Projeto de Drenagem de Águas Pluviais - Coletores e Galerias

CAPÍTULO 12 Projeto de Drenagem de Águas Pluviais Coletore s e galerias de água pluvial são tubulações subterrâneas usadas para transportar segurar e convenientemente as águas de chuva de áreas urbanizadas até os corpos dágua como córregos rios e lagos São usados comunmente em estradas áreas de estacionamento e algumas vezes em gramados Antes do desenvolvimento de canalizações de águas pluviais planejadores urbanos manejavam as águas pluviais canalizandoas em uma série de fundos de vales ao longo de ruas e vielas e por fim até os cursos dágua uma prática ainda em uso em países subdesenvolvidos Como a água permanecia na superfície do solo havia transmissão de doenças e outros transtornos A introdução de coletores pluviais permitiu o uso e a ocupação do solo com modernos avanços no transporte praticamente livre dos problemas relacionados a águas pluviais Durante o século passado as canalizações pluviais foram usadas em ambientes urbanos para transportar água de esgoto e águas pluviais nos mesmos tubos Esses sistemas são chamados sistemas unitários os quais foram praticamente eliminados dando lugar a coletores pluviais separados dos coletores de esgotos sanitários Neste capítulo aprenderemos os princípios básicos do projeto hidráulico para coletores pluviais Evidentemente o projeto de um coletor pluvial inclui muitos outros fatores além da hidráulica como estabilidade estrutural métodos de construção e custos Embora alguns desses fatores sejam mencionados a ênfase será no projeto hidráulico OBJETIVOS Ao concluir este capítulo o leitor deverá ser capaz de Projetar um sistema de coleta de água pluvial em uma estrada ou em uma área de estacionamento Interpretar um perfil de coletor pluvial Delinear áreas de drenagem incrementais em um projetopadrão de coleta de água pluvial Calcular as dimensões de tubos em um projetopadrão de coleta de água pluvial Projetar uma proteção com enrocamento para uma saída de tubulação de água pluvial Relacionar um projetopadrão de coleta de água pluvial a um estudo de caso real 121 CONCEITOS FUNDAMENTAIS Os três componentes principais de um sistema de coleta pluvial são a estrutura de entrada a tubulação e o muro de contenção A estrutura de entrada é projetada para permitir a afluência das águas pluviais no sistema de coleta a tubulação transporta águas pluviais em direção ao corpo receptor e o muro de contenção permite que as águas pluviais saiam do sistema A Figura 121 descreve esses elementos básicos As entradas geralmente são estruturas quadradas prémoldadas de concreto denominadas bocas de lobo colocadas no solo e cobertas com uma grelha de ferro fundido ou concreto prémoldado no nível do solo A Figura 122 descreve uma boca de lobo comum Em alguns países muitas vezes são chamadas incorretamente de bacias de captação que são estruturas coletoras pluviais similares mas com um propósito um pouco diferente Bacias de captação são projetadas com um fundo mais baixo que os canos de entrada e de saída para formar um reservatório para retenção de sedimentos Além de permitirem a entrada de águas pluviais no sistema de coleta as estruturas de entradas proporcionam acesso aos tubos para manutenção bem como um ponto para alterar sua direção pois normalmente eles devem estar dispostos em linha reta sem curvas Os tubos são fabricados em uma variedade de materiais incluindo concreto concreto reforçado RCP metal ondulado e plástico Quase sempre as seções transversais dos tubos são circulares ou com menor frequência elípticas A Figura 123 mostra alguns exemplos comuns Geralmente os tubos são dispostos em trincheiras em alinhamentos e nivelamentos retos e precisos Seções de tubos são projetadas para se encaixarem quando o tubo é disposto de sua extremidade a jusante até a sua extremidade a montante Escoamento entra pela superficie Grelha de ferro fundido ou concreto prémoldado Estrutura de entrada em concreto Escoamento ocorre por gravidade no interior do tubo Mais escoamento entra pela superfície O escoamento sai através