Manual de Drenagem Urbana

Engenheiro Francisco José d´Almeida Diogo Engenheiro José Carlos Sciammarella

MANUAL DE PAVIMENTAÇÃO URBANA Drenagem: Manual de Projetos Volume II

Associação Brasileira de Pavimentação Rio de Janeiro 2008

AUTOR

Engenheiro Francisco José d’Almeida Diogo Professor do IME e Engenheiro do CENTRAN CO-AUTOR

Engenheiro José Carlos Sciammarella Professor do CEFET / RJ e Consultor / Projetista de drenagem urbana, de rodovias e ferrovias REVISORES Engenheiro Jorge Henrique Ribeiro Engenheiro Civil e de Segurança do Trabalho / Consultor e Perito Judicial / Sócio da ABPv Professora Laura Maria Goretti da Motta COPPE-UFRJ Ficha Catalográfica: Centro de Documentação do CENTRAN

D591

Diogo, Francisco José d’Almeida. Drenagem: manual de projetos / Francisco José d’Almeida Diogo; Co-autoria de José Carlos Sciammarella. – Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Pavimentação, 2008. 160 p. : il., tab. ; 29 cm (Manual de pavimentação; v. 2) Inclui bibliografia. ISBN 978-85-88353-02-2 1. Drenagem – Gestão e projetos. 2. Hidrologia superficial. 3. Engenharia sanitária. I. Título. II. Sciammarella, José Carlos. CDD 625.734

Diretoria da ABPv ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE PAVIMENTAÇÃO TRIÊNIO 2008/2010 PRESIDENTE

Engo Eduardo Alberto Ricci VICE-PRESIDENTE

Cel Engo Paulo Roberto Dias Morales DIRETOR ADMINISTRATIVO

Engo João Menescal Fabrício DIRETORA TÉCNICA

Enga Laura Maria Goretti da Motta DIRETOR FINANCEIRO

Engo Atahualpa Schmitz da Silva Prego DIRETORA DE DIVULGAÇÃO a

Arqt Georgina Libório Azevedo CONSELHO FISCAL SÓCIO COLETIVO Fundação-DER/RJ

Engo Marcos Balaguer Concresolo – RJ

Engo Marcio B. de Amorim SÓCIO INDIVIDUAL

Enga Luciana Nogueira de Castro – RJ Engo Salomão Pinto – RJ

COMISSÃO DE PAVIMENTAÇÃO URBANA – CPU

Coordenador: Engo Fernando Augusto Júnior Engo Clodoaldo Pereira Andrade Engo Francisco José d’Almeida Diogo Engo Heitor Roberto Giampaglia Engo Henrique Apolinário Rody Engo Jorge Henrique Ribeiro Engo José Carlos Sciammarella Engo José Pedro dos Santos Vieira Costa Enga Luciana Nogueira Dantas

Apresentação A Associação Brasileira de Pavimentação – ABPv, por intermédio da Comissão de Pavimentação Urbana, em cumprimento de diretrizes da diretoria para o período de 2008/2010, tendo por objetivo a revisão e atualização dos volumes que compõem o Manual de Pavimentação Urbana, vem apresentar a todos profissionais atuantes nas fases de projeto, construção, manutenção e fiscalização de obras de sistemas viários urbanos o volume de “Drenagem – Manual de Projetos”. Cabe destacar que o conteúdo técnico deste compêndio é fruto de pesquisa detalhada da bibliografia específica, bem como de alguns procedimentos técnicos de projeto adotados por diversas prefeituras municipais. Desse modo, este volume foi desenvolvido por sócios da ABPv, profissionais atuantes na área de drenagem urbana, que colaboraram voluntariamente com esse importante projeto de nossa associação, com vistas à divulgação da boa técnica de engenharia aplicada na prática da pavimentação dos sistemas viários municipais. Solicita-se aos usuários que colaborem no permanente aperfeiçoamento do seu conteúdo, enviando críticas e sugestões a [email protected] ou por correio para: Rua Miguel Couto, 105 sobreloja, Centro, Rio de Janeiro, CEP: 20070-030 – http://www.abpv.org.br.

Agradecimento A Drenagem de Vias Urbanas, como apresentada no Manual de Projetos volume II, tornar-se-á instrumento de valor inestimável na execução de pavimentos urbanos adequados e dentro da boa técnica. O assunto é primordial para o sucesso e durabilidade dos revestimentos, para a rodagem segura dos veículos automotores e para o deslocamento com conforto e segurança dos pedestres. Uma das principais características apresentada pelo conteúdo do manual é a sua abrangência, que ultrapassou seu propósito inicial. O manual cumpre exemplarmente os objetivos propostos pela ABPv, que é servir a seus associados e trazer benefícios aos construtores de pavimentos em vias e logradouros das cidades. Esta publicação inicia a concretização da primeira revisão dos Manuais de Pavimentação Urbana, idealizada pelo saudoso engenheiro químico Jorge Eduardo Salathé, que vem sendo levada a cabo pela Comissão de Pavimentação Urbana – CPU. Agradecemos ao autor, co-autor, revisores, patrocinadores, membros da CPU e a todos aqueles que contribuíram de maneira inestimável na idealização, elaboração, correção e distribuição deste Manual de Drenagem, resultante de esforços e dedicação que não temos como compensar. Todo empenho aqui impresso é instrumento desencadeador de aprimoramento técnico, desenvolvimento sustentável e de melhorias sociais, que serão suscitados com a aplicação do seu conteúdo de extrema qualidade. Os resultados serão compensadores para a sociedade. Diretoria da ABPv

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Sumário

6

Lista de figuras

8

Lista de tabelas

11

Lista de abreviaturas e símbolos

13

1 Introdução

16

2 Fundamentos da drenagem urbana

18

2.1 Drenagem urbana sustentável

18

2.2 Princípios da drenagem urbana moderna

18

2.3 Medidas de controle de inundação

19

2.4 Drenagem urbana e saneamento

20

2.5 Drenagem urbana e plano diretor

20

2.6 Concepção geral de dimensionamento

23

2.7 Macrodrenagem

24

2.8 Microdrenagem

25

3 Fases de projeto

26

3.1 Levantamentos

26

3.2 Estudos preliminares

28

3.3 Anteprojeto

29

3.4 Projeto Básico de Drenagem (relatório final)

31

3.5 Projeto Executivo de Drenagem

38

3.6 Apresentação do “As Built” – como construído

38

4 Cálculo da vazão de projeto

40

4.1 Tempo de recorrência ou período de retorno

41

4.2 Duração da chuva

42

44

4.4 Delimitação da bacia e sub-bacias

46

4.5 Coeficiente de deflúvio ou escoamento superficial ou de run off

48

4.6 Cálculo da vazão de projeto

49

5. Canais

58

6. Sarjetas

70

7. Bocas-de-lobo

84

8. Galerias

98

9. Reservatórios

110

10. Outros dispositivos

135

Anexos

141

A – Valores referenciais para projetos de logradouros e loteamentos

141

B – Elaboração dos desenhos

142

C – Parâmetros para cálculo de precipitação, segundo Otto Pfafstetter

146

D – Glossário

149

E – Marcos legais

154

F – Tabelas úteis

157

Bibliografia

158

SUMÁRIO

4.3 Chuva de projeto – intensidade

7

Lista de figuras Figura 2.1 – Esquema de uma estrutura de plano diretor de drenagem urbana Figura 2.2 – Exemplo de um mapa do plano diretor para a Bacia do Rio Aricanduva Figura 2.3 – Microdrenagem tradicional Figura 3.1 – Fluxograma das Fases do Projeto Figura 4.1 – Curva-chave de um rio Figura 4.2 – Fluxograma para levantar a descarga de projeto Figura 4.3 – Levantamento de fluxo nas ruas Figura 4.4 – Divisão de áreas de contribuição para as ruas Figura 4.5 – Demarcação das bacias de cada PV Figura 4.6 – Dimensões da área de drenagem de uma sarjeta Figura 4.7 – Representação da parcela excedente e infiltrada da chuva Figura 4.8 – Curva Pefetiva em função de P para diversas bacias Figura 4.9 – Constância de tempo de base Figura 4.10 – Proporcionalidade das descargas Figura 4.11 – Aditividade das descargas Figura 4.12 – Construção do Hidrograma Unitário Triangular (HUT) adimensional Figura 4.13 – Conformação e composição dos HUT no hidrograma total de escoamento

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

superficial da bacia Figura 5.1 – Canal ou conduto livre em (a, b e c) e forçado em (d) Figura 5.2 – Mudança de regime nos canais com escoamento permanente Figura 5.3 – Seção molhada e perímetro molhado de um conduto Figura 5.4 – Ampliação da calha do Rio Tietê Figura 5.5 – Exemplos de canais gramados Figura 6.1 – Seção recomendada no encontro calçada-sarjeta Figura 6.2 – A sarjeta e a passada do pedestre Figura 6.3 – Seção econômica típica guia-pavimento Figura 6.4 – Seção de uma sarjeta triangular

8

Figura 6.5 – Seção composta de uma sarjeta triangular Figura 6.6 – Sarjetão Figura 6.7 – Sarjeta tipo A

Figura 6.8 – Sarjeta tipo B Figura 6.9 – Sarjeta tipo C Figura 6.10 – Gráfico: fatores de redução (FR) de escoamento das sarjetas Figura 7.1 – Boca-de-lobo simples (de ferro fundido cinzento) Figura 7.2 – Cortes de boca-de-lobo simples tipo A Figura 7.3 – Posição da rede coletora na via Figura 7.4 – Principais tipos de bocas-de-lobo Figura 7.5 – Configurações típicas de cruzamentos em sistemas de drenagem Figura 7.6 – Alguns parâmetros usados para cálculo Figura 7.7 – Capacidade de esgotamento das bocas-de-lobo simples com depressão de 5cm, em pontos baixos das sarjetas Figura 7.8 – Boca-de-lobo simples, em ponto intermediário da sarjeta Figura 7.9 – Boca-de-lobo combinada correspondente ao gráfico da Figura 7.10 Figura 7.10 – Gráfico para obter a capacidade da boca-de-lobo da Figura 7.9 Figura 8.1 – Partes constitutivas de um sistema de galerias Figura 8.2 – Esquema de um corte transversal típico – sem escala Figura 8.3 – Determinação da declividade de um coletor Figura 8.4 – Exemplo de recobrimento de uma galeria Figura 8.5 – Exemplo de PV com degrau Figura 8.6 – Ligação de coletores de diâmetros diferentes Figura 8.7 – Ilustração da determinação da cota de fundo do PV Figura 8.8 – Medida do desnível (∆H) entre dois PVs Figura 8.9 – Soluções para remanso em galerias Figura 8.10 – Parametrização da seção molhada pelo ângulo “θ” Figura 8.11 – Dimensões características da seção retangular Figura 8.12 – Indicação de tirante d’água Figura 9.1 – Piscinão AC1/ Vila Rosa (DAEE /SP) Figura 9.3 – Reservatório de detenção Figura 9.4 – Foto de reservatório de retenção Figura 9.5 – Esquema de um reservatório aberto Figura 9.6 – Esquema para dimensionar reservatórios Figura 9.7 – Esquema para controle de saída em reservatórios

LISTA DE FIGURAS

Figura 9.2 – Tipos de reservatório: (a) percolação; (b) detenção e (c) retenção.

Figura 9.8 – Valores de coeficiente de descarga (Cd) para diferentes orifícios Figura 9.9 – Nomograma para orifício retangular com h < 4.a Figura 9.10 – Nomograma para orifício circular com h < 4.a Figura 9.11 – Volumes de detenção necessários para lotes com diferentes impermeabilizações Figura 9.12 – Exemplo de um reservatório subterrâneo retangular

9

Figura 9.13 – Exemplo de um reservatório subterrâneo cilíndrico Figura 9.14 – Microrreservatório poroso enterrado Figura 9.15 – Bacia subterrânea Figura 9.16 – Bacia de detenção seca Figura 9.17 – Bacia de detenção alagada Figura 9.18 – Alagadiços Figura 9.19 – Diferenças no amortecimento do hidrograma de enchente em função do grau de meandros em cursos d’água Figura 9.20 – Posição relativa de dois materiais granulares Figura 9.21 – Figura com os elementos da Lei de Darcy Figura 9.22 – Granulometria de materiais e permeabilidade Figura 9.23 – Exemplo de pavimentos permeáveis Figura 9.24 – Trincheira de infiltração e de retenção Figura 9.25 – Exemplo de trincheira de infiltração Figura 9.26 – Exemplo de trincheira de percolação Figura 9.27 – Foto de vala de infiltração Figura 9.28 – Poço de infiltração Figura 10.1 – Características de descida d’água Figura 10.2 – Fotos de descidas d’água. Figura 10.3 – Seção transversal de dissipador contínuo Figura 10.4 – Foto de bacia de amortecimento Figura 10.5 – Esquema para cálculo da bacia de amortecimento Figura 10.6 – Elementos do dissipador de energia Figura 10.7 – Gráfico para obtenção do comprimento da bacia de amortecimento

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Figura 10.8 – Gráfico para levantamento de diâmetro equivalente

10

Lista de tabelas Tabela 2.1 – Informações necessárias para fazer um Plano Diretor de Drenagem Tabela 2.2 – Diretrizes do Plano Diretor de Macrodrenagem da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê, 1998 Tabela 3.1 – Lista de entidades fornecedoras de cartas ou imagens cartográficas Tabela 3.2 – Seqüência para anteprojeto de microdrenagem Tabela 4.1 – Tempos de Recorrência para obras de drenagem Tabela 4.2 – Tempo de escoamento superficial Tabela 4.3 – Exemplos de equações da chuva para algumas cidades brasileiras Tabela 4.4 – Valores de α (PFAFSTETTER, 1982) Tabela 4.5 – Valores de β, a, b, c (PFAFSTETTER, 1982) Tabela 4.6 – Valores de C para áreas com uso e/ou ocupação específicos Tabela 4.7 – Valores de C para áreas restritas com uso e/ou ocupação específicos Tabela 4.8 – Valores de C em função de superfícies Tabela 4.9 – Critério para escolha do método de cálculo da vazão Tabela 4.10 – Grupos Hidrológicos de Solos Tabela 4.11 – Número de curva CN para diferentes condições do complexo hidrológico Tabela 4.12 – Condições de umidade antecedente do solo Tabela 4.13 – Número de curva CN para área urbana Tabela 5.1 – Seções transversais e profundidade crítica de canais Tabela 5.3 – Um exemplo de tabela para avaliação hidráulica do tipo de seção de canal Tabela 5.4 – Valores do coeficiente de Manning (n) para vários tipos de canais Tabela 5.5 – Coeficiente de rugosidade de Manning para canais retilíneos sem árvores ou arbustos Tabela 5.6 – Elementos de cálculo das profundidades normais de canais trapezoidais Tabela 5.7 – Valores de “a” para cálculo da BL

LISTA DE TABELAS

Tabela 5.2 – Caracterização do regime de escoamento pelo número de Froude

Tabela 5.8 – Fatores intervenientes para o projeto de um canal Tabela 5.9 – Critérios para projeto de canais gramados Tabela 5.10 – Controle de erosão Tabela 5.11 – Recomendações sobre parâmetros de projeto de canais naturais Figura 5.12 – Inclinações recomendadas para taludes de canais escavados

11

Tabela 6.1 – Valores de referência adotados para dimensionar sarjetas Tabela 6.2 – Valores da vazão específica (q), em l/s/m Tabela 6.3 – Valores usuais para projetos de ruas e avenidas Tabela 6.4 – Coeficiente de rugosidade “n” de Manning Tabela 6.5 – Velocidades admissíveis para diferentes materiais Tabela 6.6 – Tipos de sarjetas e situação de emprego Tabela 6.7 – Vazão e velocidade nas sarjetas2 em função da inclinação longitudinal da via Tabela 6.8 – Fatores de redução de escoamento das sarjetas Tabela 6.9 – Comprimento útil ou comprimento máximo de utilização das sarjetas “A” – Lu (m) Faixa de alagamento W0 = 1,67 m Tabela 6.10 – Comprimento Útil ou Comprimento Máximo de Utilização das Sarjetas “B” e “C” – Lu (m) Faixa de alagamento W0 = 1,67 m Tabela 6.11– Comprimento Útil ou Comprimento Máximo de Utilização das Sarjetas – Lu (m) Faixa de alagamento W0 = 2,17 m Tabela 7.1 – Capacidade máxima de ramais Tabela 7.2 – Capacidade (l / s) de BL em ponto baixo Tabela 7.3 – Capacidade das BL para greide contínuo – Faixa de alagamento de 1,67m Tabela 7.4 – Capacidade das BL para greide contínuo – Faixa de alagamento de 2,17m Tabela 7.5 – Fatores de redução de escoamento para BL (F) Tabela 8.1 – Medidas limites de seções de galerias Tabela 8.2 – Velocidades limites de galerias Tabela 8.3 – Declividades recomendadas para galerias Tabela 8.4 – Limites para lâminas d’água

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Tabela 8.5 – Valores mínimos de recobrimento Tabela 8.6 – Espaçamento máximo entre PV Tabela 8.7 – Um modelo de tabela para cálculo de coletores de águas pluviais Tabela 9.1 – Tipos de reservatórios e tempo de armazenamento Tabela 9.2 – Formas de reduzir o deflúvio superficial direto Tabela 9.3 – Equações da curva de descarga de diferentes vertedores Tabela 9.4 – Tabela do algoritmo de cálculo de reservatórios Tabela 9.5 – Situações locais impostas e solução pela Lei de Darcy Tabela 9.6 – Escala prática de permeabilidade de materiais Tabela 9.7 – Coeficientes de condutividade hidráulica (k) Tabela 9.8 – Tipos de obras de controle na fonte

12

Tabela 10.1 – Determinação do tipo de bacia pelo número de Froude Tabela 10.2 – Expressões para cálculo de y’2

