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Autores:
Nuno Almeida N.º 2110760
Susana Ribeiro N.º 2110421
CONCEÇÃO E DIMENSIONA
DE REDES DE DRENAGEM
DE ÁGUAS PLUVIAIS
Hidrologia e Recursos Hídricos
2º Ano 2º Semestre
Engenharia Civil Pós Laboral
Abril 2012
ONCEÇÃO E DIMENSIONAMENTO
DE REDES DE DRENAGEM PÚBLICA
DE ÁGUAS PLUVIAIS
Página | 1
Docentes:
Ricardo Gomes
Fernando Cruz
I
DECLARAÇÃO DE ORIGINALIDADE
Trabalho Prático de Hidrologia e Recursos Hídricos
Conceção e dimensionamento de redes de drenagem pública de águas pluviais
Os autores deste relatório/trabalho/ projeto declaram que o conteúdo do mesmo é da sua autoria e
não constitui copia parcial ou integral de trabalhos de outro(s) autor(es).
(Assinatura do 1º autor)
_____________________________________ Nuno Miguel de Figueiredo Almeida
(Assinatura do 2º autor)
_____________________________________ Susana Isabel Rosa Ribeiro
O não cumprimento está sujeito a sanção disciplinar conforme previsto no artigo 134º do Estatutos do IPL
II
ÍNDICE
ÍNDICE ............................................................................................................................................ II
1 | Introdução .................................................................................................................................... 3
2 | Sistemas de Drenagem Pública de Águas Pluviais ...................................................................... 3
2.1 – Tipos de Sistemas ................................................................................................................ 3
2.2 – Componentes do Sistema Separativo de Drenagem Pública de Água Pluvial .................... 4
3 | Dimensionamento ........................................................................................................................ 4
3.1 – Caudais de Cálculo .............................................................................................................. 5
3.2 – Cálculo de diâmetros ........................................................................................................... 7
3.3 – Cálculo da Inclinação Máxima e Mínima Admissível ........................................................ 8
3.4 – Seleção da Inclinação e Implantação dos Coletores ............................................................ 9
3.5 – Largura das valas, assentamento e aterro dos coletores .................................................... 10
4 | Considerações Finais ................................................................................................................. 12
5 | Bibliografia ................................................................................................................................ 13
Bibliografia .................................................................................................................................... 13
6 | Anexos ....................................................................................................................................... 14
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Secção cheia .................................................................................................................... 8
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1- ASCE ............................................................................................................................... 6
3
Capítulo Um
1 | Introdução A execução do projeto de conceção e dimensionamento da rede de drenagem pública de águas
pluviais faz parte integrante da Unidade Curricular de Hidrologia e Recursos Hídricos, a sua
elaboração é de carácter obrigatório.
O principal objetivo deste projeto é dar a conhecer os métodos, materiais e regulamentação
necessária à correta elaboração do mesmo, na área da drenagem pública de águas pluviais. Para tal,
passa-se a descrever todo o processo desenvolvido na realização do projeto de conceção e
dimensionamento da rede de drenagem pública de águas pluviais, justificando sempre que
necessário as decisões tomadas.
Capítulo Dois
2 | Sistemas de Drenagem Pública de Águas Pluviais Consta no Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de
Drenagem de Águas Residuais (RGSPPDADAR), que os sistemas de drenagem pública de águas
residuais podem ser: Separativos, Unitários, Mistos, Separativos parciais ou pseudo-separativos –
Art. 116º.
2.1 – Tipos de Sistemas
• Separativos – Sistema constituído por duas redes de coletores distintas, uma para uso das
águas residuais domésticas e industriais e a outra para a drenagem das águas pluviais;
• Unitário – Sistema constituído por uma única rede de coletores que recebe as águas
residuais domésticas, industriais e pluviais;
• Mistos – Sistemas em que uma parte da rede funciona como sistema unitário e a restante
como separativo, é comum encontrar este tipo de sistema em novas urbanizações, pois as
redes antigas próximas destas novas urbanizações funcionam como rede unitária e nas
novas urbanizações funcionam como rede separativa;
• Separativo parcial ou pseudo-separativo – Sistema utilizado excecionalmente, consiste na
ligação de águas pluviais de pátios interiores à rede de águas residuais doméstica.
O tipo de sistema adotado neste projeto foi o separativo.
