Apostila - Paulo Takashi Nakayama - Drenagem Urbana

7/23/2019 Apostila - Paulo Takashi Nakayama - Drenagem Urbana

http://slidepdf.com/reader/full/apostila-paulo-takashi-nakayama-drenagem-urbana 1/15

FESP – FACULDADE DE ENGENHARIA SÃO PAULO

CH3 - SANEAMENTO

Engº Paulo Takashi Nakayama

Prof. Saneamento / FESP

[email protected]




Drenagem Urbana 2

1.

INTRODUÇÃO

Drenagem é o termo empregado na designação das instalações destinadas a retirar oexcesso de água, seja em rodovias, na zona rural ou na malha urbana.

No caso de regiões urbanas, as torrentes originadas pelas águas de chuva que caemsobre as vias públicas escoam pelas sarjetas e desembocam nas bocas-de-lobo nelaslocalizadas. Estas tormentas são descarregadas em tubulações subterrâneas e transportadasaté atingir fundo de vale ou cursos de água naturais.

O escoamento em vales ou cursos de água é denominado Sistema de Macrodrenageme a captação de água nas ruas e sua condução até este sistema é denominada Sistema deMicrodrenagem (Figura 1.1).

Figura 1.1 – Sistema de micro e macrodrenagem.




Drenagem Urbana 3

2.

ENCHENTES URBANAS

As enchentes urbanas são conseqüências de dois processos, que ocorrem de formaisolada ou integrada: enchentes localizadas e enchentes em áreas ribeirinhas.

Enchentes em áreas ribeirinhas

O desenvolvimento urbano provoca o aumento de áreas impermeáveis, reduzindo aparcela de água que infiltrava no solo e aumentando o escoamento superficial. Comoconseqüência, há aumento na vazão dos córregos que passam a ocupar o leito maior do rio(leito de estiagem) com maior freqüência (Figura 2.1).

Figura 2.1 - Inundação de áreas ribeirinhas.

Os impactos sobre os moradores são causados pela ocupação inadequada do espaço,

que ocorre, em geral, devido às seguintes ações:• invasão de áreas ribeirinhas, que pertencem ao poder público, pela população de baixa

renda;

• ocupação de áreas de médio risco, que podem ser atingidas com menor freqüência (porexemplo, avenidas marginais).

Enchentes localizadas

Enchentes localizadas ocorrem, em geral, em pontos baixos da cidade, porém podem

estar distantes dos córregos. Este tipo de enchente ocorre quase sempre pela ineficiência doSistema de Microdrenagem, que está associada à obstrução das bocas-de-lobo (falta demanutenção) ou à insuficiência da capacidade de escoamento das tubulações ou galerias(subdimensionado).




Drenagem Urbana 4

3.

MICRODRENAGEM

Um Sistema de Microdrenagem tem como objetivo a captação de água nas ruas e suacondução até o Sistema de Macrodrenagem, constituído de fundo de vale ou córregos

naturais.Componentes de microdrenagem

Os principais componentes de um sistema de microdrenagem são:

• Meio-fio (ou guia) - São constituídos de blocos de concreto ou de pedra, situados entre avia pública e o passeio, com sua face superior nivelada com o passeio, formando umafaixa paralela ao eixo da via pública.

• Sarjetas - São as faixas formadas pelo limite da via pública com os meios-fios, formando

uma calha que coleta as águas pluviais provenientes das áreas edificadas e da rua. Assarjetas e os demais componentes de uma rua estão mostrados na Figura 3.1 abaixo.

Figura 3.1 - Seção transversal de uma rua com os diversos componentes.

• Bocas-de-lobo - São dispositivos de captação das águas pluviais que escoam através dassarjetas. A Figura 3.2 abaixo mostra os principais tipos de bocas de lobo existentes e aFigura 3.3 mostra a boca de lobo usada pela Prefeitura de São Paulo.

Figura 3.2 - Tipo de bocas-de-lobo.




Drenagem Urbana 5

1. 0 0

m

0 , 1

5 m

Figura 3.3 - Modelo de boca-de-lobo usado pela Prefeitura de São Paulo.

