SlideShare uma empresa Scribd logo
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
  DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
        HIDROLOGIA APLICADA




DRENAGEM URBANA



                  Prof. Heber Martins de Paula
DRENAGEM URBANA
 Muitas cidades vem sofrendo com o crescimento desordenado e
 rápido. Isso vem provocando um choque brusco nos sistemas de
 drenagem urbana ou de captação das águas pluviais.

 Recentemente várias cidades sofram com a “força” das águas das
 chuvas como, por exemplo, São Paulo, Rio de Janeiro, Goiânia etc.

 As figuras a seguir mostram algumas imagens das cheias nessas
 cidades.




                        São Paulo - 2010
DRENAGEM URBANA




                  Janeiro-
           Rio de Janeiro- 2010
DRENAGEM URBANA




                  Catalão - 2010
DRENAGEM URBANA
 A Hidrologia Urbana é bastante ampla sendo que a Microdrenagem
 possui um papal importantíssimo na captação de águas pluviais e
 transporte por meio de galerias, até um desaguadouro natural como
 um córrego ou rio.

 A rede de águas pluviais é composta por galerias, bocas de lobo e
 poços de visita, conforme a Figura 1.

                  BL    BL                                BL   BL

                                           CALÇADA

         BL                     BL                   BL
                        GALERIA - TRECHO

         BL            PV       BL            PV     BL        PV
                                           CALÇADA




 Figura 1 – Esquema da disposição dos elementos de uma rede de águas pluviais
DRENAGEM URBANA
 Os poços de visita são instalados nas mudanças de direção, de
 declividade ou de diâmetro das galerias e servem para dar acesso à
 inspeção e limpeza das canalizações.

 A porção entre dois poços de visita é denominado de Trecho
                                                     Trecho.

 Diversos são os critérios e parâmetros adotados para o
 dimensionamento de uma rede de águas pluviais, podendo-se citar
 alguns deles como:

         Tempo de concentração
         Velocidade mínima e máxima
         Tipo de escoamento considerado no cálculo
         Remanso
         Dentre outros
DRENAGEM URBANA
 Na Tabela 1 tem-se uma gama de parâmetros e critérios
 adotados por autores e instituições, notando-se a variação
 de valores quanto à velocidade máxima “Vmax”, mínima
 “Vmin”, recobrimento mínimo “rm”, tempo de concentração
 inicial “tci”, relação máxima da lâmina de água-diâmetro
 adotada “h/D” e o tipo de escoamento sendo uniforme
 “Unif” ou gradualmente variado “Grad. Variado”.
Tabela 1 – Parâmetros utilizados em canais e/ou seção circular das galerias.
                                                     Seção
   Autor/        Vmín      Vmáx        tci      rm           Tipo de
                                                    plena ou         Remanso
 Instituição     (m/s)     (m/s)      (min)     (m)          escoam.
                                                       h/d
 Tucci et. Al.
                  0,60      5,00       10a      1,00    plena      Unif.      -       a – Valor citado, porém,
   (2004)
  Azevedo                                                                             segundo o autor pode estar
                                                       plena ou
   Netto e        0,75      5,00        5       1,00               Unif.      -       superestimado,
                                                         0,90
Araújo (1998)                                                                         necessitando ser calculado
Wilken (1978)     0,75     3,50e     5 até 15    -      plena      Unif.      -       em caso de dúvida.
                                                                                      b – Fonte: Curso de Canais,
  Alcântara                                                                           EE-UFMG, Dep. Eng.
                                                                   Grad.
apud Azevedo      1,00      4,00     7 até 15    -      0,70              Considera   Hidráulica.
                                                                  Variado
 Netto (1969)
                                                                                      c – Valor não fixado
Porto (1999)     Vmédia = 4 até 6b      -        -      0,75       Unif.      -       d – Valores adotados pela
                                                                                      ASCE (1992) – American
Cirilo (2003)     0,60      4,50        -        -      h/Dc       Unif.      -       Society of Civil Engenieers.
 Haestad-                                                          Unif. e            e – Pode-se adotar até 6
              0,60 até                                                                m/s se for previsto
 Durransd                   4,50        -       0,90    0,85       Grad. Considera
                0,90
   (2003)                                                         Variado             revestimento adequado
  DAEE -                                                                              para o conduto.
  CETESB          -           -         -        -      0,82       Unif.      -
   (1980)
 Prefeitura
                                                       0,85 até
Municipal de    0,75        5,00        -        -                 Unif.      -
                                                         0,90
  Goiânia
Costa et. Al.
                0,75        5,00        5       1,00    0,85       Unif.      -
   (2007)
DRENAGEM URBANA
 Tendo em vista a diversidade observada, é preciso analisar os critérios e
 fixá-los dentro de certas restrições para se dimensionar as galerias de
 águas pluviais.

 Adotaremos os valores sugeridos por Costa et. al.(2007)

 Importante destacar o tipo de regime de escoamento. Deve-se adotar o
 escoamento em regime permanente com as tubulações funcionando como
 condutos livres minimizando possíveis transtornos com sobrepressão nas
          livres,
 tubulações.

 Construtivamente deve-se posicionar, de praxe, às galerias de águas
 pluviais no eixo das vias, adotando 1,0 m como recobrimento mínimo das
 tubulações.
DRENAGEM URBANA
 O tempo de concentração inicial ou tempo de entrada nos poços de início
 de rede, é há vários deles em um mesmo projeto, será tomado, aqui, como
 5 minutos para áreas urbanizadas.

 O remanso deverá ser levado em conta para áreas baixas, principalmente
 para aquelas próximas ao deságüe da tubulação, e que possivelmente
 seriam afetadas pela variação do nível de algum curso de água de ordem
 superior.

 Sob o ponto de vista de protejo há recomendações para se aplicar dois
                          protejo,
 métodos para estimar a vazão de projeto, em função do tamanho da área
 drenada.
     Método racional para áreas até 2 km2 ;
     Método do hidrograma unitário para áreas acima de 2 km2 .
     Método
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
   As etapas e os conceitos necessários para o dimensionamento das galerias
   de águas pluviais são descritos a seguir.

1 – Delimitação da bacia de contribuição
A presença de equipe topográfica in loco é fundamental para delimitação da
bacia contribuinte, assim como para identificar o sentido do escoamento em
cada rua ou lote.                   675
                        690                                 665
                                                                            650


                       BL     BL                                  BL   BL

                                                 CALÇADA

                BL                    BL                   BL
                              GALERIA - TRECHO

                BL          PV        BL            PV     BL          PV
                                             CALÇADA
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
2 – Boca de lobo e poços de visita
Para loteamentos com esquinas sem chanfros, as bocas de lobo, devem estar
um pouco a montante por motivos de segurança necessária à travessia dos
pedestres.

Para loteamento com chanfros, devem-se locar as bocas de lobo junto aos
vértices dos chanfros, possibilitando ligações dessas bocas de lobo ao poço
de visita
                     PV
                                        O espaçamento recomendado entre
     BL                                 bocas de lobo é de 60 m, enquanto
                                        que o espaçamento entre poços de
                                        visita, de acordo com a Prefeitura de
               BL   BL                  Goiânia, não deve ultrapassar os 100
                                        m, a fim de propiciar a limpeza das
                                        tubulações.
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
3 – Mosaico
Após o lançamento dos poços de visita e
bocas de lobo, inicia-se a delimitação da           BL




bacia de contribuição para cada poço de         1

visita, formando um mosaico de áreas de
influência, conforme a figura a baixo.