4
2.2 – Componentes do Sistema Separativo de Drenagem Pública de Água Pluvial
• Redes de coletores e ramais de ligação
• Órgãos acessórios – câmaras de visita/caixas de visita, dispositivos de entrada (Sarjetas de
passeios ou sumidouro)
• Órgãos especiais e instalações complementares – bacias de retenção, câmaras drenantes,
instalações elevatórias.
Capítulo Três
3 | Dimensionamento O dimensionamento de uma rede de drenagem pública de águas pluviais consiste numa primeira
fase em determinar os caudais, para posteriormente se determinarem os diâmetros mínimos a serem
utilizados para os coletores. Após este dimensionamento terão que ser verificadas, a inclinação
máxima e mínima a respeitar e será também feita a seleção da inclinação dos coletores e por
último, terão de se verificar as velocidades máxima e mínima (sempre respeitando os valores
regulamentares).
Antes de se iniciarem as várias etapas dos cálculos para efetuar o dimensionamento, devem ser
tidos em conta os seguintes pontos:
1. Estudo da zona em questão (ao nível planimétrico e altimétrico, de precipitação média
máxima, áreas impermeáveis que influenciam o coeficiente de escoamento e o período de
retorno a considerar), bem como do possível traçado – para tal, foi-nos fornecida uma carta
topográfica e elementos para calcular a precipitação e para um determinado período de
retorno (Tr = 5anos), apenas para a zona em estudo - que foi uma urbanização sita em
Leiria, mais concretamente a Urbanização Santa Clara, na freguesia de Parceiros. (desde
logo não contemplando o contexto em que se insere esta zona e outros parâmetros que
deveriam ser tidos em conta, condicionando algumas das opções e estudos necessários num
projeto que não meramente académico).
2. Efetuar o traçado da rede de drenagem pública de águas pluviais (que deve ser retilíneo,
tanto em planta como em perfil);
3. Assinalar a localização das caixas de visita (que devem ser colocadas na confluência de
coletores, nos pontos de mudança de direção, inclinação e de diâmetros de coletores, bem
como nos alinhamentos retos, sempre que estes excedam os 60m de comprimento;
4. Assinalar a localização dos sumidouros, que recebem as águas da sub-bacia hidrográfica
respetiva, e a sua ligação à caixa de visita – todas as caixas de visita, sumidouros e outros
elementos acessórios da rede foram colocados procurando respeitar as disposições
5
regulamentares, tendo em conta que a zona em estudo se situa em parte, numa zona de
encosta e em casos não contemplados nas disposições legais, tentando que imperasse o
bom senso;
5. Assinalar a localização das caixas de visita prediais, (que recebem as águas pluviais dos
lotes), com ligação à caixa de visita que recebe as águas destes elementos;
6. Marcar as bacias hidrográficas afetas a cada caixa de visita;
7. Ter em conta, a subdivisão de cada bacia hidrográfica pelo tipo de pavimento e ocupação
de solo (betuminoso, calçada/pavê, relva, coberturas e se é zona comercial, residencial,
industrial), para posteriormente calcular o coeficiente de escoamento ponderado.
A planta do traçado da rede, caixas de visita, sumidouros e outros, está presente no Anexo 1
3.1 – Caudais de Cálculo
Os cálculos de dimensionamento iniciam-se com o cálculo do Caudal de Cálculo com a utilização
da seguinte expressão (que resulta do Método Racional (A<25Km2)):
���� = � × � × (m3/s)
Onde:
A – Área da sub-bacia afeta à caixa de visita
C - Coeficiente de escoamento
���� ���� = ∑�� × �∑�
Para obtermos o valor do Coeficiente de Escoamento (C), é necessário ponderar este valor, isto é,
para cada bacia ou sub-bacia hidrográfica que estamos a estudar, iremos obter o C para cada tipo de
superfície (mais ou menos impermeável), em função da área que ocupa.
Na realização do Cálculo do Coeficiente de Escoamento consultou-se a tabela da ASCE, presente
no manual da unidade curricular, para se escolher o valor de C a atribuir a cada tipo de superfície.
6
Os valores escolhidos de acordo com o tipo de superfícies foram:
• Pavimento asfáltico – 0.90 pois este pavimento é bastante impermeável, como não temos
conhecimento das propriedades exatas deste pavimento achou-se melhor não selecionar
como valor de C o valor máximo da tabela;
• Passeio para peões – 0.85;
• Cobertura (telhados) – 0.90 pois também é uma superfície bastante impermeável.
