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Hidrologia & Drenagem Apostilaengenhariaconcursos.com.br/arquivos/Hidrologia/ApostilaHidrologiae... · III – 4 – Irrigação: - Controle estiagens; - Controle de abastecimento

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1° Parte: Hidrologia I – Hidrologia: como conceito ou definição, trata-se da ciência que estuda a água do Planeta Terra, consequentemente, as ocorrências, circulação e distribuição, analisando e estudando física e quimicamente quanto a propriedade bem como a inter-relações.

Os estudo Hidrológico são importante no tocante aos efeitos catastróficos das grandes cheias e estiagem e evidentemente, o quanto o trabalho humano interfere positivamente ou negativamente sobre o meio ambiente. II - Ciclo Hidrológico: No Planeta Terra nota-se a presença de água no estado líquido, sólidos e gasoso, na atmosfera, na superfície, no solo, no subsolo, nos rios, lagos oceano e mares, também nas calotas polares e também na atmosfera, todos, seja em qualquer lugar, posição ou época, em constante movimento, o qual chamamos ou denominamos tecnicamente de “Ciclo Hidrológico”.

Pelo Ciclo Hidrológico notamos as mudanças de estado ou posição em relação ao Planeta Terra, seguindo:

- Precipitação; - Escoamento (intercepção);

- Escoamento (subterrâneo); - Evaporação.

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III - Aplicação:

III – 1 – Abastecimento:

- Domestico; - Industrial; - Irrigação.

III – 2 – Drenagens:

- Drenagem superficial; - Drenagem subterrânea.

III – 3 – Obras Hidráulicas (Dimensionamento):

- Controle de cheias; - Pontes; - Bueiros; - Galerias; - Barragens; - Diluição.

III – 4 – Irrigação:

- Controle estiagens; - Controle de abastecimento alimentar; - Bem estar social.

IV – Precipitação “Chuvas”

IV – 1 – Conceito físico: O ar atmosférico quente e úmido, expande-se adiabaticamente (sem troca de calor ), eleva-se e resfria proporcionalmente em função da altitude (ver esquema de temperatura), até atingir seu ponto de saturação. Uma parcela desse vapor de água se condensa sobre os núcleos de condensação (partículas suspensas, formando as nuvens, conforme esquema abaixo:

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Coalescência

IV – 2 - Sistema de Tempo Meteorológico “Depressões Frontais” IV – 2 – 1 – Frontais: Trata-se da ascensão do ar atmosférico úmido no setor das encostas de duas superfície descontinuas, ou seja, zona de transição entre duas massa de ar com características diferentes como circulação ciclônica, sistema alongado de baixa pressão atmosférica. É importante saber que a ocorrência se dá na troposfera ( ver esquema de altitude) mais baixa. (abaixo de 6.000 metros de altitude). A superfície frontal é inclinada, isto é, o ar mais frio e denso se introduz por baixo do ar mais quente sob forma de cunha, fazendo com que o ar mais quente e menos denso se deslize sobre o ar mais frio e denso, componente nas frontais conforme esquema abaixo: Frente: Linha de interseção da superfície frontal com o nível do solo, ou superfície de base.

IV – 2 – 2 – Tipos de Frente “Frontais”

IV – 2 – 2 – 1 – Frente quente: É o deslocamento da massa de ar mais quente para a mais fria, onde em um determinado ponto, o ar quente tende a se elevar ou ascender ou até

Superfície Base

FrenteSuperfície Base de Declive

Inclinação

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mesmo substituir um ar mais frio (conforme o esquema apresentado). O deslocamento ocorre do Equador para os Pólos. “É de grande importância, saber que essa ocorrência, em termos de Hidrologia e Drenagem, influi muito em bacias hidrográficas grandes”. • Diagnósticos meteorológicos locais ocasionados por uma frente quente: • Na vanguarda (antes ou inicio):

- Pressão atmosférica: constante diminuição;

- Ventos: velocidades variada (inconstante);

- Temperatura: Constante ou ligeiro aumento gradativo;

- Umidade: aumento gradativo;

- Nuvens: de baixo para cima, nota-se a presença de nimbos-stratus; alto–stratus;

camulos-strtus e cirros;

- Condição do tempo: chuva continua;

- Visibilidade: sob chuva, más condições, boas sem chuvas;

- Abrangência: largura da varredura de 80 a 240 quilômetros;

- Deslocamento: do Equador para os Pólos no hemisfério Sul – NW – SE no hemisfério Norte – SW – NE.

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• No domínio (durante):

- Pressão atmosférica: cessa a diminuição; - Vento: muda de direção e diminui a velocidade;

- Temperatura: aumenta levemente;

- Umidade: rápida elevação;

- Nuvens: nimbos e baixo–stratus;

- Condições do tempo: diminui a precipitação, quase cessando;

- Visibilidade: ruim, com nuvens baixas e neblina.

• Na retaguarda (após):

- Pressão atmosférica: pouca variação, quase estável; - Vento: constante;

- Temperatura: pouca variação;

- Nuvens: stratus e stratus–cumulos ;

- Tempo: chuvas intermitentes, chuviscos;

- Visibilidade: nuvens baixas, nevoeiros, ruim.

IV – 2 – 2 – 2 – Frente Fria:

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É o deslocamento de uma massa de ar mais fria para uma massa de ar quente, com penetração em forma de cunha, provocando a ascensão do ar quente. A inclinação é em torno de 1:40 a 1:80 Km, com deslocamento de 50 a 80 Km/h, do Pólo Sul para o Equador (SW – NE) HS e no HN (NW – SE).

• Diagnósticos meteorológicos locais ocasionados por uma frente fria: • Na vanguarda (inicio): - Pressão atmosférica: diminuição; - Ventos: velocidade variada, com variações sintomáticas;

- Temperatura: constante com algumas quedas durante as chuvas;

- Umidade: estável sem variações notória;

- Nuvens: alto-cúmulus e strato-cumulus seguidas por cumulo-nimbos;

- Tempo: algumas chuvas com trovoadas;

- Visibilidade: ruim, com presença de nevoeiros.

• No domínio (durante): - Pressão atmosférica: rápida elevação; - Ventos: Rajadas, com súbitas mudanças de direção;

- Temperatura: queda acentuada;

- Unidade: queda acentuada;

- Nuvens: alto–cumulus e strato–cumulus, seguidas por cumulo–nimbos;

- Tempo: aguaceiros, acompanhado de granizos e trovoadas;

- Visibilidade: má condição temporária seguida de melhoria rápida.

• Na retaguarda (após):

- Pressão atmosférica: elevação lenta e continua; - Ventos: rajadas, e posterior constância;

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- Temperatura: estável com pequena variação, quase imperceptível ambientalmente;

- Nuvens: cumulus e, cumulus-nimbos; - Tempo: chuvas com nuvens baixas com precipitação intensa com passagem rápida;

- Visibilidade: muito boa.

IV – 2 – 2 – 3 – Frente oclusa: no encontro entre duas frentes, ou seja, uma frente fria alcançando uma frente quente , uma delas é elevada, isto é, o ar quente entre as frentes é elevado da superfície até ocorrer completa oclusão (ver esquema abaixo). A frente oclusa é caracterizada por dois tipos.

IV – 2 – 2 – 3 – 1 – Oclusão fria e quente:

IV – 3 – Sistema de tempo meteorológico “Depressão não Frontais” IV – 3 – 1 – Depressões Térmicas:

Resultante de prolongado e intenso aquecimento solar na superfície terrestre “solo e ar atmosférico sobrejacente”. Devido ao aquecimento, ocorre uma expansão geral do ar e, conseqüentemente, uma ascensão, provocando então a queda da pressão atmosférica ao nível do solo.

A ocorrência deste fenômeno não causa mau tempo generalizado, salvo em condições

em que o ar atmosférico esteja muito úmido. No deserto quente, as depressões térmicas provocam ventos convectivos seco e quente. Nas latitudes médias as depressões térmicas estão sempre associadas a trovoadas principalmente no verão.

São as causadoras da conhecida chuva de verão ou chuvas convectivas localizadas, com

grande intensidade e curta duração.

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São também as causadoras de um problema de drenagem como cheias e enchentes. Na região Sudeste do Brasil mais precisamente no Estado de São Paulo, as chuvas

convectivas ocorrem no período vespertino, onde o sentido predominante é de NW para SE. F o r m a ç ã o : 1. Estratos: Nuvens em camadas baixas, cinzenta, bastante uniforme, pouco acima do

nível de condensação + 20 metros de altitude ( nuvens baixas) – chuviscos. 2. Cúmulos: Nuvens baixas, isoladas ou esparças, densas, forma de torres – couve-flor, com

base escura média (sombra de base). 3. Estratos–Cúmulos: Nuvens baixas, estratificadas, que apresentam revoluções verticais,

esbranquiçadas e alongadas, nota-se uma espessura irregular na camada superior, prenunciam uma relativa densidade, com possíveis tendência de chuvisco e garoas.

4. Nimbos–Estratos: Nuvem baixa, com base apresentando horizontalização e sombra

relativamente escura, dando tendência de breves precipitações bem localizadas. Elas sempre estão associadas a nuvens Estrato–Cúmulos e são alongadas.

5. Nimbos: São nuvens densas de altitude em torno de 2,5 Km, localizadas abaixo dos Alto–

Estratos, são bem escuras devido a espessura superior e provoca chuvas fortes e trovoadas. São as nuvens de descarga de precipitação das convectivas.

