Hidrologia em Drenagem Urbana - Conceitos Basicos e Regulamentacao

Drenagem Prof Rui Gabriel Modesto de Souza 1 Aula 4 Hidrologia em drenagem urbana Conceitos Básicos 2 Regulamentação Prefeitura de Belo Horizonte SUDECAP Superintendência de desenvolvimento da capital Procedimentos de Projeto 17 capítulos Cap 6 Hidrologia Cap 10 Drenagem Acesso Em atualização devido ao novo plano diretor e plano de drenagem urbana da pbh Parceria entre Fundação Christiano Ottoni UFMG 3 Processos hidrológicos Os processos hidrológicos podem ser classificados em determinísticos ou estocásticos Processos Hidrológicos Determinísticos variações espaçotemporais podem ser completamente explicadas por um número limitado de variáveis a partir de relações funcionais Física Química ou Biologia ou experimentais unívocas Em hidrologia são raríssimas as ocorrências das regularidades inerentes aos processos puramente determinísticos eg resposta hidrológica de uma superfície completamente impermeável de geometria simples e totalmente definida a um pulso conhecido uniforme e homogêneo de precipitação Processos Hidrológicos Estocásticos governados por leis de probabilidades por conterem componentes aleatórias as quais se superpõem a regularidades explicitáveis Assim em um ponto Q P ETP i QSS seção Temp x t são PHE 4 Tempo de retorno τ tempo de recorrência τ 3 anos para SQmaxQ0 Se por exemplo N50 anos e 5 sucessos ocorreram τmed 10 anos ou que em média a vazão Q0 é superada uma vez a cada 10 anos Ou seja T é uma medida de tendência central dos tempos cronológicos τ recorrências e é o tempo médio necessário em anos para que o evento recorra em um ano qualquer e é igual ao inverso da probabilidade de que tal evento de referência ocorra 5 𝑇 𝜏𝑚𝑒𝑑 𝑛 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎çõ𝑒𝑠 𝑛 𝑠𝑢𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜𝑠 𝐹 1 𝑇 Tempo de retorno Vazões máximas anuais Rio Hipotético 6 Tempo de retorno Há 9 eventos com 𝑅 200 m3s em 42 anos Considerandose esses eventos independentes a frequência de ocorrência de Q 200 m3s é 𝐹Q 200 m3s 942 021 O que é uma estimativa de P Q 200 m3s Portanto 𝑇 1 𝑃𝑄 𝑄0 Por outro lado a probabilidade de que um evento Q Q0 ocorra em um ano qualquer é dada por 𝑃𝑄 𝑄0 1 𝑇 7 Risco Hidrológico Risco Hidrológico Dado um quantil de referência XT de tempo de retorno T o risco hidrológico é definido como a probabilidade de que XT seja igualado ou superado pelo menos uma vez em um período de N anos Em geral o quantil de referência XT é a cheia de projeto da estrutura hidráulica e N anos corresponde à sua vida útil 𝑅 1 1 1 𝑇 𝑁 Aplicação Se R é previamente fixado em função da importância e das dimensões da estrutura hidráulica eou das consequências de seu eventual colapso para as populações ribeirinhas podese empregar a equação para determinar para qual tempo de retorno deve ser calculada a cheia de projeto de uma estrutura cuja vida útil é de N anos 8 Processos hidrológicos Entendendo a equação de risco hidrológico A probabilidade de que um evento Q Q0 não ocorra em um ano qualquer é dada por 1 𝑃 𝑄 𝑄0 1 1 𝑇 A probabilidade de que um evento Q Q0 NÃO ocorra em n anos qualquer é dada por 1 𝑃 𝑄 𝑄0 𝑛 1 1 𝑇 𝑛 O Risco Hidrológico pode então ser definido como 𝑅 1 1 𝑃 𝑄 𝑄0 𝑛 1 1 1 𝑇 𝑛 R mede o risco de que uma estrutura hidráulica dimensionada para um tempo de retorno T falhe em um intervalo de n anos 9 Risco Hidrológico Tempo de retorno fixado a priori 10 Risco Hidrológico Tempo de retorno fixado a priori 11 DAEE Departamento de Águas e Energia Elétrica CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo SUDECAP Superintendência de Desenvolvimento da Capital RMBH 7 edição Abril de 2017 Exercício 1 12 Com o objetivo de definir o projeto de uma intervenção em um pequeno curso de água na região de Congonhas MG foram levantadas algumas questões relativas às condições operacionais ligadas sobretudo ao risco hidrológico a Considerandose que o Tempo de Retorno adotado para a vazão de projeto foi de 25 anos qual é o risco de transbordamento do canal nos próximos 