Lista de abreviaturas e símbolos ABREVIATURAS ABES

– Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABNT

– Associação Brasileira de Normas Técnicas

ABPv

– Associação Brasileira de Pavimentação

ANA

– Agência Nacional de Águas

CEDAE

– Companhia Estadual de Águas e Esgotos

CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (SP) DAEE

– Departamento de Águas e Energia Elétrica (SP)

DNIT

– Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes

HUT

– Hidrograma Unitário Triangular

ISA

– International Standards Association

ISO

– International Standards Organization

LI

– Licença de Instalação

LO

– Licença de Operação

LP

– Licença Prévia

PM

– Prefeitura Municipal

SCS

– Soil Conservation Service (Serviço de Conservação do Solo do Departamento de Recursos Naturais dos Estados Unidos)

SEMA

– Secretaria Especial do Meio Ambiente

SEMADS – Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável (RJ) UFRJ

– Universidade Federal do Rio de Janeiro

SÍMBOLOS θ – ângulo em radianos A – área

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente

a – profundidade de lote lindeiro AH – seção ou área molhada b – base de canal BL – boca-de-lobo BL – borda livre

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C

– caimento

C

– coeficiente de run-off

Cd

– coeficiente de descarga

CE

– cota de entrada

CF

– cota do fundo do PV ou boca-de-lobo

CT

– cota de topo de PV ou boca-de-lobo

CN – Curver Number, número de curva de infiltração do solo d

– duração da chuva

DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio de

– diâmetro dos furos do tubo

DN – diâmetro nominal (interno) DU – duração de chuva unitária E

– energia específica

F

– largura de faixa da via

F

– número de Froude

F’F’ – ferro fundido cinzento Fa

– infiltração após início do escoamento superficial direto

FR

– fator de redução

g

– aceleração da gravidade (9,81 m/s2)

H

– altura do coletor celular, altura de parede

H

– altura da abertura da boca-de-lobo

hc

– profundidade crítica

HUT – Hidrograma Unitário Triangular HW – headwater depth – carga hidráulica na entrada de um duto em relação

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

à geratriz inferior do mesmo. i

– declividade longitudinal, declividade de escoamento

I

– intensidade de precipitação

Ia

– infiltração inicial

K

– coeficiente de permeabilidade

LBL – largura da boca-de-lobo L

– extensão do talvegue

LAG – tempo entre o centro de massa da chuva e o instante de pico Lu

– comprimento útil ou crítico

n

– coeficiente de rugosidade

P

– precipitação, altura de chuva

PH – perímetro molhado Pa – pressão atmosférica Pe

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– chuva excedente

PM – Prefeitura Municipal PV – poço de visita Q

– vazão de contribuição, descarga de projeto

QP – descarga máxima, de pico q

– capacidade hidráulica

qi

– vazão específica

RH – raio hidráulico S

– infiltração potencial máxima

T

– largura da superfície d’água

TB

– tempo de base

tc

– tempo de concentração

ti

– tempo de entrada

tp

– tempo de percurso

tp

– tempo de ponta ou de pico

TR

– tempo de recorrência

V

– velocidade

Vc

– velocidade crítica

y

– altura da lâmina d’água, profundidade do fluxo, profundidade do escoamento

z

– inclinação de talude

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

∆H – desnível

15

1

Introdução O crescimento populacional e a urbanização intensa dos últimos anos têm sofrido um impacto muito grande na ocupação do solo urbano. A própria pavimentação das ruas diminui a possibilidade de infiltração das águas das chuvas no solo e, ao mesmo tempo, pode ser afetada pela presença da água acumulada. A ocupação das encostas de morros e rios por habitações precárias produz erosão e assoreamento dos sistemas de drenagem naturais ou implantados. À medida que a cidade se urbaniza, ocorre o aumento das vazões máximas devido à impermeabilização e canalização bem como à produção de sedimentos. Portanto, a questão da drenagem urbana é um problema significativo para a qualidade de vida dos cidadãos como também da pavimentação. O projeto da drenagem das vias permite a utilização adequada dos dispositivos de drenagem em projetos novos, construções já existentes ou em restaurações viárias. A implantação de um projeto de drenagem evita o acúmulo e a retenção da água na via, protegendo os pedestres, os veículos e o pavimento contra a ação prejudicial das águas que atingem as ruas, sob forma de chuva, infiltrações, torrentes, ou armazenada sob a forma de lençóis freáticos ou artesianos. Um dos problemas de drenagem usual está ligado à drenagem do pavimento para remover as águas que se infiltraram nas camadas do pavimento ou nas suas interfaces e que podem ocasionar prejuízo à estrutura. No caso urbano, as retiradas das águas precipitadas sobre a via e áreas adjacentes é a principal preocupação. Trata-se de um serviço público municipal, que envolve um elenco de soluções teóricas consagradas na Hidráulica, além de práticas de engenharia adotadas ao longo dos anos no cotidiano de diversas prefeituras municipais, com resultados positivos que garantem a eficiência das soluções implantadas, contribuindo assim para a boa técnica a ser considerada. Tal tecnologia é aqui apresentada com os critérios usuais adotados pelos projetistas de drenagem urbana, buscando-se a correção e objetividade de procedimentos. Consideram-se como partes integrantes deste manual as normas, especificações, métodos, padronizações, classificações, terminologias e simbologias estabelecidas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) direta ou indiretamente relacionadas com a drenagem urbana. Este manual é composto por 10 capítulos. Neste capítulo de introdução é apresentado o manual. O capítulo 2 faz uma panorâmica da drenagem moderna. O capítulo 3 mostra o seqüenciamento

de um projeto, desde os levantamentos iniciais até o relatório final e o “as built”. O capítulo 4 trata da fase hidrológica do projeto, que busca a vazão que requererá o dimensionamento de um dispositivo de drenagem. O primeiro dispositivo de drenagem é apresentado no capítulo 5, que é dedicado a canais. A razão é que o dimensionamento da esmagadora maioria dos dispositivos é feita como conduto livre, ou seja: como um canal. Os capítulos 6, 7 e 8 tratam dos dispositivos da microdrenagem: sarjeta, boca-de-lobo e galeria. O capítulo 9 apresenta comentários sobre reservatórios, estruturas que vêm crescendo de importância nas grandes cidades. O Capítulo 10 trata de descidas d’água e dissipadores de energia. Além desses capítulos, o manual oferece um rico material complementar nos anexos: um glossário; medidas referenciais para ruas e lotes; a tabela completa dos parâmetros de cálculo de Otto Pfafstetter; convenções para desenhos; marcos legais, tabelas úteis e bibliografia. Num anexo deste manual são indicados os vínculos legais e normativos associados à drenagem, listadas todas as normas específicas da ABNT e do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (DNIT), este último como subsídio complementar, em virtude de esse órgão dispor de um bem

INTRODUÇÃO

estruturado acervo com facilidade de consulta e obtenção de todo ele no site: http://www.dnit.gov.br.

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2

Fundamentos da Drenagem Urbana 2.1 DRENAGEM URBANA SUSTENTÁVEL Desenvolvimento sustentável é a preservação para gerações futuras de recursos auferidos pela geração atual. Ele é tratado em três esferas: econômica, social e ecológica e foi expresso por Pronk e Haq (1992) da seguinte forma: a) O consumo atual não pode ser financiado de forma prolongada levando a uma dívida econômica que outros deverão pagar; b) Deve haver suficiente inversão na educação e na saúde da população de hoje de maneira a não criar uma dívida social para as gerações futuras; e c) Os recursos naturais devem ser utilizados de maneira a não criar dívidas ecológicas por sobre-explotação da capacidade de sustento e da capacidade produtiva da Terra. A perspectiva da sustentabilidade associada à drenagem urbana introduz uma nova forma de direcionamento das ações, baseada no reconhecimento da complexidade das relações entre os ecossistemas naturais, o sistema urbano artificial e a sociedade.1

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

2.2 PRINCÍPIOS DA DRENAGEM URBANA MODERNA Órgãos fiscalizadores e reguladores dos recursos hídricos e uso do solo, escolas de formação de técnicos, as três esferas do poder, principalmente a municipal, devem estar atentos aos seguintes princípios relacionados por Tucci e Genz (1995): a) Não transferir impactos para jusante; b) Não ampliar cheias naturais; c) Propor medidas de controle para o conjunto da bacia; d) Legislação e Planos de Drenagem para controle e orientação; e) Constante atualização de planejamento por estudo de horizontes de expansão; f) Controle permanente do uso do solo e áreas de risco; g) Competência técnico-administrativa dos órgãos públicos gestores; e h) Educação ambiental qualificada para o poder público, população e meio técnico.

18 1

Cesar Augusto Pompêo, Revista Brasileira de Recursos Hídricos. Porto Alegre, RS, 2000.

2.3 MEDIDAS DE CONTROLE DE INUNDAÇÃO Antes de se pensar numa obra de drenagem na ocupação de uma área, nela já ocorre a macrodrenagem, formada pelos canais naturais de águas pluviais; desde os filetes iniciais; aos córregos, riachos e rios secundários de percurso; até o curso d’água principal ou lago receptor. Este conjunto se insere na unidade de análise da macrodrenagem, a bacia hidrográfica. As funções primárias de um curso d’água e de sua várzea associada são a coleta, armazenamento e veiculação das vazões de cheias. O não-entendimento dessa drenagem natural leva a população a invadir várzeas e leitos naturais de rios para depois configurar um grave problema ambiental e social, de segurança e de saúde pública, onde o homem declara que o rio “invadiu a sua casa”. Para o controle de inundações existe uma série de medidas que, para melhor entendimento, podem ser agrupadas em não-estruturais e estruturais, como a seguir são apresentadas.

2.3.1 Não-estruturais São aquelas destinadas ao controle do uso e ocupação do solo (nas várzeas e nas bacias) ou à diminuição da vulnerabilidade dos ocupantes das áreas de risco aos efeitos das inundações. São medidas não-estruturais: a) Preventivas (o poder público se antecipa ao problema) i) correto zoneamento do município (regulamentando o uso do solo); ii) escolha de locais para parques, áreas de recreação, lazer e contemplação junto a várzeas, mananciais, cursos e reservatórios naturais d’água (para receber inundações periódicas); iii) lei de parcelamento, ocupação e uso do solo (restrições às áreas inundadas – fixação de cotas máximas de ocupação); iv) políticas públicas de preservação de matas ciliares de cursos d’água e mananciais (favorecendo o amortecimento de enchentes e a capacidade da calha de um rio); vi) restrição à expansão do serviço público; vii) controle de redes de água e esgoto; viii) programas de informação e educação; ix) sistemas de previsão e alarme; e x) seguro contra inundações. b) Corretivas i) plano de reurbanização e recuperação de áreas deterioradas; ii) desapropriação de áreas freqüentemente inundadas (relocações e deslocamentos de população); iii) construções à prova de inundações; iv) ajustes de ocupação graduais; e v) ações de defesa civil.

FUNDAMENTOS DA DRENAGEM URBANA

v) compra de áreas inundáveis

2.3.2 Estruturais São obras de engenharia que alteram o escoamento das águas. Estão direcionadas ou ao aumento da condutividade hidráulica ou à retenção temporária das águas seguida de uma liberação lenta para um sistema de canais ou galerias, da micro ou da macrodrenagem.

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2.4 DRENAGEM URBANA E SANEAMENTO A drenagem urbana se insere no conjunto de ações, obras e serviços prioritários em programas de Saúde Pública, o que compreende também: abastecimento de água; esgotamento sanitário; coleta de resíduos sólidos; e controle da poluição, de vetores e roedores.2 Vale lembrar que esses processos estão intimamente relacionados, pois, a deficiência da rede de esgoto3 e da coleta de resíduos contribui para degradar a qualidade do abastecimento de água potável e possibilita a veiculação de moléstias. Uma coleta de lixo ineficiente, somada a um comportamento indisciplinado dos cidadãos, resulta em deteriorar ainda mais a qualidade da água, no entupimento de bueiros e galerias e na ocorrência de inundações.

2.5 DRENAGEM URBANA E PLANO DIRETOR A drenagem urbana interfere fortemente no planejamento de um município ao abranger aspectos urbanísticos, sociais, econômicos, ambientais e de segurança de uma população, tais como: códigos de edificações; zoneamento; lei de parcelamento; ocupação e uso do solo (delimitação das áreas inundadas); plano de reurbanização e renovação de áreas deterioradas; desapropriação de áreas freqüentemente inundadas; políticas públicas de ocupação do solo (que podem alterar a sua permeabilidade) e de preservação de matas ciliares de cursos d’água e mananciais (favorecendo o amortecimento de enchentes e a capacidade de escoamento da calha de um rio); construção de reservatórios para controle de cheias ou abastecimento d’água; escolha de local para parques e áreas de recreação e lazer (em condições de receber inundações periódicas); aproveitamento viário das margens de riachos canalizados; projeto de loteamentos; projeto de vias públicas; pavimentação de ruas, pistas e passeios; preservação de propriedades e encostas e segurança do trânsito; dentre outros. Com toda essa abrangência, se esse sistema não for considerado desde o início do planejamento

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

urbano e no seu desenvolvimento integrado, teremos um sistema de alto custo, porém, ineficiente. Com isso, as chuvas intensas poderão causar graves transtornos à população e implicar a destruição de propriedades e vidas humanas.

2.5.1 Estruturação de um Plano Diretor de Drenagem Um plano diretor de drenagem é elaborado com o plano diretor de desenvolvimento de áreas urbanas ou metropolitanas. Ele tem por objetivo criar os mecanismos de gestão da infra-estrutura urbana relacionada com o escoamento das águas pluviais e dos rios na área urbana (TUCCI, 2002). Para elaborá-lo são necessárias informações que estão relacionadas na Tabela 2.1 a seguir. Um plano diretor de drenagem tem, normalmente, como unidade de gestão a bacia hidrológica. Para realizá-lo é necessário empreender levantamentos e estudos institucionais, hidrológicos e de cadastramento (Figura 2.1).

20 2 3

Plano Nacional de Saúde e Ambiente no Desenvolvimento Sustentável – 1995. No Brasil, é adotado o sistema separador absoluto: águas pluviais e esgoto sanitário.

Tabela 2.1 – Informações necessárias para fazer um Plano Diretor de Drenagem (TUCCI, 2002) TIPO

INFORMAÇÃO rede pluvial

Cadastros

bacias hidrográficas uso e tipo de solo das bacias Plano de desenvolvimento urbano da cidade Plano de saneamento ou esgotamento sanitário

Planos

Plano de controle dos resíduos sólidos Plano viário Legislação municipal relacionada com o Plano Diretor Urbano e meio ambiente

Aspectos

Legislação estadual de recursos hídricos

institucionais

Legislação federal Gestão da drenagem do município precipitação

Dados

vazão

hidrológicos

sedimentos qualidade da água do sistema de drenagem

INSTITUCIONAL Legislação: Federal, Estadual e Municipal, sobre uso do solo, recursos hídricos, meio ambiente, saneamento

CADASTRO FÍSICO

DADOS HIDROLÓGICOS

Rede de drenagem, bacias e uso do solo

Precipitação, vazão, sedimentos e qualidade d’água

ENTRADA Princípios, objetivos e estratégias

Medidas estruturais da sub-bacia

Plano de ações

Estudos adicionais

Sub-divisão da cidade em macro-bacias

Medidas não estruturais: legislação e gestão

Legislação municipal e atribuições

Educação

Diagnóstico da drenagem da cidade

Viabilidade econômicofinanceira

Manual de drenagem

Monitoramento

FUNDAMENTOS

DESENVOLVIMENTO

PRODUTOS

PROGRAMAS

Figura 2.1 – Esquema de uma estrutura de plano Diretor de

a) Fundamentos

FUNDAMENTOS DA DRENAGEM URBANA

Após esses levantamentos, o Plano se estrutura em quatro instâncias:

Drenagem Urbana (Adaptado de Silveira, 2002)

É realizado um diagnóstico da drenagem por macrobacias, e, de forma integrada a outros planos municipais, são estabelecidas estratégias balizadas por uma drenagem sustentável, pelos princípios da drenagem urbana moderna, pela legislação sobre uso do solo, meio ambiente e recursos

21

hídricos e pelos objetivos do saneamento básico. Para que essas estratégias sejam efetivadas, o município estabelece seus princípios orientadores e as metas a alcançar. b) Desenvolvimento Definida a direção, são propostas as obras e serviços e realizados anteprojetos. São apresentadas propostas de legislação e de organização municipal voltada para a gestão da drenagem urbana. Os custos financeiros de implantação e manutenção de obras e da gestão municipal são estimados. É realizada a avaliação ambiental, econômica e social das medidas a serem adotadas para horizontes de 10 a 20 anos. c) Produtos As propostas positivas são consubstanciadas em um plano cuja melhor expressão são mapas, por bacia hidrográfica, assinalando os recursos hídricos, o uso do solo (atual e planejado), áreas de preservação, áreas inundáveis (várzeas), áreas de risco à população, locação dos sistemas de saneamento (atual e planejado), zonas especiais (com potencial de degradação ambiental, carência social etc.), obras previstas, pontes, estações de tratamento, áreas públicas, sistema viário, e o que mais importar para o planejamento e a gestão municipal da drenagem. São efetivadas leis municipais para dar suporte institucional às medidas contidas no Plano Diretor de Drenagem. O município adota ou adapta manual de projetos, álbum de padrões-tipo de dispositivos de drenagem (desenhos) e especificações técnicas de materiais e serviços de órgão e municípios que dispõem desses e que melhor atendam às características locais ou desenvolve os seus próprios documentos. Com isso, passa a ter um padrão para a conformação dos logradouros públicos, para realizar licitações, tendo referência clara para fiscalizar e aceitar obras e serviços. d) Programas Por fim, são estabelecidos programas de acompanhamento e aprimoramento do sistema implantado.

