Exercicios_2002_2

Problemas em Drenagem Urbana Primeiro Exercício: Conceitos básicos

1. Elabore um pequeno texto conceituando drenagem urbana. 2. Apresente as principais causas das inundações em áreas urbanas. 3. Faça uma breve discussão acerca de cada uma das principais causas das inundações em áreas urbanas e sua relação com as inundações. 4. Finalmente elabore um agrupamento destas causas de acordo com categorias que você mesmo  possa definir. Segundo Exercício: Escoamento em sarjetas

1. Analisar o escoamento em uma sarjeta simples em concreto (n = 0,0017) situada em via  pública com as características apresentadas apres entadas no quadro abaixo, identificando: a) A descarga máxima observada para uma variação da declividade transversal correspondendo à faixa 10 ≤ z ≤50, a cada cinco unidades.  b) Elaborar gráfico relacionando a declividade transversal com a lâmina d’água observada. c) Elaborar gráfico relacionando a lâmina d’água observada com a descarga. d) Elaborar gráfico relacionando a lâmina d’água observada com a velocidade do escoamento e) Elaborar gráfico relacionando a descarga com a velocidade do escoamento. Tipo Tipo da Via Largu argura ra da Via Incl Incliinaçã naçãoo Lon Longi gitu tudi dina nall B [ m] I [m/m] Secundária 12 0,004 Principal 15 0,0016 Avenida* 18 0,0020 * com canteiro central de 2 m de largura 2. Analisar o escoamento em uma sarjeta composta em concreto (n = 0,0017) situada em via  pública principal com largura de 12m, declividade longitudinal 0,004 m/m. A sarjeta possui 60 cm de largura com variação da declividade transversal com os seguintes valores: 10, 30 e 50. A declividade do pavimento deverá ser inicialmente igual a cada um dos três valores,  posteriormente deverá ser variada va riada de 10 em 10 unidades até o limite de 80. Elaborar gráficos explicativos como no exercício anterior. Terceiro Exercício: Revisão teórica sobre método racional

1. Elabore uma revisão sobre o método racional. Apresente em destaque: a) Vantagens, desvantagens e limites de aplicabilidade do método.

 b) Hipóteses do método e explicações acerca de cada uma das hipóteses. c) Importância e formas de escolha do coeficiente de deflúvio. d) Apresente e explique um exemplo de aplicação do método. Quarto Exercício: Dimensionamento de galerias pluviais

1. A figura a seguir representa um sistema de galerias pluviais em tubos de concreto prémoldado. As áreas contribuintes são todas iguais a 0,006 Km2 e seus coeficientes de deflúvio iguais a 0,6. O tempo de entrada inicial é 10 minutos. As intensidades de precipitação são representadas pela equação de chuvas para Florianópolis. Considerando-se um período de retorno igual a 10 anos, calcular: a) os tempos de concentração nos pontos P1, P2, P3 e P4;  b) as vazões estimadas nos pontos P1, P2, P3 e P4; c) os diâmetros das galerias P1-P3, P2-P3 e P3-P4 Observe que: A área é praticamente plana. Você precisará estabelecer as declividades das galerias. A velocidade não poderá ser inferior a 0,8 m/s e nem superior a 3,5 m/s. A profundidade de um poço de visita não poderá ser superior a 4 metros.

 A4

 A 3

C4

C3

P3

 A2

 A 1

C2

C1

P2

P1

6

 A5

C6

C5

P4

Galeria P1-P3 P2-P3 P3-P4

comprimento [m] 80 80 80

Quinto Exercício: Dimensionamento de galerias pluviais

1. A figura e tabela a seguir representam um sistema de galerias pluviais, áreas contribuintes e respectivos coeficientes de deflúvio. Utilizando a equação de chuvas intensas para Florianópolis, pede-se: a) Determinar os diâmetros das galerias pluviais detalhando por escrito e explicando todos os cálculos realizados;  b) Determinar a vazão de descarga no ponto 5. O período de retorno a ser empregado deverá ser igual a 10 anos.