• Relvado – 0.15 na escolha deste valor foi tido em atenção a falta de elementos sobre o
solo, uma vez que se desconhece se é permeável ou impermeável, assim sendo decidiu-se
selecionar um valor que encaixe nos dois tipos de solos.
As áreas das sub-bacias e os cálculos dos coeficientes de escoamento são apresentados no Anexo 2
Tipo de ocupação do solo C
Comercial: - no centro urbano 0,70 - 0,95 - nos arredores 0,50 - 070
Residencial: - habitações unifamiliares 0,30 - 0,50 - prédios isolados 0,40 - 0,60 - prédios geminados 0,60 - 0,70 - suburbanos 0,25 - 0,40
Industrial: - pouco denso 0,50 - 0,80 - muito denso 0,60 - 0,90 Parques e cemitérios 0,10 - 0,25 Campos de jogos 0,20 - 0,40
Tipo de superfície C
Pavimentos - asfáltico 0,70 - 0,95 - betão 0,80 - 0,95 Passeios para peões 0,85 Cobertura (telhados) 0,75 - 0,95 Relvado sobre solo permeável - plano < 2% 0,05 - 0,10 - médio 2% a 7% 0,10 - 0,15 - inclinado > 7% 0,15 - 0,20 Relvado sobre solo impermeável - plano < 2% 0,13 - 0,17 - médio 2% a 7% 0,18 - 0,22 - inclinado > 7% 0,25 - 0,35
Tabela 1- ASCE
7
I - Intensidade média máxima de precipitação
� = � × �� (mm/h)
No cálculo da Intensidade utilizaram-se os dados fornecidos no enunciado do trabalho (parâmetro a
e parâmetro b) em função da zona de estudo e do tempo de retorno (que para este tipo de projetos
varia entre 2 e 10 anos). O valor de t, é o valor do tempo de concentração, isto é, o máximo tempo
que a água pode demorar a chegar de um ponto da bacia à secção de referência. (ao meio recetor –
caixa de visita). Nas caixas de cabeceira o valor de t assumido foi de 10 minutos e nas restantes
caixas o valor de t foi obtido de acordo com a seguinte expressão:
� = ���� + ������ �������� ����������� �.��� (min)
Exemplo genérico:
Cálculo de t para o troço BC
Considerando A uma caixa de cabeceira, tinicial = 10 min
Logo,
��� = �� + �� 0.9 × 60 = 10 + 30
0.9 × 60 = 10,56()* Em situações em que a caixa de visita recebe as águas pluviais de vários coletores, o valor de t
considerado é o maior de entre os vários conjuntos de troços que confluem naquela caixa.
Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 3
3.2 – Cálculo de diâmetros
Para determinar o diâmetro a utilizar, utilizam-se várias expressões para chegar ao valor a adotar,
nomeadamente:
• Diâmetro mínimo em função da altura da lâmina de água:
+���,, ≥ . /×01á341á3×56789:6; (m)
A B C
30 m
8
• Diâmetro mínimo em função da inclinação:
+���,� = <=�.>?�×01á3@A×B�1á3 CD// × 6F/G
56789:6;H/I (m)
Nestas expressões temos um valor de θ, este valor é o valor do
ângulo formado pelos dois raios que tocam a superfície livre,
como mostra a fig.1.
O valor de θ é obtido através da seguinte expressão:
J = 2 × �LMNO P1 − 2 × ,RS,com θ em radianos.
Após determinados estes valores comparam-se os resultados com o valor mínimo exigido no
Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de
Águas Residual, o valor a escolher é o máximo de entre os três.
Uma vez obtido este diâmetro (mínimo), terá de se encontrar um diâmetro comercial que seja igual
ou superior ao mesmo. Para isso teremos que conhecer o tipo de material a ser utilizado para os
coletores, que neste caso em concreto foi escolhido o de Betão Simples, e indicar o seu DN
(diâmetro nominal).
Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 4
3.3 – Cálculo da Inclinação Máxima e Mínima Admissível
Estes parâmetros, à semelhança do ponto anterior, são obtidos por uma escolha de entre várias
opções. No caso da inclinação mínima para a implantação de coletores, são utilizadas as seguintes
expressões:
• Inclinação mínima devido à imposição da altura da lâmina liquida máxima
)���,,5%; = U20.159 × ��áVWX × +//D × J=/D5J − sin J;?/D\
=× 100
• Inclinação mínima devido à imposição da velocidade mínima
)���,]5%; = U20.159 × ��í�WX × +//D × J=/D5J − sin J;?/D\
=× 100
Figura 1 - Secção cheia
9
J�_> = J� − <J� − sin J� − `1 − cos J� C
` = 8 × ��í�+= × d�í�
O processo de determinação do ângulo J�_> é iterativo, e deverá ser tido em conta que se o valor
encontrado for superior a 2e, então o valor a adotar deverá ser 2e.