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

2.5.2 Exemplos de extratos de Planos Diretores: a) Leis introduzidas no município de São Paulo i) Os estacionamentos em terrenos deverão ter 30% (trinta por cento) de sua área com piso drenante ou com área naturalmente permeável; e ii) Lei das “piscininhas” (2002): obriga a execução de reservatório para as águas coletadas por coberturas e pavimentos nos lotes, edificados ou não, que tenham área impermeabilizada superior a 500m2. O volume de armazenamento do reservatório deve obedecer a equação seguinte: V = 0,15 x A x I x d Onde: V = volume do reservatório (m3),

22

A = área impermeabilizada (m2), I = índice pluviométrico igual a 0,06m/h ou 60mm/h, d = tempo de duração da chuva igual a uma hora.

(2.1)

b) Rio Aricanduva A Figura 2.2 mostra um exemplo de um mapa onde se indicam os reservatórios e elementos da bacia de um rio em sua parte urbana.

Figura 2.2 – Exemplo de um mapa do plano diretor para a Bacia do Rio Aricanduva

c) Exemplo do Plano Diretor de Macrodrenagem da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê, 1998 As seguintes diretrizes foram consideradas em face da demanda de grande volume de obras de drenagem, aliada à escassez de recursos dentre outras de caráter institucional e legal: 1. Severa obediência às leis de ocupação e zoneamento urbanos; – Manutenção e preservação de áreas que tenham grande potencial de riscos de erosão; 3. Providências para minimizar o transporte de lixo e sedimentos; – Disseminação do conceito de reservatórios de detenção que, além de reduzir picos de descarga, favorecendo o dimensionamento e os custos de obras de melhoria e projetos de canalização a jusante, ainda podem retardar a chegada dessas vazões aos cursos d´água receptores; – Medidas não-estruturais e institucionais gerais visando à redução dos picos máximos de cheias; e – Limitação das velocidades de escoamento, onde possível, em 2,0 m/s para futuros projetos de canalização dentro das sub-bacias integrantes do sistema de drenagem da Bacia do Alto Tietê.

FUNDAMENTOS DA DRENAGEM URBANA

2. Controle rígido de desmatamentos;

2.6 CONCEPÇÃO GERAL DE DIMENSIONAMENTO Sob uma perspectiva simples e objetiva, o cálculo da drenagem urbana compreende, basicamente, uma etapa hidrológica, para saber a quantidade de água a drenar – o deflúvio de projeto, e outra, hidráulica, de arranjo e dimensionamento do sistema que conduzirá essa água. Neste trabalho

23

vai-se considerar desde a drenagem de cada rua e suas interconexões, que é a microdrenagem, até a sua continuação natural, os receptores d’água – canais e reservatórios de uma bacia, onde tudo isso se insere, que é a macrodrenagem. Basicamente, a primeira, em geral considerada para um período de retorno de 10 anos, visa evitar a interferência entre as enxurradas e o tráfego de pedestres e veículos, e a segunda, em geral considerada para um período de retorno de 25, 50 ou até 100 anos, objetiva prevenir riscos de prejuízos materiais e de perdas de vidas humanas.

2.7 MACRODRENAGEM Uma obra de macrodrenagem é verificada para as chuvas mais intensas (precipitação com período de retorno da ordem de 25 a 50 anos), considerando-se os possíveis danos às propriedades e os riscos de perdas humanas.

1) Obras e serviços de macrodrenagem As obras e serviços de macrodrenagem visam melhorar o escoamento para atenuar: a) inundações; b) erosões; e c) assoreamentos. Eles devem constar de Planos de Macrodrenagem e podem reduzir a necessidade de algumas tubulações subterrâneas da microdrenagem. São constituídos de: a) grandes galerias; b) canais naturais e artificiais; c) dique de proteção para preservar região ribeirinha. Não se deve construir elevado, pois há risco de rompimento, com conseqüências negativas que são maiores do que as causadas pela sua ausência; d) melhoria de canais e calhas de rios (retificação, alargamento, aprofundamento, dragagem,

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

derrocamento, revestimento etc.); e) manutenção de canais e bacias de detenção com remoção de sedimentos, lodos orgânicos, lixos, detritos urbanos e ervas daninhas; f) adequação e manutenção de grandes reservatórios naturais em parques urbanos; g) construção de reservatórios de detenção e de retenção; h) dispositivos de proteção à erosão (drenos sub-horizontais; muros de arrimo etc.); i) reposição de vegetação em áreas erodidas e nas várzeas (matas ciliares); e j) cercas em vias marginais e faixas de servidão, para preservar obras de drenagem ou de preservação (galerias, bacias de detenção ou retenção, parques, áreas de preservação natural, bacias de retenção ou detenção etc.).

2) Projeto básico de macrodrenagem

24

O projeto básico de macrodrenagem resulta em: a) Relatório técnico: deve incluir descrição da bacia, situação atual e prospectiva, dados pluviométricos disponíveis, estudos de hidrogramas, cálculo de vazões, critérios básicos de

engenharia utilizados, planos alternativos, aspectos ambientais e legais e recomendações. Deve apresentar memória que demonstre a capacidade do sistema de macrodrenagem. b) Quadros e desenhos: devem apresentar a planta geral do projeto e os perfis na escala 1:500 ou 1:1.000. Devem apresentar, também, as cotas do fundo do canal ou da galeria, os perfis aproximados da linha d’água, pontes e seções transversais típicas. Devem conter informações para orientar as desapropriações antes da construção.

2.8 MICRODRENAGEM Uma obra de microdrenagem faz-se necessária para criar condições razoáveis de circulação de veículos e pedestres, por ocasião de ocorrência de chuvas freqüentes (precipitação com período de retorno de 2 a 10 anos). A microdrenagem urbana, ou o sistema inicial de drenagem, é constituída pelo sistema de condutos pluviais relacionados aos espaços dos loteamentos ou rede primária urbana. Um exemplo dos elementos da microdrenagem está mostrado na Figura 2.3. CT = 98m

CT = 97m

CT = 99m

PV.14

CT = 100m

PV.1

PV.13 PV.2

PV.3

PV.15

PV.17

PV.16 PV.5

PV.4

CT = 96m PV.18

PV.19

PV.20

PV.8

PV.7

CT = 95m PV.21

PV.9

PV.12

PV.22

PV.11

PV.10

PV.23 Vai ao receptor

Figura 2.3 – Microdrenagem tradicional (BIDONE e TUCCI, 1995)

Na microdrenagem, o escoamento natural não é bem definido, sendo determinado pela ocupação

FUNDAMENTOS DA DRENAGEM URBANA

PV.6

do solo. Inicia-se nos coletores prediais das edificações, prossegue no escoamento das sarjetas e sarjetões e entra em pequenos canais, nos bueiros ou nos sistemas de galerias. Um sistema de galerias, por sua vez, compreende a parte subterrânea da microdrenagem iniciada na boca-de-lobo e contendo condutos de ligação; poços de visita; caixas de ligação; e ramais. Esses elementos passam a ser apresentados nos próximos capítulos com informações de como dimensioná-los.

25

3

Fases de projeto A Figura 3.1 resume as várias etapas a serem consideradas em um projeto de drenagem urbana, mostrando a seqüência dos passos a serem seguidos e as inter-relações entre as fases. Nos itens seguintes serão comentadas as atividades previstas no fluxograma.

Início

Levantamentos

Estudos preliminares

– na prefeitura – bibliográficos – de campo

– hidrológicos – uso do solo – vias – dispositivos drenagem tipo

Fim

Anteprojeto

Não Audiência pública

Execução e “As Built”

Aprovada?

Sim

Licença Instalação Licença Operação

Projeto Executivo

(representação local e de município a jusante)

Licença prévia

Não micro Mais detalhes? Sim macro

Projeto básico

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Figura 3.1 – Fluxograma das fases de um projeto de drenagem urbana

3.1 LEVANTAMENTOS A primeira atividade do projetista é o levantamento de dados de interesse para a área a ser drenada. Os itens seguintes apresentam a série de dados a serem pesquisados.

3.1.1 Levantamentos na prefeitura municipal Da Prefeitura local, o projetista deve procurar obter: 1) Diretrizes Básicas para Projetos de Drenagem Urbana ou Caderno de Encargos de Infra-Estrutura Urbana ou outra forma de expressão das posturas do município onde ocorrerá a obra; 2) Planos Diretores do município; 3) Projetos existentes de redes de águas pluviais na área em estudo e adjacências (especial

26

atenção ao projeto de greide de logradouros implantados ou não-implantados); 4) O cadastro ou previsão de localização, nos logradouros, de dutos de outras redes e sistemas como: água potável, esgoto sanitário, eletricidade, gás, comunicações ou TV a cabo;

5) Características geológicas da bacia hidrográfica; 6) Informações geotécnicas da área e do lençol freático; 7) Informações sobre o nível d’água máximo verificado ou observado dos receptores de águas pluviais; 8) Pontos de locação de Referência de Nível (RN) oficial; 9) Existência de fábrica de pré-moldados de condutos no município e redondezas; e 10) Plantas e cartas topográficas e restituições aerofotogramétricas e fotografias aéreas: a) na escala 1:500 ou 1:1.000, cadastral, com indicação dos arruamentos existentes e projetados. Se não for possível, utilizar documentos na escala 1:2.000, com curvas de nível a cada 1m ou 2m; ou ainda, 1:5.000, com curvas de nível a cada 5m. A possibilidade de escolha de escalas menores ou maiores é decorrente da maior ou menor movimentação do terreno, nessa ordem; e b) na escala de 1:5.000 ou 1:10.000, para determinar a bacia contribuinte da área a ser drenada e as diferentes permeabilidades do terreno. Na impossibilidade, utilizar escala de 1:25.000. Não se obtendo plantas ou mesmo para melhor instruir o estudo, dependendo da localização do projeto, existe a possibilidade de se conseguir cartas topográficas ou fotografias aéreas de outras fontes como as listadas na tabela 3.1.

Entidade

Produto

Site

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

cartas, da escala 1:25.000 em diante

http://www.ibge.gov.br

DSG

Diretoria do Serviço Geográfico do Exército Brasileiro

cartas, da escala 1:25.000 em diante

http://www.dsg.eb.mil.br/

Emplasa

Empresa Paulista de Planejamento Metropolitano S.A.

cartas topográficas

http://www.emplasa.sp.gov.br

IGC

Instituto Geográfico e Cartográfico

cartas, da escala 1:2.000 em diante

http://www.igc.sp.gov.br

- imagens -

http://earth.google.com

Sigla

Nome

IBGE

Internet (programa: Google Earth )

fotos Empresas de aerofotogrametria

aéreas/restituições aerofotogramétricas

www.engemap.com.br www.ctgeo.com.br www.multispectral.com.br www.aerocarta.com.br www.engefoto.com www.maplanbrasil.com.br

3.1.2 Levantamento bibliográfico de dados hidrológicos Para levantamentos hidrológicos deve-se proceder consultas aos documentos e elementos citados a seguir:

FASES DO PROJETO

Tabela 3.1 – Lista de entidades fornecedoras de cartas ou imagens cartográficas

27

1) Atlas climatológico; 2) Atlas e mapas pedológicos (tipos de solos locais); 3) Sistema de Classificação Climática de Wladimir Peter Köppen; 4) Dados pluviométricos da Agência Nacional de Águas (ANA); e 5) Identificar a existência de equação da chuva padrão local e das relações intensidadeduração-freqüência e de hietogramas típicos de distribuição temporal, para as precipitações históricas da região.

3.1.3 Levantamentos de campo Estudadas as cartas, plantas e as posturas municipais, o projetista se dirige à área do projeto para a inspeção e outros levantamentos listados a seguir: 1)

Topográficos: identificação no local de RN oficial; cotas de cruzamento de ruas; pontos notáveis; áreas inundáveis; cota da máxima cheia; locais de deságüe; pontos baixos; mudanças de declividade e de soleiras, se necessário;

2)

Geotécnicos: natureza dos solos da bacia e ao longo das vias; nível do lençol freático, se possível no período de chuvas;

3)

Condições da rede de águas pluviais a ser aproveitada (funcionamento, condições estruturais etc.);

4)

Localização de áreas alagadiças;

5)

Possibilidades de uso do material eventualmente a ser escavado;

6)

Possíveis locais de bota-fora de material escavado;

7)

Fontes de água natural (poços, nascentes ou bicas) usadas pela população;

8)

Áreas inundáveis (entrevista com moradores locais);

9)

Cota dos pontos mais baixos a drenar;

10) Localização dos receptores d’água apropriados (exutórios); 11) Condições e nível da máxima cheia dos receptores d’água (rio, lago etc.);

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

12) Antever a necessidade de evitar a reprodução de vetores; 13) Índice de ocupação urbana; 14) Ocupação e recobrimento do solo nas áreas não urbanizadas da bacia; 15) Características da cobertura vegetal; 16) Distâncias às zonas povoadas; 17) Aceitação da implantação da drenagem pela população; 18) Possíveis conseqüências ecológicas, com ou sem o sistema de drenagem; 19) Tipos e materiais disponíveis, no comércio local, para a construção do sistema de drenagem; e 20) Verificar a existência e possibilidade de uso de materiais alternativos (escória de alto-forno, alvenaria etc.).

3.2 ESTUDOS PRELIMINARES

28

De posse dos levantamentos, as informações são transferidas para as cartas topográficas e registradas textualmente, para consolidar os seguintes dados:

1) Vias a) o sistema viário com indicação do tipo de cada via (expressa, principal, secundária ou local); b) seção transversal das vias (pista e passeio); e c) tipos de pavimentos das vias; 2) Topográficos a) definição ou adequação do alinhamento horizontal das vias; b) greide das vias; e c) identificação das cotas de todos os pontos de cruzamento, de mudança de greide e de direção dos logradouros existentes na área, da cota máxima dos receptores, assim como de todos os pontos notáveis. 3) Prospecção geotécnica a) identificação dos tipos de solos locais; b) localização e disposição dos diferentes horizontes do subsolo; c) identificação do uso e ocupação do solo previsto para a área; e d) identificação do nível do lençol freático em diferentes épocas do ano. 4) Dispositivos de drenagem: projetos padrões com suas características (forma geométrica, materiais, dimensões etc.). 5) Hidrológicos – estudo e avaliação das informações pluviométricas, fluviométricas e de marés na região do projeto. a) escolha do posto meteorológico de referência; b) definição das características pluviométricas do posto na região de projeto (equação de chuvas do posto, curva de precipitação x duração x tempo de recorrência, intensidade x duração x tempo de recorrência etc.); c) identificação da grande bacia natural em que se insere a área a ser drenada; d) determinação das características das bacias de contribuição (área da bacia, comprimento e desnível do talvegue), com a apresentação de planta das bacias em escala adequada; e) análise e uso, caso necessário, dos elementos fluviométricos (cotas dos níveis d’água, vazões e curva-chave); maré de sizígia; g) definição da metodologia de cálculo das vazões de projeto; e h) determinação das vazões das bacias de contribuição para o projeto (descrição dos critérios utilizados e planilha de cálculo das vazões).

FASES DO PROJETO

f) análise e uso, caso necessário, dos dados de maré, buscando estabelecer a cota da

3.3 ANTEPROJETO (CONCEPÇÃO, ESTUDO DE ALTERNATIVAS E DE VIABILIDADE) Os passos seguintes devem ser considerados num anteprojeto de drenagem urbana: 1) Descrição da concepção do sistema; 2) Estudos hidrológicos:

29

a) da pluviometria: i) definição dos tempos de recorrência; ii) obtenção da chuva de projeto (precipitação e intensidade) com o uso de posto adequado à região; e iii) elaboração de histogramas com número de dias de chuva médio mensal. b) Da vazão: i) delimitação das áreas das bacias e sub-bacias; ii) determinação da duração da chuva de projeto (tempo de concentração); iii) definição dos coeficientes de escoamento superficial; iv) determinação da chuva de projeto para as bacias; e v) cálculo das vazões de projeto. c) da curva chave do rio (cotas limnimétricas x vazão); d) definição da maré de sizígia. 3) Definição dos parâmetros de cálculo: velocidades limites de escoamento, declividades mais adequadas etc.; 4) Desenho do sistema de drenagem em planta e perfil: a) dispositivos existentes; b) dispositivos propostos; c) representação de galerias e canais; d) locação de reservatórios de detenção e retenção, diques, bombas etc.; e e) linha demarcatória de calha de rios, alargamentos, retificações, leito maior etc. 5) Sobreposição a outros sistemas: a) interligação com sistema de drenagem existente: verificação da capacidade hidráulica da rede a ser aproveitada e condições de funcionamento; b) interferências com sistemas existentes: forma de contornar; e

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

c) usos alternativos das soluções adotadas. 6) Pré-dimensionamento com a escolha do tipo de dispositivos a adotar, seções transversais, capacidades de reservatório e dimensões de diques; 7) Determinação dos quantitativos de serviços e orçamento preliminar das alternativas; 8) Relatório de inspeção local (com registro fotográfico) com avaliação: a) técnica; b) de custos (quantidades e dimensões das estruturas especiais: pontes, diques, estações de bombeamento etc.); e c) identificação de restrições legais, ambientais e sociais. 9) Estudo de viabilidade. A escolha da solução que melhor atenda ao programa de necessidades, sob os aspectos legal, técnico, econômico e ambiental, deve considerar os seguintes itens:

30

a) a relação custo – beneficio do empreendimento; b) compatibilização com os recursos disponíveis; e c) definição de métodos e prazos de execução.

Depois de identificada a alternativa que proporciona o máximo de vantagens e benefícios ao menor custo, é realizada uma reunião entre projetistas, contratantes e população local e de jusante para validação da proposta. O relatório do anteprojeto é enviado ao Poder Público para Licença Prévia (LP), para aprovação da localização e concepção, atestando a viabilidade ambiental e estabelecimento de requisitos básicos e condicionantes a serem atendidos no projeto. Na Tabela 3.2 está mostrada, de outra forma, uma seqüência de passos a serem realizados para se obter um anteprojeto adequado da microdrenagem urbana.

Tabela 3.2 – Seqüência para anteprojeto de microdrenagem Atividade

1

Na carta topográfica ou restituições aerofotogramétricas ou fotografias aéreas, delimitar as bacias a serem drenadas.

2

Indicar o sentido de escoamento das águas pluviais ao longo de cada lado das vias.

3

Delimitar (linhas finas interpontilhadas) as áreas tributárias a cada ponto de captação.