B1

B2

B3

2

B7

3

4

5

B6 B4

7 6 B5

Área [ha] 1.2 2.2 2.1 1.5 1.0 2.4 4.2

Sub-bacia B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7

Trecho de galeria 2-3 3-4 6-7 7-4 4-5

Tempo de entrada [min] 8.5 9.0 9.0 7.0 7.5 9.0 10.0

Coeficiente de deflúvio 0.45 0.48 0.46 0.70 0.50 0.65 0.50

Comprimento [m] 100 100 70 110 125

Declividade [m/m] 0.025 0.014 0.007 0.0025 0.007

Sexto Exercício: Dimensionamento de galerias pluviais

1. A figura a seguir representa um sistema de galerias pluviais, áreas contribuintes e respectivos coeficientes de deflúvio. Dimensione todas as galerias detalhando por escrito e explicando todos os cálculos realizados, para um período de retorno de 5 anos, empregando a equação de chuvas para Florianópolis.

 A6 C6

 A2 C2 6

2 3 7  A 5 C5

8

subbacia A1 A2 A3 A4 A5 A6

galeria L12 L23 L54 L43 L37 L67 L78

1

 A1 C1

1 1 1

4  A4 C4

5

 A 3 C3

Características das subbacias área [hc] coeficiente de tempo de entrada deflúvio [min] 1.5 0.4 5 0.7 0.3 8 1.0 0.4 10 1.7 0.5 6 2.0 0.3 6 1.0 0.6 8 Características das galerias comprimento [m] declividade [m/m] 100 0.01 100 0.005 100 0.01 100 0.02 100 0.005 100 0.005 100 0.005

Sétimo Exercício: Urbanização e drenagem

1. Explique porque a vegetação ciliar em cursos d’água deve ser mantida. 2. Explique porque não se deve conectar sistemas de descarga de esgotos domésticos à rede de drenagem 3. A ocorrência de enchentes em uma área urbana pode ser resultantes de alterações no ciclo hidrológico da bacia hidrográfica à montante desta área urbana ou em decorrência da própria urbanização. Explique 4. Explique porque a urbanização afeta o período de retorno das inundações em áreas de várzea. Oitavo Exercício: Urbanização e drenagem

1. Qual a importância de um sistema de drenagem urbana? 2. Por que são diferentes os períodos de retorno utilizados no dimensionamento do sistemas de microdrenagem e de macrodrenagem? 3. Por que a urbanização pode favorecer a redução do escoamento básico em cursos d’água  pertencentes a bacias urbanas ? 4. Atualmente a drenagem urbana está deixando de ser uma atividade meramente técnica voltada ao projeto e construção de obras e vem incorporando outras atividades e serviços. Quais são algumas destas atividades e serviços? 5. Qual o efeito da urbanização sobre os valores máximos das vazões de cheia em cursos d’água? 6. Qual o efeito da urbanização sobre o volume total de escoamento? O que é um sistema de drenagem? Nono Exercício: Revisão teórica sobre método racional

1. Quais são as hipóteses requeridas para aplicação do método racional. Explique-as. 2. À medida que se aumenta a área da bacia, menor é a confiabilidade do método racional para estimativa de vazões em projetos de drenagem. Por quê? 3.  Na estimativa de vazões pelo método racional, por que as vazões são maiores quanto maiores forem os períodos de retorno? 4. Qual a mais séria limitação do método racional? 5. coeficiente de escoamento superficial é um coeficiente empírico? O que ele representa em termos hidrológicos? Qual a sua importância ? 6. Muitos engenheiros pensam que é possível somar as descargas em um ponto quando se elabora um projeto de microdrenagem, entretanto isto não é correto. Explique porque.

Décimo Exercício: Galerias pluviais

1. O sistema de microdrenagem é estabelecido em função do traçado das ruas e vias públicas e ele próprio é um fator de agravamento ao problema das enchentes. Por quê ? 2. Quando o projetista escolhe a declividade para assentar uma galeria, quais os efeitos sobre os cálculos dos tempos de concentração dos pontos de jusante ao se elevar ou diminuir esta declividade? 3. Supondo que não haja dificuldades com relação à escavação e profundidades de poços de visita, o projetista pode dimensionar as galerias utilizando declividades de assentamento a seu critério pessoal. Caso todas as galerias sejam assentadas com as mínimas declividades  possíveis, quais os efeitos sobre os tempos de concentração em cada ponto de projeto? 4. Em galerias de concreto admite-se uma faixa de velocidades do escoamento entre 0,60m/s ≤ V ≤ 5,0m/s. Quando o cálculo de uma galeria resulta em velocidades fora desta faixa, como o  problema pode ser contornado? 5. Quando se elabora um projeto de drenagem, não é conceitualmente válido somar vazões afluentes a um mesmo ponto. Explique. 6. Todos sabem as principais recomendações para um projeto de microdrenagem. Enumere as cinco mais importantes. Ordene por ordem de importância e explique com muito rigor e detalhe cada uma, expondo também porque o ordenamento escolhido. Décimo Primeiro Exercício: Urbanização e Drenagem

