobre a morfologia do terreno curvas de nível e a base planimétrica e cadastral que informa sobre o parcelamento e ocupação da área Estas informações foram coletadas junto à Prefeitura de Santo André São documentos oficiais que estão sendo fornecidos em formato DWG e PDF De posse destas informações os grupos de trabalho desenvolverão na etapa preliminar do projeto duas atividades a Identificação dos caminhos das águas pluviais através de atividade preferencialmente em campo do ponto mais alto da área de estudo até a cota mais baixa da área Realizar em gabinete esta atividade sem ir a campo é possível porém exigirá capacidade de interpretação das curvas de nível para compreensão da morfologia do terreno e a relação dessa morfologia com o traçado das vias e a situação dos lotes Considerar que na altimetria fornecida as curvas de nível estão traçadas com intervalos de altura de 5 cinco metros b Identificação das áreas de contribuição lotes vias públicas praças para as linhas de escoamento de águas pluviais caminho das águas Essa identificação será facilitada e terá maior precisão se for realizada através de atividade de campo Meio fio Sarjetão Caminho da água Obs Indicações apenas ilustrativas Contribuição Contribuição aparente adotada para simplificação 1Descrever através de indicação gráfica o caminho das águas na área de estudo a partir das cotas de nível mais altas até o exutório ponto de controle cota mais baixa da rua Eduardo Monteiro Identificação do caminho das águas na área de estudo Enunciado do trabalho T1 grupo 3 Exutório Caminho das águas Interpretação da morfologia do terreno para escoamento das águas Caminho das águas Partese da cota mais alta atentandose para os limites da área de estudo Caminho das águas Observar que o traçado viário interfere no escoamento natural das águas Cota mais alta da área de estudo Caminho das águas Caminho das águas Caminho das águas Dispositivo de transposição sarjetão etc Encontro de todas as contribuições a montante desta cota Caminho das águas Caminho das águas Caminho das águas Posição singular para bocadelobo Galeria enterrada Sarjetão Caixa de captação Área edificada irregularmente Cálculo da rede de drenagem 1 Considerar todo o território delimitado como a superfície da área de estudo 2 Para o dimensionamento de vazão das estruturas de drenagem considerar Tr 10 anos para a chuva de projeto 3 Calcular a declividade média das ruas para inserção deste parâmetro no cálculo de vazão bastará escolher o trecho mais significativo de cada rua 4 Utilizando o manual técnico FCTH como referência equação de Manning estimar o posicionamento da primeira bocade lobo em cada caminho definido para as águas calcular de montante para jusante a vazão limite para a seção admissível do elemento guiasarjeta Não será necessário efetuar o cálculo do engolimento da bocadelobo O cálculo da quantidade de água que incide na guiasarjeta será realizado através da equação Racional de modo que na posição da bocadelobo a vazão obtida pela equação Racional equivalerá à vazão máxima definida pela equação de Manning 4 Cota 785 Cota 780 i 785780 L Cada via considerada para posicionamento de bocadelobo deverá ter sua declividade calculada para inserção na equação de Manning Escolher um único trecho da via que for considerado representativo para gerar a declividade que será utilizada para toda a via Declividade i Bocadelobo hipotética X Processo de tentativa e erro Estimase que no ponto X a vazão será máxima Manning no conduto boca delobo O valor da vazão é definido a partir da equação Racional considerando se a área de contribuição hipótese a Chuva de projeto Tr10 anos e o C médio da área anteriormente definido Se o resultado for inferior à capacidade máxima de vazão do conduto guiasarjeta ampliase a superfície de contribuição e assim por diante Se for superior à vazão máxima do conduto guiasarjeta reduzse a área de contribuição Se estiver correto tolerância de 10 a mais ou a menos posicionase a boca delobo dos dois lados da via mesmo que do outro lado a vazão esteja longe do limite Essas duas bocasdelobo engolirão toda a água de contribuição a montante conduzirão as águas para um poçodevisita PV e a partir desse ponto as águas seguirão por galeria enterrada e possivelmente receberão contribuições de novas bocasdelobo e nesse caso as galerias