                BL                                                 2
            1
                                            3




                               2
        3

                                                4


            4




                                            5
        5




                     CÓRREGO
                                                         CÓRREGO
BL



    1




                       2
3




    4




5




             CÓRREGO
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
4 – Trecho
Corresponde à denominação dada à tubulação existente entre dois poços de
visitas.

O primeiro número corresponde ao elemento de montante e o segundo
corresponde ao elemento de jusante.

 Por exemplo:                         675
                 690                                   665             650


                BL       BL                                  BL   BL



                                 BL
                                            CALÇADA
                                                                             Trecho 1 -2
        BL                                            BL
                         GALERIA - TRECHO
                                                                             Trecho 2-3
        BL           1           BL            2      BL          3
                                        CALÇADA
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
5 – Extensão da galeria (L)
Refere-se à distância entre dois poços de visita.

6 – Área
Há a necessidade de se considerar dois tipos de área para dimensionar as
galerias. Uma refere-se à área contribuinte local a cada poço de visita.

Já a outra, denominada área total, corresponde à soma da área local com toda a
área drenada a montante.

7 – Coeficiente de escoamento superficial ou de “runoff” (C)
                                                 runoff”
A estimativa do coeficiente de escoamento superficial das áreas de contribuição
a um determinado PV pode ser feita utilizando os coeficientes já estudados.
Havendo a caracterização do mais do que um tipo de solo e uso, o valor de “C”
adotado será o resultado de uma ponderação:          C . A + ..... + C . A
                                                    C=   1   1        n   n

                                                                 ∑A
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
8 – Tempo de concentração (tc)
                            tc)
Trata-se do tempo que uma gota de chuva demora a percorrer do ponto mais
distante na bacia até um determinado PV
                                     PV.

Para os PV’s iniciais de uma rede de drenagem, adota-se um tempo de
concentração de 5 minutos enquanto que para os demais PV’s os tempos de
                   minutos,
concentração correspondentes são obtidos acrescentado o tempo de percurso de
cada trecho.

Quando existirem mais de um trecho afluente a um PV, adota-se para este PV o
                                                     adota-
maior valor de tempo de concentração dentre os trechos afluentes, em
                                         concentração.
conformidade com a definição de tempo de concentração.
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
9 – Intensidade Pluviométrica (i)
A intensidade da precipitação pode ser obtida com o emprego das equações de
chuva já estudadas, para Goiás e sul do Tocantins, ou para a localidade do Brasil
por meio do trabalho de Pfafstetter (1982). Equações para Catalão Costa et al
(2007).
                                                         0 , 6274
                                          
                                               0 , 22
                                  0 ,1471 +
                                              T 0 , 09
            25 , 9435 *  T                
         i=                                                        1 ano < T < 8 anos
                    (t + 16 ,3 )0 , 845718

                      29 , 3749 * T 0 ,1471
                   i=                                               8 ano < T < 100 anos
                       (t + 16 , 3 )0 , 845718
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
                              Qloc)
10 – Vazão Superficial local (Qloc)
Seu cálculo é realizado por meio da Equação Racional, para áreas locais:

                           Q loc = C .i . A

Onde:
Qloc – vazão superficial local (m3/s)
C – coeficiente de escoamento superficial
i – intensidade de chuva (m/s)
A – área da bacia de contribuição local (m2)

O emprego do Método Racional é recomendado para áreas até 2 km2.. Para
áreas superiores a 2 km2 , estima-se a vazão pelo Método do Hidrograma
Unitário do NRCS.
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
11 – Vazão Total
Corresponde ao somatório de vazões afluentes ao PV que chegam através de
galerias, além da vazão superficial local em estudo. Esta vazão “Q” será utilizada
no dimensionamento da galeria a jusante do PV.

12 – Diâmetro (D)
A prefeitura de Goiânia adota os seguintes diâmetros comerciais para galerias:
400, 600, 800, 1000,
400, 600, 800, 1000, 1200 e 1500 mmmm.

Tubos com diâmetro comerciais de 300mm podem ser utilizados como ramais
                                     300mm
entre bocas de lobo e poços de visita.

A prefeitura de Porto Alegre emprega, também, tubos comerciais de 500mm para
                                                                  500mm
galerias. Acima de 2000mm a praxe é de moldar a galeria in loco.
                   2000mmmm,
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
13 – Declividade do terreno no trecho (St)
                                       St)
Representa a razão entre a diferença das cotas de montante e jusante, nas
tampas dos PV’s, e a extensão do trecho Equação 1.

                               cm − cj
                          St =                        (1)
                                 L
Onde:
St – declividade do terreno no trecho
cm – cota do terreno no PV a montante (m)
cj – cota do terreno no PV a jusante (m)
L – extensão da galeria (m)
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
14 – Cotas inferiores da galeria
Correspondem às cotas relativas à geratriz inferior da tubulação. São calculadas
através da Equações 2, 3 e 4.

                        Cim = cm − (rm + D )               (2)
Onde:
Cim – cota inferior da galeria a montante (m)
cm – cota do terreno no PV a montante (m)
rm – recobrimento mínimo (m)
D – diâmetro (m)

                        Cij = Cim − (Sg × L )              (3)

Onde:
Cij – cota inferior da galeria a jusante (m)
Cim – cota inferior da galeria a montante (m)
                                                Sg =
                                                        (Cim     − Cij   )    (4)
L – extensão do trecho (m)                                       L
Sg – declividade da galeria (m/m) dada por:
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
Levando-se em conta o custo de escavação, arbitra-se inicialmente Sg=St
                                                                  Sg=St,
permitindo a resolução da Eq. 3.
                                         L
               Cm


                               St                             cj

              Pv1


                                    Sg
                                             Sg=St             Pv2
                    Cim


                                                        Cij
                          Cotas inferiores da galeria
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
15 – Profundidade da galeria
Correspondem à soma do recobrimento mais o diâmetro da galeria.

16 – Constante k
Pode ser calculada em função do ângulo central, como apresenta a figura abaixo, ou
em função da vazão, coeficiente de Manning, diâmetro e declividade, de acordo com
as Equações 5 e 6, ambas dedutíveis (Menezes Filho, 2007).       2
                                                                         −                          5
                                       k = 0 , 0496062 .θ                    3
                                                                                 (θ   − sen θ   )   3

                                                          8              1
                                                      −              −
     D/2
                                       k = Q .n . D       3
                                                              . Sg       2

              θ/2                     Onde:
                                      k – constante
                                h
                                      θ – ângulo central (rad)
                                      Q – vazão (m3/s)
                                      n – coeficiente de Manning (m-1/3.s)
 Características geométricas
                                      D – diâmetro (m)
  do conduto livre de seção
           circular                   Sg – declividade (m/m)
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
17 – Ângulo central da superfície livre (θ)
Utiliza-se a Equação 5, de acordo com Menezes Filho (2007)

θ = 5915,8.k 5 − 5201,2.k 4 + 1786,6.k 3 − 298,89.k 2 + 32,113.k + 1,1487          (5)


             altura-          h/D)
18 – Relação altura-diâmetro (h/D)
Conhecido o ângulo central da superfície livre “θ”, pode-se obter a relação altura da
lâmina d’água-diâmetro “h/D” pela Equação 6.