1. Você foi chamado para analisar e atualizar um projeto de canalização de um rio, a jusante de uma região que se desenvolveu muito nos últimos 20 anos, em função da extração de madeira de suas florestas e da implantação de uma agropecuária intensiva. O projeto foi elaborado nos anos 70 e utilizou dados pluviométricos e fluviométricos do período de 1950 a 1970. Atualmente, os dados abrangem desde 1950 a 1995. Após Ter analisado estatisticamente os dados pluviométricos e fluviométricos disponíveis a respeito da bacia, você observou que: Tanto os valores pluviométricos do período de 1950 a 1970 (projeto original) como os valores •  pluviométricos da atualização do projeto (1950 a 1995) possuem a mesma tendência, ou seja, a probabilidade de ocorrência de um certo valor continua praticamente a mesma, independentemente do tamanho da amostra. Os valores fluviométricos no tocante às vazões apresentam um tendência diferente. Os • valores obtidos para um mesmo tempo de recorrência para o período de 1950 a 1970 (projeto original) são inferiores aos obtidos para o período de 1950 a 1995 (atualização do projeto). A atualização do projeto deverá manter as mesmas condições de escoamento do projeto original, ou seja, a mesma declividade do canal, velocidade média e altura de água no interior do canal.

a) Quando você for redigir o relatório, quais serão seus argumentos para explicar a diferença de vazão encontrada entre o projeto original e a atualização do projeto?  b) Como influenciará a alteração de vazão no dimensionamento da canalização? Décimo Segundo Exercício: Aplicação do método racional

1. O escoamento superficial proveniente do estacionamento abaixo representado escoa unicamente na direção indicada e contribui diretamente ao canal. O tempo de concentração é de 30 min e o coeficiente de deflúvio para a superfície do pavimento é 0,80. Desprezando-se a velocidade no canal, determinar as vazões de pico correspondentes: a) a uma chuva com 120 mm/h de intensidade e duração de 10 minutos;  b) a uma chuva com 30 mm/h e duração de 40 min. 150 m canal de saída

50 m

2. O esquema a seguir representa um pátio de estacionamento industrial. O escoamento das águas de chuva sobre o pavimento se faz em uma única direção dirigindo-se para uma calha semicircular de concreto com 40 cm de diâmetro e declividade 0,002 m/m. Este canal descarrega em uma caixa de passagem ligada a uma tubulação em concreto. O coeficiente de deflúvio da área é igual a 0,80 e a velocidade média do escoamento no pavimento é de 0,2 m/s. Pede-se determinar o diâmetro da tubulação de descarga utilizando uma declividade de assentamento de 0,0015 m/m. Para os cálculos utilize a equação de chuvas de Florianópolis com um período de retorno igual a 4 anos. Qualquer outra hipótese ou informação adotada deverá ser explicada e  justificada. 60 m

Canal

20 m Caixa de  passagem Tubulação de saída

3. A figura abaixo apresenta esquematicamente um estacionamento cujo revestimento foi realizado em asfalto e encontra-se em bom estado. Na superfície do estacionamento o escoamento da água proveniente das chuvas se faz exclusivamente na direção indicada a uma velocidade média de 0,8 m/s. A calha que recebe a água escoada pelo pavimento é semicircular em concreto pré-moldado, seu diâmetro é 30 cm e a declividade de assentamento 0,084 m/m. Pergunta-se: a) quais os tempos de concentração dos pontos S1 e S2 do canal ?  b) considerando-se que as intensidades de precipitação possam ser descritas pela equação de chuvas para Floiranópolis, quais as vazões de pico esperadas nas seções S1 e S2 para um  período de retorno igual a 2 anos? 120 m

120 m

60 m

S1

S2

Décimo Terceiro Exercício: Galerias pluviais

Quando se realiza um projeto de drenagem, tanto na escala de uma pequena área quanto na escala da bacia hidrográfica, o projetista se depara com dificuldades já que não há normas técnicas que regulamentem o assunto. a) Apresente e discuta três aspectos que deveriam constar das quanto ao dimensionamento do sistema.  b) Apresente e discuta três aspectos que deveriam constar das quanto a execução das obras. c) Apresente e discuta três aspectos que deveriam constar das normas quanto a manutenção do sistema.