• Poços de visita – São dispositivos colocados em pontos convenientes do sistema, parapermitir o acesso às canalizações para limpeza e inspeção.

• Galerias – São as canalizações públicas destinadas a escoar as águas pluviaisprovenientes das ligações privadas e das bocas-de-lobo. A Figura 3.4 mostra um esquemade poço de visita com galeria e chegada do tubo de ligação.

Figura 3.4 – Esquema de poço de visita.

• Tubos de ligações – são canalizações destinadas a conduzir as águas pluviais captadas nasbocas-de-lobo para as galerias ou para os poços de vista. Os detalhes de um tubo deligação podem ser vistos na Figura 3.5.

Figura 3.5 – Detalhes de tubo de ligação.

• Trechos – porção de galeria situada entre dois poços de visita.




Drenagem Urbana 6

• Condutos forçados e estações de bombeamento – São utilizados quando não há condiçõesde escoamento por gravidade para a retirada de um canal para um outro.

• Sarjetões – são calhas localizadas nos cruzamentos de vias públicas, formada pela sua

própria pavimentação e destinadas a orientar o fluxo das águas que escoam pelas sarjetas.De preferência, são construídas transversalmente à rua de menor fluxo de veículo. Asfiguras 3.6 e 3.7 mostram, respectivamente, um sarjetão visto na transversal e em planta.

Figura 3.6 – Vista transversal de um sarjetão.

Figura 3.7 – Sarjetão e sarjetas vistas em planta.

Critérios de Projeto

•••• Traçado da rede pluvial

- Apresentar na escala 1:2.000 ou 1:1.000;

- Indicar os divisores de bacia e as áreas contribuintes;

- Traçar as setas para indicar o escoamento nas sarjetas;




Drenagem Urbana 7

•••• Coletores

- A rede coletora (galerias) pode se situar sob o meio fio ou sob o eixo da via pública,recebendo contribuições das bocas-de-lobo de ambos os passeios (mais utilizada);

- Os coletores devem possibilitar a ligação das canalizações de escoamento das bocas-de-lobo (recobrimento mínimo de 0,60 m).

•••• Galerias circulares

- Diâmetro mínimo deve ser de 0,30 m;

- Funcionamento à seção plena com a vazão de projeto;

-

A velocidade máxima é admitida em função do material; para concreto 0,6 ≤ V ≤ 5,0 m/s;

- O recobrimento mínimo deve ser de 1,0 m sobre a geratriz superior da tubulação;

•••• Bocas-de-lobo

A instalação das bocas-de-lobo deve obedecer às seguintes recomendações:

- As bocas-de-lobo devem ser colocadas em ambos os lados da rua, quando houversaturação da sarjeta ou quando for ultrapassada a sua capacidade de engolimento;

- Devem ser locadas nos pontos baixos de cada quadra;

- Adotar um espaçamento máximo de 60 m entre as bocas-de-lobo, caso não seja analisadaa capacidade de escoamento da sarjeta;

- Não é conveniente locar as bocas-de-lobo nas esquinas (ponto de convergência dastorrentes); a melhor solução é a sua locação em pontos um pouco a montante das esquinas(Figura 3.8).

Figura 3.8 – Posição recomendada para bocas-de-lobo.

•••• Poços de visita

Os poços de visita devem ser colocados nos pontos de mudança de direção,cruzamentos de ruas (união de vários coletores), mudanças de declividade e de diâmetro. ATabela 3.1 apresenta o espaçamento máximo recomendado em função do diâmetro doconduto.

•••• Caixas de ligaçãoTêm função similar à dos poços de visita; a diferença entre as duas é que as caixas de

ligação não são visitáveis. São colocadas quando há necessidade de poço de visita




Drenagem Urbana 8

intermediário ou para evitar a chegada de mais de quatro tubulações em um determinadopoço de visita (Figura 3.9).

Figura 3.9 – Locação das caixas de ligação.

