Dimensionamento de Sistema de Microdrenagem

UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DIMENSIONAMENTO DE REDE DE MICRODRENAGEM URBANA

ANDRÉ FILIPE MAFRA DE SOUZA EDUARDO FIGUEIREDO ESSIG

BLUMENAU 2014

ANDRÉ FILIPE MAFRA DE SOUZA EDUARDO FIGUEIREDO ESSIG

DIMENSIONAMENTO DE REDE DE MICRODRENAGEM URBANA

Trabalho apresentado à disciplina de Drenagem Urbana do Curso de Engenharia Civil do Centro de Ciências Tecnológicas da Universidade Regional de Blumenau – FURB. Prof.: Adilson Pinheiro

BLUMENAU 2014

ANDRÉ FILIPE MAFRA DE SOUZA EDUARDO FIGUEIREDO ESSIG

DIMENSIONAMENTO DE REDE DE MICRODRENAGEM URBANA

Trabalho apresentado à disciplina de Drenagem Urbana do Curso de Engenharia Civil do Centro de Ciências Tecnológicas da Universidade Regional de Blumenau – FURB. Prof.: Adilson Pinheiro

BLUMENAU 2014

SUMÁRIO 1

INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO ..................... .......... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ..................4 .......4 1.1 ETAPAS DO DIMENSIONAMENTO ................................ ................................................ ................................. ..................... 4 1.1.1 Subdivisão da área e traçado ............................... ................................................ .................................. ........................ ....... 4 1.1.2 Determinação das vazões afluentes afluen tes ................................ ................................................ ........................... ........... 5 1.1.3 Dimensionamento de galerias ................................ ................................................ .................................. ...................... .... 5 2 APRESENTAÇÃO APRESENTAÇÃO DA REGIÃO ESTUDADA...................... ........... ...................... ...................... ...................... ...........6 6 2.1 SELEÇÃO DAS RUAS .................................. .................................................. ................................. ................................. ........................ ........ 6 2.2 ELEMENTOS PRELIMINARES AO ESTUDO ................................. .................................................. ..................... .... 6 3 MEMORIAL DE CÁLCULOS ..................... .......... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ..................7 .......7 3.1 DETERMINAÇÃO DAS ÁREAS DE CONTRIBUIÇÃO ................................. ..................................... .... 7 3.2 COEFICIENTE DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL .................................. ............................................ .......... 8 3.3 TEMPO DE CONCENTRAÇÃO INICIAL E PERÍODO DE RETORNO ............ 9 3.4 INTENSIDADE DAS CHUVAS CONTRIBUINTES .................................. .......................................... ........10 3.5 DETERMINAÇÃO DAS VAZÕES ............................... ................................................ .................................. ...................... .....11 3.6 DIMENSIONAMENTO DA REDE DE MICRODRENAGEM ............................ ............................12 3.6.1 Determinação das cotas, das declividades e do recobrimento (profundidades) ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. ...................... .....12 3.6.2 Determinação dos diâmetros diâme tros e dos tempos de escoamento ..............14 3.6.3 Cotas das valas, valas, dos fundos dos poços de visita e volumes volumes de escavação ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. ................................. ................17 3.7 SARJETAS E BOCAS DE LOBO LOBO............................... ................................................ .................................. ......................... ........19 3.7.1 Sarjetas ........................... ............................................ .................................. ................................. ................................. ............................... ..............20 3.7.2 Bocas de lobo ................................. .................................................. ................................. ................................. ............................... ..............25 3.8 DISSIPADORES DE ENERGIA ................................. .................................................. .................................. ......................... ........27 4 CONCLUSÃO CONCLUSÃO ..................... .......... ...................... ...................... ...................... ..................... ..................... ...................... ...................... ................... ........ 28 REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 29 ANEXOS......................................................................................................................... 30

4

1

INTRODUÇÃO A equipe autora deste trabalho ficou incubida de realizar um trabalho

para dimensionamento de uma rede de microdrenagem urbana. O professor orientador da disciplina Adilson Pinheiro distribuiu à turma da matéria diferentes ruas presentes no município de Blumenau. A rua designiada à equipe foi a rua Alfredo Demm, localizada no bairro da Itoupava Central. A proposta inicial do trabalho é realizar o dimensionamento de uma rede de microdrenagem urbana, incluindo todos os seus parâmetros e itens estudados durante a jornada da disciplina, cuja extensão deve abranger um somatório de trechos a partir da rua designada. A extensão mínima da rede determinada pelo professor é de 1000 metros, porém a rua Alfredo Demm possui um comprimento menor que este. Para que se pudesse estender a rede a 1000 metros de comprimento ou mais, trechos de outras ruas próximas tiveram de ser adicionadas aos quesitos de dimensinamento, com está explicitado nos próximos itens deste trabalho. A partir dos critérios mencionados acima e baseando-se nos aprendizados obtidos em sala de aula e em estudos externos, a equipe desenvolveu o dimensionamento da rede de microdrenagem, apresentada no presente memorial de cálculo. 1.1 ETAPAS DO DIMENSIONAMENTO 1.1.1 Subdivisão da área e traçado Inicialmente, o traçado da rede foi desenhado sobre a rua solicitada e outros trechos próximos, para que se pudesse superar o mínimo de 1000 metros de comprimento. Em seguida, ao longo do traçado, os poços de visita – ou PVs – foram inseridos no desenho, com distância máxima entre eles de 100 metros, sendo necessários também nas mudanças de direção de ruas. Com essa etapa