Décimo Quarto Exercício: Aplicação do método racional

1. Uma área urbana é composta por duas subbacias que são unidas a um mesmo ponto por  galerias circulares conforme o esquema a seguir. Pede-se calcular os diâmetros das três galerias, utilizando a equação de chuvas intensas para Florianópolis.

A

B

A = 0,02 Km 2 C = 0,60

A = 0,04 Km C = 0,80

tc = 12 min

2

tc = 18 min

I = 0,016 m/m L = 60 m n = 0,013

I = 0,004 m/m L = 80 m n = 0,013

I = 0,0007 m/m n = 0,013

2. Um motivo de inundações provocadas pelo sistema de drenagem é a conexão de novas galerias a caixas de passagem já existentes. Por exemplo, no bairro do Itacorubi, durante a ampliação de um trecho de rua que ainda não está pavimentado a COMCAP resolveu conectar a galeria pluvial que irá drenar esta rua a uma caixa de passagem existente. Esta caixa de passagem já recebe duas outras galerias e possui uma única saída constituída com 1200 mm de diâmetro e declividade igual a 0,0020 m/m. Galeria existente Área de drenagem 0,0350 Km2 Coeficiente de deflúvio 0,6 Tempo de concentração 28 min Diâmetro 900 mm

Galeria existente Área de drenagem 0,04050 Km 2 Coeficiente de deflúvio 0,6 Tempo de concentração 19 min Diâmetro 900 mm

Galeria de saída Diâmetro 1200 mm Declividade 0,0020 mm/mm

O novo trecho de galeria a ser conectado na caixa de passagem possui uma área de drenagem de 0,032 Km2 com coeficiente de deflúvio igual ao das áreas anteriores, sendo que seu tempo de concentração é de 17 minutos. A questão prática a ser resolvida é: a galeria de saída suportará a nova descarga sem que haja trasbordamento da caixa de passagem? Para tanto será necessário saber: a) Qual a capacidade de descarga da galeria?

 b)  Nas condições atuais, antes na nova conexão, qual a descarga esperada na saída da caixa de passagem para um período de retorno de 10 anos? c) Após a nova conexão, qual a descarga esperada na saída da caixa de passagem para um  período de retorno de 10 anos ? d) É necessário substituir a galeria de saída por outra? Qual seria seu diâmetro? Décimo Quinto Exercício: Galerias pluviais

1. O esquema apresentado mostra uma rede de galerias cujas principais características constam das planilhas. Ponto Área de drenagem Coeficiente de Tempo de local deflúvio entrada 2 Km min 1 0,004 0,4 10 2 0,004 0,7 6 3 0,004 0,7 6 4 0,004 0,7 6 5 0,004 0,4 10 6 0,004 0,4 10

4

6

5

3

2

1

Utilizando-se a equação de chuvas para Florianópolis, esta rede foi dimensionada para um  período de retorno de 5 anos, com tubos de concreto (n=0,015). Os resultados dos cálculos são resumidos a seguir. Ponto

I

1 2 3 5 6

[m/m] 0,0040 0,0040 0,0040 0,0060 0,0060

C.A

tc

i

Q

0,00160 0,00600 0,01040 0,00160 0,00160

[min] 10,00 12,22 13,80 10,00 10,00

[mm/h] 103,43 95,82 91,56 103,43 103,43

[m3/s] 0,046 0,160 0,265 0,046 0,046

trecho Dteórico Dcomercia Vplena tp l [m] [m] [m/s] [min] 1-2 0,285 0,300 0,75 2,222 5-2 0,454 0,500 1,05 1,581 4-3 0,549 0,600 1,19 1,400 2-3 0,264 0,300 0,92 1,814 3-4 0,264 0,300 0,92 1,814

Depois de alguns anos, as áreas de montante foram urbanizadas houve alteração dos coeficientes de deflúvio que passaram de 0,4 para 0,7. Simultaneamente, todos os tempos de entrada reduziram-se para 6 minutos. Para evitar inundações e atender às novas descargas o sistema de galerias antigo deverá receber uma nova rede em paralelo onde for necessário, mantendo-se as mesmas declividades das galerias existentes. Pede-se rever os cálculos e dimensionar as novas galerias, detalhando e explicando todos os cálculos realizados. Décimo Sexto Exercício: Galerias pluviais