                         h  1         θ                            (6)
                           = 1 − cos   
                         D  2         2 

19 – Área molhada (A) em função do ângulo central
Com o resultado da Equação 5, determina-se a área molhada:

                         A= D     2   (θ   − sen θ   )        (7)
                                             8
ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO
DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
20 – Velocidade do escoamento (V)
Conhecida a vazão “Q” no trecho e a área molhada “A”, calcula-se a velocidade pela
Equação 8:
                                        Q
                                  V =                        (7)
Onde:                                   A
V – velocidade do escoamento (m/s)
Q – vazão (m3/s)
A – área molhada (m2)

                         tp)
21 – Tempo de percurso (tp)
É a razão entre a extensão e a velocidade do escoamento na galeria.
                                  L
                           tp =                           (8)
                                V × 60
Onde:
tp – tempo de percurso (min)
L – extensão da galeria (m)
V – velocidade do escoamento (m/s)
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
Trata-se de um roteiro que utiliza um método recém desenvolvido que não mais adota
tabelas de referência e sim equações para o cálculo da Velocidade “V” e da relação
da altura da lâmina d’água-diâmetro “h/D”.

Após a delimitação da bacia em estudo e de sua divisão em sub-bacias com a locação
de bocas de lobo e poços de visita como mencionado anteriormente, parte-se para o
preenchimento da planilha de cálculo.
                                                                                      Cota do PV no terreno
                                                     i        Qloc      Q
 Trecho Ext (m)     Área (m2)      Tc (min)   C                              D (mm)            (m)
                                                  (mm/min)   (m3/s)   (m3/s)
                  Trecho   Total                                                        mont.        jus.
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
  PLANILHA DE CÁLCULO
          Cota inf. Da galeria
    St                           Sg Prof. Galeria (m)                                         tp
                  (m)                                   k     (rad
                                                               rad)
                                                            θ (rad)   h/D   A (m2) V (m/s)
  (m/m)                        (m/m)                                                         (min)
           mont.        jus.         mont.     jus.
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
Roteiro
1 – Preenchimento das colunas da planilha cujos valores podem ser lançados
previamente, independentemente da marcha de cálculo:
     • Trecho
     • Extensão
     • Área
     • Coeficiente de “runoff” – C
     • Cota da superfície do terreno em cada PV
     • Declividade do terreno “St”

2 – Determinação da vazão total “Q”
     • tc = 5 min (para início de rede)
     • intensidade pluviométrica “i” estimada por equação de chuva ou por relação
       i-d-f de Pfafstetter (1982).
     • Qloc = C.i.A
     • Q = Qloc + demais vazões afluentes ao PV, transportadas pelas galerias de
       montante.
       montante.
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
Roteiro
3 – Arbitra-se o menor diâmetro comercial “D” possível e faz-se a declividade da
galeria “Sg=St
         Sg=
         Sg St”;

Preenchem-se as colunas referentes às cotas inferiores da galeria a montante e a
jusante e profundidades da geratriz inferior da galeria, também, a montante e a
jusante.

4 – Determinação da velocidade na tubulação
         a) De posse da vazão total “Q”, do coeficiente de Manning (n=0,015), do
            diâmetro “D” e da declividade da galeria “Sg”, calcula-se a constante “k”
            pela equação abaixo:
                                                 8              1
                                             −              −
                              k = Q .n . D       3
                                                     . Sg       2


         b) Obtém-se, então, o ângulo central:

     θ = 5915,8.k 5 − 5201,2.k 4 + 1786,6.k 3 − 298,89.k 2 + 32,113.k + 1,1487
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
4 – Determinação da velocidade na tubulação
         c) Determina-se a relação altura da lâmina d’água-diâmetro “h/D” que
            deverá estar na faixa de 0,10 (10%) e a 0,85 (85%), conforme a
            equação:
                            h  1        θ             
                              = 1 − cos               
                            D  2        2             
        d) Calcula-se a área molhada “A”

                             A= D    2   (θ   − sen θ   )
                                                8
        e) Por fim, determina-se a velocidade do escoamento na tubulação “V”:
                                    Q
                                V =
                                    A
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
ANÁLISE DOS RESULTADOS

   Verificando-
   Verificando-se que 0,10 < h/D < 0,85 e que 0,75 m/s < V < 5,0 m/s, tem-se a
                                                                      tem-
                      solução mais econômica para o trecho.

5 – Rotina para correção da relação “h/D” na faixa 0,10 < h/D < 0,85
Caso a relação altura-diâmetro resulte em valores fora da faixa, deverão se avaliar as
duas condições, ou sejam, valores menores que 0,10 (10%) e valores superiores a
0,85 (85%).
         a) Fixação de “h/D” em 0,10 para valores de “h/D” menores que esse ou
             fixação de “h/D” no valor máximo de 0,85 para valores maiores;

         b) Cálculo do ângulo central para “h/D” correspondente a 10% ou 85%
            através da Equação abaixo, com “θ” explicitado:

                                     −1         h 
                      θ = 2 . cos         1 − 2. 
                                                D 
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
5 – Rotina para correção da relação “h/D” na faixa 0,10 < h/D < 0,85
         c) Determinação da constante “k” pela Equação:
                                              2
                                          −                      5
                    k = 0 , 0496062 .θ        3
                                                  (θ   − sen θ   )
                                                                 3



         d) Cálculo da nova declividade da galeria “Sg”, com emprego da Equação:
                                                        2
                                             
                                 Sg = 
                                         Qn 
                                      
                                      
                                            8 
                                              
                                       k .D 
                                            3


         e) Encontra-se a nova cota seja ela de montante para h/D = 0,10 ou de
            jusante para h/D = 0,85

                         Cim = cij + (Sg × L )
                         Cij = Cim − (Sg × L )
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
6 – Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s

Caso a velocidade esteja fora da faixa existem duas situações distintas com rotina
semelhante de cálculo:

         a) Dada a vazão “Q” no trecho, fixa-se a velocidade “V” no valor mínimo
            (0,75 m/s) ou máximo (5,0 m/s) e calcula-se a área molhada “A”, pela
            equação:
                                          Q
                                   V =
                                          A

         b) Obtém-se a relação entre a área molhada “A” e a área da seção plena
            At = (π.D2 )/4:
                   . )/4
                                 A     4A
                                    =        = cte
                                 At   π .D 2
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
6 – Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s
         c) Calcula-se então o ângulo central “θ” pela Equação desenvolvida por
             Menezes Filho (2007), que sintetizou a determinação do ângulo “θ”, em
             função da relação A/At independentemente do diâmetro da galeria:
                               A/At
                                 At,
                5               4              3                         2
             A          A          A          A         A
 θ = 17,108.  − 43,248.  + 44,821.  − 23,679.  + 9,524.  + 0,864
             At         At         At         At        At 


         d) Calcula-se “k”                                 2
                                                       −                      5
                             k = 0 , 0496062 .θ            3
                                                               (θ   − sen θ   )
                                                                              3



         e) Determina-se a declividade da galeria
                                                   2
                                            
                                     Qn 
                               Sg =       8 
                                            
                                     k .D 3 
PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE
GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS
6 – Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s
         f) Encontra-se a nova cota seja ela de jusante para a velocidade mínima ou
             de montante para a velocidade máxima.