5

concluída, pôde-se determinar o número total dos PVs e dar início à próxima fase. Com os PVs locados, foi necessário lançar e calcular as áreas de influência de contribuição das águas urbanas aos arredores das ruas, levandose em conta a topografia do terreno. 1.1.2 Determinação das vazões afluentes Através de análise de imagens da localização dos trechos estudados, pôde-se determinar o nível de urbanização e calcular o índice C. A partir da média ponderada do mesmo, o C médio pôde ser obtido. Em seguida, deve-se seguir os passos especificados na apostila de microdrenagem quanto ao cálculo do tempo de concentração (tc). Foi utilizada a fórmula usual para o cálculo da intensidade das chuvas (i), a partir dos dados obtidos através da estação mais próxima da rua analisada. Com os valores acima mencinados em mãos, pôde-se calcular as vazões afluentes através do método racional. 1.1.3 Dimensionamento de galerias Com as vazões calculadas e os parâmetros das galerias, pôde-se determinar o diâmetro da tubulação. Assim, por sua vez, encontrou-se os valores de área molhada, tempo de escoamento e os demais itens necessários em cada trecho, para que se pudesse dimensionar corretamente os elementos de projeto. Os cálculos e representações gráficas utilizados para o dimensionamento de tais elementos se encontram a partir dos próximos itens deste trabalho.

6

2

APRESENTAÇÃO DA REGIÃO ESTUDADA

2.1 SELEÇÃO DAS RUAS Figura 1 – Localização da rua solicitada e seleção de ruas próximas.

Fonte: Google Maps.

A rua especificada pelo professor não possui o comprimento mínimo de 1000 metros para a rede de microdrenagem. Logo, foi necessária a seleção de outros trechos de ruas próximas para suprir o comprimento faltante. As ruas selecionadas foram: rua Carlos Krueger e rua Ricardo Georg. 2.2 ELEMENTOS PRELIMINARES AO ESTUDO Para facilitar entendimento da determinação dos elementos essenciais ao dimensionamento demonstrado posteriormente, nas páginas de anexo encontram-se plantas com informações individuais ao seu escopo: locação da rua, localização dos PVs, delimitação e determinação das áreas de contribuição para os PV’s e delimitação e determinação das áreas de contribuição para as

galerias.

7

3

MEMORIAL DE CÁLCULOS

3.1 DETERMINAÇÃO DAS ÁREAS DE CONTRIBUIÇÃO As áreas de contribuição de cada trecho entre poços de visita foram traçadas conforme comportamento da água em relação às curvas de nível analisadas. Estas áreas contribuintes apenas representam as áreas as quais as águas oriundas do escoamento superficial teriam seu deságue nos elementos de microdrenagem. Logo, foram descartas do cálculo áreas cujo deságue se daria diretamente em rios, ribeirões e outros elementos naturais. Tabela 1 – PVs, trechos e suas áreas de contribuição

TRECHO

L (m)

PV01 PV01 - PV02 PV02 - PV03 PV03 - PV04 PV04 - PV05 PV05 - PV06 PV06 - PV07 PV07 - PV08 PV08 - PV09 PV09 - Deságue

52,52 69,51 26,83 68,09 47,97 33,62 46,21 52,81 -

TRECHO

L (m)

PV10 PV10 - PV11 PV11 - PV12 PV12 - PV13 PV13 - PV14 PV14 - PV15 PV15 - PV16 PV16 - PV17 PV17 - Deságue

12,08 24,59 24,51 36,31 49,82 46,22 55,60 -

TRECHO PV18 PV18 - PV19 PV19 - PV20 PV20 - PV21 PV21 - PV22 PV22 - Deságue

ÁREA (m²) Trecho Acumulada 1597,89 1597,89 1500,4 3098,29 2142,84 5241,13 680,74 5921,87 2898,96 8820,83 746,41 9567,24 1059,99 10627,23 1601,88 12229,11 1819,59 14048,7 14048,7 ÁREA (m²) Trecho Acumulada 804,93 804,93 846,14 1651,07 3745,58 5396,65 8151,49 13548,14 3154,42 16702,56 6307,75 23010,31 5599,62 28609,93 5854,32 34464,25 34464,25

ÁREA (m²) Trecho Acumulada 67,7 11798 11798,03 71,64 14005,3 25803,35 41,93 2802,6 28605,95 42,36 1509,48 30115,43 30115,43 L (m)

Fonte: autor.

8

As áreas contribuintes de cada trecho interferem no dimensionamento de seus elementos da rede. Porém, deve-se levar em conta também as áreas contribuintes que despejam águas oriundas de pontos mais elevados que o ponto estudado. Logo, deve-se realizar uma soma acumulativa conforme os pontos vão ficando mais baixos e o volume da água vai ficando mais alto. Como observado na tabela anterior e nas plantas anexas, existem pontos de “deságue” ao fim de trê s determinados trechos. Isto ocorre pois estes

pontos são mais baixos que seus dois poços de visita vizinhos, sendo necessário que toda a água coletada ao longo dos trechos e áreas contribuintes seja despejada neste ponto baixo, geralmente representado por um rio ou ribeirão. Para efeitos acadêmicos, neste trabalho, cada trecho que segue desde seu primeiro PV até seu ponto de deságue será chamado de seção. Ou seja, temos no total três seções da rede de microdrenagem. 3.2 COEFICIENTE DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL Conforme visualização virtual via o dispositivo informatizado “Google Maps” e também a partir da análise das plantas estudadas, foram

determinadas as proporções entre áreas impermeabilizadas e permeáveis de cada área contribuinte, para que se tornasse possível a composição correta do coeficiente de impermeabilização “AI”. Foram utilizados dois coeficientes de

impermeabilização

para

a

ponderação,

numerados

como

1

e

2,

respectivamente: 0,6 (áreas residenciais urbanas de baixa densidade) e 0,4 (áreas rurais). Tendo em mãos os dois AIs citados acima e a proporcionalidade entre suas aplicações nas áreas contribuintes de cada trecho, pôde-se efetuar o cálculo do coeficiente de escoamento superficial ponderado em cada poço de visita, seguindo a fórmula de “C” inserid a na tabela abaixo.

