Drenagem Urbana - Hidrologia e Sistemas de Drenagem

Aula 6 Drenagem Urbana 1 Hidrologia e obras de drenagem 20241 INTRODUÇÃO 2 O sistema de drenagem é um dos mais sensíveis problemas causados pela urbanização principalmente devido à impermeabilização do solo que dificulta a infiltração das águas pluviais e acelera o escoamento superficial do volume de água precipitado Os efeitos negativos ocasionados pela ausência ou deficiência de sistema de drenagem se manifestam nas formas de empoçamento inundações erosões e assoreamentos SISTEMAS DE DRENAGEM 3 Microdrenagem ou sistema de drenagem inicial É composto pelos pavimentos das ruas guias e sarjetas bocas de lobo poços de visita e galerias de águas pluviais e também canais de pequenas dimensões Este sistema é dimensionado para o escoamento de águas pluviais cuja ocorrência tem um período de retorno entre dois e cinco anos SISTEMAS DE DRENAGEM 4 Macrodrenagem A rede física da macrodrenagem é aquela constituída pelos principais talvegues fundo de vale existentes independente da execução de obras específicas e da localização das áreas urbanizadas por ser o caminho natural das águas pluviais Portanto a macrodrenagem de uma zona urbana corresponde à rede de drenagem natural preexistente nos terrenos antes da ocupação É responsável pelo escoamento final das águas podendo ser formada por canais naturais ou artificiais galerias e canais de grandes dimensões e estruturas auxiliares SISTEMAS DE DRENAGEM 5 Microdrenagem Macrodrenagem Ponto de projeto e a área de contribuição 6 DELIMITAÇÃO DA BACIA OU ÁREA DE CONTRIBUIÇÃO COEFICIENTE DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL 7 Coeficiente de Run off Depende da cobertura do solo vegetação pavimentação Em áreas urbana a cobertura vegetal é pequena não tem retenção de água e sim bastante escoamento superficial nas sarjetas Adotar um coeficiente para dimensionamento de projeto Pode ser feito uma média ponderada entre os valores apresentados nas tabelas de acordo com a declividade tipo de solo pavimentação etc Valores abaixo de 1 por que nem tudo que cai vai escoar uma pequena parte infiltra Quanto maior o coeficiente mais escoa sobre a superfície e menos é absorvido pelo solo COEFICIENTE DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL 8 Coeficiente de RunOff Valores do coeficiente de escoamento superficial direto adotados pela Prefeitura do Municipio de São Paulo PS Wilken 1978 ZONAS Edificação muito densa Partes centrais densamente construídas de uma cidade com ruas e calçadas pavimentadas 070 095 Edificação não muito densa Partes adjacente ao centro de menos densidade de habitações mas com ruas e calçadas pavimentadas 060 070 Edificações com poucas superfícies livres Partes residenciais com construções cerradas ruas pavimentadas 050 060 Edificações com muitas superfícies livres Partes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas 025 050 Subúrbios com alguma edificação Partes de arrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construção 010 025 Matas parques e campos de esporte Partes rurais áreas verdes superfícies arborizadas parques ajardinados campos de esporte sem pavimentação 005 020 EXEMPLO 7 10 Encontrar um coeficiente de escoamento adequado para uma área de pequena inclinação bem urbanizada onde 22 corresponde a ruas asfaltadas e bem conservadas 8 de passeios cimentados 36 de pátios ajardinados solo arenoso e 34 de telhados cerâmicos 𝐶 Á𝑟𝑒𝑎 𝐶𝑜𝑒𝑛𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 Á𝑟𝑒𝑎 𝐶𝑜𝑒𝑛𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 Pensando na segurança 22 asfalto 095 8 cimento 095 36 jardim 010 34 telhas 095 C 022095008095036010034095 C 0644 Se levar em consideração a economia 22 asfalto 07 8 cimento 08 36 jardim 005 34 telhas 075 C 0220700808036005034075 C 0491 11 057 EXEMPLO 8 12 Calcular o coeficiente de escoamento