                         Cij = Cim − (Sg × L )
                         Cim = Cij + (Sg × L )
EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA
DE ÁGUAS PLUVIAIS
Visam-se dimensionar galerias de águas pluviais para a área mostrada na Figura
abaixo, atentando aos seguintes critérios:
       C = 0,65
       tempo de concentração inicial tc = 5 min                             695m

       recobrimento mínimo = 1 m
       profundidade máxima da galeria = 4 m
       diâmetro mínimo = 400mm




                                                            Av. XV de Novembro
       velocidade mínima = 0,75 m/s
       velocidade máxima = 5,0 m/s                                   Rua 12

       0,10 < h/D < 0,85
       chuvas com período de retorno T = 5 anos
       Cidade: Goiânia                                                      690m


       Desaguadouro (canal): distância 100 metros,
    cota 680,00m na tampa do PV junto ao canal e
    cota 676,00 m no leito do canal.
                                                                                 685m
                                                    Rua 1
EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA
DE ÁGUAS PLUVIAIS
Solução:
Solução:
1. Lançamento das bocas de lobo poços de visita e                             695m
   galerias pluviais (Figura A).                            BL


2. Numeração dos PV’s, ordem lógica                     1

3. Delimitação da área de contribuição de cada PV
   compondo o mosaico (Figura B)
4. Figura C encontram-se as magnitudes das áreas
                                                                          2
   e as extensões das galerias.                     3

5. O preenchimento da planilha de cálculo segue o
   roteiro proposto anteriormente.
6. Para diâmetro de início de rede, arbitra-se o                              690m
   menor valor de diâmetro que é D = 400 mm.            4




                                                                   685m
                                                    5




                                                             Figura A
A1=10758,19m²
         A1
                                   695m                                                              695m
              BL                                                       BL
                                                                  1
          1        A3                                                 693,26m




                                                         49,23m
                                                                                                  A2=
                                                                                A3=7544,19m²      3862,34m²
                                   A2

                               2          A4=9431,91m²             690,0m       65,82m    2
A4   3                                                   3                                     691,14m




                                                         49,93m
                                   690m                                                              690m
          4                                              4            687,50m
A5




                                                          36,66m
                                                                                   A5=10984,37m²



                                                                   684,25m
                        685m                                                       685m
     5                                                   5


                                                                      100m
                                                                      680,00m
EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA
DE ÁGUAS PLUVIAIS
 Trecho      Ext (m)           Área (m2)        Tc (min)      C    i (mm/min) Qloc (m3/s) Q (m3/s) D (mm) Cota do PV no terreno (m) St (m/m)
                            Trecho     Total                                                                 mont.          jus.

   1-3       49,23      10758,19 10758,19         5,00      0,65      2,92       0,340       0,340      400        693,27          690,00       0,0664
   2-3       65,82      3862,34 3862,34           5,00      0,65      2,92       0,122       0,122      400        691,14          690,00       0,0173
   3-4       49,93      7544,19 22164,72          5,56      0,65      2,87       0,234       0,688      600        690,00          687,50       0,0501
   4-5       36,66      9431,91 31596,63          5,74      0,65      2,85       0,291       0,976      800        687,50          684,25       0,0887
 5 - canal   100,00 10984,37 42581,00             5,89      0,65      2,84       0,338       1,309      1000      684,25           680,00       0,0425




   Cota inf. galeria (m)                       Prof. Galeria (m)
                                Sg (m/m)                              k       θ (rad)     θ (°)      h/D       A (m2)   V (m/s)      tp (min)
    mont.            jus.                      mont.       jus.

       691,87          688,60 0,066423         1,40        1,40    0,228003    3,70      0,0645      0,637     0,0727       4,68      0,175
       689,74          688,60    0,01732       1,40        1,40    0,160302    3,17      0,0553      0,506     0,0622       1,96      0,559
         688,4         685,90    0,05007       1,60        1,60    0,180216    3,32      0,0580      0,546     0,1470       4,68      0,178
         685,7         682,45 0,088652         1,80        1,60     0,08914    2,61      0,0455      0,368     0,2049       4,76      0,128
       682,25          678,00        0,0425    6,00        2,60    0,095225    2,66      0,0464      0,380     0,3264       4,01      0,416
EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA
DE ÁGUAS PLUVIAIS
Solução:
Solução:
7. Para os trechos 1-3 e 2-3, constata-se que o Diâmetro D = 400 mm foi
   satisfatório, assim como preservou-se a menor escavação ao confirmar Sg = St.
                                                                             St.

8. No trecho 3-4 encontrou-se uma relação “h/D” > 0,85 para os diâmetros
   D = 400 mm e 500 mm, mantida a mesma declividade do terreno. Uma
   alternativa seria manter o diâmetro “D” e aumentar a declividade da galeria “Sg”.
   No entanto, ao proceder deste modo fixando a relação “h/D” em 0,85, obteve-se
   como nova cota a jusante um valor superior à profundidade máxima de 4 metros
                                                                            metros.
   A alternativa encontrada foi aumentar o diâmetro.

9. Mantendo o D= 600mm para o trecho 4-5, verificou-se que o valor para a
   velocidade de escoamento ultrapassa ao estabelecido de 5,0 m/s.

10. No trecho 5-canal, a única alternativa encontrada foi aumentar o diâmetro visto
   que não observância dos limites estabelecidos tanto para a relação “h/D” quanto
   para velocidade “V”.
EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA
DE ÁGUAS PLUVIAIS
 Observação:
 Observação:


A título de observação geral, quando se aumenta o diâmetro D, eleva-se eleva-
consideravelmente o custo da rede. Evidentemente há outros custos envolvidos,
                              rede.
                             mão-de-                           outros.
como escavação, escoramento, mão-de-obra, equipamentos, dentre outros.

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Nbr 12216 92 projeto de estação de tratamento de água para
Nbr 12216 92   projeto de estação de tratamento de água paraNbr 12216 92   projeto de estação de tratamento de água para
Nbr 12216 92 projeto de estação de tratamento de água para
Jacqueline Schultz
 
Exercicios e respostas
Exercicios e respostasExercicios e respostas
Exercicios e respostas
Lucas Pereira Leão
 
Medidas de Vazão Através de Vertedores
Medidas de Vazão Através de VertedoresMedidas de Vazão Através de Vertedores
Medidas de Vazão Através de Vertedores
Danilo Max
 
Mecânicas dos Solos (exercícios)
Mecânicas dos Solos (exercícios)Mecânicas dos Solos (exercícios)
Mecânicas dos Solos (exercícios)
Danilo Max
 
Glauco exercicios resolvidos (1)
Glauco exercicios resolvidos (1)Glauco exercicios resolvidos (1)
Glauco exercicios resolvidos (1)
Amália Ribeiro
 
Perdas de cargas em tubulações
Perdas de cargas em tubulaçõesPerdas de cargas em tubulações
Perdas de cargas em tubulações
Vivi Basilio
 
Apostila drenagem 2009
Apostila drenagem 2009Apostila drenagem 2009
Apostila drenagem 2009
Natalia Araújo Storck
 
Nbr 11.682-Estabilidade de taludes
Nbr 11.682-Estabilidade de taludesNbr 11.682-Estabilidade de taludes
Nbr 11.682-Estabilidade de taludes
paulolubas159263
 
Orientações para a elaboração e apresentação de projeto de barragem
Orientações para a elaboração e apresentação de projeto de barragemOrientações para a elaboração e apresentação de projeto de barragem
Orientações para a elaboração e apresentação de projeto de barragem
iicabrasil
 