6. Cúmulos–Nimbos: São nuvens situadas logo acima do Nimbos, que mostram grande

espessura vertical, e também se localiza na parte intermediária entre os Nimbos e a Bigorna, logo abaixo do nível de congelamento (10 Km).

7. Cirro–Cúmulos: São as nuvens localizadas próximas ao nível de congelamento, na

altitude em torno de 10 a 11 Km, mostram aspecto lácteo, dissociadas em flocos (céu encarneirado), carregadas de Gelo.

8. Cirro-Stratos: São nuvens altas, componentes do Topo da Bigorna, nas nuvens espessas,

numa altitude entre 10,5 a 11,5 km, não ocultam o sol nem a lua, e às vezes mostram o Halo ( reflexão do espectro).

9. Cirros-Fibratus: São nuvens mais altas, prenunciam mudança de tempo (chuvas), são

conhecidas como “Rabo de Galo”. IV-3-2- Depressão Ar Polar:

Desenvolvem-se no ar instável dos pólos. Ocorrem principalmente no inverno, com duração de um a dois dias, trazem chuvas e muita instabilidade.

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IV-3-3- Depressões de Sotavento: Sotavento são os deslocamentos de ar que atravessam o relevo (figura abaixo), assim como os deslocamento que chegam são chamados de Barlavento. No nordeste Brasileira o Barlavento é chamado de “Barravento”.

2° Parte “ Bacia Hidrográfica” I - Definição: Trata-se de uma superfície definida topograficamente é drenada por um curso d'água ou um talvegue, tal que toda vazão efluente seja descarregada ou passe por um determinado ponto definido, por outro lado, ou seja, á montante, o limite de uma bacia Hidrográfica é sempre definida e limitada por um divisor de água, mais comumente denominada de “Espigão” ou “Divisor topográfico” . II -Tipos de curso D´água:

II-1- Perenes: Mantém sempre uma vazão no talvegue ou álveo durante o ano todo.

NF chuvoso

NF seco

NT

1 – Nível Freático Máximo: Período das Chuvas 2 – Nível Freático Mínimo: Período das Estiagens

II-2-Intermitentes: Apresenta um fluxo de água sazonal, somente no período chuvoso, onde o nível freático se eleva e passa a contribuir sob forma de afloramento sub-superficial.

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CHUVAS

SECAS

NF máx.

NF min.

II-3-Efemeros: Só apresenta fluxo durante, e logo após as chuvas “valetas”.

III- Características Físicas: III-1- Área de Drenagem “A” ou “S”:

Determinadas topograficamente ou planimétricamente, acompanhando os Espigões e

fechando sempre ortogonalmente às curvas de nível em direção ao “ponto do projeto”. “Ponto do Projeto” Trata-se do local definido para avaliar as vazões ou mais precisamente o local da obra a ser executada, como exemplo, pontes, barragens, bocas de lobo, sarjetas e sargetões. III-2- Quanto a forma: III-2-1-Coeficiente de Compacidade “Kc”

Relaciona o perímetro da bacia hidrográfica, com uma circunferência de um circulo de

área igual ao da bacia

OBS: Quando o valor de “Kc” tender a 1 ou aproximar de 1, maior é a probabilidade de ocorrer cheia.

O fator de forma da bacia é importante na definição do tempo de concentração.

III-2-2- Fator de Forma “KF”:

Relaciona a largura média da bacia com o comprimento Axial da Bacia Hidrográfica.

)(

)(""

KmcaHidrográfiBaciadaaoigualáreadecírculoumdeaicnêrefncuriC

KmPBaciadaPerimetroKc =

22 RSRA ππ =⇒=

R

PKc

AR

ππ 2=⇒=

""

""arg

LBaciadaAxialotnemirpmoC

LBaciadaMédiauraLKc =

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Sendo: III-2-3-Densidade de Drenagem “Dd”:

Relaciona o comprimento total dos cursos d’água dentro da bacia hidrográfica com a

área da bacia hidrográfica.

LT = Comprimento Total dos Cursos d'água A = Área da Bacia Hidrográfica

III-3-Característica do Relevo de uma bacia: III-3-1- Curva Hipsométrica: Relaciona as áreas localizadas acima ou abaixo das curvas de nível. Exemplo:

)(

)(: 2

KmAxialoComprimentL

KmBaciadaÁreaAondeL

AL

=

==

)(

)(´2KmBaciadaÁrea

KmáguadCursosdosoComprimentDd =

1−= Km

A

LtDd

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1 2 3 4 5 6 7

Cotas Ponto Médio

Área (Km2)

Área Acum.

% % Acum. Coluna 2 x Coluna 3

502-500 501 1,2 1,2 17,10 17,10 601,20 500-490 495 5,5 6,4 16,30 33,40 2574,00 490-480 485 6,7 13,1 18,40 51,80 3249,50 480-470 475 7,2 20,3 16,2 68,00 3420,00 470-460 465 6,4 26,7 16,1 84,10 2976,00 460-448 464 6,1 32,8 15,9 100,00 2769,40 III-3-2- Declividade do Álveo:

A velocidade de um rio, depende da declividade dos canais pluviais onde, quanto maior a declividade, maior é a velocidade.

A declividade média, dividindo-se a diferença total de elevações do leito pela extensão total horizontal.

S1

S2 S3

S4 S5

S6

L L L L L L L L L

440

450

460

470

480

490

500

510

∆H ≠ de cotas ( MAIS ALTA – MAIS BAIXA)

- A declividade pode ser definida também de maneira que a reta traçada defina áreas

iguais acima e abaixo no perfil destacada como “S2”.

∆=

l

HS 1

%628,01000063,08600

4485021 ==

−= xm

mS

∆H

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- Outro índice é o da declividade (S3) que indica o tempo de percurso da água ao longo

do perfil longitudinal onde:

III-4-Escoamento Superficial:

III-4-1- Generalidades: O escoamento superficial é o fator mais importante do ciclo hidrológico em termos de drenagens. Trata-se da ocorrência e transporte de água na superfície terrestre e esta associado à maioria dos estudos hidrológicos e proteção aos fenômenos catastróficos provocados pelo seu deslocamento, abrangendo desde o excesso de precipitações e suas diretas conseqüências até um dimensionamento preventivo duradouro.

III-4-2-Fatores Influentes:

III-4-2-1 – Fatores Climáticos:

- Intensidade: Quanto maior a intensidade, lógico será maior o escoamento superficial;

- Duração: Quanto maior a duração, maior o escoamento superficial;

- Precipitações Antecedentes: Quanto maior a umidade do solo (saturação) maior o escoamento superficial.

III-4-2-2- Fatores fisiográficos: - Área da bacia: quanto maior a área da bacia, maior o escoamento superficial; - Permeabilidade do solo: quanto mais permeável o solo, menor será o escoamento

superficial;

- Interceptores: obras hidráulicas contidas na bacia, principalmente barragem, diminuem o escoamento superficial, porém, retificações nos meandros dos curso d´água aumentam o escoamento superficial;

- Vegetação: quanto maior for a presença de vegetação em densidade, menor é o

escoamento superficial;

- Declividade: quanto maior for a declividade, maior o escoamento superficial.

III-5-Grandeza que caracterizam o escoamento superficial: III-5-1- Vazão “Q”: é a principal grandeza que caracteriza o escoamento e é normalmente expressa em m3/s.

∑=

Sili

KmemDistânciaS3

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A quantidade da vazão, está diretamente associada à velocidade de escoamento e na

área superficial e a velocidade por sua vez está diretamente ligada proporcionalmente à declividade superficial já a área superficial está associada à forma ou figura da área. Q = S.V ou Q = A.V onde: V=velocidade (m/s) S=A= Área (Km2) ou (hectares) ou (m2) III-5-2-Vazão especifica: É definida como vazão por unidade de área, e serve como comparativo entre bacias. III-5-3-Coeficiente de escoamento superficial “C”: Também denominado, comumente, como coeficiente de “Run-Off” e é a relação entre volumes precipitados.

Obs.: Os valores de “C” encontram-se tabelados ou pre-estipulado. Para melhor eficiência, o ideal é adotar conforme características da bacia hidrográfica. III-5-3-1-Quanto ao relevo “CR”: - Terreno íngreme, com declividade média superior a 30% ⇒ 0,40. - Terreno montanhoso, com declividade média de 10% a 30% ⇒ 0,30.

- Terreno ondulado, com declividade média de 5% a 10 ⇒ 0,20.

- Terreno relativamente plano, com declividade média de 0,1% a 5% ⇒ 0,10.

III-5-3-2-Quanto a infiltração no solo “CIS”:

- Sem cobertura ou sem efeito, com presença de pedras, ou ainda com uma fina camada de solo, com baixa capacidade de infiltração ⇒ 0,20.

- Infiltração lente, solo argiloso, com baixa capacidade de absorção, tipicamente

considerado como barro ⇒ 0,15.

- Infiltração normal, com camada argilosa profunda, típicas de região de planícies⇒ 0,10.

- Infiltração elevada, com camada arenosa profunda, ou mesmo quando se nota que o solo possui grande capacidade de infiltração (seca rapidamente), solo poroso ⇒ 0,05.

oprecipitadVolume

EscoadoVolumeC =""

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III.5.3.3. Cobertura vegetal: “CV”:

- Cobertura esparsa ou mesmo ausente, escassa ou rala ⇒ 0,20. - Cobertura esparsa a moderada, com cultura nas áreas limpas com cobertura pobre, e

menos de 10% de área drenante ⇒ 0,15.