1. A figura abaixo representa um sistema de galerias pluviais, áreas contribuintes e respectivos coeficientes de deflúvio. Dimensione as galerias nos trechos 1-3, 2-3, 4-5, 3-5 e 5-6, detalhando por escrito e explicando todos os cálculos realizados. Não é necessário dimensionar as profundidades dos PVs; apenas os diâmetros das galerias.  A 4 C4 4

6

5

3

1

2  A 2 C2

subbacia A1 A2 A4 galeria L13 L23 L35 L45 L56

Características das subbacias área [Km2] coeficiente de deflúvio 0,008 0.5 0,006 0.6 0,004 0.8 Características das galerias comprimento [m] declividade [m/m] 100 0.0012 80 0.0015 100 0.0018 80 0.0012 100 0.002

 A1 C1

 ponto 4 1 2

Características dos pontos Tempo de concentração [min] 8 12 10

Décimo Sétimo Exercício: Galerias pluviais

1. Apresente e explique pelo menos duas situações sobre: a) o quê não deve ser feito; e  b) por quê não deve ser feito. •

•

•

•

• • •

 No sistema de macrodrenagem de uma bacia urbana que possua um curso d’água em uma área já urbanizada. Em um projeto de microdrenagem para uma área em urbanização que esteja integralmente cercada por outras áreas já urbanizadas, sendo que estas áreas circunvizinhas possuem sistemas de microdrenagem com galerias pluviais. Quando se vai escolher e utilizar o coeficiente de deflúvio durante o projeto de um sistema de microdrenagem. Quando se vai determinar o tempo de concentração em um trecho de sistema de drenagem que possui galeria. Quando é necessário estabelecer a declividade de uma galeria pluvial. Quando se vai escolher (calcular) o diâmetro de uma galeria pluvial.  Na fixação das cotas das galerias afluentes e defluente em um poço de visita.

Décimo Oitavo Exercício: Galerias pluviais

Você foi contratado(a) para realizar um projeto de microdrenagem que engloba três loteamentos iguais ao projetado durante a disciplina e conectados conforme o esquema abaixo. Os condutos nos trechos 1-2 e 2-3 serão executados em concreto in loco em formato de seções quadradas. Determinar as descargas  nos pontos 1, 2 e 3 para período de retorno 20 anos e dimensionar os condutos considerando: a) Velocidades dentro dos limites recomendados.  b) Seções de escoamento com borda livre de 5 cm.

Loteamento 1

Ponto 1

Loteamento 2

Ponto 2

Loteamento 3

Ponto 3

A conexão de cada loteamento é feita por intermédio de uma caixa de ligação. As três caixas de ligação possuem o fundo na cota 94 m e recebem as canalizações provenientes dos loteamentos nesta mesma cota. O trecho 1-2 possui comprimento igual a 120m e o trecho 2-3, 145m. Cada loteamento possui área 0,026 Km2  , coeficiente de deflúvio global igual a 0,80 e tempo de concentração até a caixa de ligação igual a 12 minutos. Décimo Nono Exercício: Aplicação do método racional

Um pequeno loteamento situa-se em região de encosta de uma bacia hidrográfica. Sua rede de microdrenagem está conectada a uma canalização que inicia-se no ponto B, possui diâmetro igual a 700 mm, declividade de 0,0023 m/m e faz o lançamento diretamente no curso d’água.  Na região a montante deste loteamento será realizado um novo loteamento conforme o esquema apresentado na figura. É necessário verificar se o sistema de microdrenagem que será construído para o novo loteamento poderá ser conectado à canalização existente a partir do ponto B. Caso não seja possível, deverá ser implantada nova canalização apenas para complementar a necessidade de descarga. O problema consiste portanto em verificar se a canalização existente suportará as descargas provenientes de ambos loteamentos e, caso necessário, dimensionar a nova canalização que receberá apenas descarga excedente. O período de retorno utilizado para cálculo da intensidade de precipitação deve ser igual a 10 anos, uma vez que este foi o valor utilizado nos cálculos realizados durante o dimensionamento da canalização. A canalização em concreto (n =0,017) foi dimensionada inicialmente considerando-se escoamento a seção plena. Caso seja necessária uma canalização complementar, esta deverá possuir a mesma  declividade de assentamento da canalização existente.

Ponto B

Área do loteamento Coeficiente de deflúvio global Tempo de concentração até o ponto B

loteamento existente 0,012Km2 0,8 24 minutos

loteamento novo 0,032Km2 0,75 30 minutos