Drenagem de Taludes
Drenagem de TaludesDrenagem de Taludes
Drenagem de Taludes
camilapasta
 
Apresentação vertedores
Apresentação vertedoresApresentação vertedores
Apresentação vertedores
Nircele Leal
 
Microdrenagem urbana
Microdrenagem urbanaMicrodrenagem urbana
Microdrenagem urbana
Denielle100
 
Exercicios resolvidos hidraulica
Exercicios resolvidos hidraulicaExercicios resolvidos hidraulica
Exercicios resolvidos hidraulica
fernando correa
 
Mec solos exercícios resolvidos
Mec solos exercícios resolvidosMec solos exercícios resolvidos
Mec solos exercícios resolvidos
Adriana Inokuma
 
Unidade 3 Projeto de terraplenagem
Unidade 3   Projeto de terraplenagemUnidade 3   Projeto de terraplenagem
Unidade 3 Projeto de terraplenagem
Alexandre Esmeraldo
 
11aula escoamento
11aula escoamento11aula escoamento
11aula escoamento
Rafael M Salles
 
Drenagem Superficial
Drenagem SuperficialDrenagem Superficial
Drenagem Superficial
Kattylinne Barbosa
 
Projeto de sistema de drenagem (Completo)
Projeto de sistema de drenagem (Completo)Projeto de sistema de drenagem (Completo)
Projeto de sistema de drenagem (Completo)
Giovani Aurélio Costa
 
Livro Coleta e Tratamento de esgoto sanitário
Livro Coleta e Tratamento de esgoto sanitárioLivro Coleta e Tratamento de esgoto sanitário
Livro Coleta e Tratamento de esgoto sanitário
João Ricardo Bertoncini
 
Aula 7a dimensionamento lagoa anaeróbia
Aula 7a dimensionamento lagoa anaeróbiaAula 7a dimensionamento lagoa anaeróbia
Aula 7a dimensionamento lagoa anaeróbia
Giovanna Ortiz
 

Mais procurados (20)

Nbr 12216 92 projeto de estação de tratamento de água para
Nbr 12216 92   projeto de estação de tratamento de água paraNbr 12216 92   projeto de estação de tratamento de água para
Nbr 12216 92 projeto de estação de tratamento de água para
 
Exercicios e respostas
Exercicios e respostasExercicios e respostas
Exercicios e respostas
 
Medidas de Vazão Através de Vertedores
Medidas de Vazão Através de VertedoresMedidas de Vazão Através de Vertedores
Medidas de Vazão Através de Vertedores
 
Mecânicas dos Solos (exercícios)
Mecânicas dos Solos (exercícios)Mecânicas dos Solos (exercícios)
Mecânicas dos Solos (exercícios)
 
Glauco exercicios resolvidos (1)
Glauco exercicios resolvidos (1)Glauco exercicios resolvidos (1)
Glauco exercicios resolvidos (1)
 
Perdas de cargas em tubulações
Perdas de cargas em tubulaçõesPerdas de cargas em tubulações
Perdas de cargas em tubulações
 
Apostila drenagem 2009
Apostila drenagem 2009Apostila drenagem 2009
Apostila drenagem 2009
 
Nbr 11.682-Estabilidade de taludes
Nbr 11.682-Estabilidade de taludesNbr 11.682-Estabilidade de taludes
Nbr 11.682-Estabilidade de taludes
 
Orientações para a elaboração e apresentação de projeto de barragem
Orientações para a elaboração e apresentação de projeto de barragemOrientações para a elaboração e apresentação de projeto de barragem
Orientações para a elaboração e apresentação de projeto de barragem
 
Drenagem de Taludes
Drenagem de TaludesDrenagem de Taludes
Drenagem de Taludes
 
Apresentação vertedores
Apresentação vertedoresApresentação vertedores
Apresentação vertedores
 
Microdrenagem urbana
Microdrenagem urbanaMicrodrenagem urbana
Microdrenagem urbana
 
Exercicios resolvidos hidraulica
Exercicios resolvidos hidraulicaExercicios resolvidos hidraulica
Exercicios resolvidos hidraulica
 
Mec solos exercícios resolvidos
Mec solos exercícios resolvidosMec solos exercícios resolvidos
Mec solos exercícios resolvidos
 
Unidade 3 Projeto de terraplenagem
Unidade 3   Projeto de terraplenagemUnidade 3   Projeto de terraplenagem
Unidade 3 Projeto de terraplenagem
 
11aula escoamento
11aula escoamento11aula escoamento
11aula escoamento
 
Drenagem Superficial
Drenagem SuperficialDrenagem Superficial
Drenagem Superficial
 
Projeto de sistema de drenagem (Completo)
Projeto de sistema de drenagem (Completo)Projeto de sistema de drenagem (Completo)
Projeto de sistema de drenagem (Completo)
 
Livro Coleta e Tratamento de esgoto sanitário
Livro Coleta e Tratamento de esgoto sanitárioLivro Coleta e Tratamento de esgoto sanitário
Livro Coleta e Tratamento de esgoto sanitário
 
Aula 7a dimensionamento lagoa anaeróbia
Aula 7a dimensionamento lagoa anaeróbiaAula 7a dimensionamento lagoa anaeróbia
Aula 7a dimensionamento lagoa anaeróbia
 