10 anos b Qual deveria ser o Tempo de Retorno admitindose um risco de 25 de um único transbordamento do canal durante sua vida útil fixada a priori em 30 anos Exercício 2 13 a A figura mostra o esquema de desvio de um rio durante a construção de uma barragem Duas ensecadeiras A e B garantem que o canteiro de obras esteja a seco durante o período de construção enquanto o rio é desviado de seu curso natural por meio de um túnel T escavado em rocha pela margem fluvial direita Suponha que o período de construção é de 5 anos e que a empresa projetista tenha fixado o risco de 10 para que o canteiro de obras seja inundado pelo menos uma vez nesse período Com base nesses elementos determine para qual período de retorno deve ser calculada a cheia de projeto a ser escoada pelo túnel b Supondo que tenha havido um atraso na construção da barragem e elevado a duração para 6 anos pedese para determinar o verdadeiro risco hidrológico assumido na construção da barragem Exercício 3 14 Considerando que a vida útil de um empreendimento de geração de energia é igual a 50 anos e que o tempo de retorno para uma barragem com risco de vidas humanas é de 10000 anos pedese para determinar o risco hidrológico assumido para operação da barragem implantada no exercício anterior Microdrenagem Poços de visita Profundidade do PV h m Diâmetro de saída D m Altura da Chaminé hc m Diâmetro do Balão Db m h 15 D qualquer hc 030 Db D 150 h 25 D 060 hc 030 Db 120 150 h 25 D 060 hc 030 Db D 120 h 25 D 060 03 hc100 Db 120 h 25 D 060 03 hc100 Db D 120 Obs para PV de seção quadrada Db é igual à aresta da seção Drenagem Prof Rui Gabriel Modesto de Souza 1 Aula 5 Hidrologia em drenagem urbana Vazões de Enchentes 2 Regulamentação Prefeitura de Belo Horizonte SUDECAP Superintendência de desenvolvimento da capital Procedimentos de Projeto 17 capítulos Cap 6 Hidrologia Cap 10 Drenagem Acesso Em atualização devido ao novo plano diretor e plano de drenagem urbana da pbh Parceria entre Fundação Christiano Ottoni UFMG 3 Vazões de Enchentes Classificação de Métodos para a Determinação de Vazões de Enchentes Fórmulas Empíricas Método Racional Método do Hidrograma Unitário Métodos Estatísticos Simulação Hidrológica por Modelos Hidrológicos ChuvaVazão SCS A escolha do método depende de vários fatores objetivo vazão de pico ou hidrograma os dados disponíveis a importância do projeto e suas consequências a superfície e as características da bacia 4 Vazões de Enchentes Método Racional Mulvaney 1847 Válido para área de até 5 km² Deverá ser usado na determinação das vazões para todo sistema de condução dos deflúvios pluviais oriundos da bacia hidrográfica excluídos os fundos de vales PBH 2017 PBH limita para área de até 1 km² 5 𝑄 𝐶 𝑖 𝐴 36 Q m³s Vazão de pico I mmh Intensidade média da precipitação de duração igual ao Tc A km² Área de contribuição C Coeficiente de escoamento ou de runoff Vazões de Enchentes Escolha do Coeficiente de Escoamento Superficial 𝐶 𝐷𝐸𝐹𝐿Ú𝑉𝐼𝑂 𝑃𝑅𝐸𝐶𝐼𝑃𝐼𝑇𝐴ÇÃ𝑂 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 C em função da natureza da superfície da bacia declividade armazenamento em depressões grau de saturação e intensidade da precipitação Valores de referência na literatura 6 Vazões de Enchentes Escolha do Coeficiente de Escoamento Superficial Critério da PBH 𝐶 067 𝐶2 C2 conforme tabela de acordo com o zoneamento plano diretor ou A critério da consultoria e supervisão para projetos de drenagem em áreas restritas com uso eou ocupação específicos podem ser utilizados os valores de C específicos 7 Vazões de Enchentes Determinação da Intensidade da chuva Determinação do tempo de recorrência T Determinação do tempo de concentração tc Para áreas de drenagem de até 500 km2 e com características naturais sem parcelamentos e para loteamentos com sistema viário definido o tempo de concentração deve ser calculado pelas fórmulas de Kirpich ou do California Culverts Practice 𝑡𝑐 3989 𝐿077 𝑆0385 𝐾𝑖𝑟𝑝𝑖𝑐ℎ 𝑡𝑐 57 𝐿3 𝐻 0385 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑓𝑜𝑟𝑛𝑖𝑎 𝐶𝑢𝑙𝑣𝑒𝑟𝑡𝑠 𝑃𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑐𝑒 Onde Tc min Tempo de concentração L km Comprimento do talvegue S mm Declividade do talvegue H m Diferença de cotas da seção de saída e o entrada 8 Vazões de Enchentes Determinação da Intensidade da chuva As intensidades deverão ser calculadas através da equação de chuvas intensas estabelecida com base nas relações intensidadeduraçãofrequência e de hietogramas típicos de distribuição temporal para as precipitações históricas da Região Expressão geral da equação é 𝑖𝑇𝑡𝑗 076542 𝐷07059 𝑃𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 05360 𝜇𝑇𝐷 Onde iTtj mmh Intensidade da precipitação D h Duração da precipitação igual ao Tc Panual mm Precipitação média anual μTt Quartil adimensional da frequência regional associado ao tempo de retorno T e a duração D tabelado 9 Vazões de Enchentes Determinação da Intensidade da chuva 𝑖𝑇𝑡𝑗 076542 𝐷07059 𝑃𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 05360 𝜇𝑇𝐷 Precipitação Média Anual A precipitação média anual a ser adotada nos estudos e projetos de microdrenagem no município de Belo Horizonte será de 1500 mm 10 Exercício 1 11 Calcular as intensidades de precipitação para Betim MG T 25 Anos Duração entre 05 e 10 h 𝑖𝑇𝑡𝑗 076542 𝐷07059 𝑃𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 05360 𝜇𝑇𝐷 Onde iTtj mmh Intensidade da precipitação D h Duração da precipitação igual ao Tc Panual mm Precipitação média anual μTD Quartil adimensional da frequência regional associado ao tempo de retorno T e a duração D tabelado Duração Quantil i P h uTD mmh mm 05 10 15 20 25 30 40 50 60 80 100 Vazões de Enchentes Resumo Método Racional Definição do tempo de retorno T Determinação do tempo de concentração tc Determinação da intensidade IDF Determinação do coeficiente C Limitações do Método Racional fornece somente a vazão de pico ou seja não fornece o hidrograma não leva em conta o armazenamento inicial c é constante no tempo e no espaço a relação chuvavazão é suposta linear a chuva é suposta homogênea sobre toda a bacia e constante no tempo 12 𝑄 𝐶 𝑖 𝐴 36 Q m³s Vazão de pico I mmh Intensidade média da precipitação de duração igual ao Tc A km² Área de contribuição C Coeficiente de escoamento ou de runoff Exercício 2 13 Empregando o método racional calcular a vazão de dimensionamento de período de retorno 10 anos de um bueiro na seção indicada na figura abaixo Exercício 3 14 Determine a vazão de dimensionamento de uma canaleta de crista de um corte TR 25 anos cuja bacia hidrográfica de contribuição de 002 km2 possui área coberta por pequenas pastagens C 020 Sabese que o terreno dessa bacia possui declividade média igual a 1 e comprimento do curso dágua principal igual a 005 km Além disso a chuva válida para essa região é representada pela relação idf conforme apresentado a seguir i intensidade de precipitação mmh t duração da precipitação min T tempo de retorno anos Drenagem Prof Rui Gabriel Modesto de Souza 1 Aula 6 Dimensionamento de Microdrenagem 2 Regulamentação Prefeitura de Belo Horizonte SUDECAP Superintendência de desenvolvimento da capital Procedimentos de Projeto 17 capítulos Cap 6 Hidrologia Cap 10 Drenagem Acesso Em atualização devido ao novo plano diretor e plano de drenagem urbana da pbh Parceria entre Fundação Christiano Ottoni UFMG 3 Microdrenagem Ausência de norma brasileira geral Diretrizes critérios projetostipo e especificações municipais variáveis Lógica da abordagem condução superficial coleta e condução subsuperficial até o deságue Abordagem centrada nos critérios e sistemática adotados em Belo Horizonte Microdrenagem A microdrenagem está comumente associada à drenagem urbana de vias Envolve o dimensionamento de sarjetas bocas de lobo BL poços de visita PV caixas de ligação CL e coletores 4 Microdrenagem Método Racional Mulvaney 1847 PBH limita para área de até 1 km² 𝑄 𝐶 𝑖 𝐴 36 Q m³s Vazão de pico I mmh Intensidade média da precipitação de duração igual ao Tc A km² Área de contribuição C Coeficiente de escoamento ou de runoff Intensidade da chuva de projeto i TcD10 min 𝑖𝑇𝑡𝑗 076542 𝐷07059 