A escolha da inclinação mínima é feita adotando o máximo de entre os dois valores anteriores e o
mínimo regulamentar.
• Inclinação máxima devido à imposição da velocidade máxima
)�áV,]5%; = U20.159 × ��áVWX × +//D × J=/D5J − sin J;?/D\
=× 100
J�_> = J� − <J� − sin J� − `1 − cos J� C
` = 8 × ��áV+= × d�áV
Respeita o mesmo raciocínio de cálculo do ponto anterior, e a escolha da inclinação máxima para a
implantação do coletor é obtida adotando o mínimo de entre o valor anterior e o máximo
regulamentar.
Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 5
3.4 – Seleção da Inclinação e Implantação dos Coletores
Nesta fase já são conhecidos todos os parâmetros necessários à implantação dos coletores (tipo de
material, diâmetros e inclinações mínimas e máximas a respeitar), e será então necessário conhecer
a topografia do terreno (para tal foram-nos fornecidos perfis longitudinais dos vários arruamentos),
para ajustar a inclinação do coletor, sempre que possível, à própria linha do terreno, de forma a
respeitar o mínimo regulamentar para o assentamento dos coletores (1m), e de modo a efetuar o
mínimo de movimentações de terras (escavações), possível, devido ao seu impacto nos custos da
obra.
10
Nota: O valor indicado para o assentamento dos coletores (Rm e Rj) refere-se à medida entre o
pavimento e o extradorso superior do coletor.
Para este efeito é necessário conhecer as cotas do terreno no local de implantação de cada caixa de
visita, determinando de seguida a inclinação do terreno entre caixas. As cotas foram retiradas dos
perfis longitudinais fornecidos e para as inclinações utilizou-se a seguinte fórmula:
)� �� ��5%; = <�N��fgLLg*N������� − �N��fgLLg*NhiX��� j��� ��� C × 100
Para determinar a profundidade de assentamento das caixas de visita, utilizaram-se as seguintes fórmulas:
kl5); = k(5); + j��� �� × <)��� ���,�5%; − )� �� ��5%;100 C
k(5); = kl5); − j��� �� × <)��� ���,m5%; − )� �� ��5%;100 C
)��� ���,�5%; = kl5); − k(5);j��� ��� × 100 + )� �� ��5%;
Para este caso em concreto, e devido aos diâmetros obtidos nos cálculos de dimensionamento, as
inclinações mínimas e máximas admissíveis para a implantação levaram a que a escolha da
inclinação do coletor induzisse em grandes profundidades de assentamento das caixas de visita, o
que representaria um custo acrescido bastante elevado. Assim sendo foi tomada a iniciativa de
aumentar um pouco alguns dos diâmetros obtidos no dimensionamento (respeitando todos os
dispostos regulamentares), conseguindo desta forma uma melhor relação entre a inclinação do
coletor e a inclinação do terreno, obtendo assim profundidades de assentamento bastante menores.
Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 6
A representação gráfica da implantação dos coletores (perfil longitudinal) encontra-se no Anexo 7
e os pormenores das caixas de visita, valas e sumidouro no Anexo 8
3.5 – Largura das valas, assentamento e aterro dos coletores
• Largura das valas
Na elaboração das valas deverão ser tidos em conta, os seguintes aspetos:
11
Para profundidades até 3 m (que representa a maior parte das profundidades de
assentamento das caixas de visita deste projeto), para a largura da vala (L), escolha-se o
mínimo de entre:
L = D, + 0.50 para condutas de diâmetro até 0.50 m;
L = D, + 0.70 para condutas de diâmetro superior a 0.50m
Onde D é o diâmetro exterior da conduta em metros.
Para profundidades superiores a 3 m, poderá a largura ter de ser maior, em função do tipo
de terreno, processo de escavação e nível freático – por norma mais 0.10m, por cada metro,
a partir dos 3m.
• Assentamento dos coletores
1 - Deverão ser assentes de forma a assegurar que cada troço se apoie contínua e
diretamente dobre terrenos de igual resistência.