- Cobertura moderada a boa, com 50% em média da área de drenagem com boas pastagens, arvoredos, culturas nas áreas limpas inferiores a 50% da área drenante ⇒ 0,10.

- Cobertura boa e excelente, com cerca de 90% da área drenante de pastagens,

arvoredos ou cobertura equivalente ⇒ 0,05. III.5.3.4. Acumulação superficial “CAS":

- Acumulação precária ou negligenciável, com depressão superficiais raras ou poucas, com escoadouro íngreme e pequeno, desprovidos de lagos ou pântanos ⇒ 0,20.

- Acumulação baixa, com pequenos escoadouros bem definidos e privados de lagos e

pântanos ⇒ 0,15.

- Acumulação normal, bem considerável nas depressões superficiais, com sistemas drenantes de solos típicos de planícies com lagos e pântanos inferiores a 2% da área de drenagem ⇒ 0,10.

- Acumulação elevada, nas depressões superficiais, com planícies alagadas e grande

quantidade de lagos ⇒ 0,05. III-5-3-4-Classificação da bacia:

- Extrema: Quando a soma dos coeficientes, quanto ao relevo + infiltração no solo + cobertura vegetal + acumulação superficial resultar ⇒ 1,00.

- Elevado: Quando a soma dos coeficientes, quanto ao relevo + infiltração no solo +

cobertura vegetal + acumulação superficial resultar ⇒ 0,75.

- Normal: Quando a soma dos coeficientes, quanto ao relevo + infiltração no solo + cobertura vegetal + acumulação superficial resultar ⇒ 0,50.

- Baixo: Quando a soma dos coeficientes, quanto ao relevo + infiltração no solo +

cobertura vegetal + acumulação superficial resultar ⇒ 0,25.

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Obs.: Esta classificação é muito importante no projeto de barragens e essas informações devem ser coletadas e observadas no local, fazendo investigações do subsolo análise do solo, em paralelo com foto-interpretações. Note-se também que numa bacia hidrográfica, principalmente nas grandes, ocorrem variações ou diversificações nos item acima, isso faz com que seja necessário fazer uma média ponderada, diretamente proporcional a área predominante de cada uma dessa características.

Ex.: Numa bacia onde em termos de cobertura vegetal, existem setores com cobertura vegetal boa, outro setor com cobertura moderada, e outro com cobertura fraca, devemos medir a área predominante de cada tipo e relacionar com a área total.

1- Área total da bacia hidrográfica = 75 Ha

2- Área com cobertura vegetal boa = 34 Ha Ccv1 = 0,05

3- Área com cobertura moderada = 23,5 Ha Ccv2 =0,10

4- Área com cobertura fraca = 17,5 Ha Ccv3 = 0,20 III-5-3-5-Valores complementares do coeficiente de Run–Off:

Os dados subseqüentes dos valores de coeficientes de escoamento superficial devem ser cuidadosamente aplicados, os quais são aplicados e utilizados sempre referencialmente a cada tipo de obra e com projeções futuras.

Declividades (%) TIPOS DE SOLO

Barro Arenoso Barro Argiloso-Arenoso Argiloso

Florestas: 0 – 5 5 – 10

0,10 0,25

0,30 0,35

0,40 0,50

Pastagens: 0 – 5 5 – 10 10 – 30

0,10 0,15 0,20

0,30 0,35 0,40

0,40 0,55 0,60

Terra cultivada: 0 – 5 5 – 10 10 – 30

0,30 0,40 0,50

0,50 0,60 0,70

0,60 0,70 0,80

Tabela I (Drenagem na Agricultura)

Obs.: Os valores acima estão mais indicados para dimensionamento de canais e para sistematização de terrenos.

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Os coeficientes subseqüentes são aplicáveis a tormentas (tempestades) de período de

retorno de 5 a 10 anos “T” . Obs.: O período de retorno “T” de um chuva ou de um pico de cheia está diretamente

relacionado com o grau de segurança e proteção no dimensionamento de obras.

Descrição da Área

Coef. De Run-Off

Área comercial:

- Residência - Bairros

0,70 – 0,95 0,50 – 0,70

Área residencial: - Residência isolada - Unidades múltiplas (separadas) - Unidades múltiplas (conjuntos) - Lotes acima de 2000 m2

0,35 – 050 0,40 – 060 0,60 – 0,75 0,30 – 0,45

Áreas com prédios de apartamentos 0,50 – 0,70 Área industrial:

- Industriais leves (pequenas) - Industriais pesadas (grandes)

0,50 – 0,80 0,60 – 0,90

Parque e cemitérios

0,10 – 0,25

Descrição da Área

Coef. De Run-Off

Área de recreação “playgronds”

0,20 – 0,35

Pátios ferroviários 0,20 – 0,40

Área sem melhoramentos

0,10 – 0,30

Tabela II Método racional

Obs.: Estes valores são aplicados nos dimensionamentos, utilizando-se o método racional.

Uso do solo ou grau de urbanização Valores de Coef. Run-oof Mínimos Máximas

Área com urbanização futura (projeção) “Totalmente Urbanizada”

0,50 0,70

Ares com urbanização Futura (projeção) “Parcialmente urbanizada” 0,35 0,50

Área com predomínio de plantação, pasto e urbanização recente

0,20 0,35

Tabela III Método Racional (complementar)

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Características da Superfície

Coef. De Run-Off

Ruas: - Com pavimentação asfaltica - Com pavimentação de concreto

0,70 – 0,95 0,80 – 0,95

Passeios ( calçadas ) 0,75 – 0,85

Telhados 0,75 – 0,95 Terrenos com capim (solo arenoso):

- Pequena declividade (2%) - Declividade média (2% a 7%) - Declividade acentuada (7% ou mais)

0,05 – 0,10 0,10 – 0,15 0,15 – 0,20

Terrenos com capim (solo silte arenoso): - Pequena declividade (2%) - Media declividade (2% a 7%) - Acentuada declividade (acima de 7%)

0,15 – 0,20 0,20 – 0,25 0,25 – 0,30

Tabela IV – Método Racional - Composição

III-5-4-Tempo de concentração; “tc”:

É o tempo de duração da chuva, e deve ser correlacionado com o tempo gasto para a concentração na bacia em estudo, em resumo, trata-se do tempo necessário para que toda área de drenagem passe a contribuir efetivamente na seção ou ponto do projeto.

Considera-se a chuva de projeto com intensidade constante ao longo do tempo sabendo

que seu valor varia inversamente com a duração. De maneira geral, o tempo de concentração de uma bacia hidrográfica, depende dos seguintes parâmetros.

- Área da Bacia; - Comprimento e declividade do canal mais longo (principal);

- Comprimento ao longo do curso, principal, desde o centro da bacia até a seção de saída

considerada (ponto de projeto); - Forma da bacia; - Declividade média do terreno;

- Declividade e comprimento dos afluentes;

- Rugosidade do canal;

- Tipo de cobrimento vegetal;

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- Distância entre o ponto de projeto ao espigão “divisor topográfico”, sendo que as três primeiras características fisiográficas citadas acima são as que mais influenciam no tempo de concentração.

O tempo de concentração não é constante para uma dada área, mas sim varia com o

tipo de recobrimento vegetal e altura de distribuição da chuva sobre a bacia. Mas, para períodos de retorno superiores a 10 anos, a influência da vegetação pode ser desprezada. Existem fórmulas empíricas e ábacos que fornecem o valor do tempo de concentração em função das características físicas da bacia. - Formulas Empíricas:

Onde: A = Área da bacia hidrográfica (km2)

tc = Tempo de concentração (minutos)

i = Declividade média do talvegue i = m/km

OBS.: Existem outras formulas para tc, ver adiante.

III-5-5-Período de Retorno: “T”: A intensidade média da precipitação quer seja obtida diretamente da análise estatística de

chuvas em áreas, ou quer seja de valores pontuais, irá sempre depender da freqüência do evento considerado.

Deve-se lembrar que se utiliza a precipitação com a finalidade de se obter uma estimativa de pico de vazão no escoadouro (talvegue) de uma bacia hidrográfica.

A escolha do período de retorno deve ser feita admitindo-se que o tempo de retorno da

precipitação seja o mesmo da cheia que ela provoca. Isto não é exatamente verdadeiro, pois a concorrência de uma grande cheia não depende apenas da ocorrência repetida, ou ser repetida mas sim, das condições em que se encontra uma bacia durante o fenômeno em termos de escoamento superficial (intercepções por falta de limpeza ou manutenção).

"")(54,4 VenturaPlanasregiõesAtc =

"")(63,7 VenturaDeclivescomregiõesI

Atc =

"".6,345 PasiniIAtc =

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O período de retorno está sempre relacionado com o grau de segurança que se deseja

proporcionar aos bens protegidos (vida humana) e, portanto, relaciona-se diretamente no dimensionamento de obras.

A seleção do período de retorno de um evento “Chuva” de um projeto qualquer requer

usualmente um estudo técnico – econômico que indique qual o risco do capital aplicado nessas obras.

Este risco está associado aos danos provocados por eventos hidrológicos, e deve ser minimizado.

Em resumo, período de retorno é o intervalo médio de tempo expresso em anos, onde o evento “chuva” pode ser igualado ou superado em relação ao numero de observações de pelo menos um vez.