Dimensionamento Hidráulico

•••• Ruas e Sarjetas

Para o dimensionamento hidráulico, admitiu-se, para facilitar o cálculo, que oescoamento na sarjeta em questão ocorre em regime uniforme. De acordo com a fórmula deChézy-Manning, a capacidade de escoamento de uma sarjeta pode ser determinada pelaseguinte equação:

3 / 2 H R A

n

I Q ⋅=

(3.1)

onde: Q – vazão, em m3 /s; A – área molhada, em m2; R H – raio hidráulico, em m, definido como a relação entre a área molhada e o

perímetro molhado;

I – declividade da rua, em m/m.n – coeficiente de rugosidade de Manning (para pavimento de vias públicas, n =

0,017).

A Figura 3.10 mostra as duas hipóteses adotadas para calcular a capacidade decondução de água através de rua:

- a água escoando por toda a calha da rua; ou

- a água escoando somente pelas sarjetas.

Figura 3.10 – Duas formas de transportar águas pluviais através das ruas.




Drenagem Urbana 9

Para a primeira hipótese, admitem-se a declividade da rua (sentido transversal) de 3%e a altura da água na sarjeta h1 = 0,15 m (Figura 3.11). Para esta hipótese, a equação deManning pode ser escrita da seguinte forma:

I Q ⋅= 846,3 (3.2)

Para a segunda hipótese, admite-se a mesma declividade (3%) e altura h2 = 0,10 m.Nesta situação, a capacidade de escoamento pode ser obtida pela seguinte equação:

I Q ⋅= 310,1 (3.3)

Figura 3.11 – Seção da sarjeta e as duas hipótses da altura de água.

Fator de redução

Quando a declividade da sarjeta estiver entre 1% e 3%, há possibilidade de suaobstrução devido aos sedimentos. Neste caso, aplica-se um fator de redução de 0,8 à vazãoobtida pela Equação 3.1.

•••• Bocas de lobo

Conforme apresentado no Capítulo 3, existem vários tipos de boca de lobo, cada umcom a equação própria para determinar a capacidade de engolimento.

Embora não seja tecnicamente correta, é usual fixar a capacidade de engolimento deprojeto de uma boca de lobo em 40 a 60 l/s (Botelho, 1985).

•••• Galerias de águas pluviais

As galerias de águas pluviais são projetadas para funcionar a plena seção para a vazãode projeto.

A vazão para galeria circular a seção plena pode ser obtida pela fórmula de Chèzy-Manning, dada por:

3 / 8312,0 Dn

I Q ⋅⋅= (3.6)

onde:Q – vazão, em m3 /s;

D – diâmetro da tubulação, em m; R H – raio hidráulico, em m, definido como arelação entre a área molhada e o

perímetro molhado;




Drenagem Urbana 10

I – declividade da rua, em m/m.n – coeficiente de rugosidade de Manning (para concreto, n = 0,013).

Isolando D da Equação 3.6, tem-se:

8 / 3

312,0

⋅

⋅=

I

nQ D (3.7)

A velocidade de escoamento permitida no seu interior depende do material usado.Para tubos e concreto, a velocidade deve ficar entre 0,65 m/s e 5,0 m/s. O recobrimentomínimo é de 1,0 m para este material.

Os diâmetros comerciais existentes para a tubulação de concreto são: 0,30 m, 0,40 m,0,50 m, 0,60 m, 0,80 m, 1,00 m 1,20 m, 1,50 m.

4. VAZÃO DE PROJETO

4.1. Elementos de Hidrologia

Para facilitar a compreensão do cálculo da vazão de projeto, faz-se uma breve revisãode Hidrologia.

• Tempo de concentração (t c)

É o tempo necessário para que toda a água precipitada na bacia hidrográfica passe acontribuir na seção considerada.

Nos projetos de drenagem urbana a fórmula mais empregada para determinar o tempode concentração é a seguinte:

tc = ts + tp (4.1)

onde: t c - tempo de concentração;ts – tempo de escoamento superficial (para quarteirões adota-se o valor entre 5 e 15

minutos);tp – tempo de percurso da água da chuva, nas sarjetas ou nas galerias.