Aula 8 drenagem urbana

  • 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL HIDROLOGIA APLICADA DRENAGEM URBANA Prof. Heber Martins de Paula
  • 2. DRENAGEM URBANA Muitas cidades vem sofrendo com o crescimento desordenado e rápido. Isso vem provocando um choque brusco nos sistemas de drenagem urbana ou de captação das águas pluviais. Recentemente várias cidades sofram com a “força” das águas das chuvas como, por exemplo, São Paulo, Rio de Janeiro, Goiânia etc. As figuras a seguir mostram algumas imagens das cheias nessas cidades. São Paulo - 2010
  • 3. DRENAGEM URBANA Janeiro- Rio de Janeiro- 2010
  • 4. DRENAGEM URBANA Catalão - 2010
  • 5. DRENAGEM URBANA A Hidrologia Urbana é bastante ampla sendo que a Microdrenagem possui um papal importantíssimo na captação de águas pluviais e transporte por meio de galerias, até um desaguadouro natural como um córrego ou rio. A rede de águas pluviais é composta por galerias, bocas de lobo e poços de visita, conforme a Figura 1. BL BL BL BL CALÇADA BL BL BL GALERIA - TRECHO BL PV BL PV BL PV CALÇADA Figura 1 – Esquema da disposição dos elementos de uma rede de águas pluviais
  • 6. DRENAGEM URBANA Os poços de visita são instalados nas mudanças de direção, de declividade ou de diâmetro das galerias e servem para dar acesso à inspeção e limpeza das canalizações. A porção entre dois poços de visita é denominado de Trecho Trecho. Diversos são os critérios e parâmetros adotados para o dimensionamento de uma rede de águas pluviais, podendo-se citar alguns deles como: Tempo de concentração Velocidade mínima e máxima Tipo de escoamento considerado no cálculo Remanso Dentre outros
  • 7. DRENAGEM URBANA Na Tabela 1 tem-se uma gama de parâmetros e critérios adotados por autores e instituições, notando-se a variação de valores quanto à velocidade máxima “Vmax”, mínima “Vmin”, recobrimento mínimo “rm”, tempo de concentração inicial “tci”, relação máxima da lâmina de água-diâmetro adotada “h/D” e o tipo de escoamento sendo uniforme “Unif” ou gradualmente variado “Grad. Variado”.
  • 8. Tabela 1 – Parâmetros utilizados em canais e/ou seção circular das galerias. Seção Autor/ Vmín Vmáx tci rm Tipo de plena ou Remanso Instituição (m/s) (m/s) (min) (m) escoam. h/d Tucci et. Al. 0,60 5,00 10a 1,00 plena Unif. - a – Valor citado, porém, (2004) Azevedo segundo o autor pode estar plena ou Netto e 0,75 5,00 5 1,00 Unif. - superestimado, 0,90 Araújo (1998) necessitando ser calculado Wilken (1978) 0,75 3,50e 5 até 15 - plena Unif. - em caso de dúvida. b – Fonte: Curso de Canais, Alcântara EE-UFMG, Dep. Eng. Grad. apud Azevedo 1,00 4,00 7 até 15 - 0,70 Considera Hidráulica. Variado Netto (1969) c – Valor não fixado Porto (1999) Vmédia = 4 até 6b - - 0,75 Unif. - d – Valores adotados pela ASCE (1992) – American Cirilo (2003) 0,60 4,50 - - h/Dc Unif. - Society of Civil Engenieers. Haestad- Unif. e e – Pode-se adotar até 6 0,60 até m/s se for previsto Durransd 4,50 - 0,90 0,85 Grad. Considera 0,90 (2003) Variado revestimento adequado DAEE - para o conduto. CETESB - - - - 0,82 Unif. - (1980) Prefeitura 0,85 até Municipal de 0,75 5,00 - - Unif. - 0,90 Goiânia Costa et. Al. 0,75 5,00 5 1,00 0,85 Unif. - (2007)
  • 9. DRENAGEM URBANA Tendo em vista a diversidade observada, é preciso analisar os critérios e fixá-los dentro de certas restrições para se dimensionar as galerias de águas pluviais. Adotaremos os valores sugeridos por Costa et. al.(2007) Importante destacar o tipo de regime de escoamento. Deve-se adotar o escoamento em regime permanente com as tubulações funcionando como condutos livres minimizando possíveis transtornos com sobrepressão nas livres, tubulações. Construtivamente deve-se posicionar, de praxe, às galerias de águas pluviais no eixo das vias, adotando 1,0 m como recobrimento mínimo das tubulações.
  • 10. DRENAGEM URBANA O tempo de concentração inicial ou tempo de entrada nos poços de início de rede, é há vários deles em um mesmo projeto, será tomado, aqui, como 5 minutos para áreas urbanizadas. O remanso deverá ser levado em conta para áreas baixas, principalmente para aquelas próximas ao deságüe da tubulação, e que possivelmente seriam afetadas pela variação do nível de algum curso de água de ordem superior. Sob o ponto de vista de protejo há recomendações para se aplicar dois protejo, métodos para estimar a vazão de projeto, em função do tamanho da área drenada. Método racional para áreas até 2 km2 ; Método do hidrograma unitário para áreas acima de 2 km2 . Método
  • 11. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS As etapas e os conceitos necessários para o dimensionamento das galerias de águas pluviais são descritos a seguir. 1 – Delimitação da bacia de contribuição A presença de equipe topográfica in loco é fundamental para delimitação da bacia contribuinte, assim como para identificar o sentido do escoamento em cada rua ou lote. 675 690 665 650 BL BL BL BL CALÇADA BL BL BL GALERIA - TRECHO BL PV BL PV BL PV CALÇADA
  • 12. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 2 – Boca de lobo e poços de visita Para loteamentos com esquinas sem chanfros, as bocas de lobo, devem estar um pouco a montante por motivos de segurança necessária à travessia dos pedestres. Para loteamento com chanfros, devem-se locar as bocas de lobo junto aos vértices dos chanfros, possibilitando ligações dessas bocas de lobo ao poço de visita PV O espaçamento recomendado entre BL bocas de lobo é de 60 m, enquanto que o espaçamento entre poços de visita, de acordo com a Prefeitura de BL BL Goiânia, não deve ultrapassar os 100 m, a fim de propiciar a limpeza das tubulações.
  • 13. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 3 – Mosaico Após o lançamento dos poços de visita e bocas de lobo, inicia-se a delimitação da BL bacia de contribuição para cada poço de 1 visita, formando um mosaico de áreas de influência, conforme a figura a baixo. BL 2 1 3 2 3 4 4 5 5 CÓRREGO CÓRREGO
  • 14. BL 1 2 3 4 5 CÓRREGO
  • 15. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 4 – Trecho Corresponde à denominação dada à tubulação existente entre dois poços de visitas. O primeiro número corresponde ao elemento de montante e o segundo corresponde ao elemento de jusante. Por exemplo: 675 690 665 650 BL BL BL BL BL CALÇADA Trecho 1 -2 BL BL GALERIA - TRECHO Trecho 2-3 BL 1 BL 2 BL 3 CALÇADA
  • 16. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 5 – Extensão da galeria (L) Refere-se à distância entre dois poços de visita. 6 – Área Há a necessidade de se considerar dois tipos de área para dimensionar as galerias. Uma refere-se à área contribuinte local a cada poço de visita. Já a outra, denominada área total, corresponde à soma da área local com toda a área drenada a montante. 7 – Coeficiente de escoamento superficial ou de “runoff” (C) runoff” A estimativa do coeficiente de escoamento superficial das áreas de contribuição a um determinado PV pode ser feita utilizando os coeficientes já estudados. Havendo a caracterização do mais do que um tipo de solo e uso, o valor de “C” adotado será o resultado de uma ponderação: C . A + ..... + C . A C= 1 1 n n ∑A