4

Levantar as áreas de contribuição para cada ponto de captação.

5

Definir ou calcular os coeficientes de deflúvio (ou de escoamento superficial) em função das características de ocupação de cada área a ser drenada.

6

Calcular as vazões de projeto (deflúvios a escoar) que serão captadas pelas obras de drenagem. O procedimento deve ser realizado de montante para jusante.

7

Representar as bocas-de-lobo/caixas de ralo por pequenos retângulos, definir as posições das obras de montante para jusante, nos cruzamentos e onde a água possa empossar.

8

Representar ramais de ligação entre dispositivos de captação e poços de visita, de preferência dentro da caixa da via. Usar linha cheia para projeto e tracejada para dispositivos existentes.

9

Representar os poços de visita por pequenos círculos, locá-los em função dos dispositivos de captação das águas e da disposição do arruamento.

10

Identificar as cotas do terreno e greide em cada poço de visita, bem como em pontos críticos do greide.

11

Numerar os poços de visita no sentido crescente das vazões, de montante para jusante, de forma que cada um receba contribuição proveniente de outro de número menor.

12

Medir entre os centros dos poços de visita a extensão de cada trecho das galerias.

13

Realizar os cálculos de dimensionamento de cada trecho da galeria, determinando diâmetro, declividade, velocidade, cotas, etc.

3.4 PROJETO BÁSICO DE DRENAGEM (RELATÓRIO FINAL) O Projeto Básico é o documento técnico mais importante para a licitação de obras públicas. Pode ser conceituado como o conjunto de elementos que definem a obra, permitindo a quantificação dos materiais,

FASES DO PROJETO

Seq.

equipamentos e serviços a serem utilizados e possibilitando a estimativa de seu custo e prazo de execução. O Projeto Básico deverá incluir (Lei 8.666/93, art. 6o, IX): 1) Especificação técnica de materiais e serviços a serem utilizados; 2) Orçamento detalhado, inclusive com BDI; e 3) Licenciamento ambiental, caso exigido.

31

Nos Quadros 3.1 e 3.2 a seguir são mostrados alguns comentários relevantes extraídos das legislações vigentes que ressaltam preocupações legais nos projetos de drenagem urbana.

Quadro 3.1 – Extrato da Resolução Conama no 237/1997 LICENCIAMENTO AMBIENTAL A Resolução Conama no 237/1997 lista os empreendimentos que necessitam de licenciamento ambiental. Para obras civis, dentre outras cita: – barragens, diques, canais para drenagem e retificação de curso d’água; e – abertura de barras, embocaduras e canais. Independentemente da Resolução no 237/1997, deverão ser licenciados empreendimentos que: – possuam potencial poluidor ou grau de utilização de recursos naturais muito elevados; – localizem-se em ou interfiram com unidade de conservação ou zona de amortecimento; e – sejam incompatíveis com zoneamento ecológico-econômico aprovado.

Quadro 3.2 – Extrato da Resolução Conama no 1/1986 ESTUDOS AMBIENTAIS

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Paralelamente ao licenciamento ambiental, podem ser exigidos, pelo órgão governamental, a apresentação de estudos ambientais, como condição para concessão de licença. Estão sujeitos a estudo ambiental, EIA e respectivo RIMA, em princípio, empreendimentos com significativo impacto ambiental. Eles estão listados na Resolução Conama no 1/ 1986, art. 2o, dentre outros, o item VII : – VII – Obras hidráulicas para exploração de recursos hídricos, tais como: barragem para fins hidrelétricos, acima de 10MW, de saneamento ou de irrigação, abertura de canais para navegação, drenagem e irrigação, retificação de cursos d’água, abertura de barras e embocaduras, transposição de bacias, diques.

A materialização do Projeto Básico ocorre no documento denominado Relatório Final. Sua forma de apresentação consiste em volumes encadernados, um para cada tópico do projeto, à medida que os mesmos são desenvolvidos. Normalmente, esses tópicos são em número de cinco, estando os mesmos apresentados a seguir. Procurou-se expor uma estrutura completa que pudesse contemplar grandes empreendimentos e, a partir daí, possibilitar uma adequação à dimensão e especificidade de cada obra.

3.4.1 Relatório Técnico O Relatório Técnico deve conter os seguintes itens: 1) Apresentação:

32

• citar a empresa ou departamento responsável pelo projeto, nome do município, órgão responsável, nome da obra, localização, extensão, nome do relatório final e a composição de sua estrutura.

2) Planta de situação da obra 3) Elementos da bacia hidrográfica: a) planta da bacia hidrográfica; b) Descrição da bacia hidrográfica: i. características morfológicas da bacia; ii. características de ocupação e de cobertura vegetal; iii. características geológicas e dos solos da bacia; e iv. avaliação das condições de permeabilidade da bacia. c) Análise das características da bacia que repercutem no deflúvio superficial. 4) Descrição do escopo do projeto: a) objetivo da obra: segurança, redução de inundações, tráfego de pessoas e veículos, etc; b) abrangência: i) extensão atendida (bairros, áreas de risco, setor industrial, marginal etc.); e ii) nível da drenagem, micro ou macrodrenagem: superficial, galerias, canais etc. 5) Resumo das características do projeto básico: a) descrição da concepção do sistema. Exposição do estudo realizado e a justificativa da solução adotada; e b) meios empregados para levantar elementos existentes; citação dos dispositivos de drenagem projetados; projetos-padrão utilizados; critérios na determinação de suas capacidades; descrição dos tipos de materiais empregados; proteção da saia dos aterros e do deságüe dos dispositivos. 6) Dados básicos: a) planta da bacia hidrográfica (sub-bacia); b) desenhos cadastrais da faixa de influência das obras; c) drenagem lateral; d) interferências principais e utilidades públicas; f) cobertura vegetal e condições de ocupação da bacia atual e futura; g) características geológicas da bacia; h) características geotécnicas e do lençol freático da faixa de implantação das obras; i) informações sobre chuvas intensas na área da bacia; j) estudos anteriores;

FASES DO PROJETO

e) condições previstas de desenvolvimento futuro;

k) obras existentes (condições estruturais, hidráulicas etc.); e l) Planta do perfil longitudinal do(s) curso(s) principal(is) (com estaqueamento). 7) Estudos hidrológicos: a) critérios de projeto;

33

b) chuvas de projeto: i) tempo de recorrência; ii) duração da chuva de projeto (tempo de concentração); e iii) intensidade. c) subdivisão da bacia em áreas hidrologicamente homogêneas; d) parâmetros morfológicos característicos das sub-bacias; e) cálculo de vazões máximas e/ou hidrogramas de cheias; e f) estudo de reservatórios de detenção ou de retenção. 8) Concepção de alternativas: a) traçado em planta; b) escolha dos condutos e seções transversais; e c) opções de arranjo em perfil longitudinal. 9) Projeto hidráulico: a) critérios de projeto; b) dimensionamento das obras de drenagem; c) dimensionamento de seções transversais das obras de canalização; d) estabelecimento do perfil longitudinal final das obras; e) características preliminares das singularidades e obras especiais; f) cálculo de linhas d’água; g) análise hidráulica e estabelecimento da configuração final das singularidades e obras especiais; e h) projeto hidráulico dos reservatórios de detenção ou retenção. 10) Metodologia de construção: Deverá conter o resumo da técnica construtiva a empregar com a descrição dos tipos de

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

equipamentos e materiais previstos, observando a coerência com com os quantitativos e os orçamentos dos serviços. 11) Especificações técnicas: Todas as especificações técnicas devem ser apresentadas de maneira clara e objetiva, de forma a não trazer qualquer dúvida. Sempre que possível devem estar dentro das normas técnicas vigentes, ou, quando estas não existirem, serem realizadas de acordo com a boa técnica consagrada.

3.4.2 Projeto de Drenagem: quadros e desenhos O relatório final de um projeto de drenagem deve conter um volume com as informações seguintes: 1) Quadro de quantidades; 2) Planta de situação da rede (escala adequada), se possível com indicação de trechos

34

existentes e propostos; 3) Planta (escala 1:500) com a localização dos dispositivos que compõem o sistema de drenagem. Eventualmente, a escala poderá ser ajustada à necessidade do projeto;

4) Desenhos do perfil longitudinal, com greide, nas escalas vertical: 1:50 e horizontal: 1:500; 5) Desenho(s) de seções transversais típicas das vias (passeio, guia ou meio-fio, sarjeta e pista); 6) Projetos – tipo dos dispositivos de drenagem; 7) Listagem de sarjetas e meios-fios (estaca inicial e final de localização, lado, tipo, extensão); 8) Listagem de bocas-de-lobo e caixas de ralo (estaca de localização, lado, tipo e cotas de topo e fundo); 9) Listagem de poços de visita e caixas de passagem (estaca de localização, lado, tipo e cota de topo e fundo); 10) Listagem de descidas d’água e outros dispositivos (estaca de localização, lado, tipo e quantidade); 11) Desenho(s) com métodos construtivos e etapas de execução das obras: valas e seus escoramentos, drenagem de serviço, barragens para desvio de cursos d’água, bicas etc.; 12) Desenhos de estruturas e detalhes especiais; e 13) Planta do canteiro de obras.

3.4.3 Memória Descritiva – Justificativa O item do relatório final do projeto de drenagem urbana, correspondente à memória justificativa, deve conter as seguintes informações: 1) Dos Estudos: a) topográfico: i) citar referências metodológicas adotadas; ii) material, equipamento e tipos usados na materialização e implantação da rede de marcos topográficos; iii) aplicativos de informática utilizados; iv) sistemas de coordenadas adotados; v) levantamentos plano – altimétricos cadastrais de obras existentes, redes de serviços públicos, acessos secundários e interferências; e vi) coordenadas topográficas dos pontos notáveis.

i) caracterização climática, pluviométrica e geomorfológica da região do projeto; ii) classificação climática de Köppen, temperaturas médias anuais, precipitação média anual com os meses de concentração e número de dias de chuva médio mensal; iii) fixação dos períodos de retorno (tempos de recorrência); iv) definição do posto pluviométrico representativo, análise dos dados pluviométricos

FASES DO PROJETO

b) hidrológico:

e definição das curvas “Intensidade – Duração – Freqüência”; v) caracterização das bacias de contribuição, cartas topográficas/fotografias aéreas de referência, descrição do relevo, ocupação e cobertura vegetal da bacia e tipos de solos; vi) método de cálculo de vazão adotado; e vii) estimativa das contribuições máximas de projeto.

35

c) geológico: i) geologia regional: ocorrências, tipos de materiais, cobertura sedimentar, aluviões, horizontes; e ii) considerações práticas no trato do material (erosão, estabilidade etc.). d) geotécnico: i) avaliar estrutura do pavimento (camadas) do pavimento existente; ii) avaliar nível do lençol freático; iii) realizar ensaios de caracterização dos materiais onde será implantada a drenagem (limite de liquidez e de plasticidade, granulometria por peneiramento); iv) realizar ensaios na areia a ser empregada na obra: granulometria por peneiramento, equivalente de areia e teor de matéria orgânica; v) realizar ensaios nos agregados graúdos a empregar na obra: Abrasão “Los Angeles”, Índice de Forma e Durabilidade; e vi) avaliar materiais alternativos, caso seja possível seu uso. e) de proteção ambiental: i) breve histórico da área de projeto; ii) objetivos e justificativas das melhorias implantadas; iii) citar se as obras a executar estão de acordo com o Quadro de Quantidades; iv) áreas de influência direta: – localização dos impactos causados pelas obras e atividades de operação e conservação do sistema (perdas devido ao assoreamento, erosões, áreas de empréstimo e bota-fora e travessias de corpos d’água); e – indicar áreas protegidas legalmente, fontes de água usadas para abastecimento humano, desapropriações e segregação urbana.

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2) Dos projetos: a) de drenagem: i) descrição do sistema de drenagem, com informações sobres os dispositivos e suas características (forma geométrica, dimensões e revestimento). Citar onde os detalhes construtivos (projetos tipo) estão inseridos; ii) descrição da metodologia de cálculo; iii) apresentar planilhas, com verificação de velocidade d’água, com o comprimento crítico de sarjetas e meios-fios; iv) dimensionamento das galerias: com definição das seções, declividades, velocidade de escoamento, degraus, verificação da interligação com sistema existente e outros elementos de projeto; e v) cálculo da cota de máxima cheia de cursos d’água receptores e verificação da velocidade

36

de escoamento. b) de obras complementares: Descrição de enrocamento, muro de arrimo, cerca, revestimento vegetal etc.

c) ambiental: i)

medidas para controle de erosão;

ii) soluções para instabilidade de taludes e assoriamentos; iii) controle de poeira; iv) preservação de águas superficiais e subterrâneas; v) medidas de proteção do solo; vi) localização de bota-foras (não podem ser realizados em talvegues e próximos aos corpos d’água e drenagens naturais); vii) localização de desmatamento e aproveitamento do material lenhoso (minimizar desmatamentos para a execução das atividades); e viii) indicar procedimentos para coleta, disposição e destinação dos resíduos sólidos e efluentes do canteiro de obras e alojamentos. 3) Notas de Serviço dos dispositivos projetados e aproveitados 4) Mobilização e desmobilização: • critérios: ponto de origem (município), equipamentos de grande porte e de pequeno porte, veículos leves e caminhões comuns.

3.4.4 Relatório de Avaliação Ambiental O Relatório de Avaliação Ambiental deve conter os seguintes itens: 1) Apresentação: • Empresa ou departamento responsável pelo projeto, nome do município, órgão responsável, nome da obra, localização, extensão, nome do relatório final e sua estrutura. 2) Planta de situação; 3) Objetivos do Projeto de Recuperação Ambiental; 4) Características, situação e localização da obra; 5) Diagnóstico ambiental: a) meio físico; c) meio socioeconômico. 6) Passivos ambientais; 7) Impactos ambientais: a) identificação dos impactos ambientais; b) impactos ambientais nas etapas da obra; e

FASES DO PROJETO

b) meio biótico; e

c) avaliação dos impactos ambientais. 8) Medidas mitigadoras (meios físico, biótico e socioeconômico); 9) Cronograma físico; 10) Quantitativos; e 11) Especificações técnicas.

37

3.4.5 Orçamento e plano de execução; O relatório referente ao orçamento e plano de execução deve conter os seguintes itens: a) resumo do orçamento; b) planilha e orçamento, com quadro de quantidades de serviços e preços unitários e totais; c) composições de custos unitários de serviços; d) quadro resumo de consumo de materiais; e) plano de execução (clima e pluviometria, características técnicas da obra, apoio logístico, prazos, pessoal técnico e equipamento mínimo); e e) cronograma físico-financeiro. Após a confecção do Relatório Final do projeto, contendo os itens de 3.4.1. a 3.4.5, solicitar ao Poder Público a Licença de Instalação (LI) e de Operação (LO).

3.5 PROJETO EXECUTIVO DE DRENAGEM O Projeto Executivo consiste no detalhamento do Projeto Básico acrescidos dos projetos específicos e dos elementos que não foram desenvolvidos na fase anterior.

3.6 APRESENTAÇÃO DO “AS BUILT” – COMO CONSTRUÍDO Durante a construção de uma obra, podem ocorrer mudanças de materiais ou geométricas, entre outras, que diferem da concepção original do projeto por motivos diversos. Essas alterações devem ser analisadas e validadas pelo profissional que realizou o projeto. A importância de se registrar as modificações num “As Built” ou relatório de “como construído” é fornecer uma memória do que realmente foi executado. Preferencialmente, deve ser elaborado durante a obra ou no máximo após a conclusão.

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Uma obra, durante sua vida útil, recebe várias intervenções, como manutenção, reforma e ampliação,

38

portanto, de posse desse documento é possível avaliar as mudanças a realizar, reduzindo a necessidade de constantes visitas e a perda de tempo na realização de aberturas de trincheiras investigativas, o que pode ocasionar degradação dos sistemas implantados, problemas construtivos e acidentes.

4

Cálculo da vazão de projeto Para determinação da vazão de projeto a metodologia empregada é considerada a partir da área da bacia hidrográfica onde se insere a obra a ser realizada. Usualmente são empregadas fórmulas empíricas e elementos fluviométricos. O empirismo ocorre pela pesquisa experimental confirmada pelo meio técnico ao longo de anos de emprego. É comum o uso do Método Racional para áreas de contribuição até 10km2, sendo que alguns projetistas e autores incluem fatores de redução que acompanham a elevação do valor de 1km2 até 10km2. Para áreas de contribuição superiores a 10km2, utilizam-se hidrogramas e a fórmula de Ven te Chow. No entanto, quanto maior é a área de contribuição mais difícil é se obter, com precisão, dados como o coeficiente de escoamento superficial e uma chuva representativa para toda a área da bacia. Por isso, em bacias onde o talvegue é bem definido, é ideal implantar estações medidoras de níveis d’agua e vazões de forma a se obter um retrato fiel do comportamento dos fluxos d’água. Essas estações fluviométricas são operadas por órgãos e entidades que buscam, na maioria das vezes, obter informações sobre as cotas do fluxo d’água e as descargas que ocorrem na seção onde se encontram os aparelhos de medição. Eventualmente, algumas dessas estações também

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possuem equipamentos que realizam medições de velocidade do fluxo d’água, da quantidade de sedimentos e da qualidade da água. Ao se projetar canais, galeria ou bueiros, quando o nível d’água a jusante da obra é controlado por mar, lago ou curso d’água, é importante realizar um levantamento estatístico dos níveis altos ocorrendo junto com as descargas máximas de deflúvio, sendo também necessário calcular o remanso, que pode se estender por vários quilômetros. Entretanto, essa situação é rara, dispensando esses levantamentos na maioria dos casos. Caso haja um posto fluviométrico marcando os níveis máximos, o cálculo do remanso se torna desnecessário. Portanto, se a obra de drenagem a ser executada encontra-se na calha de um curso d’água que é monitorado sistematicamente e possui um histórico de medições das cotas do fluxo d’água e descargas, pode-se dispor de dados como a curva-chave e de fluviogramas que irão facilitar o dimensionamento de uma estrutura sobre seu curso. Na Figura 4.1 a seguir, apresenta-se exem-

40

plo de curva-chave de um curso d’água obtida a partir de série de dados fluviométricos do mesmo.