III-5-6-Freqüência:

É o número de ocorrência de uma dada precipitação no decorrer de um intervalo de tempo fixado.

Ex.: Através das altura máximas de chuva de duração de 24 horas, lidas em pluviômetros, são diferentes de chuvas de duração de 24 horas.

Os dados subseqüentes são resultados pesquisados de chuvas máximas de duração igual a 24 horas na cidade de São Paulo. A interpretação segundo o conceito de freqüência será:

(50,8 mm/h); (54,8 mm/h); (64,7 mm/h).

(78,0 mm/h); (65,7 mm/h); (73,1 mm/h).

(78,7 mm/h); (69,9 mm/h); (71,7 mm/h).

(84,4 mm/h); (82,7 mm/h); (90,2 mm/h).

(119,2 mm/h); (124,3 mm/h); (92,2 mm/h).

(93,6 mm/h); (140,2 mm/h); (88,1 mm/h).

(86,5 mm/h); (84,8 mm/h); (83,0 mm/h).

(82,3 mm/h); (82,0 mm/h); (72,7 mm/h).

(68,3 mm/h); (65,3 mm/h); (63,2 mm/h).

(53,2 mm/h); (53,7 mm/h); (55,7 mm/h).

tornodePeríodoF

Re1

=

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(58,6 mm/h); (60,6 mm/h); (75,5 mm/h).

(55 mm/h); (81,3 mm/h); (81,3 mm/h).

N° de ordem: 1 2 3 4 Precipitação: 140,2 124,3 119,2 93,6

5 6 7 8 9

92,2 90,2 88,1 86,5 84,8

10 11 12 13 14 84,4 83,0 82,7 82,3 82,0

15 16 17 18 19 81,3 81,3 78,7 78,0 75,5

20 21 22 23 24 73,1 72,7 71,7 69,9 68,3

25 26 27 28 29 65,7 65,3 64,7 63,2 60,6

30 31 32 33 34 58,6 55,7 59,0 54,8 53,7

35 36 53,2 50,8

Com: m = numero de ordem n = numero de anos de observação F = freqüência F = P= estimativa probabilística F = m/m (método Califórnia) F = m/(n+1) (método de Kimbal)

Ex.: Para m = 20 – 73 mm de precipitação

N = 36 (36 anos observados) M = 20 (dado)

F = 20 = 0,556 - F% = 55,6 36

Portanto há uma probabilidade de 55,6% de ocorrer a chuva de 73,1 mm e duração igual a 24 horas ou ser superior pelo menos uma vez, num ano qualquer.

T = Período de retorno:

anosTTF

T 8,1556,0

11=⇒=⇒=

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Obs.: O período de retorno, deve ser sempre utilizado em numero interior. Portanto, para T = 1,8 anos, utiliza-se T = 2 anos Obs.: Para período de retorno bem menores, que o numero de ano de observação o valor encontrado acima de F pode dar uma melhor idéia do valor real de P (probabilidade). - Para m = 6 m =6 ⇒ h = 90,2 mm

Assim, sendo, a probabilidade da chuva intensa de duração igual a 24 horas (h = 90,2) ser

igualada ou superior pelo menos uma vez num ano qualquer será de 16,6%, então, pode nos adiantar que a segurança do projeto em que podemos contar, de que num ano qualquer não venha ocorrer alturas de chuvas superior ou igual a 90,2 mm será

100% - 16,6 = 83,4% Então, em termos de projeto dizemos que: - Teremos 83,4% de probabilidade de não chover. Resumindo:

1. Com pequenos períodos de retorno, haverá maior risco de ocorrência da chuva de projeto num ano qualquer. “Validos para obra de pequeno custo” e pequeno alcance de projeto.

2. Com período de retorno maiores o risco de ocorrência da chuva de projeto um

ano qualquer será menor. “Valido para obra de alto custo e alcance de projeto grande”.

“ Adota-se o período de retorno considerando sempre o custo e beneficio” “ prejuízos comunitários”.

Exemplo:

1. Vida útil da obra = 3 anos Período de retorno = 5 anos

anosTTTFT 602,6166,011 ==⇒=⇒=

166,0366 =⇒=⇒= FFm

mF

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Qual a probabilidade de ocorrer uma precipitação que danifique a obra?

P = probabilidade T = Período de retorno N = n° de anos (vida útil) P = 1 – (1 – 1/5 )3 = 0,488 Obs.: Para obras de “GAP” (galerias de águas pluviais) urbanas adota-se T = 10 anos. P = 1/T = P = 1/10 = P = 0,10 Então:

- O risco é de 10% (num ano qualquer ); - Segurança é de 90% (num ano qualquer).

Exemplo: O vertedor de uma barragem vai ser dimensionado para uma chuva de período de retorno de 100 anos. Qual a probabilidade de que tal chuva venha ocorrer nos próximos 20 ano? P = 1 - (1 - 1/T)n T = 100 anos N = 20 nos P = 1 -(1 - 1/100)20 = 22% Para T = 150 anos? IV- Intensidade das chuvas: IV-1-Definição: Trata-se da medida quantitativa de chuva precipitada sobre uma determinada área num certo período de “tempo”.

Essa quantidade é sempre volumétrica . Convencionalmente, a área é fixada em metros quadrados “m2” e a medida volumétrica

é determinada em função da altura acumulada.

Exemplo: Uma chuva com intervalo de 10 mm/h.

Isso quer dizer que em uma hora precipitou uma altura de 10 mm.

nn

TPTP )

11(1)1(1 −−=−−=

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“Considera-se que se tivesse um coletor com área de 1 m2 e a precipitação acumulou uma altura 0,01 m em uma hora, resulta-nos 10 mm/h”.

“ Se toda essa água precipitada fosse recolhida e não evaporasse e nem se infiltra-se teríamos em um volume de 0,01 m3 por m2 em uma área”.

IV-2-Medidores: IV-2-1-Pluviômetro:

Mede a totalidade da precipitação, através de leitura do nível da água por meio de uma

proveta graduada. A precipitação é coletada por um frasco especificado conforme norma, e conforme o esquema abaixo:

Foto de um Pluviômetro

A leitura é normalmente feita uma vez por dia, logo de manhã “8 horas” ,“9 horas” ou as “7 horas “, conforme critério adotado pelo observador ou analista.

Sendo assim, todos os dias as 9 horas da manhã, por exemplo, lógico não é possível medir ou detectar a intensidade.

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IV-2-2-Pluviógrafo:

Trata-se de um coletor associado a um registrador que registra um gráfico, a evolução de quantidade volumétrica em nível que cai. Possui um dispositivo de tempo que permite o registro da intensidade em função do tempo, conforme esquematizado abaixo.

IV-3-Duração da chuva:

É o tempo decorrente entre o cair da primeira gota até a ultima gota, medidas em minutos, horas ou até dias.

Tendo-se a duração e intensidade mensuradas, a estimativa volumétrica precipitada em uma bacia é determinada.

Obs.: Chuvas forte apresenta curta duração, e chuvas de baixa intensidade “fracas” são de duração maior.

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IV-4-Equação de intensidade: IV-4-1-Limeira e região:

Com: i ⇒ mm/minuto (intensidade) T ⇒ anos (período de retorno) tc ⇒ minutos (tempo de concentração) t ⇒ aplicar formula de Kirpich (ver adiante) IV-4-2-Campinas:

Com: i ⇒ mm/hora (intensidade) T ⇒ anos (período de retorno) tc ⇒ minutos (tempo de concentração) IV-4-3-São Carlos:

Com: i ⇒ mm/hora (intensidade) T ⇒ anos (período de retorno) tc ⇒ minutos (tempo de concentração) IV-4-4-São Paulo - Capital:

Com:

0056,0087,1

1726,0

)25(

56,77xTtc

Txi

+

=

007,0948,0

136,0

)20(

9,2524−

+=

xTtc

Txi

936,0

199,0

)16(

8,1681

+=

tc

Txi

89,0

181,0

)15(

9,1747

+=

tc

Txi

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i ⇒ mm/hora (intensidade) T ⇒ anos (período de retorno) tc ⇒ minutos (tempo de concentração) IV-4-5-Resumo:

- Para T = 05 anos, a = 23 e b = 3,4

T = 10 anos, a = 29 e b = 3,9 T = 15 anos, a = 48 e b = 8,6 T = 30 anos, a = 95 e b = 16,5

V - Métodos de cálculos: V-1-Métodos racionais: “ É um método aplicável para determinação de vazões de projetos para bacia com área de até 50 hectares” V-1-1-Equação racional:

Com: Q = vazão C = coeficiente de deflúvio “Run–Off” i = intensidade da chuva A = área da bacia - Exemplo aplicativo:

Dados: C = 0,5 (coef. De Run – Off) t = 20 minutos (tempo de coef.) h = 30 mm (altura da precipitação) A = 0,5 km2 (área da bacia) Resultado: Q = ? m3/min

Q = C . i .A

:ondebtc

ai

+=

min5,1min20

30.1 mmi

mmi

tc

hi =⇒=⇒=

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Pode-se apresentar, para melhor efeito de cálculo a seguinte maneira: i = 1,5 x 60 i= 90 mm/hora Sendo assim, tornas-se fácil determinar a vazão de projeto, isto é:

O método racional pressupõe hipóteses:

a) Distribuição uniforme da chuva sobre a bacia; Por isso é que a área é limitada no máximo em 50 hectares.

b) Constância de precipitação quanto a intensidade; c) O tempo de concentração tc, igual a duração da chuva;

d) O coeficiente de RUN-OFF constante para a bacia toda.