superficial onde se encontram área com residências em unidades múltiplas em conjunto ocupando uma área de 11 ha 8 ha destinados a lotes para residências e um parque ocupando 3 ha TEMPO DE CONCENTRAÇÃO TC 13 Tempo que água leva para percorrer desde o ponto mais distante da bacia até o exutório ponto de projeto Vários métodos de cálculo e simulações Equação de Kirpich mais usada Leva em conta o comprimento da bacia a diferença de nível TEMPO DE CONCENTRAÇÃO TC A equação de Kirpich apresentada abaixo pode ser utilizada para estimativa do tempo de concentração de pequenas bacias menores do que 05 Km² tc 57 L3Dh0385 tc é o tempo de concentração em minutos L é o comprimento do curso dágua principal em km Dh é a diferença de altitude em metros TEMPO DE RETORNO 15 Período de tempo médio em que um determinado evento neste caso vazão é igualado ou superado pelo menos uma vez Consegue determinar a segurança do projeto Período de retorno de 100 anos significa que temos a probabilidade de 1 em um ano de que a obra dimensionada não suportará a vazão TEMPO DE RETORNO 16 Em loteamento para galeria de águas pluviais TR 25 anos Cada município tem uma legislação própria para determinar o TR baseado em históricos 17 Conhecida a intensidade e a duração de uma chuva podemos estimar o volume de água que caiu numa bacia Ocorreu uma precipitação constante de 13 mmh durante 10 minutos sobre uma área de 37 km² Qual foi a quantidade de água que precipitouescoou na bacia Q C i A esta formula é para estas unidades fórmulas alteradas são para unidades diferentes conversão Não considerou infiltração apenas água de caiu e escoou EXEMPLO 9 I 13 mmh 1h 60min H 10min C 1 A 37 km² 18 Onde Q vazão m³s i intensidade máxima da chuva sobre mmh C coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de runoff adimensional A área de drenagem km² Q 0278 C i A Q 0278 1 217 37 Q 2222 m³s I 1310min1h60min I 217 mmh INTENSIDADE DE CHUVA São Paulo i 34627 Tr0172t 221025 Curitiba i 572664 Tr0159t 411041 Rio de Janeiro i 1239 Tr0150t 200740 Campos Novos i 7841 Tr0167t 907 Joaçaba i 7162 Tr0166t 890698 Onde i intensidade mmh t tempo de duração da chuva min Tr tempo de recorrência anos ORIGEM DAS ÁGUAS EXEMPLO 10 Calcule a intensidade de uma chuva em Joaçaba para um período de retorno de 10 anos com um tempo de concentração de 15 minutos i 7162 Tr0166 t 890698 i 7162 100166 15 890698 i 11453 mmh EXEMPLO 11 Calcular a intensidade da chuva para as seguintes condições cidade de São Paulo e Curitiba período de retorno de 50 anos e duração de 80 minutos São Paulo i 34627 Tr0172 t 221025 Curitiba i 572664 Tr0159 t 411041 20 VAZÃO MÉTODO RACIONAL 21 O método racional é um método indireto que estabelece uma relação entre a chuva e o escoamento superficial É certamente o mais difundido para a determinação da vazão máxima de projeto ou vazão de pico do escoamento superficial de uma determinada bacia Onde Q vazão m³s i intensidade máxima da chuva sobre toda a área drenada ms C coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de run off adimensional A área de drenagem m² Q C i A VAZÃO MÉTODO RACIONAL 22 Onde Q vazão m³s i intensidade máxima da chuva sobre mmh C coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de runoff adimensional A área de drenagem km² Q 0278 C i A Q C i A360 Onde Q vazão m³s i intensidade máxima da chuva sobre mmh C coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de runoff adimensional A área de drenagem ha VAZÃO MÉTODO RACIONAL Valores de C recomendados pela ASCE 1969 superfície Coeficiente de runoff C intervalo valor esperado pavimento asfalto 070 095 083 concreto 080 095 088 calçadas 075 085 080 telhado 075 095 085 cobertura grama solo arenoso pequena declividade 2 005 010 008 declividade média 2 a 7 010 015 013 forte declividade 7 015 020 018 cobertura grama solo pesado pequena declividade 2 013 017 015 