Não havendo essa possibilidade, e de forma mais comum, usa-se levantar dados de chuva e da bacia hidrográfica e lança-se mão das fórmulas empíricas para obtenção da vazão de projeto. Esse procedimento é detalhado segundo o fluxograma mostrado na Figura 4.2.

Início Definir tempo de recorrência

Curva chave

Calcular duração da chuva

Nível

Calcular chuva de projeto

Delimitar bacia

Calcular descarga

Levantar coeficiente de deflúvio

Vazão

Fim

Figura 4.1 – Curva-chave de um rio

Figura 4.2 – Fluxograma para calcular a descarga de projeto

4.1 TEMPO DE RECORRÊNCIA OU PERIODO DE RETORNO (TR) O tempo de recorrência é determinado por fatores técnicos e econômicos, tais como: 1) Tipo, importância e segurança da obra; 2) Estimativa de custos de restauração; 3) Estimativa de outros prejuízos por descarga maior; 4) Comparativo de custos para a obra para diferentes TR (anos); e 5) Risco para as vidas humanas em face de acidentes.

Como exemplo pode-se citar que a Prefeitura de Belo Horizonte adotava em outubro de 2004, para microdrenagem, o Tempo de Recorrência de 10 anos e o Tempo de Concentração (duração da chuva) de 10 minutos. De forma geral é possível admitir como recomendação inicial os valores indicados na Tabela 4.1 seguinte. Os valores dessa tabela condensam procedimentos adotados por prefeituras e órgãos que gerenciam a micro e macrodrenagem em diversos pontos do território nacional.

Tabela 4.1 – Tempos de recorrência para obras de drenagem Tipo de Obra

Tempo de Recorrência TR (anos)

Drenagem superficial (meio-fio, sarjeta)

5 ou 10

Galerias

10 ou 25

Macrodrenagem

20, 25 ou 50

Pontes

50 ou 100

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

Deve ser considerado também o fato de já existirem obras de drenagem passíveis de aproveitamento.

41

4.2 DURAÇÃO DA CHUVA (d) Para a determinação da chuva de projeto há que se dispor de sua duração, do tempo de recorrência e de métodos de cálculos que melhor representem essa chuva. Quando se utiliza o Método Racional, para determinar a vazão de projeto, pode-se adotar a duração da chuva como igual ao tempo de concentração. A seguir apresenta-se metodologia para determinação do tempo de concentração. O tempo de concentração (tc) consiste no tempo que decorre desde o início da chuva até que toda a bacia passe a contribuir para a seção de um determinado ponto em que se deseja calcular a descarga de projeto. Quer seja para áreas com características naturais (sem lotes) ou para loteamentos com sistema viário definido, o tempo de concentração pode ser obtido como se segue: a) para área a montante não urbanizada — Fórmula de KIRPICH para áreas até 5km2: tc = 57 ( L3 / ∆H ) 0,385

(4.1)

Onde: tc = tempo de concentração (min) L = extensão do talvegue (km) ∆H = máximo desnível na bacia medido ao longo de L (m) — Fómula de KIRPICH MODIFICADA para áreas maiores que 5km2 tc = 1,5 x 57 ( L3 / ∆H ) 0,385

(4.2 )

b) No dimensionamento de galerias, o tempo de concentração tem o mesmo significado mas com

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alguma especificidade a saber: Ele pode ser considerado como formado pelas seguintes parcelas: tc = ti + tp

(4.3 )

Onde: ti = tempo de escoamento superficial ou tempo de entrada. É o mesmo que tempo de concentração referido à primeira boca-de-lobo a montante tp = tempo de percurso. É o tempo de escoamento dentro da galeria, desde da boca-de-lobo ou caixa de ralo até a seção do coletor que se considera No caso do dimensionamento das galerias, caso não haja um talvegue definido, o tempo de entrada deverá ter um valor adotado para o primeiro ponto de coleta (caixa de ralo ou boca-de-

42

lobo). Normalmente, esse tempo varia de 5 a 12 minutos. Como ilustração, as prefeituras de Belo Horizonte e Rio de Janeiro adotam, respectivamente, 10 e 12 minutos. Caso haja um talvegue definido, o tempo de concentração deverá ser calculado por uma das fórmulas citadas acima.

Já o tempo de percurso entre dois PV é calculado dividindo-se o comprimento do trecho entre os dois PV pela velocidade V de escoamento (m/s) e por 60 como segue: tp = L / V x 60

(4.4)

Sendo: tp = tempo de percurso (min) L = distância entre dois PVs (m) v = velocidade de escoamento (m/s) Se a área a montante estiver urbanizada (ou com previsão de urbanização), estando o divisor de águas a uma distância máxima de 60m, os tempos de entrada (ti) recomendados são os apresentados na Tabela 4.2 a seguir.

Tabela 4.2 – Tempo de entrada (ti) Tempo de entrada ( minutos ) Declividade longitudinal da sarjeta Natureza da área a montante

I < 3%

I ≥ 3%

Urbana densa

10

7

Residencial

12

10

Parques, jardins e campo

15

12

Fontes: Ulysses Alcantara, 1962 – Macintyre, 1996

No caso de canais revestidos, o tempo de concentração é calculado pelo método cinemático (como no tempo de percurso das galerias). Esse método se baseia no escoamento superficial permanente e uniforme, e aplica-se a fórmula de Manning para obter a velocidade média, supondo-se a área

⎛L⎞ t c = 16,67 × ∑ ⎜ ⎟ ⎝V⎠

(4.5)

Onde: tc = tempo de concentração (minuto) L = comprimento do escoamento (km) V = velocidade média no trecho (m/s) 2

1

(RH) /3 × i /2 V= n

(4.6)

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

molhada à meia seção, como segue:

Sendo: V = velocidade média (m/s) RH = raio hidráulico (m) i = declividade média de escoamento (m/m) n = coeficiente de rugosidade

43

Nas bacias em que o deflúvio superficial escoa na maior parte do tempo através de canais, podese utilizar um traçador para levantar o tempo de concentração. De forma geral, em projetos que envolvam microdrenagem, adota-se tc = 10 (dez) minutos para o cálculo da vazão de projeto das sarjetas/meios-fios e do primeiro ponto do sistema de galerias.

4.3 - CHUVA DE PROJETO – INTENSIDADE (mm/h) Para a chuva de projeto, deve-se verificar a existência na prefeitura local de manual, instruções, diretrizes, registro ou indicação para a expressão da precipitação pluviométrica mais adequada ao local ou, até mesmo, o valor já adotado com este fim.

4.3.1 Expressões típicas As equações de chuva, que são expressões empíricas das curvas de intensidade–duração–freqüência, apresentam-se normalmente nas seguintes formas: I = a / ( d + b ), I = c / dm, I = a .TnR / ( d + b )r, Onde: I – intensidade média em milímetros por minutos ou milímetros por hora d – tempo de duração da chuva em minutos TR – tempo de recorrência em anos a, b, c, m, n e r – parâmetros definidos a partir das observações básicas para elaboração da equação Na Tabela 4.3, apresentam-se exemplos de equações de chuvas de algumas cidades brasileiras e

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

locais, que permitem o cálculo da intensidade de precipitação em função de parâmetros pré-definidos para cada uma delas.

4.3.2 Cálculo da precipitação segundo Otto Pfafstetter Caso não se disponha de equação de chuva local, pode-se usar a formulação de Otto Pfafstetteer (DNOS – Chuvas intensas no Brasil, 1957), escolhendo o posto que mais se assemelhe hidrologicamente ao local da obra. Nessa publicação, a precipitação é determinada pelas fórmulas citadas a seguir: ( α + β / TR0,25 ) P = KP1

K = TR

P1 = adc + b log (1+cdc)

Onde: P – precipitação máxima (mm)

44

TR = tempo de recorrência (anos) d = duração da precipitação (horas) α, β = valores dependem da duração da precipitação (adimensional)

(4.7)

Tabela 4.3 – Exemplos de equações da chuva (Wilken, 1978) Idade

São Paulo

Rio de Janeiro Brasília

Equação até 60 min I - mm/min

I = 27,96. T 0,112 / (d + 15)b b = 0,86T - 0,0144

> 60 min I - mm/h

I = 42,23.T 0,15 / d 0,82 t - em horas

P. M. Santos

I - mm/h

I = 1239.T 0,15 / (d + 20) 0,74

Ulisses M. A. Alcântara

I - mm/h

Curitiba

Referência

I = 10125 / (d + 16)

I - mm/min

I = 5950.T

0,217 0,1

A. G. Occhipinti e

0,945

Rufino Reis Soares

/ (d + 26)

1,15

P. V. Parigot de Souza

/ (d + 20)

0,84

--------

Belo Horizonte

I - mm/min

I = 24,131.T

Ponta Grossa

I - mm/h

I = 1902,39.T 0,152 / (d +21) 0,893

I - mm/h

I = 369,409.T

0,15

I = 3609,11.T

0,12

João Pessoa

Sertão Oriental Nordestino I - mm/h

/ (d + 5)

Fendrich - 1998

0,568

/ (d + 30)

J. A. Souza

0,95

Projeto Sertanejo - 19

I = a / (d + b),

Porto Alegre

T (anos)

a

b

5

23

2,4

C. Meneses e

10

29

3,9

R. S. Noronha

15

48

8,6

20

95

16,5

I - mm/min

a, b, c = valores constantes para cada posto (adimensional) K = fator de probabilidade P1 = Precipitação para TR = 1 ano (mm) Sendo: 0,2 ano ≤ TR ≤ 100 anos Parâmetros α, β, a, b, c estão indicados nas tabelas 4.4 e 4.5 a seguir. Como já comentado, a intensidade de precipitação (I) é a relação entre a precipitação (P) e sua duração (d), isto é: I = intensidade de chuva (mm/h) = P / dc

Tabela 4.4 – Valores de α (PFAFSTETTER, 1982)

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

5 min ≤ dc ≤ 6 dias

Duração (D) minutos d α

5

15

hora 30

1

2

4

8

dias 14

24

48

3

4

6

0,108 0,122 0,138 0,156 0,166 0,174 0,176 0,174 0,170 0,166 0,160 0,156 0,152

45

Tabela 4.5 - Valores de β, a, b, c (PFAFSTETTER, 1982) POSTOS

a

b

c

ARACAJU - SE

0,6

24

BELÉM - PA

0,4

B. HORIZONTE - MG

Valores de β 5min

15min

30 min

1h – 6 dias

20

0,00

0,04

0,08

0,02

31

20

-0,04

0,00

0,00

0,04

0,6

26

20

0,12

0,12

0,12

0,04

CUIABÁ - MT

0,1

30

20

0,08

0,08

0,08

0,04

CURITIBA - PR

0,2

25

20

0,16

0,16

0,16

0,08

FLORIANÓPOLIS - SC

0,3

33

10

-0,04

0,12

0,20

0,20

FORTALEZA - CE

0,2

36

20

0,04

0,04

0,08

0,08

GOIÂNIA - GO

0,2

30

20

0,08

0,08

0,08

0,12

RIO DE JANEIRO - RJ

0,0

35

10

-0,04

0,12

0,12

0,20

JOÃO PESSOA - PB

0,6

33

10

0,00

0,00

0,04

0,08

MACEIÓ - AL

0,5

29

10

0,00

0,04

0,08

0,20

MANAUS - AM

0,1

33

20

0,04

0,00

0,00

0,04

NATAL - RN

0,7

23

20

-0,08

0,00

0,08

0,12

PORTO ALEGRE - RS

0,4

22

20

0,00

0,08

0,08

0,08

PORTO VELHO - RO

0,3

35

20

0,00

0,00

0,00

0,04

RIO BRANCO - AC

0,3

31

20

-0,08

0,00

0,04

0,08

SALVADOR - BA

0,6

33

10

-0,04

0,08

0,08

0,12

SÃO LUIZ - MA

0,4

42

10

-0,08

0,00

0,00

0,08

SÃO PAULO - SP

0,6

16

60

-0,04

0,04

0,04

0,04

TERESINA - PI

0,2

33

20

0,12

0,12

0,12

0,12

VITÓRIA - ES

0,3

34

10

0,12

0,12

0,12

0,12

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Obs: para outras cidades, consultar o Anexo C ao fim do manual

4.4 DELIMITAÇÃO DA BACIA E SUB-BACIAS A definição dos limites das bacias de contribuição deverá obedecer a seqüência: 1) Marcar o divisor de águas da bacia para a seção em estudo; 2) Determinar a área de drenagem correspondente; e 3) Determinar o comprimento do talvegue e desnível, se for o o caso. Para microdrenagem, na maior parte dos casos, as estimativas de vazões são realizadas em cruzamentos de ruas e nos poços de visita, considerados como pontos de análise da rede de drenagem. Faz-se a delimitação da área de contribuição a montante de cada um desses pontos. Considera-se que cada trecho de sarjeta recebe as águas pluviais da quadra adjacente. A área, objeto

46

de estudo, pode ser delimitada pelo método do diagrama de telhado quando as áreas contíguas forem parceladas. Será delimitada segundo a geomorfologia (espigões) dos terrenos contíguos quando estes não forem parcelados. O primeiro caso pode ser observado nas Figuras 4.3 e 4.4 a seguir.

Figura 4.3 – Levantamento

Ri

o

de fluxo nas ruas

Figura 4.4 – Divisão de áreas de

Os passos são os seguintes: 1) Determinar o sentido do fluxo nas ruas; 2) Repartir cada quarteirão em divisores d’água à semelhança do projeto de um telhado, como cumeeiras e espigões, sob orientação do encaminhamento dos fluxos. Uma outra forma de levantar a área de contribuição é considerar cada lote ou conjunto de lotes como uma bacia de detenção (delimitada pelos muros das casas) em que cada parte despeja a água para os fundos ou frente se estiver no meio do quarteirão ou para um lado ou frente, se for de esquina, em decorrência da inclinação do lote. Cada lote contribui para uma única rua. Cada poço de visita é um exutório da área de contribuição. Um ponto de

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

Ri

o

contribuição para as ruas

passagem da linha da bacia é do lado da boca-de-lobo que está para jusante do escoamento, como se observa na figura 4.5. Uma terceira forma (Figura 4.6), que ajuda a padronizar o cálculo e a confecção de tabelas, é constituída da semi-largura da via (F/2) e da faixa da quadra lindeira (a) que contribui para a sarjeta. Neste caso, a questão-tipo de cálculo é: a que distância deverá estar a boca coletora para que a água não extravase a capacidade da sarjeta.

47

670 671

672

673

675

674

tc = 10 min A1.1 = 1,23 ha C=0,4

A1.2= 1,28 ha C=0,4

36m 669,70 CANAL

676

60 m

75 m

60 m 1.1

1.2

674,60

673,70

671,60

675,50

A2.3 = 1,01 ha C=0,5

92m A2.5 = 0,88 ha C=0,6

A2.2= 0,77 ha C=0,5

tc = 10 min A2.1= 0,62 ha C=0,4

A2.4 = 0,72 ha C=0,6 2.4

60 m

70 m 42m 672,90 m 669,10 m CANAL

74m

60m 2.2

2.3

673,90m

2.1

675,30m

674,70 m

2.5

671,00 m

Figura 4.5 – Exemplo de um sistema de galerias de águas pluviais com seus dispositivos e demarcação das bacias de cada PV

Faixa da quadra (a)

Meia largura da via (F/2)

Alinhamento

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Calçada

Sarjeta

Pista

Figura 4.6 – Exemplo de como se pode considerar as dimensões da área de drenagem de uma sarjeta

4.5 COEFICIENTE DE DEFLÚVIO OU ESCOAMENTO SUPERFICIAL OU DE RUN OFF: O coeficiente de escoamento superficial, destinado a ser utilizado no Método Racional, é função da taxa de impermeabilização do terreno, resultado do uso e ocupação do solo urbano. Corresponde à relação entre a quantidade de água realmente escoada e aquela precipitada durante uma determinada chuva. Como nem sempre essas caraterísticas são iguais em toda a superfície da subárea, recomenda-se determinar o valor do coeficiente em cada parte da subárea e, em seguida, calcular o coeficiente médio (Cmed), através do uso da média ponderada de cada uma das partes com seus diferentes

48

valores de C através da expressão seguinte: C Med = ( ∑ Ai Ci ) / A

(4.8)

Nas tabelas 4.6 a 4.8, são apresentados exemplos de coeficientes de escoamento superficial considerando os diferentes usos do solo e da sua ocupação.

4.6 CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO Para o cálculo da vazão de projeto, é recomendada a utilização de metodologia compatível com a dimensão de bacia de contribuição, o número e consistência de dados fluviométricos existentes para fins estatísticos. O método racional, simples e menos preciso, é aplicado apenas a pequenas bacias cujas particularidades são de difícil definição. Uma forma considerada boa para definir essa condição é em função de suas características hidrológicas. Porto (in TUCCI, et al., 1995) descreve uma bacia pequena como aquela que normalmente se aproxima das seguintes características: a) chuva uniformemente distribuída no tempo; b) chuva uniformemente distribuída no espaço; c) chuva durando mais que o tempo de concentração da bacia (no mínimo igual); d) o escoamento superficial a jusante advém somente de escoamento superfícial a montante; e e) o amortecimento nos canais é desprezível.