𝑃𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 05360 𝜇𝑇𝐷 Onde iTtj mmh Intensidade da precipitação D h Duração da precipitação igual ao Tc Panual mm Precipitação média anual μTD Quartil adimensional da frequência regional associado ao tempo de retorno T e a duração D tabelado 5 Microdrenagem Sarjetas Área de drenagem A Critério da faixa lindeira e da meia pista Vazão hidrológica nas sarjetasq Vazão específica 𝑞 𝑞1 𝑞2 𝑞 𝐶𝑎 𝑖 𝑎 36 103 𝐶𝐹 𝑖 𝐹 2 36 103 q Lsm vazão específica Ca 07 faixas lindeiras das quadras CF 09 para a faixa de meia largura da via Considerando P1500 mmH para BH temos i 1945 mmh 𝑞 00378 𝑎 00243 𝐹 6 Largura da via 10 12 15 18 20 25 e 30 m larguras de vias existentes não previstas na Lei 7166 de 27agosto1996 alterada pela Lei 8137 de 20dezembro2000 Microdrenagem Sarjetas Sarjetas Definição da largura máxima do caudal do escoamento na sarjeta junto ao meiofio faixa de alagamento Faixa de alagamento de 217 m trechos iniciais das vias locais situados entre o divisor de águas e a primeira bocadelobo Faixa de alagamento de 167 m para o caso geral à exceção do previsto no item acima Escolha da sarjeta padronizada A B ou C baseada no projeto geométrico dos trechos Capacidade de escoamento conforme equação de Manning ou IZZARD Velocidades não deverá ser superior a 40 ms para sarjetas em concreto 7 Microdrenagem BocadeLobo BocadeLobo dimensionamento Capacidade de engolimento em Ls Boca de lobo com grelha 𝑄 2383 𝑦15 103 Boca de lobo com grelha dupla 𝑄 4766 𝑦15 103 Boca de lobo de guia y12 𝑄 17 𝑦15 𝐿 103 Boca de lobo de guia dupla y12 𝑄 34 𝑦15 𝐿 103 Boca de lobo de guia y12 𝑄 301 𝐿 ℎ15 𝑦 ℎ 05 05 103 Boca de combinada Soma das capacidades de cada uma 8 Microdrenagem BocadeLobo BocadeLobo localização A bocadelobo deverá ser adotada como solução somente após verificada uma ou mais das seguintes condições Existência de ponto baixo Velocidade de escoamento na sarjeta maior que 40 ms eou faixa de alargamento superior à largura máxima permitida Vazão de contribuição maior que 05 m³s O número de bocasdelobo e o posicionamento deverá ser definido pela capacidade de captação o tipo de bocadelobo adotada simples ou dupla com ou sem cantoneira e declividade da via Considerar fator de redução da capacidade teórica de 35 para bocasdelobo localizadas em ponto baixo Devem estar espaçadas de no máximo 60 m mesmo que não haja necessidade devido a alagamento 9 Microdrenagem BocadeLobo BocadeLobo localização A primeira bocadelobo deverá ser locada à partir do divisor de águas até a seção da sarjeta onde a faixa de alagamento atinge o limite estabelecido Para se calcular o comprimento da sarjeta em que o caudal varia de uma largura de zero até o limite de alagamento chamado de comprimento útil Lu aplicase a seguinte relação 𝐿𝑢 𝑄𝑠 𝑞 Onde Lu m comprimento útil Qs Ls capacidade de escoamento na sarjeta em função da declividade longitudinal e do tipo de sarjeta q Ls vazão específica da via 10 Exercício Dimensione a sarjeta o tipo e a localização de bocas de lobo para uma rua localizada em BH de 80 m de largura e 600 m de comprimento Os lotes localizados nessa região possuem em média 120 m de frente e 200 m de profundidade Sabese que a calçada possui largura igual a 20 m e a declividade longitudinal da sarjeta será de 1 11 Microdrenagem BocadeLobo BocadeLobo localização 12 Microdrenagem Poços de visita Poços de Visita A fim de permitir o movimento vertical de um operador a chaminé bem como o tampão terá um diâmetro mínimo útil de 060m O balão sempre que possível uma altura útil mínima de 20 metros para que o operador maneje com liberdade de movimentos os equipamentos de limpeza e desobstrução no interior do mesmo A chaminé não deverá ter altura superior a 10 m por recomendações funcionais operacionais e até psicológicas para o operador 13 Microdrenagem Caixa de Ligação Caixa de ligação O desenho das caixas de ligação assemelha se ao do balão do poço de visita porém normalmente é de seção quadrada e suas dimensões variam conforme o diâmetro dos tubos da rede 15 Microdrenagem Caixa de Ligação