Adota-se, na prática, a duração da chuva de projeto igual ao tempo de concentração dabacia.

• •• • Período de retorno (T R)

É definido como tempo médio, em anos, que um evento hidrológico (chuva, vazão)pode ser igualado ou superado. Os seguintes valores são adotados nos projetos demicrodrenagem:

- Sarjetas e bocas de lobo: TR = 5 anos;

- Galerias: TR = 10 a 25 anos.




Drenagem Urbana 11

4.2. Cálculo da vazão de projeto

Como a área de contribuição em microdrenagem não ultrapassa 2 km2, a vazão podeser calculada utilizando-se o Método Racional, expresso pela seguinte equação:

Q = 166,7.C.i.A (4.2)

onde: Q – vazão de projeto, em l/s;

C – coeficiente de “run off”, que varia entre 0 e 1 (apresentado na Tabela 4.1);

i – intensidade da chuva de projeto, em mm/min, obtida a partir das equações dechuvas intensas, em função da duração da chuva e do período de retorno;

A – área de contribuição, em há.

Tabela 4.1 – Valores de C adotado pela Prefeitura de São Paulo (Wilken, 1978).

Zonas CEdificação muito densa:Partes centrais, densamente construídas, de uma cidade com ruas e calçadaspavimentadas. 0,70 – 0,95Edificação não muito densa:Partes adjacentes ao centro, de menor densidade e habitações, mas com ruase calçadas pavimentadas. 0,60 – 0,70Edificações com poucas superfícies livres:Partes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas. 0,50 – 0,60Edificações com muitas superfícies livres:Partes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas. 0,25 – 0,50

Subúrbios com alguma edificação:Partes de arrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construção. 0,10 – 0,25Matas, parques e campos de esporte:Partes rurais, áreas verdes, superfícies arborizadas, parques ajardinados,campos de esporte sem pavimentação. 0,05 – 0,20

5. RESERVATÓRIOS DE RETENÇÃO (PISCINÕES)

O armazenamento temporário das águas na ocasião das enchentes, através dereservatórios de retenção, permite atenuar o pico de cheia e, conseqüentemente, evitar oureduzir os danos que poderiam ser causados pelas inundações.

Existem dois tipos de reservatório de retenção (piscinão): o primeiro é do tipo “inline”, que é um reservatório executado no próprio leito do rio. Neste caso, toda a água dorio escoa dentro do reservatório e a liberação da água para jusante é feita através dedescarregador de fundo e de vertedor de superfície, se houver necessidade. A Figura 5.1abaixo mostra esquematicamente o funcionamento de um piscinão, tipo “in line”.




Drenagem Urbana 12

Figura 5.1 – Piscinão tipo “in line”.

O outro é conhecido como “off line” e é executado na lateral do leito do rio. Nestetipo de piscinões, a partir de um determinado nível, uma parte da água do rio é desviadapara o reservatório através de vertedor lateral. O excesso da água é armazenadotemporariamente no piscinão e o retorno da água ao rio é feito posteriormente, de formacontrolada, por gravidade ou por bombeamento. A Figura 5.2 mostra uma vista frontal deum piscinão, tipo “off line”.

Figura 5.2 - Funcionamento de um piscinão, tipo “off line”.

5.1. Reservatórios “in line”

O amortecimento de enchentes em reservatórios ou piscinões tipo “in line” éconhecido também como laminação da onda de cheia em reservatórios.

Durante a ocorrência de uma enchente, o piscinão retém temporariamente uma partedo seu volume, abatendo o pico da onda de cheia.

O estudo de amortecimento de enchente permite o dimensionamento do descarregador

de fundo de um piscinão, que deverá liberar uma vazão não superior à capacidade do canala jusante.




Drenagem Urbana 13

Para o cálculo do amortecimento de cheias em reservatórios de barragens de médio agrande porte, deve-se utilizar o método iterativo que possibilita a obtenção da evolução dohidrograma efluente ao longo da passagem da onda de cheia. No entanto, quando se trata depequenas obras como os piscinões, pode-se empregar o método conhecido como

“Amortecimento de ondas de cheia simplificado”, que permite determinar o volume decontenção de cheias e o dimensionamento do descarregador de fundo com boa precisão.