Tabela 4.6 – Valores de C para áreas com uso e ocupação específicos DESCRIÇÃO DAS ÁREAS DAS BACIAS TRIBUTÁRIAS

C

Comércio: Áreas centrais

0,70 a 0,95

Áreas da periferia do centro

0,50 a 0,70

Áreas de uma única família

0,30 a 0,50

Multiunidades, isoladas

0,40 a 0,60

Multiunidades, ligadas

0,60 a 0,75

Residencial (suburbana)

0,25 a 0,40

Área de apartamentos

0,50 a 0,70

Industrial: Áreas leves

0,50 a 0,80

Áreas densas

0,60 a 0,90

Parques, cemitérios

0,10 a 0,25

Playgrounds

0,20 a 0,35

Pátio e espaço de serviços de estrada de ferro

0,20 a 0,40

Terrenos baldios

0,10 a 0,30

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

Residencial:

Fonte: Manual de Hidrologia Básica – DNIT, 2006

49

Tabela 4.7 – Valores de C para áreas restritas com uso e ocupação específicos C

Características da Área

mínimo

máximo

Pátios e estacionamentos

0,90

0,95

Áreas cobertas

0,75

0,95

Lotes urbanos grandes

0,30

0,45

Terreno rochoso montanhoso

0,50

0,85

Relvado arenoso plano

0,05

0,10

Fonte: Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais Hidrosistemas – Copasa,1993

Tabela 4.8 – Valores de C em função de superfícies C

TIPO DE SUPERFÍCIE

Faixa

Esperado

Asfalto

0,70 a 0,95

0,83

Concreto

0,80 a 0,95

0,88

Calçadas

0,75 a 0,85

0,80

Telhados

0,75 a 0,95

0,85

Tijolos

0,70 a 0,85

0,78

Plano, 2%

0,05 a 0,10

0,08

Médio, 2 a 7%

0,10 a 0,15

0,13

Ingreme, 7%

0,15 a 0,20

0,18

Plano, 2%

0,13 a 0,17

0,15

Médio, 2 a 7%

0,18 a 0,22

0,20

Íngreme, 7%

0,15 a 0,35

0,30

Pavimento:

Gramados - solos arenosos:

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Gramados - solo compacto:

Fonte: Tucci, 1995 e DNIT, 2006

Para uso prático, na Tabela 4.9 estão apresentados critérios para escolha da metodologia de cálculo das descargas de projeto.

Tabela 4.9 – Critério para escolha do método de cálculo da vazão Dados

Sem dados

50

Local

Área ( ha )

cidade

1

campo

400 a 1.000

campo

> 1.000

Com dados de 10 a 15 anos

Método Racional Racional corrigido Hidrograma Unitário Triangular (HUT) Estatísticos

4.6.1 Método racional O método racional para estimativa do pico das cheias resume-se ao emprego da chamada “fórmula racional” indicada a seguir: Q = C I A / 3,6

(4.9)

Onde: Q – vazão de pico em m3/s A – área drenada da bacia (km2) I – intensidade de chuva (mm/h), sendo igual a P/d (precipitação sobre a duração) C – coeficiente de escoamento superficial (adimensional)

4.6.2 Método Racional Corrigido No caso de utilização do Método Racional Corrigido, a fórmula original do citado método é ajustada pelo coeficiente de distribuição (n) calculado pela expressão seguinte:

n = A-0,15

(4.10)

Onde: n – coeficiente de distribuição adimensional A – área da bacia em ha (1 ha = 1 hm2)

4.6.2 Método do HUT (Modelo do Soil Conservation Service – SCS) Para bacias hidrográficas de pequena importância hidrológica, que são as mais comuns, na maioria dos casos não se dispõe de dados fluviométricos. Nesses casos, a metodologia de cálculo mais indicada é a do hidrograma unitário sintético baseado na generalização das condições médias de escoamento de numerosos rios de bacias onde se dispunham de dados fluviométricos. Entre outros hidrogramas sintéticos, para aplicação prática, por ser mais simples e suficientemente Service (SCS) conhecido como Hidrograma Unitário Triangular (HUT). A imprecisão ocasionada pela simplificação do cálculo é pouco significativa frente à incerteza de outros fatores, como o tempo de concentração e a relação chuva-deflúvio. A aplicação do Hidrograma Unitário Triangular (HUT) compreende três fases distintas: 1) Definição da chuva de projeto: a) por equações de chuva existentes para o local, ou estabelecendo correlação com dados existentes da mesma bacia ou assemelhada, em outra área; e b) por equação de Otto Pfafstetter (procurando o posto mais próximo e com características

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

preciso, tem-se adotado o hidrograma unitário triangular, desenvolvido pelo U.S. Soil Conservation

meteorológicas semelhantes às da área em estudo). 2) Determinação da relação chuva-deflúvio, com suas perdas: Aplica-se a expressão de Mockus com o uso da Curver Number (CN). Para se entender esse procedimento, sua metodologia é descrita a seguir.

51

Considerando os seguintes parâmetros (Figuras 4.7): • P: chuva total • Pe: chuva excedente (deflúvio superficial) • Ia: infiltração inicial (perdas iniciais) • Fa: infiltração após início do escoamento superficial direto

Precipitação

• S: infiltração potencial máxima do local

Pe Ia

Figura 4.7 – Representação da parcela excedente e infiltrada da chuva

Fa Tempo

Admite-se por hipótese que: Volume infiltrado Capacidade máxima

=

Precipitação excedente Precipitação total

Fa / S = Pe / (P - Ia)

(a)

e que: P = Pe + Ia + F a

(b)

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Combinando as duas equações (a) e (b) e isolando P, tem-se: P = Pe + Ia + (Pe . S / P - Ia)

(c)

P - Ia = Pe . (P - Ia + S) / (P - Ia)

(d)

Pe = (P - Ia)2 / (P - Ia + S)

(e)

Considerando que as perdas iniciais Ia (interceptação e armazenamento na superfície) representam 20% da capacidade máxima de infiltração tem-se: Ia = 0,2 . S

(f)

Substituindo na equação (e), tem-se a seguinte relação entre chuva e deflúvio, conhecida como a expressão de Mockus: Pe = (P - 0,2 . S)2 / (P + 0,8 S) , P > 0,2 S (se P < 0,2 S => P = 0)

(4.11)

Observar que P é a altura acumulada de precipitação, a contar do início da chuva, em mm (Figura 4.8). Com o objetivo de parametrizar, o SCS criou um número adimensional denominado CN (Curve Number), número de curva de infiltração do solo, que possui as seguintes propriedades:

52

a) 0 < CN ≤ 100; b) para áreas impermeáveis CN = 100; e c) para outras superfícies CN < 100.

300

Pefetiva (mm)

250 200 150 100

Figura 4.8 – Curva Pefetiva em função de P para diversas bacias

50 0

0

50

100

150

200

250

300

P (mm)

O número CN e a infiltração potencial S estão relacionados pela seguinte expressão: S (mm) = 25,4 [ (1000/CN) - 10]

(4.12)

CN = 1000/ [10+(S/25,4)]

(4.13)

ou

O roteiro para obter CN é o seguinte: 1) Classificar o tipo de solo existente na bacia (grupo hidrológico); 2) Determinar a ocupação do solo predominante; 3) Com a tabela do SCS para a Condição de Umidade II, determinar o valor de CN; e 4) Corrigir o CN para a condição de umidade do solo. No caso de existirem na bacia diversos tipos de solo e ocupações, determinar o CN pela média ponderada. Na Tabela 4.10 são apresentados os grupos hidrológicos e nas Tabelas 4.11 e 4.12, os valores de CN para diferentes tipos de solo, cobertura vegetal, ocupação do solo e condições de umidade do

Tabela 4.10 – Grupos Hidrológicos de Solos Grupo

Descrição

A

Potencialidade mínima para formação de deflúvio superficial. Inclui areias em camadas espessas com muito pouco silte e argila e também loess profundo muito permeável.

B

Principalmente solos arenosos menos espessos que no Grupo A e loess menos profundo ou menos agregado que no Grupo A, porém apresentam infiltração acima da média, após intenso umedecimento prévio.

C

Compreende solos pouco profundos e solos contendo bastante argila e colóides, no entanto, menos que no grupo D. O grupo apresenta infiltração abaixo da média, após pré-saturação.

D

Potencial máximo para formação do deflúvio superficial. O grupo inclui em sua maioria argilas de alto valor de expansão, incluindo também alguns solos pouco profundos, com sub-horizontes quase impermeáveis, próximos da superfície. Qualquer tipo de solo em terreno plano, com fraca rede de drenagem, acaba enquadrandose nesse grupo, após um período prolongado de chuvas que eleva o nível do lençol freático para a superfície. Fonte: Manual de Hidrologia Básica do DNIT, 2006

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

solo. Na Tabela 4.13, são apresentados valores de CN para área urbana.

53

Tabela 4.11 – Número de curva CN para diferentes condições do complexo hidrológico Solo – Cobertura vegetal – Para condições de umidade antecedente II e Ia = 0,2 . S Cobertura Vegetal

Grupo hidrológico do solo

Condições de Retenção Superficial

A

B

C

D

Pobre

77

86

91

94

Pobre

72

81

88

91

Boa

51

67

76

80

Pobre

68

79

86

89

Boa

39

61

74

80

Pobre

45

66

77

83

Boa

25

55

70

77

Pobre

74

80

87

90

Boa

70

76

83

86

Terreno não cultivado com pouca vegetação Terreno Cultivado Pasto Mata ou Bosque Área Urbana

Fonte: Manual de Hidrologia Básica do DNIT, 2006

Tabela 4.12 – Condições de umidade antecedente do solo Condição

Umidade do Solo

Precipitação nos últimos 5 dias (mm)

I

Seco

P5d ≤ 15

II

Média

15 < P5d ≤ 40

III

Úmido ( quase saturado )

P5d > 40

P5d – Chuvas nos últimos 5 dias

Tabela 4.13 – Número de curva CN para área urbana Uso do solo – Para condições de umidade antecedente II e Ia = 0,2 . S Tipo de uso do solo/Tratamento/Condições hidrológicas

Grupo hidrológico A

B

C

D

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Uso residencial: Tamanho médio lote

% impermeável

2

Até 500m

65

77

85

90

92

2

1.000m

38

61

75

83

87

1.500m2

30

57

72

81

86

98

98

98

98

pavimentadas com guias e drenagem

98

98

98

98

com cascalho

76

85

89

91

de terra

72

82

87

89

Áreas comerciais (85% de impermeabilização)

89

92

94

95

Distritos industriais (72% de impermeabilização)

81

88

91

93

boas condições, cobertura de grama > 75%

39

61

74

80

condições médias, cobertura de grama > 50%

49

69

79

84

Estacionamentos pavimentado e telhados Ruas e estradas:

Espaços abertos, parques, jardins:

54

Os valores constantes nas tabelas de CN referem-se às condições médias – II. Para converter o valor de CN para as condições I e III, usar as seguintes expressões: CN ( I ) = [ 4,2 . CN ( II ) ] / [ 10 - 0,058 . CN ( II ) ]

(4.14)

CN ( III ) = [ 23 . CN ( II ) ] / [ 10 + 0,13 . CN ( II ) ]

(4.15)

3) Composição do hidrograma total a) Princípios básicos do Hidrograma Unitário Triangular (HUT) 1o Princípio – Constância do Tempo de Base: Para uma bacia qualquer, a duração do deflúvio superficial direto é a mesma para toda a chuva uniformemente distribuída, de intensidade constante e de igual duração, qualquer que seja o volume total escoado sob a forma de deflúvio direto (Figura 4.9).

Tempo

Chuva excedente

Duração constante I1 I2

Figura 4.9 – Constância do tempo de base

I3

Deflúvio

Q1

Q2

Q3 Tempo

2o Princípio – Proporcionalidade das descargas ou Princípio de Afinidade: Duas chuvas de mesma duração, mas com volumes escoados diferentes, resultam em hidrogramas cujas ordenadas são proporcionais aos correspondentes volumes escoados (Figura 4.10).

Deflúvio

Chuva excedente

Duração constante

Tempo P2 P1

Figura 4.10 – Proporcionalidade das descargas

y2 Q2 V2 P2 y1 = Q1 = V1 = P1

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

Tempo de base constante

V2 y1 V1

y2

Tempo

55

3o Princípio – Aditividade: O tempo do escoamento do deflúvio direto de uma determinada chuva independe do deflúvio provocado por uma chuva anterior (Figura 4.11). t2

Chuva excedente

t1

Tempo I2

Deflúvio

I1

Q1

Figura 4.11 – Aditividade das descargas

Q1 + Q2

Q2 Tempo

Tempo de base constante

b) Roteiro de cálculo para construir o HUT 1 – Adotar um valor de DU = ( 1/5 ) . tc

(4.16)

2 – Calcular LAG = 0,6 tc

(4.17)

3 – Calcular t p = DU/2 + LAG

(4.18)

4 – Calcular t B = 8/3 t P

(4.19)

5 – Calcular QP (m3/s/mm) = A (km2) / (0,03. t B (min))

(4.20)

A área do triângulo indicada na Figura 4.12 representa o volume escoado da bacia para um deflúvio de 1 mm. Excesso de chuva

0,9

Pico

tP = Tempo de ponta (pico)

“LAG” 0,6 t c

0,8

DU = Duração Unitária da chuva

tC = Tempo de concentração de Kirpich

0,7

QP

LAG = Tempo entre metade da chuva e o instante de pico

0,6

QP = Descarga máxima

q/Q P

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

1,0

0,5 0,4

DU ~ (1/5) tC

tP = DU/2 + 0,6 tC QP (m /s/mm) = A (km ) / (0,03.tB(min))

DU

3

0,3 0,2

2

HUT

0,1 0

56

0

tP

1

2

t B = 8/3 t P

3

4

t/t P

5

Figura 4.12 – Construção do Hidrograma Unitário Triangular (HUT) adimensional

c) Roteiro para, com o HUT, criar o hidrograma de escoamento superficial da bacia (Figura 4.13): 1) Determinar DU – duração unitária – para construção do hietograma de cheia; 2) Determinar deflúvio (altura excedente) de H mm para cada intervalo DU; 3) Multiplicar os valores do eixo horizontal do HUT por t P (tempo de ponta); 4) Multiplicar os valores do eixo vertical por (QP x H) para cada intervalo de tempo DU; 5) Nesses intervalos de tempo com deflúvio, obter os hidrogramas parciais, triangulares; 6) Defasando de DU, somar os hidrogramas parciais. Isto resultará no hidrograrna total da enchente.

Rio Iconha, em Iconha / RJ Simulação de enchente de 14 Fev 1979

20 Deflúvio

Perdas

40

AR = 66,5 km2 CD = 24,2 % CN = 66,85

Precipitação

50

100 80

DU 35 mi

70

Descarga m3/s

60 50

90

Observado

Calculado

60 50

40

40

30

30

20

20

10

10

0

DU

35

70 105 140 175 210 245 280 315 350 385 420 455 490 525 560 595 630 665 700 t (minutos)

0

Figura 4.13 – Conformação e composição dos HUT no hidrograma total de escoamento superficial da bacia (Manual de Hidrologia Básica do DNIT, 2006)

CÁLCULO DA VAZÃO DE PROJETO

30

Descarga m3/s

Chuva (mm)

0 10

57

5

Canais 5.1 CONCEITOS BÁSICOS Canal ou conduto livre é uma seção, aberta ou fechada, sujeita à pressão atmosférica (Pa) em pelo menos um ponto da sua seção de escoamento. Na Figura 5.1, estão indicados vários tipos de canal que podem ser usados em drenagem urbana. Pa

Pa

Pa

P > Pa

Figura 5.1 – Canal ou conduto livre em (a, b e c) e forçado em (d) (a)

(b)

(c)

(d)

Nos cálculos de drenagem, considera-se que o escoamento é permanente, isto é, numa dada seção a vazão permanece constante. No entanto conforme indicado na Figura 5.2, o regime poderá se alternar de uniforme (quando as forças de resistência e de gravidade se equilibram e as declividades da superfície livre e do fundo são iguais) a variado em decorrência de mudança de declividade, variação de seção e presença de obstáculos.

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Escoamento crítico

Ressalto hidráulico Remanso

Movimento uniforme

Movimento gradualmente variado (acelerado)

Mov. bruscamente variado

Movimento gradualmente variado (retardado)

Figura 5.2 – Mudança de regime nos canais com escoamento permanente

São elementos importantes de um canal a seção molhada, o perímetro molhado e o raio hidráulico de um conduto, elementos que serão definidos a seguir. Seção Molhada, perímetro molhado e raio hidráulico de um conduto Na figura 5.3, é mostrada a representação dos elementos básicos de um canal, definidos como segue:

58

Figura 5.3 – Representação dos elementos seção

AH

PH

AH

molhada e perímetro molhado de um canal

Área ou seção molhada (AH): área útil de escoamento numa seção transversal de um conduto. Perímetro molhado (PH): linha que limita a seção molhada junto às paredes e fundo do conduto. Raio hidráulico (RH): resultado da divisão da seção molhada pelo perímetro molhado. Regime de escoamento Se a profundidade do fluxo (tirante) for superior à crítica, o escoamento ocorre no regime subcrítico (tranqüilo ou fluvial), se inferior, no supercrítico (turbulento ou torrencial). Na Tabela 5.1, são mostradas seções transversais típicas utilizadas em canais e a expressão correspondente de cálculo da profundidade crítica de cada uma delas. Q = capacidade hidráulica ou de vazão no canal (m3/s) V = velocidade de escoamento (m/s) A = área molhada (m2) b = base ou base menor do canal (m) B = base maior do canal (m) z = inclinação do talude ( horizontal p/ vertical ) y = profundidade do fluxo (m) g = aceleração da gravidade (9,81 m/s2) E = energia específica (m) D = diâmetro (m) θ = ângulo (radianos) Para o dimensionamento de canais, ou se empregam as expressões do regime subcrítico ou crítico (neste caso se for regime supercrítico). Um canal não pode operar próximo (10%) do regime crítico, o que pode deixar o fluxo instável. O número de Froude caracteriza o regime de escoamento d’água e está mostrado na Tabela 5.2.