9

Tabela 2 – Cálculo dos coeficientes de escoamento superficial (C) AI (1) C= 0,047+0,9*AI PV01 PV02 PV03 PV04 PV05 PV06 PV07 PV08 PV09 PV10 PV11 PV12 PV13 PV14 PV15 PV16 PV17 PV18 PV19 PV20 PV21 PV22

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587 0,587

AI (2) C= 0,047+0,9*AI 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407 0,407

% AI (1)

% AI (2)

C Ponderado

50% 50% 70% 70% 60% 70% 100% 100% 100% 100% 70% 70% 50% 20% 20% 20% 20% 10% 20% 70% 70% 70%

50% 50% 30% 30% 40% 30% 0% 0% 0% 0% 30% 30% 50% 80% 80% 80% 80% 90% 80% 30% 30% 30%

0,497 0,497 0,533 0,533 0,515 0,533 0,587 0,587 0,587 0,587 0,533 0,533 0,497 0,443 0,443 0,443 0,443 0,425 0,443 0,533 0,533 0,533

Fonte: autor.

3.3 TEMPO DE CONCENTRAÇÃO INICIAL E PERÍODO DE RETORNO Foi necessário o cálculo do tempo de concentração no trecho inicial de cada uma das três seções da rede de microdrenagem, de modo que, a partir do valor encontrado, pôde-se dar procedência aos cálculos. A fórmula abaixo (método de California Culverts Practice) aplica um exemplo do cálculo mencionado à primeira seção das três que compõem a rede de microdrenagem.

,    = 57 × ,8 , 0,067   = 57 × 3,7,8   = 1,5179 

10

Onde: 

L = distância entre o ponto mais distante do PV inicial dentro da área de contribuição (km);



H = diferença de cotas entre os pontos distados pelo comprimento L.

O tempo de concentração inicial encontrado foi de aproximadamente 1,5 minutos. Porém, por via de regra, deve-se adotar o valor mínimo de 5 minutos para o tempo de concentração. As duas seções remanescentes também obtiveram tempos de concentração iniciais abaixo de 5 minutos, tendo este último adotado por ser o mínimo, como demonstrado nos itens seugintes. O período de retorno adotado foi de 2 anos, por a região estudada ser uma área residencial com baixa probabilidade de um crescimento ocupacional muito elevado nos próximos anos. Isto se aplica a todas as três seções. 3.4 INTENSIDADE DAS CHUVAS CONTRIBUINTES Os parâmetros demonstrados na tabela 3 são utilizados para se calcular a intensidade das chuvas das áreas contribuintes de cada trecho. Tabela 3 – Parâmetros utilizados para o cálculo da intensidade das chuvas contribuintes.

Estação: ITOUPAVA CENTRAL Código: 2649010 Município: BLUMENAU - SC Latitude: -26º47'35.16 Longitude: -49º04'59.88 p/ t ≤ 120 minutos K 660,0

m d 0,1764 8,1

n 0,6648

Fonte: adaptado de SNIRH (acesso em: 29 de maio de 2014) e BACK (2002).

11

Para o cálculo da intensidade da chuva utilizada na fórmula do método racional, utiliza-se a seguinte equação IDF:

 .  =  +  Onde: 

i = intensidade da chuva (mm/h);



T = período de retorno (anos);



t = tempo de concentração acumulado (min);



K, m, d, n = parâmetros da equação determinados para o local.

3.5 DETERMINAÇÃO DAS VAZÕES A partir da intensidade calculada no primeiro trecho de cada uma das três seções, pôde-se determinar a vazão fórmula do método racional, apresentada abaixo.

×  =  ×3600 Onde: 

Q = vazão no trecho analisado (l/s);



C = coeficiente de escoamento superficial ponderado na área contribuinte do trecho;



i = intensidade de chuvas na área contribuinte do trecho (mm/h);



A = área contribuinte (m²).

Os tempos de concentração acumulados apenas puderam ser calculados após o método iterativo utilizado para cálculo dos diâmetros e os demais itens, como demonstrado nos tópicos posteriores a este. Porém, os valores corretos  já estão apresentados na tabela 4 a seguir.

12

Tabela 4 – Cálculo das vazões a partir do método racional.

ÁREA (m²) C L (m) Trecho Acumulada Trecho Médio

TRECHO PV01 PV01 - PV02 PV02 - PV03 PV03 - PV04 PV04 - PV05 PV05 - PV06 PV06 - PV07 PV07 - PV08 PV08 - PV09

1597,89 1500,4 2142,84 680,74 2898,96 746,41 1059,99 1601,88 1819,59

1597,89 3098,29 5241,13 5921,87 8820,83 9567,24 10627,23 12229,11 14048,7

0,497 0,497 0,533 0,533 0,515 0,533 0,587 0,587 0,587

0,497 0,497 0,512 0,514 0,514 0,516 0,523 0,531 0,539

ÁREA (m²) C L (m) Trecho Acumulada Trecho Médio

TRECHO PV10 PV10 - PV11 PV11 - PV12 PV12 - PV13 PV13 - PV14 PV14 - PV15 PV15 - PV16 PV16 - PV17

TRECHO

52,52 69,51 26,83 68,09 47,97 33,62 46,21 52,81

12,08 24,59 24,51 36,31 49,82 46,22 55,60

804,93 846,14 3745,58 8151,49 3154,42 6307,75 5599,62 5854,32

804,93 1651,07 5396,65 13548,14 16702,56 23010,31 28609,93 34464,25

0,587 0,533 0,533 0,497 0,443 0,443 0,443 0,443

0,587 0,559 0,541 0,515 0,501 0,485 0,477 0,471

ÁREA (m²) C L (m) Trecho Acumulada Trecho Médio

PV18 - PV19 67,7 11798 PV19 - PV20 71,64 14005,3 PV20 - PV21 41,93 2802,6 PV21 - PV22 42,36 1509,48

11798,03 25803,35 28605,95 30115,43

0,443 0,533 0,533 0,533

0,443 0,492 0,496 0,498

tc (min)

i (mm/h)

Q (l/s)

5,00 5,39 5,86 6,07 6,58 7,11 7,47 7,95

134,86 132,27 129,28 128,02 125,05 122,11 120,25 117,84

57,68 98,54 109,34 161,37 171,44 188,52 217,05 247,66

tc (min)

i (mm/h)

Q (l/s)

5,00 5,16 5,40 5,59 6,00 6,47 6,91

134,86 133,78 132,21 130,97 128,40 125,67 123,20

34,59 108,51 256,01 304,46 398,16 476,26 555,65

tc (min)

i (mm/h)

Q (l/s)

5,00 5,35 5,74 5,99

134,86 132,52 130,00 128,46

195,79 467,19 512,23 534,89

Fonte: autor.