e PV Critérios gerais de projeto Caixas de passagem Mudanças de declividades dimensões e alinhamentos Somente uma entre 2 poços de visita Conexão dos ramais de ligação das bocas de lobo Poços de visita em número máximo de 4 Caixas de passagem em número máximo de 4 Em outra boca de lobo somente se projetada sob o passeio e quando não for possível outro tipo de conexão 16 Microdrenagem Caixa de Ligação e PV Espaçamento máximo entre poços de visita 17 Microdrenagem Redes Tubulares Critérios gerais de projeto Tubos de concreto armado tipo ponta e bolsa Diâmetros nominais 500 a 1500 mm Localização eixo da pista ou sob o canteiro central no caso de avenidas Ramal de ligação da boca de lobo tubo de concreto DN 400 mm e declividade mínima de 3 Recobrimento mínimo de 080 m Velocidade mínima de 075 ms Velocidade máxima tubos de concreto 75 ms 18 Microdrenagem Redes Tubulares Dimensionamento Manning n de 0014 para tubos de concreto e 0040 para tubos de PVC helicoidal Lâmina máxima de 80 yD08 Determinação do diâmetro pela equação de Manning 𝑄 1 𝑛 𝐴 𝑅ℎ 2 3 𝑖 1 2 Uso de gráficos e tabelas auxiliares Software SisCCoH 19 Microdrenagem Redes Tubulares Seções circulares Bastante utilizadas em redes de esgoto e drenagem pluvial Na ausência de softwares além dos gráficos podem ser utilizado tabelas auxiliares Correlação entre o tirante yD e as razões entre as vazões e velocidades correspondentes às seções plenas QP e VP e as condições efetivas QX E UX 20 𝑄𝑃 01 𝑛 𝜋 𝐷 8 3 𝐼 1 2 𝑉𝑃 04 𝑛 𝐷 2 3 𝐼 1 2 Microdrenagem Redes Tubulares Exemplo 1 Dimensionar uma galeria circular em tubos prémoldados de concreto para uma vazão de 1200 Ls implantada com declividade de 15 sendo que o tirante de água está limitado a 80 do diâmetro e a velocidade máxima de escoamento a 45 ms 21 Microdrenagem Redes Tubulares Exemplo 2 Dimensionar uma galeria circular em concreto para uma vazão de 07 m³s sendo a declividade longitudinal de 002 mm A galeria deve funcionar como um tirante máximo de 80 do diâmetro e velocidade máxima de 45 ms 22 PUC Minas Virtual Drenagem Prof Rui Gabriel Modesto de Souza 1 Aula 7 Macrodrenagem CANAIS Regulamentação Prefeitura de Belo Horizonte SUDECAP Superintendência de desenvolvimento da capital Procedimentos de Projeto 17 capítulos Cap 6 Hidrologia Cap 10 Drenagem Acesso Em atualização devido ao novo plano diretor e plano de drenagem urbana da pbh Parceria entre Fundação Christiano Ottoni UFMG 3 Macrodrenagem CANAIS Canais Transporte de água abastecimento drenagem esgotamento Transporte pelas água Hidrovias Cursos dágua naturais 4 Macrodrenagem CANAIS Dimensionamento hidráulico 𝑄 1 𝑛 𝐴 𝑅ℎ 2 3 𝐼0 1 2 Onde Q m³s Vazão A m² Área Rh m Raio hidráulico I0 mm declividade n Coeficiente de rugosidade de Manning Hipóteses Equação fundamental do escoamento permanente uniforme em canais Indicada para escoamentos turbulentos rugosos em canais 5 Macrodrenagem CANAIS Critérios básicos de dimensionamento Canais revestidos Minimização de custos com seções de máxima eficiência 6 Macrodrenagem CANAIS Critérios básicos de dimensionamento Canais não revestidos Garantia de estabilidade Garantia de integridade Método das velocidades permissível velocidade admissível para assegurar a não ocorrência de erosões 7 Macrodrenagem CANAIS Definição das seções e revestimentos CONDICIONANTES DE PROJETO Aspectos hidráulicos Aspectos tecnológicos custos Aspectos sociais Aspectos ambientais Análise Global Definição final 8 Macrodrenagem CANAIS Definição das seções e revestimentos CANAIS EM SOLOS Baixo custo e impacto ambiental Dificuldade de conservação Velocidades e taludes limitados 9 Macrodrenagem CANAIS Definição das seções e revestimentos CANAIS GRAMADOS Baixo custo e impacto ambiental Dificuldade de conservação Velocidades relativamente limitadas Taludes limitados 10 Macrodrenagem CANAIS Definição das seções e revestimentos CANAIS EM CONCRETO Custo e impacto ambiental elevado Facilidade de conservação Grande flexibilidade quanto a velocidade e forma 11 Macrodrenagem CANAIS Definição das seções e revestimentos CANAIS EM