do muro de contenção até o curso dágua Enrocamento FIGURA 121 Elementos essenciais de um sistema de coleta pluvial Curso dágua FIGURA 122 Detalhe da construção de uma estrutura de entrada de águas pluviais boca de lobo 6 SE DE CONCRETO OU BLOCO DE CONCRETO 8 SE DE TIJOLO ALTURA VARIÁVEL 6 SEÇÃO A A SEÇÃO TRANSVERSAL DO TUBO E DA ENTRADA SEÇÃO B B SEÇÃO LONGITUDINAL DO TUBO E DA ENTRADA ENTRADA TIPO B 6 3 6 8 4 0 B A Cengage Learning 2014 A B a Tubos de concreto b Tubos de metal corrugado c Tubos de polietileno corrugado FIGURA 123 Tubos para coleta de águas pluviais O elemento mais relevante de um projeto de coleta pluvial é a escolha de uma tubulação com diâmetro e declividade suficientes para transportar a vazão de projeto Isso é feito comparandose sua capacidade em m³s à vazão de projeto m³s Se a capacidade de escoamento da tubulação for maior ela está adequada para uso no sistema de coleta de água pluvial No entanto vários outros fatores devem ser considerados durante o projeto de um trecho de tubulação de águas pluviais De início a velocidade do escoamento deve ser apropriadamente controlada Por um lado a velocidade não deve ser muito baixa ou silte e outros detritos podem se depositar ao longo da tubulação por outro velocidade elevada deve ser evitada A velocidade mínima necessária para evitar assoreamento costuma ser chamada velocidade de autolimpeza geralmente considerada em 20 péss 060 ms Portanto a tubulação deve ser projetada de maneira a manter uma velocidade mínima de 20 péss 060 ms quando escoar com lâmina dágua igual a 50 do diâmetro escoamento a meiaseção Velocidade elevada deve ser evitada porque pode erodir as paredes da tubulação ou sobrecarregar uma entrada em um ponto de conexão com outras tubulações no sistema de coleta A escolha de uma velocidade máxima é de alguma forma enganosa porque ela depende de condições específicas do local Algumas leis municipais determinam um padrão de projeto de 10 péss 30 ms em tais casos essa seria a velocidade máxima Na falta de regulamentação local 15 péss 46 ms é um valor razoável para fins de projeto Observação uma estrutura de entrada tornase sobrecarregada quando o nível dágua se eleva por causa da incapacidade de a tubulação de jusante transportar a vazão adequadamente Para manter uma velocidade suficiente e o sistema de drenagem funcionando regularmente perdas de carga no sistema devem ser mantidas em um mínimo Para conseguirmos isso podemos principalmente adequar as transições de um segmento de tubulação até o seguinte Algumas regras básicas costumam ser usadas na prática atual da engenharia e também são encontradas em algumas leis municipais Primeiro escolha um diâmetro mínimo de 12 polegadas 305 mm para a tubulação Algumas leis municipais exigem um mínimo de 15 polegadas ou 380 mm Isso ajuda a prevenir a obstrução e facilita a manutenção Segundo no sistema de coleta de águas pluviais cada trecho de tubulação deve ter diâmetro igual ou superior ao trecho imediatamente a montante Essa é outra medida para prevenir obstrução Então por exemplo se um trecho de tubulação possui um diâmetro de 24 polegadas e o próximo trecho a jusante precisa ser um tubo de apenas 18 polegadas para transportar a vazão de projeto você deve escolher mesmo assim um de 24 polegadas Uma terceira regra relacionase a transições de um determinado diâmetro para um maior Ao fazer uma transição em uma entrada o alinhamento vertical dos tubos que entram e saem deve fazer as coroas geratrizes superiores se alinharem não a soleira do tubo Isso promove um escoamento mais suave e ajuda a prevenir um remanso a montante A Figura 124 ilustra essas regras gerais 122 INVESTIGAÇÃO DE PROJETO Antes de iniciar o projeto de um sistema de drenagem de águas pluviais alguns passos devem ser seguidos e alguns dados essenciais devem ser coletados por meio de investigações de campo e de outras fontes 1 Reunião sobre o projeto 2 Mapa topográfico 3 Reconhecimento do local 4 Regulamentos sobre o uso e a ocupação do solo no local 5 Relatórios ou projetos de engenharia relacionados Primeiro