3.6 DIMENSIONAMENTO DA REDE DE MICRODRENAGEM 3.6.1

Determinação das cotas, das declividades e do recobrimento (profundidades) Primeiramente, foram determinadas as declividades dos greides, a partir

de análise do desenho em planta, o qual conta com curvas de nível que permitem tal análise. A fórmula abaixo representa o cálculo necessário para sua determinação.

13

 =   −  Onde: 

Igreide = declividade do greide no trecho analisado (m/m ou %);



CTM = cota do terreno no ponto do poço de visita à montante (m);



CTJ = cota do terreno no ponto do poço de visita à jusante (m);



L = comprimento do trecho estudado (m).

Com todas as cotas e declividades do terreno em mãos, pode-se implementar tais dados em um desenho de perfil dos trechos estudados. As declividades da rede, em comparação às declividades dos greides, implicam em diferenças mínimas ou desprezíveis de recobrimento ao longo das galerias, como será demonstrado posteriormente. Sob profundidade de pelo menos 1,10 m abaixo da cota do terreno, foram alocados os poços de visita. Isto garantiu que as galerias dimensionadas possuissem o mínimo recobrimento preconizado pela fórmula a seguir:

 = 2 + 0,40  Onde: 

R = recobrimento (m);



D = diâmetro da tubulação (m)

14

Tabela 5 – Cotas de terreno (CT), de galerias (CC) e profundidades de galerias (PC).

TRECHO

L (m)

CTM (m)

CTJ (m)

PCM (m)

PCJ (m)

CCM (m)

CCJ (m)

PV01 PV01 - PV02 PV02 - PV03 PV03 - PV04 PV04 - PV05 PV05 - PV06 PV06 - PV07 PV07 - PV08 PV08 - PV09

52,52 69,51 26,83 68,09 47,97 33,62 46,21 52,81

38,1 35,2 32,3 31,5 29,8 29,4 29,1 28,7

38,1 35,2 32,3 31,5 29,8 29,4 29,1 28,7 28,3

1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10

1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10

37,00 34,10 31,20 30,40 28,70 28,30 28,00 27,60

34,10 31,20 30,40 28,70 28,30 28,00 27,60 27,20

TRECHO

L (m)

CTM (m)

CTJ (m)

PCM (m)

PCJ (m)

CCM (m)

CCJ (m)

PV10 PV10 - PV11 PV11 - PV12 PV12 - PV13 PV13 - PV14 PV14 - PV15 PV15 - PV16 PV16 - PV17

12,08 24,59 24,51 36,31 49,82 46,22 55,60

28,1 27,9 27,5 27,1 26,9 26,5 26,4

28,1 27,9 27,5 27,1 26,9 26,5 26,4 26,4

1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,30

1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,30 1,60

27,00 26,80 26,40 26,00 25,80 25,40 25,10

26,80 26,40 26,00 25,80 25,40 25,10 24,80

TRECHO

L (m)

CTM (m)

CTJ (m)

PCM (m)

PCJ (m)

CCM (m)

CCJ (m)

PV18 - PV19 PV19 - PV20 PV20 - PV21 PV21 - PV22

67,7 71,64 41,93 42,36

33,5 29,5 27,4 26,5

29,5 27,4 26,5 26,3

1,10 1,10 1,10 1,10

1,10 1,10 1,10 1,20

32,40 28,40 26,30 25,40

28,40 26,30 25,40 25,10

Fonte: autor.

3.6.2

Determinação dos diâmetros e dos tempos de escoamento Com os recobrimentos determinados, têm-se automaticamente as cotas

das galerias e suas declividades, calculadas através da fórmula abaixo:

 =   − 

15

Onde: 

Igaleria = declividade da galeria no trecho analisado (m/m ou %);



CCM = cota da galeria no ponto do poço de visita à montante (m);



CCJ = cota da galeria no ponto do poço de visita à jusante (m);



L = comprimento do trecho estudado (m).

Considerando que a lâmina da água deva atingir no máximo 80% do diâmetro da galeria em estudo, foi imposto o valor 0,34066 a partir da tabela de Cordero (2013):

 ×  = 0,34066 ⁄ 8⁄ ×  Onde: 

Q = vazão no trecho analisado (m³/s);



n = coeficiente de rugosidade da galeria (adotado o do concreto: 0,016);



D = diâmetro da galeria no trecho (m);



I = declividade do trecho da galeria (m/m).

Isolando o “D” da fórmula acima, encontra -se o valor do diâmetro

calculado. Porém, há valores da dimensão limitados para as tubulações no mercado. Por isso, o diâmetro adotado de cada trecho de galeria foi o valor de diâmetro comercial imediatamente superior ao valor do diâmetro calculado. Com o novo diâmetro adotado em mãos, deve-se aplicá-lo novamente na fórmula citada acima. O valor encontrado deve ser encontrado na tabela de Cordero (2013) e conferir os valores da altura da lâmina da água (h/D) e da área molhada dividida pelo diâmetro ao quadrado (A/D²). Caso o valor não exista na tabela, deve se encontrar os dois valores vizinhos e utilizar o sistema

16

de interpolação para que se possa encontrar os valores acima mencionados correspondentes. Com o valor de “A/D²”, pode -se determinar a área molhada da galeria. A

partir da mesma, com o valor da vazão em mãos, determina-se a velocidade do fluxo da água na tubulação, com a fórmula abaixo.