GABIÕES Custo impacto e conservação intermediários Flexibilidade quanto a velocidade e forma Gabiões manta ou colchão revestimento Gabiões caixa estrutural e revestimento 12 Macrodrenagem CANAIS Definição das seções e revestimentos CANAIS EM ENROCAMENTOS RIPRAP Custo impacto e conservação intermediários Maior Flexibilidade quanto a velocidade e forma Velocidade em função do diâmetro das pedras Taludes z de aproximadamente 15 13 Macrodrenagem CANAIS Definição de rugosidade de Manning n 14 Macrodrenagem CANAIS Exemplo 1 Calcular a declividade de um canal trapezoidal gramado com base de 10 m e taludes 3H1V transportando 10 m³s com uma profundidade de 075 m Exemplo 2 Um canal retangular com largura da base de 6 m declividade de 002 mm revestido em concreto liso transporta 30 m³s Qual a profundidade normal do fluxo Exemplo 3 Qual o revestimento que poderia ser adotado em uma canaleta rodoviária triangular com taludes 1V2H e altura máxima de 20 cm implantada com uma declividade longitudinal de 3 para transportar uma vazão de 90 ls 15 Macrodrenagem CANAIS Exemplo 4 Um canal trapezoidal de base 020 m escoa com nível dágua de 60 m Esta seção e revestida com cimento alisado e tem taludes 1V2H A declividade do canal é de 10 mkm Determine a vazão e verifique a velocidade do escoamento Exemplo 5 Numa determinada cidade houve necessidade de canalizar um córrego porém haveria espaço para uma largura de 50 metros Um estudo hidrológico apontou uma vazão de projeto de 12m3s A declividade do rio é 0015 mm Calcula a profundidade do escoamento para estas condições considerando uma seção retangular 16 PUC Minas Virtual Drenagem Prof Rui Gabriel Modesto de Souza 1 Aula 8 Macrodrenagem Bueiros PUC Minas Virtual 2 Regulamentação Prefeitura de Belo Horizonte SUDECAP Superintendência de desenvolvimento da capital Procedimentos de Projeto 17 capítulos Cap 6 Hidrologia Cap 10 Drenagem Acesso Em atualização devido ao novo plano diretor e plano de drenagem urbana da pbh Parceria entre Fundação Christiano Ottoni UFMG 3 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Os bueiros são estruturas hidráulicas construídas nos pontos baixos dos vales objetivando permitir a passagem das águas dos talvegues sob a obra de terraplanagem Estruturas de condutos simples geralmente retilíneos e com extensão limitada composta essencialmente por três partes a boca de entrada a montante o corpo conduto e a jusante a boca de saída 4 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Apesar da simplicidade da estrutura seu funcionamento hidráulico é relativamente complexo podendo se dar essencialmente de três formas distintas Como canal Como orifício Como conduto forçado 5 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Os bueiros podem ser classificados quanto ao número de linhas como simples S Duplo D ou Triplo T quanto à forma da seção como Tubular T ou Celular C e quanto ao material de construção como de Concreto C ou Metálicos M Por exemplo temse BDTM 100 é bueiro Duplo Tubular Metálico com diâmetro 100 m ou BTCC 300x200 é bueiro Triplo Celular de Concreto com dimensões 300 m de base por 200 m de altura 6 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Para o dimensionamento dos bueiros é necessário o conhecimento do funcionamento dos mesmos O funcionamento do bueiro será como canal quando as extremidades de montante e de jusante não se encontram submersas Logo existe uma superfície livre ao longo de todo o conduto e a vazão afluente é inferior a vazão admissível à estrutura hidráulica 7 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Desta forma comparase a declividade do fundo do bueiro I com a declividade crítica calculada e tomase uma das três decisões I Ic escoamento subcrítico I Ic escoamento supercrítico I Ic escoamento crítico 8 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Para a condição de escoamento subcrítico temse Obs Salientase que nestas expressões já está incluída uma folga de 20 ou seja o bueiro trabalha com uma profundidade de 80 do diâmetro 9 