- O método racional preceitua:

a) Período de retorno T em anos onde: S < T < 10 anos, para projetos de galerias de águas pluviais “GAP”. T=25 anos, para macro drenagem urbana como canais, pontes e bueiros.

b) Duração da chuva (t): eqüivale ao tempo de contração (tc) da bacia e para

avaliar, no caso de macro drenagem utiliza-se a fórmula de “Kirpch”.

tc = tempo de concentração em minutos. L = extensão do curso d´água em Km. H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra “ponto” em metros.

Ou pode-se calcular por:

ojetodeVazãosegmQ

segundos

mxmxQ

xxQ Pr25,6

3600

00,000.500090,05,0

6,3

5,0905,0 32

⇒=⇒=⇒=

:)(57 385,03

ondeH

Ltc =

:)(57 385,02

ondeI

Ltc =

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tc = tempo de concentração em minutos. L = Extensão do curso d´água em Km. I = Declividade do curso d´água em metro por mil metros (%).

Terminologia Básica

Um sistema de drenagem de águas pluviais é composto de uma série de unidades e dispositivos hidráulicos para os quais existe uma terminologia própria e cujos elementos mais freqüentes são conceituados a seguir. Greide - é uma linha do perfil correspondente ao eixo longitudinal da superfície livre da via pública. Guia - também conhecida como meio-fio, é a faixa longitudinal de separação do passeio com o leito viário, constituindo-se geralmente de peças de granito argamassadas. Sarjeta - é o canal longitudinal, em geral triangular, situado entre a guia e a pista de rolamento, destinado a coletar e conduzir as águas de escoamento superficial até os pontos de coleta.

Sarjetões - canal de seção triangular situado nos pontos baixos ou nos encontros dos leitos viários das vias públicas, destinados a conectar sarjetas ou encaminhar efluentes destas para os pontos de coleta.

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Bocas coletoras - também denominadas de bocas de lobo, são estruturas hidráulicas para captação das águas superficiais transportadas pelas sarjetas e sarjetões; em geral situam-se sob o passeio ou sob a sarjeta. Classificação: Dependendo da estrutura, localização ou do funcionamento, as bocas coletoras recebem várias qualificações agrupadas como segue: a) quanto a estrutura da abertura ou entrada:

- simples ou lateral; - gradeadas com barras longitudinais, transversais ou mistas(boca de leão);

- combinada;

- múltipla.

b) quanto a localização ao longo das sarjetas:

- intermediárias; - de cruzamentos;

- de pontos baixos.

c) quanto ao funcionamento:

- livre; - afogada.

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Definição: chama-se de depressão um rebaixamento feito na sarjeta junto a entrada da boca coletora, com a finalidade de aumentar a capacidade de captação desta. Escolha do Tipo de Boca Coletora:

A indicação do tipo de bola coletora á de essencial importância para a eficiência da drenagem das águas de superfície. Para que esta opção seja correta, deve-se analisar diversos fatores físicos e hidráulicos, tais como ponto de localização, vazão de projeto, declividade transversal e longitudinal da sarjeta e da rua, interferência no tráfego e possibilidades de obstruções. A seguir são citadas, para cada tipo de boca coletora, as situações em que melhor cada uma se adapta. a) Boca coletora lateral:

- pontos intermediários em sarjetas com pequena declividade longitudinal ( 1 a 5%);

- presença de materiais obstrutivos nas sarjetas;

- vias de tráfego intenso e rápido;

- montante dos cruzamentos.

b) Boca coletora com grelha:

- sarjetas com limitação de depressão;

- inexistência de materiais obstrutivos;

- em pontos intermediários em ruas com alta declividade longitudinal (1 a 10%). c) Combinada:

- pontos baixos de ruas;

- pontos intermediários da sarjeta com declividade média entre 5 e 10%;

- presença de detritos.

d) Múltipla:

- pontos baixos;

- sarjetas com grandes vazões.

BOCAS DE LOBO (capacidade de captação = 50 L/s)

Planta

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Corte A/A

Corte B/B

Obs.: As paredes das Bocas de Lobo devem ser revestidas internas e externamente em argamassa impermeabilizante.

Figura.1

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Bocas-de-lobo de sarjeta:

São as possuidoras de uma abertura, geralmente de forma retangular, ao nível da sarjeta ou num rebaixamento desta, provida de ralo.

Para a capacidade máxima de uma boca de lobo o mais importante é a ausência de

material retido nos ralos, grelhas, do que as melhores características hidráulicas de que seja possuidora, ou seja, sua limpeza sistemática é indispensável para prevenir o alagamento das ruas. Bocas-de-lobo mistas:

Possuem uma abertura no alinhamento do meio fio e outra ao nível da sarjeta. A abertura ao longo do meio-fio fica de fronte da abertura do nível da sarjeta, ambas com o mesmo comprimento, igual ao da boca de lobo.

Entretanto, a abertura vertical pode ficar afastada da outra, pode iniciar onde a outra

termina ou pode com a outra coincidir parcialmente. Tubulação de limpeza:

As tubulações de limpeza permitem a inspeção dos coletores aos quais se conectam, visando promover também a ventilação das redes de esgoto.

Estas tubulações permitem, em geral, a lavagem dos coletores por meio de mangueiras

de incêndio e a sua desobstrução com o emprego de varas apropriadas.

Também denominadas caixas de ralo e bocas coletoras, devem ser entendidas como unidades através das quais as águas de chuva terminam o seu escoamento superficial nas vias públicas para ingressar no sistema de esgoto propriamente dito.

Suas características dependem da vazão máxima que vão receber, de serem instaladas

ou não junto ao meio-fio, da altura do meio-fio em relação à sarjeta, da declividade longitudinal da rua, de serem destinadas ou não a reter material sólido do esgoto, e de vedar a saída dos gases da rede para a via pública.

Bocas-de-lobo de meio-fio:

Recebem as águas pluviais através de uma abertura situada ao longo da face vertical do meio-fio.

O comprimento da abertura depende da vazão máxima a receber, da altura da lâmina de água na sarjeta ao encontrar a boca de lobo e a depressão na sarjeta ao longo da boca de lobo.

Utilizadas exclusivamente para inspeção e limpeza dos condutos e jamais para permitir a formação de jatos de esgoto. Daí o emprego de tubos de queda destinados a dar entrada ao esgoto ao nível do fundo do poço de visita.

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Para desníveis superiores a 0,75m serão instalados tubos de queda ligando o coletor ao

fundo do poço. O desnível mínimo de 0,40m pode ser vencido pela combinação de uma junção de 45°

invertida ligada ao coletor e a um joelho de 45° de comunicação com o poço. A ligação da junção com o trecho de montante se fará com uma virola. O bocal superior da junção será ligado por um prolongamento da tubulação à parede do

poço, aí mantida aberta para desobstrução eventual. O tubo de queda só deverá ser usado se a diferença de nível entre a chegada da

tubulação no poço e o fundo deste for superior a 0,75m. Se a diferença não atingir 0,40m, a tubulação deverá ter a declividade aumentada para que sua extremidade de jusante fique ao nível do fundo do poço. A declividade deverá também ser aumentada se a diferença estiver entre os limites de 0,75 e 0,40m, a fim de ser adotada a solução da junta associada ao joelho.

Boca de Leão

(capacidade de captação = 150L/s) Planta

Figura.2

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Corte A/A

Corte B/B

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Calhas:

As calhas são depressões de seção semicircular feita no fundo dos poços de visita das

redes de esgoto sanitário, inexistentes, apenas, naqueles situados nas extremidades de montante dos coletores, não atingidos pelo esgoto.

Nos demais poços, a ausência de calhas permitiria o espalhamento do esgoto pelo fundo do poço, o que seria por todos os motivos inconvenientes.

Nos poços onde não há junção de tubulações, a calha é única e constitui o prolongamento do coletor. Havendo junção de dois ou mais coletores, as calhas propiciam o encontro do esgoto de ambos para que saia do poço através, apenas, do coletor principal. O fundo do poço de visita deve possuir pequena inclinação em direção à calha ou às calhas. Tampões:

A abertura de acesso ao poço de visita, situada ao nível do terreno, é provida de um tampão de ferro fundido, constituído de caixilho e tampa.

O caixilho, com diâmetro livre de no mínimo 0,60m, deve-se apoiar no pescoço ou no contorno da abertura excêntrica da laje superior dos poços que tem profundidade até 1,50m.

A tampa, de forma circular, encaixa-se perfeitamente no caixilho e, embora preso a ele por uma charneira situada na periferia, tem liberdade de movimento para cima, descrevendo o ângulo máximo de 110° ou 115°, suficientes para deixar totalmente livre a abertura de acesso ao interior do poço.

Uma laje circular de concreto armado, provida de abertura excêntrica com 0,60m de diâmetro é utilizada para permitir a mudança de diâmetro entre o balão e o pescoço, servindo, ainda, de suporte para este. Deve ser instalada de modo que o centro da abertura se projete sobre o eixo do coletor principal do poço.

Para o assentamento das peças é usada argamassa de cimento e areia no traço 1:3, em volume. Degraus de acesso:

O acesso ao fundo do poço é feito por uma escada tipo marinheiro, vertical, com degraus equiespaçados de 0,30m, 0,40m ou 0,50m e um mínimo útil de 0,15m de largura por 0,08m de altura (Figura VII.5), os quais vão sendo instalados a medida que se vão assentando os anéis, repousando cada degrau entre dois anéis consecutivos.