2 – Quando o terreno não assegurar as condições necessárias à estabilidade das tubagens ou
acessórios, deverá ser substituído por material mais resistente devidamente compactado.
3 – Quando a escavação for feita em terreno rochoso, as tubagens devem assentar sobre
uma camada uniforme, previamente preparada, de 0.15 a 0.30m de espessura de areia,
gravilha, ou material similar cuja maior dimensão não exceda os 20mm.
4 – Devem ser previstos maciços de amarração nas curvas e pontos singulares, calculados
com base nos impulsos e resistência dos solos.
• Aterro das valas
O aterro deve ser efetuado de 0.15 a 0.30m acima do extradorso superior das tubagens com
material cujas dimensões não ultrapasse os 20mm.
A compactação do material de aterro deve ser feita com o cuidado necessário, por forma a
não danificar as tubagens e a garantir a estabilidade do pavimento.
Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 6
12
4 | Considerações Finais Fazem-se aqui referência a alguns pormenores importantes que devem ser tidos em conta na fase de
execução.
• O material a ser usado para os coletores é o Betão Simples (não armado), conforme o tipo
que está exemplificado no dimensionamento, e os materiais acessórios os que se adequem
aos mesmos.
• A natureza do terreno e condições de assentamento, não foram contemplados neste estudo.
• A profundidade mínima de assentamento de 1m dos coletores é medida entre o seu
extradorso superior e o pavimento da via pública.
• As descargas das águas pluviais nas respetivas linhas de água, não contemplou o estudo
necessário acerca do seu impacto nas mesmas, assegurando que estas eram compatíveis
com o tipo de descarga que se propõem lá efetuar. A razão pela qual este ponto não foi
verificado, prende-se com o facto de essas linhas de água estarem fora da nossa zona de
estudo, bem como não era um ponto exigido neste projeto em concreto.
• O regulamento tomado como base para a elaboração deste projeto foi o “Regulamento
Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas
Residuais”.
• As tabelas comerciais consultadas para o dimensionamento, e que seguem em anexo, são
meramente representativas, podendo ser utilizada qualquer outra marca, desde que respeite
todos os requisitos e garantias que as que aqui foram apresentadas.
• A caixa P20 é uma caixa que não consta nas caixas tipo fornecidas, sendo que terá que ser
uma caixa com queda guiada, mas também uma caixa de junção (e esta junção é a
confluência de 3 coletores e mais um de saída).
13
5 | Bibliografia
BIBLIOGRAFIA • Apontamentos teóricos da Unidade Curricular Hidrologia e Recursos Hídricos
• “Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de
Drenagem de Águas Residuais”
14
Capítulo Seis
6 | Anexos
15
Anexo 1
Desenho n.º 1 – Traçado Rede de Águas Pluviais (PD1)
16
Anexo 2
Tabela cálculo de C ponderado (1.1)
Desenho n.º 2 – Sub-bacias hidrográficas (PD2)
Desenho n.º 3 – Sub-bacias hidrográficas (PD3)
17
Anexo 3
Tabela cálculo de Caudais de cálculo (1)
18
Anexo 4
Tabela cálculo de Diâmetros (2, 2.1 e 2.2)
19
Anexo 5
Tabela cálculo de Inclinação Máxima e Mínima Admissível (3)
20
Anexo 6
Tabela cálculo Selecção da inclinação do colector: implantação do colector (4)
Tabela de cálculo da velocidade máxima e mínima (5 e 6)
Tabela de cálculo de assentamento de coletores – Valas (7)
Tabela de cálculo de assentamento de coletores - Escavação (8)
21
Anexo 7
Desenho n.º 4 – Perfis longitudinais (PD 4)
Desenho n.º 5 – Perfis longitudinais (PD 5)
Desenho n.º 6 – Perfis longitudinais (PD 6)
Desenho n.º 7 – Perfis longitudinais (PD 7)
Desenho n.º 8 – Perfis longitudinais (PD 8)
Desenho n.º 9 – Perfis longitudinais (PD9)
Desenho n.º 10 – Perfis longitudinais (PD10)
22
Anexo 8
Desenho n.º 11 – Pormenor Caixa de Visita (PD 11)
Desenho n.º 12 – Pormenor Caixa de Visita (PD 12)
Desenho n.º 13 – Vala Tipo (PD 13)
Desenho n.º 14 – Sumidouro (PD 14)