Tabela 5.1 – Seções transversais e profundidade crítica de canais Seção molhada

Perímetro molhado

y

b.y

B+2.y

1

(b+z.y)y

Seção Tipo

Profundidade crítica

B

0 , 467

3

b

z

b

b + 2⋅ y 1 + z

2

2

4 z E - 3 B + 16 z2 E 2 + 16 z E B + 9 B2 10 z E = y + v2 2g

y

z

1

z.y2

2 0,5

2.y(1+z )

0 , 728

5

⎛ Q ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ z ⎠

2

CANAIS

B y

⎛ Q ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ b ⎠

T

y

D

NA

θ

D2(θ-senθ) 8

D.θ/2

D.(θ-senθ) /[8.sen(θ/2)] y/D = 0,5 .[ 1- cos(θ/2)]

59

Tabela 5.2 – Caracterização do regime de escoamento pelo número de Froude Número de Froude

Regime de escoamento

F = v / ( g.y )0,5

Fluvial

F1

V = velocidade (m/s) y = profundidade do fluxo (m) g = aceleração da gravidade (9,81m/s2)

5.2 CÁLCULOS EMPREGADOS NO DIMENSIONAMENTO DE CANAIS Em drenagem, de forma geral, o escoamento é considerado permanente, levando à aplicação das formulações aqui apresentadas que se aplicam a qualquer seção transversal de um canal ou conduto. A Tabela 5.3, de uma planilha eletrônica, apresenta um padrão para cálculo de seções de canais.

Tabela 5.3 – Um exemplo de tabela para avaliação hidráulica do tipo de seção de canal Ref

Canal

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Dados 1

Vazão de Projeto (m³/s)

35,28

2

Cota Montante (m)

745,21

3

Cota Jusante (m)

740,15

4

Distância (m)

1723,00

5

Declividade (m/m)

0,002937 Retangular

Trapezoidal

Circular

6

Coef. Rugosidade Manning

0,03

0,03

0,03

7

Base / Diâmetro (m)

5,00

5,00

5,00

Taludes: V=1 : H _____

0,00

2,00

–

8

Prof. Normal (m)

2,73

1,74

3,12

9

Velocidade (m/s)

2,59

2,39

2,73

10

Prof. Crítica (m)

1,72

1,41

2,25

o

11

N de Froude

0,50

0,58

0,49

12

Borda Livre (USBR) m

0,70

0,56

0,74

13

Borda Livre (Denver) m

0,61

0,61

0,61

5.2.1 Cálculo da velocidade média Para o cálculo da velocidade média do fluxo d’água, dentro de um canal, utiliza-se com maior freqüência a expressão que resulta da conjugação da Fórmula de Chezy com o coeficiente de Manning como é mostrado a seguir.

60

Fórmula de Chézy: V = C ( RH × i ) ½ Coeficiente de Manning: C = ( RH

1/6

(5.1) )/n

(5.2)

A conjugação das equações 5.1 e 5.2 resulta na seguinte fórmula: V = ( RH 2/3 × i ½ ) / n

(5.3)

Sendo: V = velocidade média do fluxo (m/s) RH = raio hidráulico (m) i = declividade do fundo do canal (m/m) n = coeficiente de rugosidade (adimensional) Na Tabela 5.4, está apresentado o coeficiente de rugosidade, a ser aplicado na equação de Manning, em função do tipo de material e superfície dos canais. Na Tabela 5.5, estão apresentados valores do coeficiente de rugosidade de Manning, para canais gramados, que podem ser utilizados no dimensionamento deste tipo de obra.

Tabela 5.4 – Valores do coeficiente de Manning (n) para vários tipos de canais n (Manning)

Descrição da superfície

0,013

Peças monolíticas de concreto, moldadas em forma de aço resinado, semirregularidades superficiais. Condutos moldados in- situ com formas infláveis.

0,013- 0,015

Concreto muito liso, plastificado ou queimado a colher, com juntas e cantos acabados à mão.

0,015

Concreto moldado in- situ em formas lubrificadas, com juntas e cantos alisados a colher.

0,014- 0,018

Concreto moldado em formas de aço deslizantes com cantos arredondados, condutos de cerâmica vitrificada com juntas preenchidas.

0,016

Concreto moldado em formas rugosas com acabamento à mão em cimento.

0,015 - 0,017

Tubos curtos de concreto com diâmetros pequenos, sem acabamento especial das juntas.

0,018

Canais retilíneos em concreto projetado, bem acabado.

0,020 - 0,022

Canais em concreto projetado rugoso.

0,022

Alvenaria de pedras.

0,035

Gabiões de pedra com tela de arame.

0,024 - 0,025

Pedras lançadas.

Tabela 5.5 – Coeficiente de rugosidade de Manning (n) para canais retilíneos sem árvores ou arbustos PROFUNDIDADE DE ESCOAMENTO (m) 0,20 a 0,45

0,90 a 1,20

5

0,035

0,030

10 a 15

0,040

0,030

30

0,060 a 0,070

0,035

60

0,070 a 0,100

0,035

GRAMA

CANAIS

Altura (cm)

CAPIM

61

5.2.2 Cálculo da capacidade de vazão ou capacidade hidráulica A denominada Equação da Continuidade (para um canal ou duto, no mesmo intervalo de tempo, a quantidade de água que entra numa seção a montante é a mesma que sai em outra, a jusante) é a mais utilizada para este fim expressa pela seguinte equação: Q=V×A

(5.4)

Onde: Q = capacidade de vazão (m3/s) A = seção do canal (m2) V = velocidade média (m/s) 1) Dimensionamento no regime subcrítico Sempre que a declividade do canal for inferior à crítica, o dimensionamento (seção e velocidade do fluxo) será obtido por intermédio das equações gerais do fluxo. A fórmula mais utilizada resulta da combinação das duas anteriores (5.3 e 5.4), obtendo-se a seguinte expressão: Q = ( A × RH 2/3 × i ½ ) / n

(5.5)

Num canal de seção transversal definida, dada a sua rugosidade, capacidade de vazão e declividade longitudinal, existe uma única profundidade correspondente ao escoamento uniforme, a qual é chamada de profundidade normal. Isso leva a uma única capacidade de vazão correspondente ao regime uniforme. A título prático, pode-se afirmar que a seção com forma trapezoidal passa a retangular para inclina-

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

ção do talude (horizontal p/ vertical) nula (z=0). Sendo genérica para as duas formas, a seção trapezoidal é usada para os cálculos desses tipos de seção. Aplicando-se as formulações anteriores, obtém-se a expressão prática apresentada a seguir:

Q .n i

1/ 2

.b

8/ 3

=

y⎞ y⎤ ⎡⎛ ⎢⎜ 1 + z . b ⎟ . b ⎥ ⎠ ⎦ ⎣⎝

(

)

y ⎡ 2 ⎢1 + 2. b 1 + z ⎣

5/3

(5.6)

1/ 2 ⎤

2/3

⎥ ⎦

Dessa forma, conhecidos: a largura da base (b), a declividade longitudinal (i), o coeficiente de rugosidade (n) e a capacidade de vazão (Q); é possível simular, em planilha eletrônica, diferentes inclinações de talude (z) e obter a profundidade normal “y” ou a mudança da profundidade, alte-

62

rando-se o revestimento do canal e, por conseguinte, a adequação do coeficiente de rugosidade (n). Com a Equação 5.6, foi criada a Tabela 5.6, resultado de planilha eletrônica (parcial), para auxiliar no cálculo das profundidades normais dos canais trapezoidais com o uso da fórmula de Manning.

Tabela 5.6 – Elementos de cálculo das profundidades normais de canais trapezoidais Q .n

Valores de

i y

1/ 2

.b 8/ 3

z

b

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

2,00

2,50

3,00

4,00

0,02

0,0014

0,0014

0,0015

0,0015

0,0015

0,0015

0,0015

0,0015

0,0015

0,0015

0,0015

0,03

0,0028

0,0028

0,0028

0,0029

0,0029

0,0029

0,0029

0,0029

0,0030

0,0030

0,0030

0,04

0,0044

0,0045

0,0046

0,0046

0,0047

0,0047

0,0047

0,0048

0,0048

0,0049

0,0050

0,05

0,0064

0,0065

0,0066

0,0067

0,0067

0,0068

0,0069

0,0070

0,0070

0,0071

0,0073

0,06

0,0085

0,0087

0,0089

0,0090

0,0091

0,0092

0,0093

0,0095

0,0096

0,0098

0,0101

0,07

0,0109

0,0112

0,0114

0,0116

0,0118

0,0119

0,0121

0,0123

0,0126

0,0128

0,0132

0,08

0,0135

0,0139

0,0142

0,0145

0,0147

0,0150

0,0152

0,0155

0,0159

0,0162

0,0168

0,09

0,0162

0,0167

0,0172

0,0176

0,0179

0,0182

0,0185

0,0190

0,0195

0,0199

0,0208

0,10

0,0191

0,0198

0,0204

0,0209

0,0214

0,0218

0,0221

0,0228

0,0234

0,0241

0,0253

0,11

0,0221

0,0231

0,0238

0,0245

0,0251

0,0256

0,0261

0,0269

0,0278

0,0286

0,0302

0,12

0,0253

0,0265

0,0275

0,0283

0,0290

0,0297

0,0303

0,0314

0,0324

0,0334

0,0355

0,13

0,0286

0,0300

0,0313

0,0323

0,0332

0,0340

0,0347

0,0361

0,0374

0,0387

0,0412

0,14

0,0320

0,0338

0,0352

0,0365

0,0376

0,0386

0,0395

0,0412

0,0428

0,0444

0,0475

0,15

0,0356

0,0376

0,0394

0,0409

0,0422

0,0434

0,0445

0,0466

0,0485

0,0504

0,0542

0,16

0,0392

0,0416

0,0437

0,0455

0,0471

0,0485

0,0498

0,0523

0,0546

0,0569

0,0614

0,17

0,0429

0,0458

0,0482

0,0503

0,0522

0,0538

0,0554

0,0583

0,0610

0,0637

0,0691

0,18

0,0467

0,0500

0,0529

0,0553

0,0575

0,0594

0,0612

0,0646

0,0678

0,0710

0,0772

0,19

0,0507

0,0544

0,0577

0,0605

0,0630

0,0653

0,0674

0,0713

0,0750

0,0787

0,0859

0,20

0,0547

0,0589

0,0627

0,0659

0,0687

0,0713

0,0737

0,0783

0,0826

0,0868

0,0952

0,21

0,0587

0,0636

0,0678

0,0715

0,0747

0,0777

0,0804

0,0856

0,0905

0,0954

0,1049

0,22

0,0629

0,0683

0,0731

0,0772

0,0809

0,0842

0,0874

0,0932

0,0989

0,1043

0,1152

0,23

0,0671

0,0732

0,0785

0,0832

0,0873

0,0911

0,0946

0,1012

0,1076

0,1138

0,1260

0,24

0,0714

0,0781

0,0841

0,0893

0,0939

0,0981

0,1021

0,1096

0,1167

0,1237

0,1374

0,25

0,0757

0,0832

0,0898

0,0956

0,1007

0,1055

0,1099

0,1182

0,1262

0,1340

0,1494

0,26

0,0801

0,0884

0,0957

0,1021

0,1078

0,1131

0,1180

0,1273

0,1361

0,1448

0,1619

0,27

0,0846

0,0936

0,1017

0,1087

0,1151

0,1209

0,1264

0,1366

0,1465

0,1561

0,1751

0,28

0,0891

0,0990

0,1078

0,1156

0,1226

0,1290

0,1350

0,1464

0,1572

0,1678

0,1888

0,29

0,0937

0,1045

0,1141

0,1226

0,1303

0,1373

0,1439

0,1564

0,1684

0,1801

0,2032

Quando se está no regime crítico, a altura cinética (V2/2g) é igual à metade da profundidade d’água (crítica) no canal (yc /2), isto é: Vc2 / 2g = yc / 2

(5.7)

63

Como V = Q/A, tem-se: Q / g0,5 = A. yc0,5 = Fs

CANAIS

2) Dimensionamento no regime crítico

(5.8)

Fs = A. yc0,5 é denominado “fator de seção”, e permite calcular a profundidade d’água para escoamento em regime crítico. Por ser uma função do tirante, deduz-se que existe uma única profundidade crítica para uma determinada vazão dentro do canal. A equação 5.8 é muito útil para os cálculos, e da análise dela se obtém a profundidade ou vazão crítica. Pelas mesmas razões já apresentadas no caso do regime subcrítico, utilizando-se a seção trapezoidal, tem-se a seguinte expressão:

Fs b

5 /2

y y = ⎛⎜ 1 + z . c ⎞⎟ × ⎛⎜ c ⎞⎟ b ⎠ ⎝ b ⎠ ⎝

3 /2

(5.9)

Onde: Fs = fator de seção b = largura da base do canal (m) yc = profundidade crítica (m) z = inclinação do talude Como se observa, as funções no regime subcrítico ou crítico são expressas em função de y/b, o que propicia a montagem de tabelas (como a 5.6) com essa razão.

5.2.3 Dimensionamento da Borda Livre Não existe um consenso sobre o dimensionamento de borda livre. Nesse caso, o projetista deverá conhecer bem a região e lançar mão do bom senso para a adoção de um valor adequado ao canal a ser projetado, seja uma simples sarjeta da microdrenagem ou um canal da macrodrenagem. Com finalidade de auxiliar na tomada de decisão, citam-se recomendações de alguns órgãos, como, o U.S. Bureau of Reclamation (USBR) (APUD CHOW, 1959) que aconselha usar a seguinte expressão:

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

BL = (a × y)0,5

64

(5.10)

Onde: BL = valor da borda livre (m) a = adimensional (tab. 5.7) y = profundidade de escoamento (m) Na Tabela 5.7, apresentam-se os valores de “a” da equação 5.10 para diferentes situações.

Tabela 5.7 - Valores recomendados de “a” para cálculo da BL a

Vazão (m3/s)

Obs

0,4

Q ∼ 0,5

Para valor baixo de vazão

escolhido pelo calculista

de projeto

Critério da experiência profissional

0,8

Q ≥ 80

Para valor alto de vazão

Já o Manual de Critérios de Projetos de Drenagem Urbana da cidade de Denver, Colorado, EUA (WRIGHT-MCLAUGHIN, 1979) apresenta a seguinte expressão para um período de retorno de 100 anos: BL = 0,6 + 0,037 × V × y1/3

( Eq. 5.11 )

Onde: BL = valor da borda livre (m) V = velocidade média na seção (m/s) y = profundidade de escoamento para a vazão de projeto (m) Este manual indica a adoção de um valor mínimo para a borda livre de 0,3 m. Em relação ao valor obtido para a borda livre, devem-se acrescer as ondulações de superfície e, nas mudanças de direção, a sobre–elevação devido ao efeito das curvas horizontais do canal. Em seções fechadas, a borda livre merece especial atenção, pois o afogamento do conduto produz uma brusca redução da condutividade hidráulica. Nos casos convencionais de projeto, com vazão de dimensionamento com período de retorno de 25 anos, deve-se verificar o comportamento hidráulico para o período de retorno de 100 anos. Nesse caso a altura d’água deve ficar abaixo dos níveis dos terrenos laterais.

5.3 CARACTERÍSTICAS E RECOMENDAÇÕES GERAIS SOBRE CANAIS No tocante ao revestimento, um canal pode ter a proteção de materiais artificial (concreto, gabião, etc.) ou vegetal, bem como manter suas características naturais. No projeto deve-se estar atento aos aspectos estéticos, de assoreamento, erosão e hidráulicos. A escolha de áreas ribeirinhas para terrenos públicos (no mínimo o leito maior) possibilita a manutenção de áreas verdes. No tocante às outras características, o ideal é que um canal tenha escoamento lento, seja largo e pouco profundo. A erosão é função da velocidade, da profundidade e da duração do escoamento. Como os picos de enchentes em região urbana costumam ser curtos, a velocidade e a profundidade são os mais determinantes. Para o projeto de canais deve-se verificar: b) necessidade de revestir devido à velocidade da água; c) possibilidade de autolimpeza, com uso de declividade longitudinal e/ou transversal adequada;

CANAIS

a) impactos a jusante com o aumento da vazão e da velocidade de um canal revestido;

d) perdas de carga; e e) estabilidade do leito. Na Tabela 5.8, são apresentados fatores que devem ser levados em conta no projeto de um canal, permitindo, com isso, evitar o surgimento de problemas quando de sua implantação.

65

Tabela 5.8 – Fatores intervenientes para o projeto de um canal 1) Hidráulicos

2) Ambientais

a) declividade longitudinal

a) características da vizinhança

b) faixa disponível para implantação

b) necessidades estéticas da vizinhança

c) vazão de projeto

c) necessidades de novas áreas verdes

d) transporte de sedimentos

d) formas das ruas e tráfego

e) topografia

e) planos municipais

f) capacidade de drenar terrenos adjacentes 3) Construtivos

4) Sociais

a) disponibilidade de materiais

a) padrões sociais da vizinhança

b) áreas de bota-fora

b) população infantil da vizinhança

c) custos

c) tráfego de pedestres

d) necessidades recreativas

5.3.1 Canais de concreto Se a faixa disponível para o canal for estreita ou a velocidade de escoamento for elevada para as características locais, normalmente, há de se prever o revestimento, em geral em concreto. Na Figura 5.4, é mostrado um exemplo de canal revestido. Alguns comentários: 1) Resultados obtidos ao se revestir canais: a) diminuição das perdas por infiltração; b) proteção das deformações nas bordas do canal; c) diminuição da freqüência da manutenção; d) aumento da velocidade da água; e) impede o crescimento de vegetação; e

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

f) redução da necessidade de dragagens/limpeza.

66 Figura 5.4 – Ampliação da calha do Rio Tietê – SP (DAEE/SP)

2) Recomendações para regime de escoamento supercrítico, torrencial ou rápido. Para os canais nessas condições nomeadas, deve-se atentar para os seguintes itens: a) não devem ser retilíneos; b) verificar a necessidade de armar longitudinalmente e transversalmente o canal; c) evitar estrangulamento da seção transversal junto a pontes e bueiros; d) manter a folga no bordo livre em pelo menos 60cm ou capacidade adicional de 1/3 da vazão de projeto; e) verificação da subpressão hidrostática sobre o revestimento produzida pelo lençol freático; e f) evitar a ocorrência de escoamentos com número de Froude próximo de 1 (0,9 a 1,1), o que produz instabilidade do regime de escoamento. 3) Recomendações para escoamento subcrítico Os canais escoando nesse regime não são normalmente revestidos. O uso de proteção nesses casos deve ocorrer quando houver necessidade de estreitamento por estrangulamento lateral. Um canal largo e gramado é o preferido, caso a declividade longitudinal permita. Para situações em que ocorram declividades excessivas, é usual empregar estruturas de transição de nível (degraus). No caso de declividade muito baixa, é recomendado diminuir a rugosidade do canal, revestindo-o com concreto bem acabado.