possivelmente sofrerão aumento em seu dimensionamento obrigatoriamente a partir do PV Área de contribuição para a bocadelobo hipótese a ser verificada 5 Definir o posicionamento da segunda bocadelobo e assim por diante até o exutório Bocasdelobo e poços de visita não requisitam dimensionamento pois são padronizados 6 Calcular a seção tubular das galerias que coletam as águas pluviais das bocas de lobo equação de Manning têmse a vazão definese a área do conduto considerando que cada nova bocadelobo provocará elevação da vazão da galeria 7 Efetuar a representação da rede com explicitação dos elementos fluxo de escoamento e dimensões das galerias ver representação contida no Manual FCTH 8 Elaborar orçamento conforme orientação a ser apresentada em aula próxima Para a verificação da vazão máxima escoada pelo conduto será utilizanda a equação de Manning Q1n Rh23 x A x i12 Onde Q vazão escoada A área da seção da sarjeta Rh raio hidráulico em m relação entre área e perímetro molhados Sp i declividade longitudinal da rua n coeficiente de Manning para concreto liso podese adotar o valor de 0018 Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH h1 150 cm h2 100 cm Obs Embora esta figura esteja presente no Manual Técnico FCTH apresenta uma desconformidade importante pois se traçarmos a declividade indicada teremos como resultado uma seção transversal do conduto que em uma via de 7 metros alcançara proximidade com o centro da via recomendandose desse modo para efeito do cálculo em T1 a seção a seguir indicada L 500 cm L 500 cm H 100 cm Não será necessário considerar fatores de redução de escoamento das sarjetas por ocorrência de eventuais obstruções OBRAS DE MICRODRENAGEM A microdrenagem urbana é definida pelo sistema de condutos pluviais em âmbito de loteamento ou de rede primária urbana O dimensionamento de uma rede de águas pluviais é baseado nas seguintes etapas 1 subdivisão da área e traçado 2 determinação das vazões que afluem à rede de condutos 3 dimensionamento da rede de condutos Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH ELEMENTOS BÁSICOS DA MICRODRENAGEM FCTH 214 a Meiosfios Elementos de pedra ou concreto colocados entre o passeio e a via pública paralelamente ao eixo b Sarjetas Faixas de via pública paralelas e vizinhas ao meiofio A calha formada é a receptora das águas pluviais que incidem sobre as vias públicas c Sarjetões Calhas localizadas no cruzamento de vias públicas formadas pela sua própria pavimentação e destinadas a orientar o escoamento das águas sobre as sarjetas d Bocasdelobo Dispositivos localizados em pontos convenientes nas sarjetas para captação das águas pluviais Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH ELEMENTOS FÍSICOS DO PROJETO a Plantas planta de situação e localização planta geral da Bacia Contribuinte Escalas 15000 ou 1 10000 b Levantamento topográfico Nivelamento geométrico em todas as esquinas mudanças de direção e mudanças de greides nas vias públicas c Cadastro De redes de esgotos pluviais ou de outros serviços que possam interferir na área de projeto Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH d Urbanização Devese selecionar os seguintes elementos relativos à urbanização da bacia contribuinte nas situações atual e previstas no plano diretor tipo de ocupação das áreas residências comércios praças etc porcentagem de ocupação dos lotes ocupação e recobrimento do solo nas áreas não urbanizadas pertencentes a bacia e Dados relativos ao curso de água receptor As informações são as seguintes indicações sobre o nível de água máxima do rio que irá receber o lançamento final levantamento topográfico do local de descarga final Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH DEFINIÇÃO DO ESQUEMA GERAL DO PROJETO TRAÇADO DA REDE PLUVIAL A rede coletora deve ser lançada em planta baixa escala 12000 ou 11000 de acordo com as condições naturais de escoamento superficial Algumas regras básicas para o traçado da rede são 1 os divisores de bacias e as áreas contribuintes a cada trecho deverão ficar convenientemente marcadas nas plantas 2 os trechos em que o escoamento se dê apenas nas sarjetas devem ficar identificados por meio de setas 3 o sistema coletor em uma determinada via poderá constar de uma rede única recebendo ligações de bocasdelobo de ambos os passeios 4 a solução mais adequada em cada rua é