=× Onde: 

Q = vazão no trecho analisado (m³/s);



v = velocidade da água no trecho (m/s);



A = área molhada da galeria no trecho (m²).

Dividindo o comprimento do trecho pela velocidade encontrada, tem-se o tempo que a uma partícula de água demora de sua montante à jusante, ou seja, o tempo de escoamento da água no trecho. Este tempo é somado ao tempo de concentração acumulado anterior e assim sucessivamente. Esse processo foi repetido para todos os trechos estudados, como verificado na tabela 6. Os tempos de concentração acumulados adquiridos a partir dos tempos de escoamento obtidos se encontram na tabela 4 apresentada anteriormente.

17

Tabela 6 – Planilha utilizada para cálculo iterativo dos diâmetros as galerias e dos tempos de escoamento. TRECHO

I I D (cm) D (cm) (Q*n)/(D 8/3*I1/2) greide galeria calculado adotado

h/D

A/D²

A (m²)

v tesc (m/s) (min)

PV01

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

PV01 - PV02

5,52%

5,52%

19,56

40

0,04522

0,25732

0,15993

0,026

2,25

0,39

PV02 - PV03

4,17%

4,17%

25,20

40

0,08886

0,3654

0,25056

0,040

2,46

0,47

PV03 - PV04

2,98%

2,98%

27,91

40

0,11664

0,42377

0,31677

0,051

2,16

0,21

PV04 - PV05

2,50%

2,50%

33,38

40

0,18812

0,56035

0,4529

0,072

2,23

0,51

PV05 - PV06

0,83%

0,83%

41,95

50

0,19074

0,56522

0,45773

0,114

1,50

0,53

PV06 - PV07

0,89%

0,89%

42,92

50

0,20275

0,58758

0,47983

0,120

1,57

0,36

PV07 - PV08

0,87%

0,87%

45,51

50

0,23701

0,65242

0,54272

0,136

1,60

0,48

PV08 - PV09

0,76%

0,76%

49,03

50

0,28910

0,76128

0,64154

0,160

1,54

0,57

h/D

A/D²

A (m²)

TRECHO

I I D (cm) D (cm) 8/3 1/2 greide galeria calculado adotado (Q*n)/(D *I )

v tesc (m/s) (min)

PV10

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

PV10 - PV11

1,66%

1,66%

20,24

40

0,04952

0,26951

0,17066

0,027

1,27

0,16

PV11 - PV12

1,63%

1,63%

31,17

40

0,15671

0,50165

0,39435

0,063

1,72

0,24

PV12 - PV13

1,63%

1,63%

42,99

50

0,20360

0,58915

0,48138

0,120

2,13

0,19

PV13 - PV14

0,55%

0,55%

56,23

60

0,25630

0,69052

0,5785

0,208

1,46

0,41

PV14 - PV15

0,80%

0,80%

57,94

60

0,27761

0,7353

0,61898

0,223

1,79

0,46

PV15 - PV16

0,22%

0,65%

64,49

70

0,24484

0,66769

0,55718

0,273

1,74

0,44

PV16 - PV17

0,00%

0,54%

70,74

80

0,21944

0,618878142 0,510447311 0,327

1,70

0,54

TRECHO

I I D (cm) D (cm) (Q*n)/(D 8/3*I1/2) greide galeria calculado adotado

h/D

A/D²

A (m²)

v tesc (m/s) (min)

PV18 - PV19

5,91%

5,91%

30,54

40

0,14837

0,48581

0,37851

0,061

3,23

0,35

PV19 - PV20

2,93%

2,93%

48,26

50

0,27723

0,73444

0,61823

0,155

3,02

0,39

PV20 - PV21

2,15%

2,15%

52,96

60

0,21844

0,61698

0,5086

0,183

2,80

0,25

PV21 - PV22

0,47%

0,71%

66,27

70

0,26325

0,70476

0,59157

0,290

1,85

0,38

Fonte: autor.

3.6.3

Cotas das valas, dos fundos dos poços de visita e volumes de escavação As valas tiveram suas cotas calculadas conforme a fórmula abaixo.

 =  −  −  − 0,2

18

Onde: 

CV = cota da vala à montante ou jusante (m);



CT = cota do terreno à montante ou jusante (m);



PC = profundidade da galeria à montante ou jusante (m);



D = diâmetro da galeria (m);

As cotas dos fundos dos poços de visita foram calculados pela fórmula:

 =  −  Onde: 

CPV = cota do fundo do poço de visita (m);



CCM = cota da galeria à montante (m);



D = diâmetro da galeria (m);

O volume de escavação se dá como visto na fórmula abaixo.

 =  + 2 × 0,2 ×  × ( +2 ) + 0,2 Onde: 

Vesc = volume escavado (m³);



D = diâmetro da galeria (m);



L = comprimento do trecho (m);



PCJ = profundidade da galeria à justante (m);



PCM = profundidade da galeria à montante (m);

Os valores obtidos se encontram na tabela 7.

19

Tabela 7 – Cotas das valas (CV), dos fundos dos poços de visita (CPV) e volumes de escavação.