  • 17. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 8 – Tempo de concentração (tc) tc) Trata-se do tempo que uma gota de chuva demora a percorrer do ponto mais distante na bacia até um determinado PV PV. Para os PV’s iniciais de uma rede de drenagem, adota-se um tempo de concentração de 5 minutos enquanto que para os demais PV’s os tempos de minutos, concentração correspondentes são obtidos acrescentado o tempo de percurso de cada trecho. Quando existirem mais de um trecho afluente a um PV, adota-se para este PV o adota- maior valor de tempo de concentração dentre os trechos afluentes, em concentração. conformidade com a definição de tempo de concentração.
  • 18. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 9 – Intensidade Pluviométrica (i) A intensidade da precipitação pode ser obtida com o emprego das equações de chuva já estudadas, para Goiás e sul do Tocantins, ou para a localidade do Brasil por meio do trabalho de Pfafstetter (1982). Equações para Catalão Costa et al (2007). 0 , 6274   0 , 22 0 ,1471 + T 0 , 09 25 , 9435 *  T  i=   1 ano < T < 8 anos (t + 16 ,3 )0 , 845718 29 , 3749 * T 0 ,1471 i= 8 ano < T < 100 anos (t + 16 , 3 )0 , 845718
  • 19. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS Qloc) 10 – Vazão Superficial local (Qloc) Seu cálculo é realizado por meio da Equação Racional, para áreas locais: Q loc = C .i . A Onde: Qloc – vazão superficial local (m3/s) C – coeficiente de escoamento superficial i – intensidade de chuva (m/s) A – área da bacia de contribuição local (m2) O emprego do Método Racional é recomendado para áreas até 2 km2.. Para áreas superiores a 2 km2 , estima-se a vazão pelo Método do Hidrograma Unitário do NRCS.
  • 20. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 11 – Vazão Total Corresponde ao somatório de vazões afluentes ao PV que chegam através de galerias, além da vazão superficial local em estudo. Esta vazão “Q” será utilizada no dimensionamento da galeria a jusante do PV. 12 – Diâmetro (D) A prefeitura de Goiânia adota os seguintes diâmetros comerciais para galerias: 400, 600, 800, 1000, 400, 600, 800, 1000, 1200 e 1500 mmmm. Tubos com diâmetro comerciais de 300mm podem ser utilizados como ramais 300mm entre bocas de lobo e poços de visita. A prefeitura de Porto Alegre emprega, também, tubos comerciais de 500mm para 500mm galerias. Acima de 2000mm a praxe é de moldar a galeria in loco. 2000mmmm,
  • 21. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 13 – Declividade do terreno no trecho (St) St) Representa a razão entre a diferença das cotas de montante e jusante, nas tampas dos PV’s, e a extensão do trecho Equação 1. cm − cj St = (1) L Onde: St – declividade do terreno no trecho cm – cota do terreno no PV a montante (m) cj – cota do terreno no PV a jusante (m) L – extensão da galeria (m)
  • 22. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 14 – Cotas inferiores da galeria Correspondem às cotas relativas à geratriz inferior da tubulação. São calculadas através da Equações 2, 3 e 4. Cim = cm − (rm + D ) (2) Onde: Cim – cota inferior da galeria a montante (m) cm – cota do terreno no PV a montante (m) rm – recobrimento mínimo (m) D – diâmetro (m) Cij = Cim − (Sg × L ) (3) Onde: Cij – cota inferior da galeria a jusante (m) Cim – cota inferior da galeria a montante (m) Sg = (Cim − Cij ) (4) L – extensão do trecho (m) L Sg – declividade da galeria (m/m) dada por:
  • 23. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS Levando-se em conta o custo de escavação, arbitra-se inicialmente Sg=St Sg=St, permitindo a resolução da Eq. 3. L Cm St cj Pv1 Sg Sg=St Pv2 Cim Cij Cotas inferiores da galeria
  • 24. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 15 – Profundidade da galeria Correspondem à soma do recobrimento mais o diâmetro da galeria. 16 – Constante k Pode ser calculada em função do ângulo central, como apresenta a figura abaixo, ou em função da vazão, coeficiente de Manning, diâmetro e declividade, de acordo com as Equações 5 e 6, ambas dedutíveis (Menezes Filho, 2007). 2 − 5 k = 0 , 0496062 .θ 3 (θ − sen θ ) 3 8 1 − − D/2 k = Q .n . D 3 . Sg 2 θ/2 Onde: k – constante h θ – ângulo central (rad) Q – vazão (m3/s) n – coeficiente de Manning (m-1/3.s) Características geométricas D – diâmetro (m) do conduto livre de seção circular Sg – declividade (m/m)
  • 25. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 17 – Ângulo central da superfície livre (θ) Utiliza-se a Equação 5, de acordo com Menezes Filho (2007) θ = 5915,8.k 5 − 5201,2.k 4 + 1786,6.k 3 − 298,89.k 2 + 32,113.k + 1,1487 (5) altura- h/D) 18 – Relação altura-diâmetro (h/D) Conhecido o ângulo central da superfície livre “θ”, pode-se obter a relação altura da lâmina d’água-diâmetro “h/D” pela Equação 6. h 1   θ  (6) = 1 − cos    D 2  2  19 – Área molhada (A) em função do ângulo central Com o resultado da Equação 5, determina-se a área molhada: A= D 2 (θ − sen θ ) (7) 8
  • 26. ETAPAS E CONCEITOS PARA DIMENSIONAMENTO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 20 – Velocidade do escoamento (V) Conhecida a vazão “Q” no trecho e a área molhada “A”, calcula-se a velocidade pela Equação 8: Q V = (7) Onde: A V – velocidade do escoamento (m/s) Q – vazão (m3/s) A – área molhada (m2) tp) 21 – Tempo de percurso (tp) É a razão entre a extensão e a velocidade do escoamento na galeria. L tp = (8) V × 60 Onde: tp – tempo de percurso (min) L – extensão da galeria (m) V – velocidade do escoamento (m/s)
  • 27. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS Trata-se de um roteiro que utiliza um método recém desenvolvido que não mais adota tabelas de referência e sim equações para o cálculo da Velocidade “V” e da relação da altura da lâmina d’água-diâmetro “h/D”. Após a delimitação da bacia em estudo e de sua divisão em sub-bacias com a locação de bocas de lobo e poços de visita como mencionado anteriormente, parte-se para o preenchimento da planilha de cálculo. Cota do PV no terreno i Qloc Q Trecho Ext (m) Área (m2) Tc (min) C D (mm) (m) (mm/min) (m3/s) (m3/s) Trecho Total mont. jus.
  • 28. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS PLANILHA DE CÁLCULO Cota inf. Da galeria St Sg Prof. Galeria (m) tp (m) k (rad rad) θ (rad) h/D A (m2) V (m/s) (m/m) (m/m) (min) mont. jus. mont. jus.
  • 29. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS Roteiro 1 – Preenchimento das colunas da planilha cujos valores podem ser lançados previamente, independentemente da marcha de cálculo: • Trecho • Extensão • Área • Coeficiente de “runoff” – C • Cota da superfície do terreno em cada PV • Declividade do terreno “St” 2 – Determinação da vazão total “Q” • tc = 5 min (para início de rede) • intensidade pluviométrica “i” estimada por equação de chuva ou por relação i-d-f de Pfafstetter (1982). • Qloc = C.i.A • Q = Qloc + demais vazões afluentes ao PV, transportadas pelas galerias de montante. montante.
  • 30. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS Roteiro 3 – Arbitra-se o menor diâmetro comercial “D” possível e faz-se a declividade da galeria “Sg=St Sg= Sg St”; Preenchem-se as colunas referentes às cotas inferiores da galeria a montante e a jusante e profundidades da geratriz inferior da galeria, também, a montante e a jusante. 4 – Determinação da velocidade na tubulação a) De posse da vazão total “Q”, do coeficiente de Manning (n=0,015), do diâmetro “D” e da declividade da galeria “Sg”, calcula-se a constante “k” pela equação abaixo: 8 1 − − k = Q .n . D 3 . Sg 2 b) Obtém-se, então, o ângulo central: θ = 5915,8.k 5 − 5201,2.k 4 + 1786,6.k 3 − 298,89.k 2 + 32,113.k + 1,1487