uma reunião sobre o projeto deve ser feita com o contratante ou seja a pessoa que pagará pelo novo sistema de drenagem pluvial O contratante pode ser um empreiteiro que deseja realizar a construção para fins lucrativos ou órgãos municipais que objetivam aperfeiçoar a drenagem em uma de suas vias Na reunião devese determinar o escopo do projeto o mais claramente possível O objetivo de projeto inclui os limites físicos do local a natureza do desenvolvimento e se será necessário algum aperfeiçoamento fora do local O contratante deve fornecer um levantamento sobre as divisas da área e um esboço que mostre o projeto proposto em forma esquemática Se não houver um levantamento deve ser estabelecido durante a reunião se será providenciado um Além disso é preciso determinar se há a necessidade de um levantamento topográfico para o projeto 12 Use um mínimo de 12 de diâmetro para tubulação Escoamento Greide da via Entrada boca de lobo 30 24 18 15 12 PERFIL Nunca diminua os diâmetros dos tubos que seguem a jusante Escoamento Igualar as coroas 18 15 SEÇÃO Ao fazer a transição de um tubo maior para um menor iguale os alinhamentos das coroas não as soleiras FIGURA 124 Algumas regras básicas para projetos de tubulações de águas pluviais Levantamentos topográficos e dos limites da área se necessários são parte dos serviços básicos de engenharia a serem fornecidos para o projeto Um levantamento topográfico é quase sempre necessário para delinear áreas de drenagem para cálculo de escoamento Para a maioria dos projetos bacias hidrográficas são relativamente pequenas exigindo uma topografia detalhada para determinar adequadamente as áreas de drenagem Em geral os mapas são preparados em uma escala de 1 50 1600 ou mais com linhas de contorno desenhadas a um intervalo de 2 pés Mapas topográficos de quadrangulares do USGS United States Geological Survey desenhados a uma escala de 1 2000 124000 e intervalo de contorno de 10 ou 20 pés não são detalhados o bastante para um projeto de sistemas de drenagem pluvial Um mapa topográfico pode ser preparado por um desses três métodos 1 O mapa pode ser baseado em um levantamento topográfico de solo conduzido por uma equipe no local 2 O mapa pode ser baseado em um levantamento topográfico aéreo que é desenhado a partir de fotografias aéreas e calibrado por controle limitado de levantamento do solo 3 Pode ser usada uma combinação de levantamentos aéreo e de solo Se o sistema de drenagem pluvial for parte de um nuovo desenvolvimento no qual todas as vias e as áreas de estacionamento serão desenhadas a partir do zero uma topografia aérea é indicada No entanto se vias já existentes estiverem envolvidas e o sistema de drenagem pluvial proposto tiver que se conectar a tubulações também existentes é necessária uma topografia mais precisa para especificar os recursos lá presentes Nesses casos deve ser usada uma combinação de topografias aérea e de solo Obtido o mapa topográfico deve ser realizada uma visita ao local para verificar os dados do mapa e determinar certas informações importantes não exibidas Por exemplo o tipo de cobertura do solo deve ser observado para ajudar na escolha dos coeficientes de deflúvio escoamento superficial Além disso se uma via já existente tiver uma sarjeta em funcionamento ela deve ser estudada para ajudar a determinar o percurso hidráulico Mais ainda se uma construção existente tiver um complexo padrão de drenagem não evidente no mapa topográfico essa condição deve ser observada Outro objetivo da visita ao local é verificar a existência de quaisquer serviços subterrâneos e o valor de c composto para a área acumulada Quaisquer serviços de utilidade pública não presentes no mapa devem ser adicionados a ele Legislações locais aplicáveis devem ser obtidas como parte da investigação do projeto Elas com frequência especificam alguns parâmetros de projeto como precipitação de projeto coeficientes de deflúvio ou tipo de espaçamento das estruturas de entrada bocas de lobo Se leis municipais ou estaduais não se aplicarem ao projeto os parâmetros devem ainda assim ser