Esses degraus podem ser de ferro galvanizado, mas como este material sofre desgaste

corrosivo com o tempo, é preferível degraus em ligas de alumínio, ferro fundido ou mesmo emprego de escadas portáteis, estas mais viáveis para poços de visita com profundidades inferiores a 3,00 metros, em substituição a escada fixa.

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Modelo de degrau

Poços para redes pluviais:

Os poços de visita para redes de esgotos pluviais são mais simples porque normalmente dispensam as calhas e os tubos de queda, já que neles, até certa altura, as águas pluviais podem cair livremente sem maiores inconvenientes.

Poços de visita

Poço de visita convencional

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Os poços de visita, utilizados para facilitar a inspeção e limpeza das redes de esgoto,

terminam superiormente com um tampão de ferro fundido ao nível da rua e inferiormente com uma laje de concreto à profundidade da tubulação de cota mais baixa dentre as que para eles conduzem o esgoto.

Só é permitida uma caixa de ligação entre dois poços de visita consecutivos. O diâmetro mínimo dos coletores varia de autor para autor podendo ser de 0,40m; 0,50m ou 0,60m.

Quanto à localização dos poços de visita e ao seu distanciamento mútuo, é recomendado, para as redes de esgoto pluvial o mesmo que para as redes de esgoto sanitário. Pode-se adotar o valor de 60m de afastamento máximo entre dois poços de visita consecutivos.

Disposição Construtiva:

Um poço de visita convencional possui dois compartimentos distintos que são a chaminé e o balão, construídos de tal forma a permitir fácil entrada e saída do operador e espaço suficiente para este operador executar as manobras necessárias ao desempenho das funções para as que a câmara foi projetada.

O balão ou câmara de trabalho é o compartimento principal da estrutura, de secção circular, quadrada ou retangular, onde se realizam todas as manobras internas, manuais ou mecânicas, por ocasião dos serviços de manutenção de cada trecho. Nele se encontram construídas em seu piso, as calhas de concordância entre as secções de entrada dos trechos a montante e de saída.

A chaminé, pescoço ou tubo de descida consiste no conduto de ligação entre o balão e a superfície, ou seja, o exterior. Convencionalmente inicia-se num furo excêntrico feito na laje de cobertura do balão e termina na superfície do terreno, fechada por um tampão de ferro fundido. O movimento de entrada e saída dos operadores, é feito através de uma escada de ligas metálicas inoxidáveis, tipo marinheiro afixada degrau em degrau, na parede do poço ou, opcionalmente, através de escadas móveis para poços de pequenas profundidades. As calhas do fundo do poço são dispostas de modo a guiar as correntes líquidas desde as entradas no poço até o início do trecho de jusante do coletor principal que atravessa o poço, e de tal maneira a assegurar um mínimo de turbilhonamento e retenção do material em suspensão, devendo suas arestas superiores ser niveladas com a geratriz superior do trecho de saída.

No caso de trechos de coletores chegarem ao “PV” acima do nível do fundo são necessários cuidados especiais na sua confecção a fim de que haja operacionalidade do poço sem constrangimento do operário encarregado de trabalhar no interior do balão. Para desníveis abaixo de 0,50m não se fazem obrigatórias medidas de precaução, considerando-se a quantidade mínima de respingos e a inexistência de erosão, provocados pela queda do líquido sobre a calha coletora. Para desníveis a partir de 0,50m serão obrigatoriamente instalados os chamados "poços de queda".

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Tubo de queda:

Poço de queda

Os coletores que vão ter a um poço de visita podem atingi-lo em cotas distintas,

prevalecendo, no entanto, para o fundo do poço a cota menor. A solução que visa a adotar para todas as entradas a cota inferior constitui

inconvenientemente de ordem econômica, pois implica o aumento gradativo, de montante para jusante, da profundidade das valas destinadas às tubulações a rebaixar, porque estas invariavelmente devem ser retilíneas entre dois poços de visita.

A solução correta consiste em manter as cotas definidas pelo cálculo, o que implica a

chegada de alguns condutos em cota acima do fundo do poço de visita. Entretanto, as respectivas aberturas são Degraus de acesso.

Os poços de visita são providos de degraus engastados em suas paredes para facilitar o

acesso à câmara (balão). Para a confecção dos degraus é comum o emprego de vergalhão de aço de 20 mm, o

mesmo usado em armaduras de concreto armado, embora com a desvantagem de serem corroídos no decorrer do tempo, tornando-se perigosos e de pequena duração. Por isso, dão lugar aos degraus feitos em fundições, que são mais resistentes e duradouros. Usam-se também degraus de uma liga de alumínio.

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Os degraus guardam entre si o afastamento vertical de 0,30 ou 0,40 ou 0,50m.

Para evitar o uso de degraus, pode-se utilizar uma escada portátil.

Poços de alvenaria:

Poço de visita em alvenaria de tijolos

Os tijolos maciços de barro cozido ou blocos maciços de concreto simples, assentados

em argamassa de cimento e areia, no traço 1:3, são os materiais geralmente utilizados na construção das paredes dos poços de alvenaria.

As paredes, com espessura mínima de 0,20m, internamente devem receber

revestimento de argamassa alisada a colher, enquanto externamente recebem o mesmo revestimento, ou são apenas chapiscadas.

Como elemento intermediário entre o pescoço e o balão é empregada uma laje de

concreto armado com abertura circular excêntrica, fundida no local, com espessura mínima de 12 cm, semelhante à utilizada nos poços pré-moldados de concreto.

Essa mesma laje de 12 cm é usada para suportar o tampão, se o poço tiver

profundidade até 1,50m, caso em que sua câmara sobe até o nível do terreno. Estes poços de visita podem ser cilíndricos ou prismático e devem seguiras seguintes

especificações de dimensões. Dimensões dos poços de visita estabelecidas

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Profundidade (m) Diâmetro d da

maior Tubulação (m)

Diâmetro do tubo de descida ou pescoço

(m)

Menor dimensão plana

da câmara ou balão

Até 1,5 Até 0,3 1,0 1,0

De 1,5 a 2,2 Até 0,3 0,6 1,0

De 0,3 a 0,5 0,6 1,5

Além de 0,5 0,6 (d + 1,0)

De 2,2 em diante Até 0,3 0,6 1,0

De 0,3 a 0,5 0,6 1,5

Além de 0,5 0,6 (d + 1,0)

São usados poços de visita pré-moldados de concreto e de alvenaria

Poços pré-moldados de concreto:

As peças pré-moldados apresentam a vantagem de facilitar e acelerar a construção de

poços de visita cilíndrica com diâmetro interno de 1,0m, Para o tubo de descida (pescoço) os anéis possuem diâmetro interno de 0,60m e altura

de 0,30m ou 0,15m ou 0,08m, neste caso para uso complementar.

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Para o balão devem ser usados anéis com diâmetro interno de 1,0m e altura de 0,30m

ou 0,40m.

Declividade da rua (m/m) Capacidade de escoamento

superficial (L/s)

0,001 60

0,002 90

0,005 150

0,007 160

0,010 200

0,015 250

0,020 280

0,030 340

0,040 400

0,050 450

0,060 500

Alguns autores recomendam um par de bocas-de-lobo por 500 m2 de rua, tolerando,

porém, a variação de 300 a 800 m2, recomendam também que não deve haver afastamento

maior que 40m entre duas bocas-de-lobo consecutivas.

Situação recomendada Situação não recomendada

Situação usual As tubulações conectoras (de ligação), que partem das bocas-de-lobo para alimentar os

coletores (galerias), podem terminar num poço de visita, numa caixa de ligação ou em outra

BL.........Boca de lobo BLM.... Boca de lobo Montante BLJ.......Boca de lobo Jusante

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tubulação conectora. Não devem ter diâmetro inferior a 0,30m, nem declividade menor que 1 %, valores que lhes permitem escoar 80 L/s, aproximadamente.

Um poço de visita não deve receber mais de quatro tubulações conectoras, razão pela

qual são inseridas, nos coletores, caixas de ligação destinadas a receber as tubulações excedentes.

Para a elaboração do projeto da rede de esgoto pluvial, fazem-se necessárias uma

planta topográfica, na escala de 1:2000, com curvas de nível de metro em metro, abrangendo as áreas a esgotar, e uma planilha de cálculo.

Para pequenas áreas, na planta torna-se dispensável o desenho das curvas de nível,

desde que indicadas às cotas topográficas dos cruzamentos das ruas e de seus pontos de mudança de greide.

Embora não seja imprescindível, o uso de planímetro é de grande valia para a

determinação do valor das áreas contribuintes, sobretudo quando de contorno bem irregular.

Projeto das Redes de Esgoto Pluvial

Locação de Caixas de Ligação

Condições a observar: As bocas de lobo, onde tem início o escoamento sub-superficial das águas de chuva, em

rebaixamento situados nas sarjetas, geralmente devem ficar próximas aos cruzamentos de ruas, um pouco a montante das faixas destinadas à travessia de pedestres para evitar que estes pisem dentro d'água durante os temporais, beneficiando, por outro lado, a movimentação dos veículos em sua passagem, de uma rua para outra, rente à curvatura do meio-fio.

BL......... Boca de Lobo CL......... Caixa de Ligação PV......... Poço de Visita

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Sendo grande à distância entre dois cruzamentos de ruas consecutivas, serão utilizadas

bocas-de-lobo intermediárias, para tanto considerando a vazão máxima que a superfície da rua tem condições de comportar em função de sua declividade longitudinal.