Amortecimento de ondas de cheia simplificado

O estudo do amortecimento ou laminação permite determinar o volume necessáriopara conter uma onda de enchente que aflui em um reservatório.

Neste método, considera-se, que o hidrograma afluente apresenta formato triangular(∆ABC) com as seguintes características: o tempo de ascenção do hidrograma (t a) é igual aotempo de concentração da bacia (tc) e o tempo base do hidrograma (tb) equivale a três vezeso tempo de ascensão (tb = 3.ta) (Figura 5.3)

Figura 5.3 – Formato do hidrograma afluente ao reservatório.

Para a facilidade de cálculo, considera-se que o hidrograma efluente apresenta tambémo formato triangular (∆BDE), conforme mostra a Figura 5.4.

Figura 5.4 – Hidrogramas afluente e efluente amortecido. O volume retido no reservatório pode ser

determinado calculando a área compreendida entre os hidrogramas afluente e efluente (áreaescura), que pode ser obtida da seguinte forma:Volume retido = A∆ABD = A∆ABC – A∆BCD

A saída da água ocorre, em geral, através de tubulações instaladas no fundo dospiscinões. Naturalmente, a vazão efluente do reservatório vai depender do seu poder deretenção e da capacidade de extravasão das tubulações.

Na prática, existem duas formas de dimensionar piscinões “in line”:

1ª) Piscinões formados pela escavação- Define-se a vazão máxima permitida a jusante do reservatório;




Drenagem Urbana 14

- De posse da onda de cheia afluente, traça-se a onda efluente, cuja vazão máxima éconhecida;

- Determina-se o volume de retenção, calculando a área compreendida entre os doishidrogramas;

- Fixa-se o diâmetro da tubulação. Utilizando a equação do orifício, determina-se a alturamáxima atingida pela água retida no piscinão;

- Com a altura da água e o volume de retenção, determina-se a área a ser escavada.

2ª) Piscinões formados pela várzea natural

- Define-se a vazão máxima permitida a jusante do reservatório;

- De posse da onda de cheia afluente, traça-se a onda efluente, cuja vazão máxima éconhecida;

- Determina-se o volume de retenção, calculando a área compreendida entre os dois

hidrogramas;- Com a relação cota x volume, determina-se a altura máxima atingida pela água retida;

- Utilizando a equação do orifício, determina-se o diâmetro da tubulação.

5.2 Reservatórios “off line”

Para o dimensionamento deste tipo de reservatório, não há necessidade de realizarestudos de laminação, já que a partir de um determinado nível (vazão), uma parte da águado rio é desviada para o reservatório através de vertedor lateral.

O volume do reservatório é estimado fazendo-se simplesmente um corte horizontal nohidrograma de projeto, conforme mostra a Figura 5.5. Nesta figura,Q* corresponde à capacidade máxima do canal e a área escuraequivale ao volume do reservatório necessário.

Figura 5.5 – Determinação do volume do

reservatório tipo “off line”.




Drenagem Urbana 15

6 BIBLIOGRAFIA

Botelho, M.H.C. Águas de chuva: engenharia das águas pluviais nas cidades. São Paulo:Edgard Blücher, 1985.

Drenagem urbana – Manual de projeto – 3ª Edição. São Paulo: CETESB/ASCETESB,1986.

Martinez Jr., F.M. & Magni, N.L.G. Equação de chuvas intensas do Estado de São Paulo.Convênio DAEE-USP, junho/1999.

Tucci, C.E.M. (organizador); Porto, R.L.L. & Barros, M.T.L. Drenagem urbana. PortoAlegre: ABRH/Editora da Universidade/UFRGS, 1995. Editora daUniversidade/UFRGS.

Tomaz, P. Cálculos hidrológicos e hidráulicos para obras municipais. MF – NavegarEditora, 2002.

Documents

Apostila - Paulo Takashi Nakayama - Drenagem Urbana