considerados Além disso as curvas de intensidadeduraçãofrequência IDF intensitydurationfrequency da precipitação para o local do projeto devem ser obtidas Finalmente se qualquer desenvolvimento prévio nas adjacências do projeto gerou plantas de projetos ou relatórios estes devem também ser adquiridos Plantas existentes podem dar suporte ao projeto proposto e até indicar quais ideias já foram aprovadas pela agência local de autorização Costuma também ser útil agendar uma reunião preliminar com o engenheiro municipal que tiver jurisdição sobre o projeto Esse tipo de reunião estabelece uma harmonia com o engenheiro e pode revelar problemas ou restrições ao projeto antes não evidentes nos outros materiais já reunidos De posse de todas as informações reunidas durante a investigação do projeto é possível então dar início a ele 123 ESBOÇO DO SISTEMA DE DRENAGEM O primeiro passo no projeto de um sistema de drenagem pluvial é o esboço layout do sistema No mapa topográfico do local encontre o melhor ponto para o lançamento das águas pluviais no corpo receptor um córrego ou outro corpo dágua Você pode precisar de mais de um ponto de lançamento Em seguida localize as posições das bocas de lobo que ficam em pontos baixos onde elas podem reunir o escoamento com mais eficiência Finalmente conecte as bocas de lobo com as tubulações e verifique se os seus alinhamentos vertical e horizontal não interferem em outros serviços de utilidade ou outros componentes do local A escolha do ponto de lançamento é muito importante e nem sempre fácil O princípio mais importante a guiar essa decisão é que as águas pluviais devem ser transferidas da tubulação para o corpo receptor com segurança e sem causar danos por erosão ou inundação Assim por exemplo uma descarga não seria posicionada no meio de um campo porque o escoamento concentrado saindo da tubulação provavelmente causaria erosão no campo Se um curso dágua adequado não estiver disponível no lugar do projeto você poderá se ver obrigado a estender seu sistema a uma distância considerável além do local para encontrar um ponto de lançamento apropriado Na seção 125 vários métodos de prevenção de erosão são discutidos Em muitos projetos um coletor pluvial adjacente ou próximo já existente pode ser utilizado como corpo receptor eliminando a necessidade de lançamento em um curso dágua Em tais casos o coletor pluvial proposto se conecta a uma das bocas de lobo existentes e com efeito se torna parte do sistema existente Pode ser necessário entretanto verificar a capacidade das tubulações existentes para conferir se elas podem suportar a vazão adicional do sistema proposto Uma seleção correta dos locais de instalação das bocas de lobo é crucial para um bom projeto de coleta pluvial Além de escolher pontos baixos muitos outros fatores devem ser considerados Os mais importantes são resumidos a seguir 1 Nivelamento Obviamente as bocas de lobo devem ser instalados onde o escoamento possa entrar Isso é possível pela coordenação do nivelamento do local com o posicionamento das bocas de lobo ou seja modelando o solo para canalizar o escoamento por gravidade até a entrada A maneira mais comum de fazêlo é usar meiofio ou sarjeta ao longo da borda da via ou da área de estacionamento Onde não houver meiofio ou sarjeta como no meio de um gramado o solo é nivelado em uma baixada 2 Espaçamento As bocas de lobo devem estar próximas o bastante para prevenir que qualquer uma delas receba vazão superior à capacidade de engolimento Uma boca de lobo comum pode suportar aproximadamente 4 cfs 01 m³s Quando bocas de lobo são dispostas em sequência juntas ao meiofio não devem estar espaçadas umas das outras em mais de aproximadamente 250 pés lineares 75 metros lineares para prevenir excesso de vazão pela sarjeta e inundação do passeio Esse espaçamento também permite acesso aos tubos para inspeção e manutenção De modo inverso as bocas de lobo não devem ficar muito próximas umas das outras porque tal espaçamento seria desnecessariamente caro 3 Mudança de direção Como os tubos de coletores pluviais devem