declividade média 2 a 7 018 022 020 forte declividade 7 025 035 030 Valores de C adotados Zonas C Edificação muito densa Partes centrais densamente construídas de uma cidade com ruas e calçadas pavimentadas 070 095 Edificação não muito densa Partes adjacentes ao centro de menor densidade de habitações mas com ruas e calçadas pavimentadas 060 070 Edificações com poucas superfícies livres Partes residenciais com construções cerradas ruas pavimentadas 050 060 Edificações com muitas superfícies livres Partes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas 025 050 Subúrbios com alguma edificação Partes de arrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construção 010 025 Matas parques e campos de esporte Partes rurais áreas verdes superfícies arborizadas parques ajardinados campos de esporte sem pavimentação 005 020 23 VAZÃO MÉTODO RACIONAL 24 EXEMPLO 12 Um determinado trecho de galeria pluvial de um loteamento deverá receber e escoar o deflúvio superficial oriundo de uma área de 250 ha banhada por uma chuva intensa e com um coeficiente de escoamento superficial igual a 040 Tempo de concentração previsto para o início do trecho é de 166 minutos Calcular a vazão de jusante do mesmo sabendose que a equação de chuva máxima local é dada pela expressão VAZÃO MÉTODO RACIONAL 25 EXEMPLO 13 Calcule a vazão máxima para um projeto localizado em uma bacia com 2 km² cuja intensidade de chuva seja de 578 mmh e o coeficiente de escoamento de deflúvio é igual a 052 VAZÃO MÉTODO RACIONAL 26 EXEMPLO 14 Desejase estimar a vazão de escoamento para um canal de terra no município de Chapecó com tempo de concentração de 15 minutos e área de drenagem de 180 m de comprimento 22 m de largura e coeficiente de escoamento de 06 Q0083 m³s EXEMPLO 15 Dada área da bacia A 5 ha com área impermeável de 10 em prédesenvolvimento e 60 no pósdesenvolvimento Intensidade da chuva I 200 mmh Coeficiente de escoamento C 005 009 x AI Calcular a vazão de pico Q no prédesenvolvimento e pósdesenvolvimento Qpré026m³s Qpós089 m³s EXEMPLO 16 Calcular a vazão máxima para uma chuva de 92 mmh usando o método racional para uma bacia com 12 ha A bacia superior é permeável e tem área de 5 ha e C 02 A bacia inferior é mais desenvolvida e tem área de 7 ha e C 06 Q 132 m³s Hidráulica básica aplicada ao sistema de drenagem Componentes da drenagem urbana Guía e sarjeta Galeria de águas pluviais Boca do lobo A street flooded with water up to the middle of a person walking barefoot holding a child with water covering parts of the road and the sidewalk Itens a serem verificados Capacidade de condução do condutor ou canal Velocidade de escoamento mínima e máxima Duas equações básicas que servem para dimensionamento de todos os itens da drenagem urbana Para drenagem urbana Adotar CONDIÇÃO regular ou boa nunca considerar muito boa em função do tempo e degradação do material Elementos geométricos para várias seções de canais Exemplo 17 Calculo de capacidade de um canal retangular com 10 m de base e 04 m de lamina dágua Q i 0001 mm declividade do canal n 0013 rugosidade para concreto médio VELOCIDADES MÁXIMAS pretende limitar o efeito de abrasão ás superfícies A velocidade máxima comumente utilizada em tubulações de drenagem por autores é de 60 ms Para guias e sarjetas 30 ms Canais de grande porte 40 ms para concreto A MÍNIMA visa garantir a auto limpeza dos dutos Adotase valores entre tubulações guias e sarjetas 06 ms e 08 ms Tabela 31 Velocidades máximas admissíveis para a água COBERTURA SUPERFICIAL Velocidade máxima ms Grama comum firmemente implantada 150 180 Tufos de grama com solo exposto 060 120 Argila 080 130 Argila coloidal 130 180 Lodo 035 085 Areia fina 030 040 Areia média 035 045 Cascalho fino 050 080 Silte 070 120 Alvenaria de tijolos 250 Concreto de cimento portiand 450 Aglomerados consistentes 200 Revestimento betuminoso 300 