TRECHO CVM (m) CVJ (m) CPV (m) Vesc (m³) PV01 PV01 - PV02 PV02 - PV03 PV03 - PV04 PV04 - PV05 PV05 - PV06 PV06 - PV07 PV07 - PV08 PV08 - PV09

36,40 33,50 30,60 29,80 28,00 27,60 27,30 26,90

33,50 30,60 29,80 28,10 27,60 27,30 26,90 26,50

36,60 33,70 30,80 30,00 28,20 27,80 27,50 27,10

95,59 126,51 48,83 123,92 99,78 69,93 96,12 109,84

TRECHO CVM (m) CVJ (m) CPV (m) Vesc (m³) PV10 PV10 - PV11 PV11 - PV12 PV12 - PV13 PV13 - PV14 PV14 - PV15 PV15 - PV16 PV16 - PV17

26,40 26,20 25,70 25,20 25,00 24,50 24,10

26,20 25,80 25,30 25,00 24,60 24,20 23,80

26,60 26,40 25,90 25,40 25,20 24,70 24,30

21,99 44,75 50,98 84,97 116,58 129,42 201,83

TRECHO CVM (m) CVJ (m) CPV (m) Vesc (m³) PV18 - PV19 PV19 - PV20 PV20 - PV21 PV21 - PV22

31,80 27,70 25,50 24,50

27,80 25,60 24,60 24,20

32,00 27,90 25,70 24,70

123,21 149,01 98,12 114,37

Fonte: autor.

3.7 SARJETAS E BOCAS DE LOBO As sarjetas e bocas de lobo são dispositivos utilizados para a coleta das águas urbanas oriundas do escoamento superficial. Seu objetivo é coletar e transferir a água às galerias e, por consequência, à rede de microdrenagem, através de subcoletores conectados aos poços de visita.

20

3.7.1

Sarjetas Primeiramente,

as

áreas

de

contribuição

utilizadas

para

o

dimensionamento da rede de microdrenagem foram reaproveitadas, apenas descartando a parte delas que ficam além de 30 metros das bordas da rua – onde ficarão locadas as sarjetas. As áreas são divididas então em 2, uma de cada lado da rua. Os lados direito e esquerdo foram adotados conforme sentido do fluxo das águas pelas galerias. Com as áreas determinadas, deve-se mais uma vez utilizar o método racional (fórmula abaixo) para o cálculo das vazões contribuintes de cada trecho entre os poços de visita – afinal, de cada lado do poço de visita serão locadas bocas de lobo ao longo da sarjeta, como será mostrado posteriormente. Os tempos de concentração adotados foram de 5 minutos, pois os trechos e suas áreas contribuintes foram relativamente pequenas. Através de análise empírica da relação com o dimensionamento da rede de microdrenagem, conclui-se que os tempos de concentração não passariam de 5 minutos. O período de retorno adotado é de 2 anos (para microdrenagem) e os parâmetros da região foram os mesmos adotados para o dimensionamento da rede de microdrenagem.

×  =  ×3600 Onde: 

Q = vazão no trecho analisado (l/s);



C = coeficiente de escoamento superficial na área contribuinte do trecho;



i = intensidade de chuvas na área contribuinte do trecho (mm/h);



A = área contribuinte (m²).

21

O coeficiente de escoamento superficial adotado foi de 0,60, por razões de segurança aos cálculos. Assim, garante-se as capacidades de vazão encontradas pelos dispositivos. Tabela 8 – Vazões contribuintes às sarjetas.

TRECHO

L (m)

C

Área Lado Esq. (m²)

Área Lado Dir. (m²)

Q esq (l/s)

Q dir (l/s)

PV01 - PV02 PV02 - PV03 PV03 - PV04 PV04 - PV05 PV05 - PV06 PV06 - PV07 PV07 - PV08 PV08 - PV09

52,52 69,51 26,83 68,09 47,97 33,62 46,21 52,81

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

434,64 646,09 361,26 986,13 387,56 391,84 580,49 568,03

1065,76 1496,75 319,48 1912,84 358,85 668,14 1021,39 1251,57

9,77 14,52 8,12 22,16 8,71 8,81 13,05 12,77

23,95 33,64 7,18 42,99 8,07 15,02 22,96 28,13

TRECHO

L (m)

C

Área Lado Esq. (m²)

Área Lado Dir. (m²)

Q esq (l/s)

Q dir (l/s)

PV10 - PV11 PV11 - PV12 PV12 - PV13 PV13 - PV14 PV14 - PV15 PV15 - PV16 PV16 - PV17

12,08 24,59 24,51 36,31 49,82 46,22 55,60

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

235,45 385,87 231,2 215,84 384,09 526,76 571,87

371,38 894,06 1038,03 1047,71 1588,41 1527,8 2122,53

5,29 8,67 5,20 4,85 8,63 11,84 12,85

8,35 20,10 23,33 23,55 35,70 34,34 47,71

TRECHO

L (m)

C

Área Lado Esq. (m²)

Área Lado Dir. (m²)

Q esq (l/s)

Q dir (l/s)

PV18 - PV19 PV19 - PV20 PV20 - PV21 PV21 - PV22

67,7 71,64 41,93 42,36

0,6 0,6 0,6 0,6

693 984,69 508,31 548,04

2293,2 2176,64 1323,6 961,43

15,58 22,13 11,43 12,32

51,54 48,92 29,75 21,61

Fonte: autor.

O tipo de sarjeta adotado foi o de sarjeta composta, onde a faixa inundada abrange anto a sarjeta quanto parte da pista.

22

Figura 1 – Corte genérico de sarjeta composta.

Fonte: Pinheiro (2014).

As capacidades de vazão das sarjetas foram encontradas através da fórmula abaixo. As variáveis presentes na fórmula estão representadas no desenho da figura 2.

 = 0,375 × 8⁄ ×   × √  Onde: 

Q = vazão efetiva da sarjeta (m³/s);



y = altura da lâmina da água (m);



z = número de partes horizontais a cada parte vertical;



n = coeficiente de rugosidade (0,016);



I = declividade longitudinal da sarjeta (m/m).

23

Figura 2 – Variáveis utilizadas no cálculo da vazão efetiva da sarjeta.

Fonte: Pinheiro (2014).