ser retos precisam formar ângulos pronunciados em cada mudança de direção Para prevenir obstrução nos pontos de curva e fornecer acesso aos tubos estruturas especiais são fornecidas em cada mudança de direção Essas estruturas são comumente poços de visita ou bocas de lobo 4 Mudança de declividade ou de diâmetro do tubo Pelas mesmas razões da mudança de direção bocas de lobo ou poços de visita devem ser colocados em cada ponto onde houver mudança de declividade ou do diâmetro do tubo As Figuras 125 e 126 mostram dois exemplos de desenho de sistema de coleta pluvial Na Figura 125 são ilustrados vários princípios de desenhos de vias Primeiro o escoamento ocorre ao longo de sarjetas onde é captado pelas bocas de lobo A boca de lobo 2 intercepta o escoamento da área a oeste da via A bem como o escoamento da metade a oeste sobre a via A A boca de lobo 1 no entanto intercepta o escoamento da metade a leste da Via A e de mais nenhum outro lugar Embora a boca de lobo 1 intercepte muito pouco escoamento em comparação com a boca de lobo 2 ela é incluída no sistema para reduzir a vazão na sarjeta ao longo do lado leste da via A As bocas de lobo 3 e 4 são colocadas no lado ascendente da interseção para prevenir que o escoamento na sarjeta continue através da interseção onde ele poderia interferir no movimento do tráfego O poço de visita 5 é incluído para fornecer uma conexão a duas seções que se juntam Os trechos de tubulação que atravessam a via ou seja entre as bocas de lobo 1 e 2 e as bocas de lobo 6 e 7 são chamados sarjetas transversais em algumas situações denominadas sarjetões e servem para transportar o escoamento de um lado da via para o lado onde o escoamento na sarjeta ou tubulação está sendo direcionado FIGURA 125 Esboço típico da coleta de águas pluviais em uma via Na Figura 126 as bocas de lobo mais uma vez são dispostas de maneira a interceptar o escoamento ao longo do meiofio embora nesse caso o meiofio seja parte da área de estacionamento de um edifício As bocas de lobo devem estar em cada ponto baixo para prevenir empoçamentos e precisam ser numerosas o bastante para evitar escoamento excessivo na área de estacionamento Observe os tubos que saem das duas esquinas do edifício transportando o escoamento proveniente do telhado Esses tubos também poderiam transportar água de um dreno caso houvesse um instalado 258 Introdução a Hidráulica Hidrologia e Gestão de Águas Pluviais Escoamento superficial Edifício Calha do telhado Calha do telhado Meiofio Escoamento ao longo do meiofio Escoamento na tubulação Rua FIGURA 126 Esboço típico da coleta de águas pluviais para uma área de estacionamento 124 PROJETO HIDRÁULICO Depois de feita a planta do sistema podese começar o projeto hidráulico O principal objetivo do projeto hidráulico é determinar o diâmetro dos tubos trecho a trecho em todo o sistema Para isso a vazão máxima Qp deve ser calculada para cada trecho de tubulação usandose o Método Racional A Figura 127 mostra o mesmo sistema de coleta de águas pluviais exibido na Figura 125 mas com áreas de drenagem delineadas afluentes às bocas de lobo individuais Essas áreas devem ser delineadas por meio de informações topográficas e de reconhecimento do local Além disso os percursos hidráulicos precisam ser traçados para cada área com o objetivo de calcular os tempos de concentração Vamos considerar primeiro o trecho de tubulação da boca de lobo 1 para a boca de lobo 2 o mais a montante no sistema Vamos nos referir a ele como trecho 12 Toda a água escoando nesse trecho se origina de sua área de drenagem chamada área 1 O cálculo de Qp é feito pelo procedimento descrito na seção 111 incluindo o tempo de concentração e o valor composto de c Quando se conhece Qp um diâmetro e uma declividade são escolhidos para o trecho de tubulação e sua correspondente capacidade é determinada Se a capacidade for maior que Qp o trecho de tubulação é considerado adequado e aceito no desenho se a capacidade for menor o trecho de tubulação é inadequado e deve ser escolhido um diâmetro maior eou uma declividade mais acentuada