Declividade dos coletores: Para um determinado conduto, a velocidade de escoamento e a vazão são tanto

maiores quanto mais acentuada for a sua declividade. Desse modo, seria ideal que cada conduto fosse instalado com a declividade capaz de propiciar-lhe a velocidade máxima tolerada, a fim de que desse a vazão máxima. Acontece que, na prática, a declividade do conduto fica condicionada ao perfil longitudinal da via pública, objetivando a economia da vala onde esse conduto vai ser instalado.

A vala de menor custo é a que mantém em toda a sua extensão a profundidade mínima

permitida, seguindo a declividade da rua. Essa declividade só não será seguida se implicar uma velocidade superior á máxima tolerada, ou se for muito pequena, conduzindo a uma velocidade inferior à mínima admissível.

Assim, podemos ter:

- coletor de esgoto paralelo ao greide da rua; - degraus em uma rua de grande declividade;

- limite mínimo de declividade do coletor para vias planas.

Nas redes de esgoto sanitário é adotado o diâmetro mínimo de 150mm, geralmente capaz

de dar escoamento satisfatório às descargas prediais.

3° Pavimento

2° Pavimento

1° Pavimento

Coletor Predial

Coletor Público

Caixa de Inspeção

Rua

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Condições a observar:

De acordo com as normas, para todos os trechos da rede, isto é, para todos os condutos situados entre dois poços de visita, devem ser estimadas as contribuições de início e fim de plano, Qi e Qf, sendo 2,2 L/s o menor valor para Qi , e 0,15 m o valor do diâmetro mínimo a utilizar.

Como as tubulações são calculadas para lâminas livres, cujas alturas variam, é preciso

que a altura da vazão inicial seja superior a 2/10 do diâmetro se a velocidade inicial estiver entre 0,5 e 0,6 m/s.

Se a velocidade inicial for superior a 0,6 m/s, toleram-se as lâminas líquidas com altura

inferior a 2/10 do diâmetro. Quanto a lâmina final, sua altura não deve ultrapassar 3/4 do diâmetro. Os poços de visita utilizados na rede coletora são de uso obrigatório:

- Nas cabeceiras;

- Nas mudanças de direção;

- Nas mudanças de declividade;

- Nas mudanças de diâmetro;

- Nas mudanças de material;

- Nas mudanças de nível.

Os poços de visita devem ter uma única saída, embora possuindo uma ou várias entradas ou até mesmo nenhuma quando situados nas cabeceiras da rede. Devem, ainda, guardar entre si as seguintes distâncias:

- 100 metros para tubulações com 0,15 m de diâmetro; - 120 metros para tubulações de 0,2 a 0,6 m de diâmetro;

- 150 metros para tubulações de diâmetro superior a 0,6m.

Em qualquer trecho o diâmetro será sempre maior ou, no mínimo, igual a quaisquer dos

diâmetros dos trechos que chegam ao poço de visita de montante. Na falta de informações precisas sobre as ligações prediais, a profundidade mínima dos

coletores, isto é, a diferença de nível entre a superfície da via pública e a geratriz inferior interna, será de 1,2 m. As instalações situadas abaixo do meio fio fronteiriço, deverão ter seu efluente elevado de modo a se garantir essa profundidade mínima.

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Para utilizar profundidades menores o projetista deverá demonstrar que o coletor terá

condições de esgotar os prédios vizinhos que se situem no nível da rua. A profundidade máxima do coletor será de 6,0 m. Profundidades maiores, só serão

permitidas com ampla justificativa técnico-econômica. Para coletores situados abaixo de 4,5 m de profundidade, devem ser projetados coletores auxiliares mais rasos de modo a reduzir o custo das ligações prediais.

Distribuição de vazões: Para o dimensionamento da rede é preciso que para cada trecho fiquem definidas as

ruas cujo esgoto por ele deve passar. Assim, o esgoto de um prédio ao ser lançado na rede, só deve encontrar um caminho a percorrer até o ponto final de lançamento.

Projeto das Redes de Esgoto Sanitário:

Para o traçado da rede devemos dispor de uma planta topográfica, desenhada na

escala de 1:2000, abrangendo as zonas de expansão urbana, com curvas de nível de metro em metro e pontos cotados onde necessários, complementada por outra na escala de 1:10000, apresentando em conjunto as bacias de drenagem atingidas pelo projeto.

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Para aglomerados com população atual inferior a 5000 habitantes tolera-se, na planta

1:2000, que a altimetria fique limitada às cotas, obtidas por nivelamento geométrico dos cruzamentos das ruas e de seus pontos onde haja mudança de greide.

Tubulações:

Os materiais usados nas construções de tubos d'água sob pressão são: ferro-dúctil, ferro fundido, cimento amianto, concreto, aço e plástico.

Os tubos devem ter as seguintes características: resistência para absorver cargas externas de aterro ou por instabilidade do solo; absorver impactos de transporte, resistência à corrosão e pressões internas.

A seleção tem que seguir a determinação do projeto, que são avaliados pelo uso de tabelas, de normas e fabricantes de tubos.

Ligações Domiciliares:

Em ligações domiciliares, sua tubulação é ligada a rede distribuidora por um registro de isolamento da propriedade. O acesso ao registro do passeio é feito por uma caixa de serviço, que se estende da válvula até a superfície.

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Projeto de Sistema de Distribuição:

1 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA 2 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO 3 CAPTAÇÃO 4 ADUTORA DE ÁGUA BRUTA 5 BOMBAS 6 RESERVATÓRIOS 7 ADUTORA DE ÁGUA TRATADA 8 REDE COLETORA DE ESGOTO 9 REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA

10 POÇO DE VISITA 11 INTERCEPTOR 12 EMISSÁRIO

O sistema de distribuição consiste, geralmente, num arranjo em forma de malha que

conduz a água para fins doméstico, comercial, industrial e combate a incêndio. Um sistema de distribuição é determinado pelas pressões que existem em vários pontos

do sistema, devendo ser suficiente para atender aos consumidores; por outro lado, as pressões desnecessariamente altas são onerosas.

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O projeto deve seguir as seguintes etapas:

1- Obtenha ou prepare um mapa da cidade ou bairro a ser projetados; 2- Desenhe linhas pela ruas nas quais se prevê o assentamento da canalização;

3- indicando os cruzamentos, as interligações e os alimentadores do sistema;

4- Admita as demandas assinalando-as na canalização adequada;

5- Calcule o diâmetro de cada canalização;

6- Calcule as pressões traçando contornos piezométricos;

7- Localize os registros e os tubos com os princípios estabelecidos.

As bombas de alto-recalque conduzem a água para os reservatórios de distribuição de

onde será alimentada a rede de distribuição. Reservatórios elevados ou enterrados com bombas de recalque acumulam água para o

período de pico de consumo e para incêndio. Localização dos Distribuidores nas ruas:

Por conveniência e para a manutenção das tubulações após o assentamento, onde a pavimentação tiver largura variando de 12m a 15m, os distribuidores de água podem ser localizados uniformemente do mesmo lado da rua, a uma distância fixa do meio fio ou de outra referência.

Em ruas mais largas pode ser usado o sistema de 2 distribuidores envolvendo um

distribuidor maior num lado da rua e uma tubulação menor no lado oposto.

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QUESTIONÁRIO I. Exercícios

1. Definir Saneamento Básico. 2. Classificar os sistemas de drenagem. 3. Por que se diz que a guia é uma faixa longitudinal? 4. Comparar sarjetas e sarjetões. 5. Por que as bocs coletoras são ditas estruturas hidráulicas? 6. Comparar galerias com condutos de ligação. 7. Idem poços de visita com caixas mortas. 8. Quanto maior a bacia de drenagem maior o tempo de concentração? 9. Definir chuvas intensa, freqüente e torrencial em termos de tempo de recorência. 10. Comparar em termos operacionais e de resultados, os instrumentos pluviômetro e

pluviógrafo. 11. Qual o objetivo básico dos sistemas de drenagem pluvial urbano? 12. Explicar como os sistemas de drenagem proporcionam os seguintes benefícios:

- desenvolvimento do sistema viário; - redução de gastos com manutenção das vias públicas; - valorização das propriedades existentes na área beneficiada; - escoamento rápido das águas superficiais, facilitando o tráfego por ocasião das

precipitações; - eliminação da presença de águas estagnadas e lamaçais; - rebaixamento do lençol freático; - recuperação de áreas alagadas ou alagáveis; - segurança e conforto para a população habitante ou transeunte pela área de projeto.

II. Exercícios

1. Por que as águas de drenagem superficial são fundamentalmente originárias de chuvas? 2. Comparar chuvas convectivas, orográficas e frontais. 3. Por que as medições de chuva são necessárias?

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4. Por que os pluviógrafos são essencialmente instalados nas estações meteorológicas? 5. Explicar o funcionamento de um pluviômetro e de um pluviógrafo. 6. Por que os equipamentos de medição de chuva devem manter uma certa distância dos

obstáculos horizontais e verticais? 7. O que é intensidade de chuva? Como se determina? 8. O que são equações de chuva? Qual a relação com a intensidade do fenômeno? 9. Fazer um gráfico que relacione intensidade com duração e freqüência para a equação de

chuva da cidade de Porto Alegre, citada no texto.