Como a sarjeta utilizada é composta, deve-se fazer o cálculo de vazão de sarjeta mostrado anteriormente três vezes, conforme na figura acima. Após isto, pôde-se determinar a vazão final pela fórmula:

 =  −  +  Onde: 

Q 0 = vazão efetiva da sarjeta (l/s);



Q 1 = vazão da primeira seção da sarjeta (l/s);



Q 2 = vazão da segunda seção da sarjeta (l/s);



Q 3 = vazão da terceira seção da sarjeta (l/s).

Para a procedência dos cálculos, a sarjeta foi adotada com 60 centímetros de largura e 10% de declividade vertical. Também foram considerados 60 centímetros da invasão da água sobre a pista, cuja declividade vertical ficou em 2%. Quanto à declividade longitudinal, deve-se adotar um fator de redução que se multiplica à vazão efetiva calculada, obedecendo-se os critérios da tabela 9.

24

Tabela 9 – Fatores de redução conforme declividade longitudinal da sarjeta.

Declividade longitudinal da sarjeta

Fator de redução

até 5% 6% 8% 10%

0,50 0,40 0,27 0,20

Fonte: Pinheiro (2014).

Com os dados gerados acima, pôde-se determinar os próximos itens referentes ao dimensionamento das sarjetas, incluindo a altura da lâmina da água, calculada a partir das declividades verticais da sarjeta e da rua, a largura da sarjeta e o comprimento de invasão da água sobre a pista. Tabela 10 – Dimensionamento da sarjeta.

TRECHO PV01 - PV02 PV02 - PV03 PV03 - PV04 PV04 - PV05 PV05 - PV06 PV06 - PV07 PV07 - PV08 PV08 - PV09

TRECHO PV10 - PV11 PV11 - PV12 PV12 - PV13 PV13 - PV14 PV14 - PV15 PV15 - PV16 PV16 - PV17

TRECHO PV18 - PV19 PV19 - PV20 PV20 - PV21 PV21 - PV22

I sarjeta 5,52% 4,17% 2,98% 2,50% 0,83% 0,89% 0,87% 0,76%

y1 (m) 0,072 0,072 0,072 0,072 0,072 0,072 0,072 0,072

z1 10% 10 10 10 10 10 10 10 10

y2 (m) 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012

z2 2% 50 50 50 50 50 50 50 50

Q 1 (l/s) 49,41 42,95 36,31 33,23 19,20 19,86 19,56 18,30

Q 2 (l/s) 2,08 1,81 1,53 1,40 0,81 0,84 0,82 0,77

Q 3 (l/s) 0,42 0,36 0,31 0,28 0,16 0,17 0,16 0,15

Q total Fator de (l/s) redução 51,07 0,4 44,40 0,5 37,53 0,5 34,34 0,5 19,85 0,5 20,53 0,5 20,22 0,5 18,92 0,5

Q final (l/s) 20,43 22,20 18,77 17,17 9,92 10,27 10,11 9,46

I sarjeta 1,66% 1,63% 1,63% 0,55% 0,80% 0,22% 0,50%

y1 (m) 0,072 0,072 0,072 0,072 0,072 0,072 0,072

z1 10% 10 10 10 10 10 10 10

y2 (m) 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012 0,012

z2 2% 50 50 50 50 50 50 50

Q 1 (l/s) 27,06 26,82 26,86 15,61 18,84 9,78 14,87

Q 2 (l/s) 1,14 1,13 1,13 0,66 0,79 0,41 0,63

Q 3 (l/s) 0,23 0,23 0,23 0,13 0,16 0,08 0,13

Q total Fator de (l/s) redução 27,97 0,5 27,72 0,5 27,77 0,5 16,13 0,5 19,48 0,5 10,11 0,5 15,37 0,5

Q final (l/s) 13,98 13,86 13,88 8,07 9,74 5,06 7,68

I sarjeta 5,91% 2,93% 2,15% 0,47%

y1 (m) 0,072 0,072 0,072 0,072

z1 10% 10 10 10 10

y2 (m) 0,012 0,012 0,012 0,012

z2 2% 50 50 50 50

Q 1 (l/s) 51,11 36,00 30,81 14,45

Q 2 (l/s) 2,15 1,51 1,30 0,61

Q 3 (l/s) 0,43 0,30 0,26 0,12

Q total Fator de (l/s) redução 52,83 0,4 37,21 0,5 31,84 0,5 14,94 0,5

Q final (l/s) 21,13 18,61 15,92 7,47

Fonte: autor.

25

O valor de declividade longitudinal da sarjeta grifado (0,5% do trecho PV16 – PV17) difere da declividade do greide, pois foi ajustado. O greide neste trecho não possui declividade, logo o dimensionamento da sarjeta seria impossível. 3.7.2

Bocas de lobo As bocas de lobo são utilizadas para coletar a água excedente às sarjetas.

Cada lado da rua possui sarjeta e cada trecho da sarjeta deve possuir um número específico de bocas de lobo. Este número é calculado pela fórmula abaixo, sendo que o denominador da equação deve ser o valor mínimo entre as duas vazões.

 = í ; Onde: 

Q a = vazão contribuinte à sarjeta (l/s);



Q BL = vazão efetiva da boca de lobo (l/s);



Q s = vazão efetiva da sarjeta (l/s).

Deduzindo-se da fórmula acima, o número de bocas de lobo aumenta conforme a vazão escolhida ao denominador diminui. Isso se dá pois a vazão no denominador da equação representa a capacidade do dispositivo. Para efeitos acadêmicos, a tabela de cálculo do número de bocas de lobo deste trabalho apresenta os dois números calculados – com a vazão efetiva da sarjeta e com a vazão efetiva da boca de lobo. A partir dos dois números, escolhe-se então o maior, respeitando a fórmula apresentada acima. O tipo de boca de lobo adotado foi a de guia. Tendo isso em vista, o fator de redução que deve multiplicar a vazão efetiva da boca de lobo encontrada deve ser igual a 0,80. A única dimensão utilizada para o cálculo é a abertura da boca na guia, a qual foi adotado o valor de 70 centímetros. O cálculo da vazão efetiva da boca de lobo de guia foi feito pela fórmula abaixo.