400 Vazão na sarjeta Seção Triangular Q vazão de descarga na sarjeta m3 s n coeficiente de rugosidade ou de Manning do material que reveste a sarjeta z tan ǿ h profundidade máxima da lâmina de água na sarjeta m I declividade longitudinal da sarjeta ou declividade longitudinal da estrada mm T largura da lâmina de água na superfície da sarjeta m e F fator de redução da vazão Tabela 24 Valores dos fatores de redução da vazão com base na declividade longitudinal da sarjeta ou na declividade longitudinal da estrada Declividade longitudinal da sarjeta iL Fator de redução da vazão F mm 040 00040 050 050 00050 070 060 00060 080 100 00100 080 150 00150 080 200 00200 080 250 00250 070 300 00300 060 350 00350 050 400 00400 044 450 00450 038 500 00500 033 550 00550 030 600 00600 026 700 00700 021 800 00800 017 900 00900 013 1000 01000 011 Lâmina de água na sarjeta Seção Triangular Q vazão em ls I inclinação longitudinal da sarjeta do greide da rua mm Z tangente ǿ Th y altura máxima de água na guia m Comprimento crítico da sarjeta Seção Triangular d 0375 y83 Z I12 278 107 C i L n d comprimento crítico da sarjeta em m Y altura dágua na sarjeta em m Z recíproca da declividade transversal Z Z tgθ I declividade longitudinal da sarjeta ou declividade longitudinal da estrada mm C coeficiente de escoamento superficial i intensidade de precipitação em mmh L largura do implúvio em m n coeficiente de rugosidade ou de Manning do material que reveste a sarjeta Velocidade de água na sarjeta Seção Triangular V velocidade de escoamento da água na sarjeta ms n coeficiente de rugosidade ou de Manning do material que reveste a sarjeta h profundidade máxima da lâmina de água na sarjeta m e I declividade longitudinal da sarjeta ou declividade longitudinal da estrada mm Sarjeta verificar na PM as recomendações e padrões de projeto BOCAS DE LOBO Grate inlet Combination inlet Curb opening inlet Slotted drain inlet BOCAS COM SIFÃO EVITA VOLTAR O CHEIRO BOCAS COM CESTOS DE LIMPEZA Vazão da boca de lobo simples a água vem de apenas um lado Exemplo 18 Largura 090 m Altura da lâmina da água 013 m Considerar o fator entupimento 08 Vazão da boca de lobo água vem dos dois lados Locação das bocas de lobo A encurvada marcada em verde é levada para baixo pela Boca de Lobo Faixa de travessia com rampa de Acessibilidade Cruzamento sem valeta evita congestionamentos A Boca de Lobo esta instalada antes da faixa de travessia Pedestres e cadeirantes atravessam com segurança pela faixa Declive da rua direção do escoamento da chuva Pedestres não tomam banho pois os carros não espirram agua Crianças e idosos correm o risco de serem arrastados pela enxurrada Sentido do fluxo das águas da chuva Não havendo drenagem formando enxurradas volumosas que invadem a calçada e muitas vezes as lojas e casas Cadeirantes ficam impossibilitados de usarem a rampa Passagem do fluxo de agua pelo cruzamento obriga a construção de incomôdas valetas Valetas obrigam a redução da velocidade diminuindo em média 30 a capacidade de tráfego da via CRUZAMENTO SECO E SEM VALETAS Vazão da boca de lobo Grelha simples P soma de todos os lados da grelha m y 012 m Exemplo 19 Grelha de 090 x 040 m Fator de entupimento de 06 Tabela 46 Coeficientes de redução das capacidades das bocasdelobo Localização nas Sarjetas Tipo de BocadeLobo permitida sobre o valor teórico Ponto Baixo Simples 80 Ponto Baixo combinada 65 Ponto Baixo Com grelha 50 Ponto Intermediário Simples 80 Ponto Intermediário Grelha longitudinal 60 Ponto Intermediário Grelha transversal ou longitudinal com barras Transversais 50 Ponto Intermediário Combinada 110 dos valores indicados para a grelha correspondente Capacidade das bocas de lobo boca de lobo grelha Boca de lobo simples 50 Ls Boca de lobo dupla 100 Ls Boca de lobo tripla 150 Ls Grelha simples 100 Ls Grelha dupla 200 Ls Grelha tripla 300 Ls Largura de 