III. Exercícios

1. Definir deflúvio superficial direto. 2. Explicar comparativamente

a) medições diretas; b) processos comparativos; c) métodos analíticos; d) fórmulas empíricas.

3. Que são métodos analíticos de determinação de vazão? 4. Quais as vantagens e desvantagens de cada um dos métodos de determinação de deflúvio

superficial: Método Racional, Método do Hidrograma Unitário e a Análise Estatística. 5. Por que o Método de Kuichling não é verdeiramente racional? Expor suas limitações

devidamente justificadas. 6. Como seria a expressão para determinação da vazão em m3/spelo método racional,

quando a intensidade for em mm/min? 7. Expor razões para que o tempo de concentração seja mais ou menos extenso? 8. O que é intensidade média de precipitação? Que erros podem ser cometidos na sua

determinação? 9. Por que em microdrenagem o perído de retorno máximo é de 10 anos? 10. Comparar coeficiente de deflúvio com tempo de concentração. 11. O que é coeficiente de freqüência e po que ele cresce com o período de retorno?

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12. Um determinado trecho de galeria deverá receber e escoar o deflúvio superficial oriundo de

uma área de 1,85 ha, banhada por uma chuva intensa, onde 18% corresponde a ruas asfaltadas e bem conservadas, 6% de passeios cimentados, 46% de pátios e canteiros gramados, além de 30% de telhados cerâmicos. A sua inclinação média é de 2%. Se o tempo de concentração previsto para o início do trecho é de 14 minutos, calcular a vazão de jusante do mesmo sabendo-se que a equação de chuva máxima local é dada pela expressão i = 1840/(t + 147), com i-mm/min e t-min.

IV. Exerxcícios

1. Definir sarjeta triangular.

2. Deduzir a expressão derivda de Manning para cálculo da capacidade teórica de um a sajeta triangular para guia vertical e para um sarjetão.

3. Explicar os motivos para utilização do coeficiente F.

4. Por que na Figura IV.7, uma curva para ruas e outra para avenidas?

5. Uma sarjeta com z = 24, I = 2% e n = 0,016 terá que capacidade máxima teórica? e de projeto?

6. Verificar a área máxima de projeto contribuinte para a sarjeta do problema anterior, se a equação de chuva é a mesma de Exemplo IV.6.1, para C = 0,60 e tc= 30 min. Verificar também a lâmina de projeto.

7. Verificar se a sarjeta com as características a seguir comportaria uma contribuição proveniente de uma área de 2,0 ha. Comentar os resultados. São dados: z = 12, I = 1,5% e n = 0,015. Para a área são conhecidos C = 0,70, tc = 25 min e a equação de chuva i = 15/t2/3, sendo i - mm/min e t - min. Em caso afirmativo verificar a velocidade de projeto.

8. Deduzir, a partir de elementos infinitesimais, uma expressão para cálculo da capacidade teórica de sarjetas combinadas, em função das ordenadas máximas.

9. Calcular a capacidade máxima admissível na seção de jusante para a sarjeta cuja seção típica é apresentada na figura a seguir. São dados ainda: z = 20, I = 0,02m/m, yo = 13 cm, y' = 5 cm.

V. Exercícios

1. Por que os coletores pluviais são dimensionados de modo a garantirem o escoamento livre?

2. Por que emprega-se períodos de retorno máximos de 10 anos em obras de micro-drenagem?

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3. Explicar as razões técnicas para limitações nos valores de velocidade, declividade e

diâmetros, quanto a condições de autolimpeza e aspectos construtivos.

4. Resolver os seguintes problemas utilizando soluções gráficas e analíticas (n = 0,015):

a) um coletor circular tem uma declividade de 0,005 m/m e deverá transportar 332 l/s como cheia de projeto. Qual será seu diâmetro e velocidade do escoamento;

b) idem se Q = 772 l/s e I = 0,006 m/m; c) calcular a lâmina líquida de um conduto circular com diâmetro de 600 mm transportando

218 l/s (I = 0,2%); verificar também a velocidade de escoamento. d) um trecho de coletor deve escoar durante uma chuva de projeto uma vazão de 1263 l/s.

Sabendo-se que a declividade do trecho é de 0,05% pede-se: - diâmetro do trecho; - condições de funcionamento (y e V);

e) se em uma tubulação de 1200 mm de diâmetro em concreto escoa uma vazão de 1,29 m³/s com uma lâmina absoluta de 80cm, qual é a declividade e a velocidade de projeto?

5. A lâmina líquida em um coletor pluvial, em concreto armado, D = 600mm, é de 387 mm

para uma declividade de 0,3%. Qual a vazão e a velocidade de projeto? 6. Qual a altura molhada em uma tubulação de esgotos pluviais D = 500mm, transportando

204,52 l/s sob uma declividade de 0,0045 m/m? 7. Que área de projeto poderia ser esgotada por um coletor de esgotos pluviais de 400 mm

de diâmetro, assentado sob 0,35% de declividade? Sabe-se que a equação de chuva local é a mesma do exercício IV.6.7. C = 0,60.

8. Uma galeria pluvial de 1,5 m de diâmetro, deverá transportar 3366 l/s quando funcionar a

3/4 de secção. Determinar a descarga e a velocidade de escoamento quando a lâmina líquida for de apenas 0,45% da altura útil.

9. Determinar a área, o perímetro e o raio hidráulico molhados no coletor do exercício

anterior, quando y/D for igual a 0,60. 10. Duas galerias circulares se encontram. Uma tem 1,10m de diâmetro, declividade de

0,0004m/m e apresenta uma vazão máxima de 408,6 l/s. A segunda tem 0,60m de diâmetro, declividade de 0,001m/m e uma vazão máxima de 122 l/s. Pergunta-se a que altura da maior deverá entrar a menor para que, na situação de vazões máximas não apareçam condições de remanso ou de vertedouro livre? n = 0,015. 11. Calcular a capacidade máxima de um trecho de galeria de 0,60m de diâmetro, n =

0,015, com 1% de declividade, funcionando a 3/4 de seção?

VI. Exercícios

1. Em termos de poço de visita definir: chaminé, câmara de trabalho, calhas de concordância e trechos de montante e de jusante.

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2. Explicar o emprego de poços de queda nos PV. 3. Explicar os diversos posicionamentos obrigatórios dos PVs nas galerias pluviais. 4. Expor razões que obrigam a existência das chaminés. Por que a altura das mesmas deve

ficar entre 0,30 e 1,00 metro? 5. Qual a razão principal da abertura da peça de transição ser excêntrica? 6. Estudar as vantagens e desvantagens das escadas fixas em relação às portáteis. 7. Por que os PV em concreto armado no local são mais utilizados para canalizações com

diâmetros superiores a 400 mm ? 8. Por que as chaminés são mais frequentemente construídas com anéis pré-moldados? 9. Encontrar as dimensões úteis para PVs nas seguintes condições:

Nº de PV Profundidade (m) Diâmetro do Coletor efluente (mm) 1 1,50 400

2 1,80 300 3 2,00 400 4 2,10 700 5 3,20 1500 6 3,70 1000 7 4,15 500

10. Definir caixas de ligação "de reunião" e "intermediária". Qual a diferença conceitual entre

elas? 11. Comparar "tubulações de ligação" e "condutos de ligação".

VII. Exercícios

1. Definir "seção fechada padrão". 2. Citar situações em que a seção circular poderia se tornar inviável. E situações onde seu

emprego seria impossível. 3. Dar uma definição para "dois condutos equivalentes". 4. Desenhar a seção calculada no exemplo do item XV.3. 5. Como poderia acontecer a corrosão bacteriana nas seções especiais ? 6. Por que a seção retangular é a mais comum das seções especiais ?

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7. Por que as seções ovais são mais indicadas para casos de grandes cargas verticais? e

pequenos esforços laterais? 8. Por que os arcos abatidos são pouco recomendáveis para substituição dos ovóides? 9. Quais os fatores que determinam o tipo de seção especial a empregar ? 10. Por que um só fator é suficiente para mostrar a inviabilização da seção circular no caso

específico? Exemplifique. 11. Citar fatores hidráulicos de importância na definição do tipo de seção a instalar. 12. Idem para fatores econômicos e físico-geométricos. 13. Repetir o exemplo do item XV.3 para as demais seções da Tabela XV.1. 14. Desenhar as seções calculadas no exercício anterior. 15. Determinar a velocidade média e a vazão de uma seção tipo capacete de 1,8m de largura e

declividade de 0,08%. 16. Determinar as dimensões de um emissário de esgotos sanitários em arco de círculo com

canal, para transporte de uma vazão 5,0m³/s sob uma declividade de 0,08%. Desenhar a seção.

17. Repetir o exercício XV.7.16 para quando a seção for (a) ferradura achatada (b) formato de

cesto alemão (c) oval invertida (d) oval larga e (e) quadrada. 18. Comparar a capacidade de uma seção circular de diâmetro D com as seguintes seções de

idêntica dimensão horizontal: a) ovóide alta; b) elipsoidal alta; c) cesto alta; d) quadrada de quatro lados; e) retangular H/D = 1,50. 19. Repetir o exercício anterior para h/H = 0,5, ou seja, para circular a meia seção. Desenhar

as figuras. 20. Encontrar a altura do esgoto e a velocidade média de escoamento de 270 l/s em uma

seção em ferradura de largura igual a 1,2m, sob declividade de 0,002m/m. E se a seção fosse oval de soleira estreita? ou quadrada?