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Para a condição de escoamento supercrítico temse 10 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Quando a vazão de dimensionamento supera a vazão admissível do funcionamento como canal a água acumula na entrada do bueiro e este passa a funcionar como um orifício Para a condição de funcionamento do bueiro como orifício a vazão admissível Qadm e a velocidade média do escoamento U podem ser determinadas através das seguintes equações 11 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Quando os níveis de água de montante e de jusante superam a altura do bueiro H ou D dizse que o bueiro trabalha afogado com funcionamento como conduto forçado 12 Macrodrenagem Bueiros Coeficientes de perda de carga na entrada para bueiros tubulares Tipo de estrutura de entrada Concreto Metálico bolsa saliente com ou sem muro e alas 02 ponta saliente com ou sem muro e ala 05 Saliente sem muro e alas 09 Saliente com muro e alas 05 Muro de testa final do tubo arredondado 02 Muro de testa sem alas 02 a 05 Tubo bisetado 07 07 Seção terminal conformada com o aterro 05 05 Coeficientes de perda de carga na entrada para bueiros celulares Tipo de estrutura de entrada Faixa Usual Entrada angular 02 a 07 05 Entrada hidraulicamente adequada 02 a 07 02 Macrodrenagem Bueiros Bueiros Redução da capacidade de vazão de 5 para cada linha adicional ou seja para um bueiro duplo sua capacidade de vazão total é de 95 a soma da capacidade de vazão de cada tubo Para bueiros triplos 90 etc Velocidades limites Bueiros em concreto limite máximo de 45 ms Bueiros metálicos limite máximo de 6 ms Verificar de acordo com a regulamentação do município 14 Macrodrenagem Bueiros Exemplo 1 Verificar a condição hidráulica de funcionamento de um BDTC Φ 120 implantado com uma declividade de 030 sob uma altura de aterro de 420 m para uma vazão afluente de 8 m3s Considere n 0015 Exemplo 2 Um talvegue é transposto por um BSTC Φ 080 m n 0015 assentado com declividade de 04 sob um aterro com altura de 20 m Sabendose que a vazão afluente à obra é de 181 m3s e que a jusante não existe possibilidade de afogamento pedese a avaliar as condições de funcionamento e suficiência da obra indicando seu aproveitamento ou complementação b em caso de insuficiência redimensionar uma nova obra para funcionamento sem carga hidráulica a montante sabendose que se dispõe de tubos de concreto Φ 080 15 PUC Minas Virtual 16 Drenagem Prof Rui Gabriel Modesto de Souza 1 Aula 9 Macrodrenagem Escadas Hidráulicas e Dissipadores de Energia 2 Regulamentação Prefeitura de Belo Horizonte SUDECAP Superintendência de desenvolvimento da capital Procedimentos de Projeto 17 capítulos Cap 6 Hidrologia Cap 10 Drenagem Acesso Em atualização devido ao novo plano diretor e plano de drenagem urbana da pbh Parceria entre Fundação Christiano Ottoni UFMG 3 Macrodrenagem Escadas Hidráulicas Escadas Hidráulicas ou Descidas de Água As Escadas ou Descidas de Água são estruturas muito utilizadas em engenharia hidráulica compostas de degraus e utilizadas para vencer desníveis O dimensionamento desse tipo de estrutura é feito através de um parâmetro chamado Número de Queda dado pela seguinte equação Onde Dn é o número de queda Q é a vazão de dimensionamento m³s B é a largura da escada m g é a aceleração da gravidade ms² e h é a altura do degrau m 4 Macrodrenagem Escadas Hidráulicas Escadas Hidráulicas ou Descidas de Água Desta forma as dimensões do degrau são dadas pelas fórmulas a seguir em função do número de queda Onde Ld é o comprimento da queda m yp é a profundidade da água na parte anterior da queda m y1 é a profundidade da água na parte posterior da queda m y2 é a profundidade conjugada de jusante do ressalto hidráulico m L é o comprimento do ressalto hidráulico m 5 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Dissipadores de Energia Dissipadores de energia são dispositivos hidráulicos localizados a jusante de locais onde a energia cinética associada ao escoamento é elevada e pode exercer ações destruidoras tanto para a estrutura