  • 31. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 4 – Determinação da velocidade na tubulação c) Determina-se a relação altura da lâmina d’água-diâmetro “h/D” que deverá estar na faixa de 0,10 (10%) e a 0,85 (85%), conforme a equação: h 1  θ  = 1 − cos   D 2 2  d) Calcula-se a área molhada “A” A= D 2 (θ − sen θ ) 8 e) Por fim, determina-se a velocidade do escoamento na tubulação “V”: Q V = A
  • 32. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS ANÁLISE DOS RESULTADOS Verificando- Verificando-se que 0,10 < h/D < 0,85 e que 0,75 m/s < V < 5,0 m/s, tem-se a tem- solução mais econômica para o trecho. 5 – Rotina para correção da relação “h/D” na faixa 0,10 < h/D < 0,85 Caso a relação altura-diâmetro resulte em valores fora da faixa, deverão se avaliar as duas condições, ou sejam, valores menores que 0,10 (10%) e valores superiores a 0,85 (85%). a) Fixação de “h/D” em 0,10 para valores de “h/D” menores que esse ou fixação de “h/D” no valor máximo de 0,85 para valores maiores; b) Cálculo do ângulo central para “h/D” correspondente a 10% ou 85% através da Equação abaixo, com “θ” explicitado: −1  h  θ = 2 . cos 1 − 2.   D 
  • 33. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 5 – Rotina para correção da relação “h/D” na faixa 0,10 < h/D < 0,85 c) Determinação da constante “k” pela Equação: 2 − 5 k = 0 , 0496062 .θ 3 (θ − sen θ ) 3 d) Cálculo da nova declividade da galeria “Sg”, com emprego da Equação: 2   Sg =  Qn    8    k .D  3 e) Encontra-se a nova cota seja ela de montante para h/D = 0,10 ou de jusante para h/D = 0,85 Cim = cij + (Sg × L ) Cij = Cim − (Sg × L )
  • 34. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 6 – Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s Caso a velocidade esteja fora da faixa existem duas situações distintas com rotina semelhante de cálculo: a) Dada a vazão “Q” no trecho, fixa-se a velocidade “V” no valor mínimo (0,75 m/s) ou máximo (5,0 m/s) e calcula-se a área molhada “A”, pela equação: Q V = A b) Obtém-se a relação entre a área molhada “A” e a área da seção plena At = (π.D2 )/4: . )/4 A 4A = = cte At π .D 2
  • 35. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 6 – Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s c) Calcula-se então o ângulo central “θ” pela Equação desenvolvida por Menezes Filho (2007), que sintetizou a determinação do ângulo “θ”, em função da relação A/At independentemente do diâmetro da galeria: A/At At, 5 4 3 2  A  A  A  A  A θ = 17,108.  − 43,248.  + 44,821.  − 23,679.  + 9,524.  + 0,864  At   At   At   At   At  d) Calcula-se “k” 2 − 5 k = 0 , 0496062 .θ 3 (θ − sen θ ) 3 e) Determina-se a declividade da galeria 2    Qn  Sg =  8     k .D 3 
  • 36. PREENCHIMENTO DA PLANILHA DE CÁLCULO DE GALERIAS DE ÁGUAS PLUVIAIS 6 – Rotina para correção da Velocidade “V” na faixa 0,75 m/s < V < 5,00 m/s f) Encontra-se a nova cota seja ela de jusante para a velocidade mínima ou de montante para a velocidade máxima. Cij = Cim − (Sg × L ) Cim = Cij + (Sg × L )
  • 37. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS Visam-se dimensionar galerias de águas pluviais para a área mostrada na Figura abaixo, atentando aos seguintes critérios: C = 0,65 tempo de concentração inicial tc = 5 min 695m recobrimento mínimo = 1 m profundidade máxima da galeria = 4 m diâmetro mínimo = 400mm Av. XV de Novembro velocidade mínima = 0,75 m/s velocidade máxima = 5,0 m/s Rua 12 0,10 < h/D < 0,85 chuvas com período de retorno T = 5 anos Cidade: Goiânia 690m Desaguadouro (canal): distância 100 metros, cota 680,00m na tampa do PV junto ao canal e cota 676,00 m no leito do canal. 685m Rua 1
  • 38. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS Solução: Solução: 1. Lançamento das bocas de lobo poços de visita e 695m galerias pluviais (Figura A). BL 2. Numeração dos PV’s, ordem lógica 1 3. Delimitação da área de contribuição de cada PV compondo o mosaico (Figura B) 4. Figura C encontram-se as magnitudes das áreas 2 e as extensões das galerias. 3 5. O preenchimento da planilha de cálculo segue o roteiro proposto anteriormente. 6. Para diâmetro de início de rede, arbitra-se o 690m menor valor de diâmetro que é D = 400 mm. 4 685m 5 Figura A
  • 39. A1=10758,19m² A1 695m 695m BL BL 1 1 A3 693,26m 49,23m A2= A3=7544,19m² 3862,34m² A2 2 A4=9431,91m² 690,0m 65,82m 2 A4 3 3 691,14m 49,93m 690m 690m 4 4 687,50m A5 36,66m A5=10984,37m² 684,25m 685m 685m 5 5 100m 680,00m
  • 40. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS Trecho Ext (m) Área (m2) Tc (min) C i (mm/min) Qloc (m3/s) Q (m3/s) D (mm) Cota do PV no terreno (m) St (m/m) Trecho Total mont. jus. 1-3 49,23 10758,19 10758,19 5,00 0,65 2,92 0,340 0,340 400 693,27 690,00 0,0664 2-3 65,82 3862,34 3862,34 5,00 0,65 2,92 0,122 0,122 400 691,14 690,00 0,0173 3-4 49,93 7544,19 22164,72 5,56 0,65 2,87 0,234 0,688 600 690,00 687,50 0,0501 4-5 36,66 9431,91 31596,63 5,74 0,65 2,85 0,291 0,976 800 687,50 684,25 0,0887 5 - canal 100,00 10984,37 42581,00 5,89 0,65 2,84 0,338 1,309 1000 684,25 680,00 0,0425 Cota inf. galeria (m) Prof. Galeria (m) Sg (m/m) k θ (rad) θ (°) h/D A (m2) V (m/s) tp (min) mont. jus. mont. jus. 691,87 688,60 0,066423 1,40 1,40 0,228003 3,70 0,0645 0,637 0,0727 4,68 0,175 689,74 688,60 0,01732 1,40 1,40 0,160302 3,17 0,0553 0,506 0,0622 1,96 0,559 688,4 685,90 0,05007 1,60 1,60 0,180216 3,32 0,0580 0,546 0,1470 4,68 0,178 685,7 682,45 0,088652 1,80 1,60 0,08914 2,61 0,0455 0,368 0,2049 4,76 0,128 682,25 678,00 0,0425 6,00 2,60 0,095225 2,66 0,0464 0,380 0,3264 4,01 0,416
  • 41. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS Solução: Solução: 7. Para os trechos 1-3 e 2-3, constata-se que o Diâmetro D = 400 mm foi satisfatório, assim como preservou-se a menor escavação ao confirmar Sg = St. St. 8. No trecho 3-4 encontrou-se uma relação “h/D” > 0,85 para os diâmetros D = 400 mm e 500 mm, mantida a mesma declividade do terreno. Uma alternativa seria manter o diâmetro “D” e aumentar a declividade da galeria “Sg”. No entanto, ao proceder deste modo fixando a relação “h/D” em 0,85, obteve-se como nova cota a jusante um valor superior à profundidade máxima de 4 metros metros. A alternativa encontrada foi aumentar o diâmetro. 9. Mantendo o D= 600mm para o trecho 4-5, verificou-se que o valor para a velocidade de escoamento ultrapassa ao estabelecido de 5,0 m/s. 10. No trecho 5-canal, a única alternativa encontrada foi aumentar o diâmetro visto que não observância dos limites estabelecidos tanto para a relação “h/D” quanto para velocidade “V”.
  • 42. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DA GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS Observação: Observação: A título de observação geral, quando se aumenta o diâmetro D, eleva-se eleva- consideravelmente o custo da rede. Evidentemente há outros custos envolvidos, rede. mão-de- outros. como escavação, escoramento, mão-de-obra, equipamentos, dentre outros.