estabelecida economicamente em função da sua largura e condições de pavimentação Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH Bocas de Lobo As bocasdelobo devem ser localizadas de maneira a conduzirem adequadamente as vazões superficiais para as galerias Nos pontos mais baixos do sistema viário deverão ser necessariamente colocadas bocasdelobo com visitas a fim de se evitar a criação de zonas mortas com alagamento e águas paradas Poços de Visita Os poços de visita devem atender às mudanças de direção de diâmetro e de declividade à ligação das bocasdelobo ao entroncamento dos diversos trechos e ao afastamento máximo admissível Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH Galerias Circulares O diâmetro mínimo das galerias de seção circular deve ser de 030 m Os diâmetros correntes são 030 040 050 060 100 120 150 m Alguns dos critérios básicos são os seguintes 1 as galerias pluviais são projetadas para funcionarem a seção plena com vazão de projeto A velocidade máxima admissível determinase em função do material a ser empregado na rede Para tubo de concreto a velocidade máxima admissível é de 50 ms e a velocidade mínima 060 ms Em T1 não será verificada a velocidade 2 o recobrimento mínimo da rede deve ser de 10 m quando forem empregados tubulações sem estruturas especiais Quando por condições topográficas forem utilizados recobrimentos menores as canalizações deverão ser projetadas do ponto de vista estrutural Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH 3 nas mudanças de diâmetro os tubos deverão ser alinhados pela geratriz superior Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH DISPOSIÇÃO DOS COMPONENTES Devem ser estudados diversos traçados de rede de galerias considerandose os dados topográficos existentes e o prédimensionamento hidrológico e hidráulico A definição da concepção inicial é mais importante para a economia global do sistema do que os estudos posteriores de detalhamento do projeto de especificação de materiais etc Esse trabalho deve se desenvolver simultaneamente ao plano urbanístico das ruas e das quadras pois caso contrário ficam impostas ao sistema de drenagem restrições que levam sempre a custos maiores O sistema de galeria deve ser planejado de forma homogênea proporcionando a todas as áreas condições adequadas de drenagem Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH Coletores Existem duas hipóteses para a locação da rede coletora de águas pluviais i sob a guia meiofio a mais utilizada ii sob o eixo da via pública O recobrimento mínimo deve ser de um metro sobre a geratriz superior do tubo Além disso deve possibilitar a ligação das canalizações de escoamento recobrimento mínimo de 060 m das bocasdelobo Bocas de lobo A locação das bocas de lobo deve considerar as seguintes recomendações 1 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 2 serão locadas nos pontos baixos das quadras 3 recomendase adotar um espaçamento máximo de 60 m entre as bocasdelobo caso não seja analisada a capacidade de descarga da sarjeta Em T1 será obrigatória a verificação 4 a melhor solução para a instalação de bocasdelobo é que esta seja feita em pontos pouco a montante de cada faixa de cruzamento usada pelos pedestres junto às esquinas Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH Poços de Visita e de Queda O poço de visita tem a função primordial de permitir o acesso às canalizações para limpeza e inspeção de modo que se possa mantêlas em bom estado de funcionamento Sua locação é sugerida nos pontos de mudanças de direção cruzamento de ruas reunião de vários coletores mudanças de declividade e mudanças de diâmetro Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH Espaçamento máximo recomendado para os poços de visita Dâmetro do conduto m Espaçamento m 030 120 030 a 090 150 10 ou mais 180 Quando a diferença de nível do tubo afluente e o efluente for superior a 070 m o poço de visita será denominado de queda Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH Caixa de Ligação As caixas de ligação são utilizadas quando se faz necessária a locação de bocasdelobo intermediárias ou para se evitar a chegada em um mesmo poço de visita de mais de quatro tubulações Sua função é similar à do poço de visita dele diferenciandose por não serem visitáveis Síntese de orientações para projetos de Drenagem Urbana Manual FCTH