condutora quanto para o curso natural As estruturas dissipadoras serão apresentadas a seguir porém cabe salientar que as escada descritas no item anterior também são considerados dissipadores de energia contínuos 6 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Rampa ou Calha Dissipadora As rampas ou calhas dissipadoras são dispositivos hidráulicos para dissipação contínua de energia composto por calha ou rampa dotada de blocos onde a água impacta Esse tipo de dispositivo de dissipação de energia é apropriado para escoamentos com vazão específica QB até 6 m³sm e inclinação inferior a 12 VH Porém recomendase para vazões específicas entre 2 e 3 m³sm 7 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Rampa ou Calha Dissipadora A dimensão característica H é determinada a partir do valor da profundidade crítica do escoamento yc dado por 𝐻 08 𝑦𝑐 Onde para seção retangular 𝑦𝑐 3 𝑞2 𝑔 Além disso para a eficiência completa da rampa dissipadora a velocidade média na entrada da rampa V1 não deve ser excessiva limitada conforme a fórmula a seguir 𝑉1 3 𝑔 𝑞 16 8 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Dissipador de Impacto tipo Peterca O dissipador de impacto é uma estrutura hidráulica que efetua a dissipação da energia através do impacto do fluxo de água em alta velocidade contra uma estrutura rígida Seu dimensionamento é feito através de tabelas determinadas a partir de ensaios em laboratório 9 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Bacia de Dissipação As bacias de dissipação são dispositivos hidráulicos que possibilitam a dissipação de energia através do conceito de ressalto hidráulico que corresponde a uma brusca elevação do nível de água de um canal funcionando em regime permanente Isso ocorre com a passagem do escoamento supercrítico para o escoamento subcrítico com grande turbulência e perda de energia 10 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Bacia de Dissipação USBR tipo I A bacia de dissipação USBR Tipo I é apropriada para escoamentos como número de Froude de montante Fr1 entre 12 e 25 Nesse tipo de bacia de dissipação devese garantir a horizontalidade por um comprimento superior a 4 vezes a profundidade de jusante LI 4Dsaída onde Saída 2y1 11 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Bacia de Dissipação USBR tipo II A bacia de dissipação USBR Tipo II é apropriada para escoamentos com o número de Froude de montante maior do que 45 Fr1 45 e velocidade de aproximação maior que 20 ms U1 20 ms Nesse tipo de bacia de dissipação temse LII43y2 e Dsaída105y2 12 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Bacia de Dissipação USBR tipo III A bacia de dissipação USBR Tipo III é apropriada para escoamentos como número de Froude de montante maior do que 45 Fr1 45 e velocidade de aproximação menor que 20 ms U1 20 ms Nesse tipo de bacia de dissipação temse LIII27y2 e Dsaída 105y2 13 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Bacia de Dissipação USBR tipo IV A bacia de dissipação USBR Tipo IV é apropriada para escoamentos como número de Froude de montante entre 25 e 45 25 Fr1 45 Nesse tipo de bacia de dissipação temse Dsaída110y2 14 Macrodrenagem Dissipadores de Energia Bacia de Dissipação A energia dissipada em todos os tipos de bacias do USBR vistos precedentes pode ser avaliadas pela expressão relativa ao ressalto hidráulico ℎ𝐵𝐷 𝑦2 𝑦1 3 4 𝑦1 𝑦2 O número de Froude pode ser encontrado conforme 𝐹𝑅 𝑉 𝑔 𝑦ℎ 15 𝑦2 1 2 𝑦1 1 8 𝐹𝑅1 2 1 Macrodrenagem Escadas Hidráulicas e Dissipadores de Energia Exemplo 1 Um vertedor possui uma largura total de 205 m e o valor da velocidade de escoamento no pé do vertedor é de 135 ms Supondo uma vazão de operação de 170 m3s definir uma bacia de dissipação Calcule a energia dissipada Exemplo 2 Considerando que a vazão correspondente ao problema 1 seja de 1025 m3s defina uma calha dissipadora adequada Exemplo 3 Defina as características de escoamento em um degrau com altura de 15 m em um canal retangular em concreto com base de 42 m transportando uma vazão de 88 m3s 16 PUC Minas Virtual 17