40 centímetros para acomodar uma boa quantidade de água Quanto mais água couber na sarjeta maior poderá ser a distância entre uma boca de lobo e outra A largura de 40 cm pode ser menor mas não se recomenda larguras maiores pois fica difícil uma pessoa conseguir passar por cima da enxurrada Declividade transversal de 20 para não provocar o escorregamento de pedestres Atenção Abertura da boca de lobo deve ser de 85 centímetros para permitir o arraste de garrafas e latinhas e também evitar que crianças arrastadas pela enxurrada seja impedida de ser puxada para dentro da boca de lobo Não é admissível bocas de lobo com dimensões maiores que 15 centímetros e nem é admissível colocar telas ou outros dispositivos que possam causar o entupimento e favorecer a formação de poças que é o que justamente a Boca de Lobo procura evitar EXEMPLO DO QUE NÃO É PERMITIDO Caixa coletora Bocas de lobo devem ser acopladas as caixas coletoras Caixas Mínimo de 60 cm confeccionados em alvenaria ou préfabricada revestida com impermeabilizante Fundo com declividade Profundidade mínima de 1 metro Tampa para inspeção Diâmetro para o ramal de ligação mínimo de 40 cm ou dimensionar Declividade mínima de 3 GALERIA DE COLETA DE ÁGUAS PLUVIAIS Chamase galeria pois permite a entrada de pessoas e equipamentos CAIXA DE COLETA BOCA DE LOBO TUBO COLETOR REFERÊNCIAS DNIT020 MeioFio e Guias DNIT030 Dispositivos de drenagem pluvial urbana DNITIPT724 Drenagem de Rodovias A galeria permite o recolhimento de garrafas e outros objetos sem interromper o tráfego na via 2019 Roberto M Watanabe Poços de visita ou de inspeção Permite a mudança de direção Mudança de dimensão da galeria alterar diâmetros e declividades Prática instalar a cada 30 a 40 metros A execução é bem característica de cada região ou cidade Operário entrando no Poço de Visita da Rede Elétrica Subterrânea Tampa de um Poço de Visita de Rede de Drenagem Tem furos Tampa de um Poço de Visita de Rede de Esgoto Não tem furos por causa dos gases do esgoto Tubulações Padrão brasileiro tubo de concreto Há também tubos tigre atrito menor consegue reduzir o diâmetro execução mais fácil tubos mais longos Obtenção do diâmetro calculado da tubulação projeto Tubos Fórmula de Manning considerandose funcionamento a plena seção Φ diâmetro m Q vazão m³s i declividade mm n coeficiente de rugosidade de Manning Vai dar um valor quebrado diferente dos tamanhos comerciais adota sempre ao superior ao calculado Drenagem escoamento livre e não forçado então lamina máxima de água de 080 Exemplo 20 DIÂMETRO DA TUBULAÇÃO Para uma vazão de 0224 m³s e declividade 005 mm é necessário um tubo com Adotando n 0015 Vazão máxima na tubulação Φ diâmetro m Q vazão m³s i declividade n coeficiente de rugosidade de Manning Leva em consideração a ocupação de 95 da área do tubo Velocidade MÍNIMA na tubulação Vai estar vinculada a declividade mínima Urbana adotar declividade mínima de 05 Φ diâmetro m i declividade n coeficiente de rugosidade de Manning Exemplo 21 Para uma tubulação com diâmetro de 040 m declividade de 005 mm e rugosidade de 0013 temos uma vazão de Q 0335 phi83 sqrti n Discussões e valores Velocidade mínima maior ou igual à 075 ms recomendada entre 06 e 08 ms Velocidade máximo menor ou igual à 5 ms se trechos muito curtos usar menor que 7ms Diâmetro mínimo 03 m 04 m ou 06 m Período de retorno 10 25 30 ou 50 adotar conforme o risco do local hospital edifícios públicos loteamentos Para guias e sarjetas 30 ms Canais de grande porte 40 ms para concreto O que vem primeiro 1 dimensionar o conjunto Guia e Sarjeta devem ser dimensionados de forma a remover a água da superfícies e levalos ao destino 2 dimensionar as boca de lobo os locais onde serão instalados influenciam no dimensionamento 3 caixa coletora 4 ramal de ligação 5 poços de visitas e caixas de passagem CANAIS DISSIPADORES ESCADA HIDRÁULICA