26

 = 1,703 × × ⁄ Onde: 

Q = vazão efetiva da boca de lobo (m³/s)



L = largura da abertura da boca na guia (m);



y = altura da lâmina da água (m).

As informações utilizadas no cálculo da vazão efetiva da boca de lobo se encontram na tabela 11, enquanto que a determinação do número de bocas de lobo por trecho se encontra na tabela 12. Deve-se notar que, no lado direito dos trechos PV15 –  PV16 e PV16 – PV17, o número mínimo de bocas de lobo em cada um seriam de 7, arredondado-se os valores calculados. Porém, o número máximo de bocas de lobo interligadas que desaguam em um poço de visita não pode ultrapassar 4. Logo, o número adotado foi de 4 em ambos os trechos. Como não há continuidade da rede de microdrenagem após o poço de visita 17 –  por as águas urbanas desaguarem no ribeirão próximo –, não existe a necessidade da utilização de bocas de lobo a mais nos trechos subsequentes. Tabela 11 – Determinação da vazão efetiva da boca de lobo.

Boca de Lobo L (m)

0,7

Q final

y (m)

0,072

(l/s)

Fator de redução

0,8

18,42

Fonte: autor.

27

Tabela 12 – Determinação do número de bocas de lobo.

Nº de bocas de lobo calculado

TRECHO PV01 - PV02 PV02 - PV03 PV03 - PV04 PV04 - PV05 PV05 - PV06 PV06 - PV07 PV07 - PV08 PV08 - PV09

TRECHO PV10 - PV11 PV11 - PV12 PV12 - PV13 PV13 - PV14 PV14 - PV15 PV15 - PV16 PV16 - PV17

TRECHO PV18 - PV19 PV19 - PV20 PV20 - PV21 PV21 - PV22

ESQUERDA Quant. Quant.

DIREITA Quant. Quant.

Sarjeta

BL

Sarjeta

BL

0,48 0,65 0,43 1,29 0,88 0,86 1,29 1,35

0,53 0,79 0,44 1,20 0,47 0,48 0,71 0,69

1,17 1,52 0,38 2,50 0,81 1,46 2,27 2,97

1,30 1,83 0,39 2,33 0,44 0,82 1,25 1,53

Quant.

Quant.

Quant.

Quant.

Sarjeta

BL

Sarjeta

BL

0,38 0,63 0,37 0,60 0,89 2,34 1,67

0,29 0,47 0,28 0,26 0,47 0,64 0,70

0,60 1,45 1,68 2,92 3,67 6,79 6,21

0,45 1,09 1,27 1,28 1,94 1,86 2,59

Quant.

Quant.

Quant.

Quant.

Sarjeta

BL

Sarjeta

BL

0,74 1,19 0,72 1,65

0,85 1,20 0,62 0,67

2,44 2,63 1,87 2,89

2,80 2,66 1,61 1,17

Nº de bocas de lobo adotado L Quant. Quant. TRECHO Esq. Dir. (m) 52,52 69,51 26,83 68,09 47,97 33,62 46,21 52,81

2 2 1 3 2 2 3 3

2 2 1 3 2 2 3 3

L Quant. Quant. TRECHO Esq. Dir. (m) 12,08 24,59 24,51 36,31 49,82 46,22 55,60

1 2 2 3 4 4 4

1 2 2 3 4 4 4

L Quant. Quant. TRECHO Esq. Dir. (m) 67,7 71,64 41,93 42,36

3 3 2 3

3 3 2 3

Fonte: autor.

3.8 DISSIPADORES DE ENERGIA Para que se evite o acúmulo de energia no deságue de cada seção da rede de microdrenagem, foram preconizadas bacias de amortecimento como dissipadores de energia em cada ponto de deságue, como está detalhado nos anexos ao final do trabalho.

28

4

CONCLUSÃO Este trabalho foi desenvolvido a partir das lições teóricas fornecidas

pelo professor, observações práticas e estudos externos às bibliografias do gênero. As redes de microdrenagem são indispensáveis ao desenvolvimento de um centro urbano. A falta de estrutura para conter as águas urbanas pode resultar em catástrofes que abrangem desde os danos materiais até casualidades humanas. O dimensionamento apresentado neste trabalho se deu à uma rede de microdrenagem fictícia para a rua Alfredo Demm, no bairro Itoupava Central, na cidade de Blumenau. Pelos estudos feitos relacionados à situação da rua, a mesma foi considerada parte de uma zona que varia de rural a brandamente urbanizada.

Esta

determinação

foi

essencial

aos

cálculos

para

o

dimensionamento da rede. Pôde-se

constatar

a

complexidade

exigida

num

trabalho

de

dimensionamento como este. Por isso, é óbvia a necessidade de profissionais comprometidos a este tipo de trabalho de engenharia. Apesar

de

serem

necessários

engenheiros

capacitados

ao

dimensionamento e execução de uma rede de microdrenagem, existem outros fatores – como o político – que interferem à aplicação do sistema. O estudo minucioso das normas que preconizam o mínimo necessário para cada quesito do trabalho não valem de nada quando os seus executores pecam por falta de recursos. Porém, há de se acreditar que a situação no Brasil está melhorando com o aumento da fiscalização durante a execução de tais sistemas.

29

REFERÊNCIAS PINHEIRO, Adilson. Dissipadores de energia. Apostila. Disponível em: . Acesso em: 14 de junho de 2014. _____. Microdrenagem. Apostila. Disponível em: . Acesso em: 29 de maio de 2014.