5.3.2 Canais artificiais gramados Os canais revestidos com grama apresentam baixo custo de construção. Este tipo de canal possibilita infiltração d'água no lençol freático, velocidades baixas de escoamento e valor paisagístico. Na Tabela 5.9 são apresentados alguns critérios para projeto de canais gramados. Na Figura 5.5 mostram-se seções típicas de canais gramados.

Tabela 5.9 – Critérios para projeto de canais gramados CRITÉRIOS DE PROJETO Descarga máxima

Descarga inicial

Velocidade

< 2,3 m/s

> 0,6 m/s

Bordo livre

Método de Denver ou do USBR

Não se aplica

Coeficiente de rugosidade*

0,030 a 0,035

0,035 a 0,100

Profundidade

< 1,2 m (para maior segurança: 1,0m)

> 0,30 m

Largura do leito

> 6 vezes que a profundidade. Normalmente, é de 20 a 30 vezes a profundidade.

Declividade de talude

< 1:3 (Mínimo de 1:4)

Declividade longitudinal

0,2 a 0,6 % (com degrau se preciso)

Curvatura

Raio da margem interna: duas vezes a maior largura (mínimo 30m)

Capacidade de canaleta

De 0,5 a 1% da vazão de projeto

* Esses valores poderão ser aumentados, se for previsto o crescimento de vegetação arbustiva no leito do canal.

CANAIS

PARÂMETROS

67

• A escolha da grama O tipo de grama a ser recomendada deve ser característica da região, para reduzir custo, resistente, e com com raiz densa. Deve ser aplicada imediatamente em canais cuja implantação seja recente. • Forma do canal Adequada ao local, preferencialmente com espaços disponível à prática recreativa. > 6.y y

Seção com bermas horizontais e com canaleta Leito inclinado de 1% a 2%

Seção com bermas inclinadas e com canaleta Canal para microdrenagem

Área para bicicleta ou passeio

Seção para microdrenagem com área de transbordamento para macrodrenagem Canal para microdrenagem

Área de recreação

Canal com enrocamento para microdrenagem com transbordamento para macrodrenagem

Figura 5.5 – Exemplos de canais gramados

Com o objetivo de evitar o surgimento de processos erosivos, em pontos localizados de canais revestidos com grama, recomendam-se as seguintes proteções indicadas na Tabela 5.10.

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Tabela 5.10 – Recomendações para controle da erosão Localização

Proteção (se necessária)

Embaixo de ponte

Solo-cimento

Curvas de canais

Enrocamento ou gabião

Degraus que suavizam declives (15 a 30cm)

Enrocamento ou gabião junto aos degraus

• Perfil da linha d’água O perfil representativo da linha d'água deve ser calculado para todo o canal e apresentado nos desenhos do projeto. O cálculo é realizado a partir de jusante em local com características hidráulicas conhecidas.

68

5.3.3 Canais naturais No dimensionamento ou verificação hidráulica de canais sujeitos a enchente constantemente, deve-se ter cuidado redobrado devido à tendência a erosão que o aumento de descarga provoca

com alterações no regime de escoamento. Para os estudos hidráulicos, devem ser executados levantamentos batimétricos (seções transversais e elementos que permitam caracterizar a inclinação longitudinal do curso d’água), obtidos dados sobre o solo do leito e margens para estudo da estabilidade do canal e a preservação de áreas verdes no seu entorno. As intervenções no leito do rio não devem desestabilizar as condições prevalecentes. Nesse estudo convém verificar as potencialidades do curso d’água com a participação multidisciplinar de profissionais que propiciem soluções às inúmeras possibilidades e necessidades do recurso hídrico, da sociedade e do meio ambiente. Para o canal natural não se aplicam as regras de borda livre e curvatura mínima. O projeto em canal natural é muito complexo e deve ser realizado por engenheiro muito experiente em hidráulica desta natureza, e não será aprofundado neste manual. A planície aluvial deve ser bem estudada para identificar áreas inundáveis, bem como realizado zoneamento adequado das mesmas para evitar futuras ocupações. As fórmulas empregadas para cálculo da capacidade de vazão e velocidade são as mesmas usadas nos canais artificiais. Na Tabela 5.11, estão apresentadas recomendações que auxiliam nos estudos de canais naturais. Para a definição das inclinações dos taludes de canais escavados, deve-se levar em conta as características dos materiais onde os mesmos serão executados ou o tipo de revestimento a ser empregado. NaTabela 5.12, estão apresentadas indicações usuais para diferentes materiais.

Tabela 5.11 – Recomendações sobre parâmetros de projeto de canais naturais PARÂMETROS

RECOMENDAÇÕES

Período de retorno

100 anos (depende da situação)

Velocidade

< 3,0 m/s e < velocidade crítica (regime subcrítico)

Níveis d’água

Levantados para identificar e, se possível, cercar áreas inundáveis.

Coeficiente de rugosidade

Usar valores de canal sem manutenção.

Declividade longitudinal

Suavizá-la usando escalonamento em degraus.

Tabela 5.12 – Inclinações recomendadas para taludes de canais escavados Inclinação dos taludes V: H

Rocha

1:0

Solos pedregosos

1:0,25

Canais em terra revestidos de concreto

1:0,5 a 1: 1

Argila resistente e compacta

1:1,5

Solos argilo- arenosos

1:2

Solos arenosos, argilosos de alta porosidade

1:3

CANAIS

Material

69

6

Sarjetas e meios-fios Neste capítulo aborda-se o dimensionamento hidráulico de sarjetas e meios-fios, sendo que esse procedimento também é adequado a outros dispositivos de drenagem superficial com características de canal. Normalmente, no dimensionamento desses dispositivos, busca-se determinar o maior comprimento que os mesmos podem ter, sem que haja a superação das condições hidráulicas estabelecidas no projeto, ou seja, que não ocorra o transbordamento no elemento de drenagem. O dimensionamento se desenvolve segundo as seguintes etapas: i) cálculo da vazão ou descarga específica de projeto; ii) determinação da capacidade hidráulica do dispositivo de drenagem; e iii) cálculo do comprimento máximo ou crítico do elemento de drenagem.

6.1 CÁLCULO DA DESCARGA OU VAZÃO ESPECÍFICA Para se obter a descarga específica, é necessário o cálculo da vazão afluente às sarjetas e meiosfios. Para tanto, usa-se o método racional, tendo em vista que as áreas de contribuição apresentam valores adequados à sua aplicação. A fórmula do referido método pode ser expressa por:

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Q = 2,78 × C × I × A × 10–4

(6.1)

Onde: Q = descarga afluente à sarjeta (l/s) C = coeficiente de escoamento superficial (adimensional) I = intensidade de precipitação (mm/h) A = área de drenagem ou de contribuição (m2) Sendo: A = Limplúvio × Lu

(6.2)

Onde: Limplúvio = largura do implúvio (m) Lu = comprimento crítico da sarjeta (m)

70

O comprimento crítico irá definir o espaçamento máximo entre bocas coletoras, normalmente constituídas de caixas de ralo ou bocas-de-lobo.

1) Tabelas práticas Para dar praticidade aos cálculos e produzir tabelas, é necessário estabelecer padrões para os parâmetros da fórmula racional (6.1) como os relacionados na Tabela 6.1 a seguir. Para obter tabelas adequadas a qualquer município, adotou-se uma intensidade de chuva-de-cálculo de 100mm/h e se obtém o comprimento útil ou crítico multiplicando o valor tabelado por 100 (duas casas decimais à direita) e dividindo o resultado pela intensidade (mm/h) da chuva de projeto local.

Tabela 6.1 – Valores de referência adotados para dimensionar sarjetas Parâmetros hidrológicos C I TR D

Via F (m) ≤ 18 > 18 0,90

Lote lindeiro a (m) 20 30 0,70 100 mm/h 10 anos 10 min

2) Vazão específica (q) em uma sarjeta O cálculo do comprimento útil (Lu) ocorre com o uso da vazão por metro linear, segundo a geometria da via e faixa de contribuição, a qual é expressa em l/s/m por: q = q 1 + q2

(6.3)

Onde: q1 = vazão específica da profundidade (a) da quadra (l/s/m) q2 = vazão específica da semi-largura da via (meia via = F/2) do logradouro (l/s/m)

Onde:

Logo:

C

0,70

I

100 mm/h

A

a x 1 m (m2)

SARJETAS E MEIOS-FIOS

Sendo: q1 = 2,78 × C × I × A × 10–4

q1 = 0,01946 × a

Sendo: q2 = 2,78 × C × I × A × 10–4

Onde:

C

0,90

I

100 mm/h

A

F/2 x 1 m (m2)

Logo:

q2 = 0,01251 × F

e:

q = 0,01946 × a + 0,01251 × F

71 (6.4)

Na Tabela 6.2, estão apresentados os valores de q para as diferentes larguras (F) das vias e dos lotes padrões considerados no exemplo desenvolvido neste manual.

Tabela 6.2 – Valores da vazão específica (q), em l/s/m Vazão específica q ( l/s/m ) Largura da via F (m)

10

12

13

14

15

18

20

25

27

30

40

Profundidade do

20

0,51 0,54 0,55 0,56 0,58 0,61 0,64 0,70 0,73 0,76 0,89

lote a (m)

30

0,71 0,73 0,75 0,76 0,77 0,81 0,83 0,90 0,92 0,96 1,08

6.2 CÁLCULO DA CAPACIDADE HIDRÁULICA OU DE VAZÃO Para o cálculo da capacidade de vazão de uma sarjeta e meio-fio, é necessário levar em consideração as características geométricas, dimensões, inclinação longitudinal e tipo de revestimento deste dispositivo. Tendo em vista que alguns destes elementos dependem da geometria da via, a integração entre o responsável pelo projeto geométrico da via e o encarregado do projeto de drenagem é fundamental para uma solução técnica-econômica condizente com a região e a via a ser projetada. Na Tabela 6.3 são apresentados parâmetros usuais utilizados no projeto de ruas e avenidas.

Tabela 6.3 – Características geométricas usuais para projetos de ruas e avenida

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Dados Característicos

Usual

Máximo

Mínimo

Declividade longitudinal do pavimento

–

–

0,4 %

Declividade transversal do pavimento

2,0%

2,5%

1,0%

Declividade transversal da sarjeta

5,0%

10,0%

2,0%

Altura da guia

0,15m

0,20m

0,10m

Altura da água na pista

–

0,13m

–

Comprimento útil (Lu)

–

60m

–

Largura da sarjeta sem estacionamento

0,50m

0,60m

–

Largura da sarjeta com estacionamento

0,90m

–

–

No caso da via ter uma declividade longitudinal (greide) menor que a mínima para a sarjeta, deve ser verificada a possibilidade de uso de inclinação da sarjeta, diferente do greide da via. Esta solução deve ser analisada de forma criteriosa para evitar o surgimento de desníveis inadequados entre a sarjeta e o pavimento. A capacidade de vazão de dispositivos de drenagem superficial, que atuam como canal (sarjetas, meios-fios e valetas), pode ser determinada pela conjugação da equação da continuidade com a fórmula de Manning. A seguir descrevem-se os procedimentos usuais para tal cálculo.

6.2.1 Velocidade nos dispositivos de drenagem

72

1) Velocidade média no escoamento superficial O escoamento superficial é considerado permanente e uniforme, o que permite a aplicação da fórmula de Manning para o cálculo de velocidade, expressa por:

2

1

(6.5)

(RH) /3 × i /2 V= n Onde: V = velocidade média (m/s) RH = raio hidráulico (m) i = declividade média de escoamento (m/m) n = coeficiente de rugosidade (adimensional/tabelado)

Tabela 6.4 – Coeficiente de rugosidade “n” de Manning Coeficiente de rugosidade (n)

Tubo

Concreto

0,014

PVC helicoidal

0,010

Revestimento asfáltico

Argamassa de Cimento (acabamento) Sarjeta

textura lisa

0,013

textura áspera

0,016

com desempenadeira

0,014

manual liso

0,016

manual áspero

0,020

Paralelepípedo argamassado Com declividade longitudinal pequena (até 2%), sujeita a assoreamento, acrescentar a n Concreto

Canal

Concreto

0,020 + 0,002 a 0,005

acabamento com colher, bem acabado

0,012

acabamento com colher, bem acabado

0,013

acabamento com desempenadeira

0,015

sem acabamento

0,017

projetado, alisado com colher, bem acabado

0,018

projetado, alisado com colher, mal acabado

0,020

projetado, sem acabamento

0,022

Os valores de “n” a serem adotados nos estudos e projetos de drenagem urbana podem ser os indicados na Tabela 6.4, e na Tabela 6.5 estão as velocidades máximas e mínimas recomendadas para dispositivos de drenagem urbana. O ideal é que a velocidade do fluxo d’água no dispositivo situe-se entre: – Valor máximo, que pretende limitar o efeito de abrasão às superfícies; – Valor mínimo, que visa garantir a auto–limpeza dos dispositivos.

SARJETAS E MEIOS-FIOS

Dispositivo e material da superfície

73

Tabela 6.5 – Velocidades admissíveis para os vários dispositivos de drenagem segundo o material de construção usado velocidade (m/s)

Material

máxima

Revestimento asfáltico

Sarjeta Galeria

mínima

3,0

Concreto

5,0

Tubo

0,75

Fundo e talude em concreto Canal

Fundo em terra e talude em concreto

2,5

Fundo e talude em terra

1,8

6.2.2 Cálculo da capacidade de vazão da sarjeta/meio-fio A configuração apresentada na Figura 6.1 mostra uma situação recomendada, em vias urbanas, para a conjugação de circulação de pedestres (calçada), drenagem (sarjeta) e tráfego de veículos (rua).

Contrapiso Piso de calçada

Inclinação máxima

2%

Meio fio Tubulação de água pluvial

Largura do alagamento - W0 3%

Solo compactado

Sarjeta

Rua

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Figura 6.1 – Seção recomendada no encontro calçada-sarjeta

Para a definição da largura da sarjeta e altura do meio-fio, há de se considerarem duas situações para implantação e pavimentação de vias urbanas: uma é a implantação de rua em área totalmente virgem e outra é a situação de adequação e pavimentação de via existente. Para a primeira situação, a largura de construção da sarjeta e a altura da guia (meio-fio) estão limitadas pelo passo das pessoas (Figura 6.2), largura disponível para implantação da via e pelo não impedimento à abertura das portas dos automóveis. Por vezes, em ruas com previsão de estacionamento regular junto ao meio-fio, se adota largura de 90cm. Uma outra prática é adotar 60cm para reduzir o tráfego no encontro da pista e sarjeta, que é um ponto fraco na pista de rolamento. No entanto, tem sido comum adotar-se a largura de 50cm, que permite conter uma grelha (boca coletora), dar passagem a uma pessoa e reduzir o consumo de concreto em toda a obra.

74

No caso de vias existentes, nas quais se pretende implantar melhoramentos (adequação geométrica, pavimentação etc.), nem sempre é possível o uso das soluções citadas. A existência de edificações, com soleiras já definidas, largura limitada entre a testada das construções em

18 cm

50 cm

Figura 6.2 – A sarjeta e a passada do pedestre

ambos os lados da via e o seu greide obrigam os projetistas a utilizarem de forma intensa seus conhecimentos para tornar o projeto de melhoramentos adequado técnica e economicamente. Nesses casos, para tornar possível a implantação dos melhoramentos, recomenda-se estudar criteriosamente, entre outros elementos: a redução da largura de calçadas, uso apenas do meio-fio (sem previsão de sarjeta em concreto) e pavimentação de baixo custo. Tais propostas, certamente, evitarão impactos sociais e econômicos decorrentes de desapropriações, aumento do volume de materiais, desníveis inadequados entre a via, a calçada e as edificações etc. No caso do uso apenas de meio-fio, a configuração recomendada é a ilustrada na Figura 6.3.

Guia (meio fio) Sarjeta: guia e pavimento 1 (v)

6 (h)

Base de concreto

Figura 6.3 – Seção econômica típica guia-pavimento

6.2.2.1 Determinação das características das sarjetas/meios-fios mentos geométricos, que servirão para fornecer parâmetros a serem utilizados no cálculo da capacidade de vazão do dispositivo de drenagem. A capacidade de escoamento (ou de vazão) nas sarjetas é determinada pela fórmula de Izzard, que é uma aplicação da fórmula de Manning e da equação da continuidade a este tipo de dispositivo.

W0 = y0 tgq0

SARJETAS E MEIOS-FIOS

Na Figura 6.4, é apresentada a configuração genérica de uma sarjeta e meio-fio, com seus ele-

q0 1 y0

q0

z = tgq0

75 Figura 6.4 – Seção de uma sarjeta triangular com elementos constitutivos

Q 0 = 0,375 ×

8 1 z × ( yo) 3 × (i ) 2 n

(6.6)

Onde: Q0 = capacidade de escoamento na sarjeta (m3 /s) y0 = altura de lâmina d’água junto ao meio-fio (m) i = inclinação longitudinal da sarjeta (m/m) z = tg θ0 = recíproca da declividade transversal da sarjeta = inverso da inclinação transversal da sarjeta (m/m) n = coeficiente de rugosidade de Manning (adimensional/tabelado) Se a seção for composta, considera-se a combinação mostrada na Figura 6.5 e calcula-se: Q0 = Q1 – Q2 + Q3

(6.7)

w

Q0

q1

y0

1 z1 = tgq1

q0

1

z0 = tgq0 Q1 y0

q0

Figura 6.5 - Seção composta de uma sarjeta triangular e seus elementos

1

z0 = tgq0

Q2 1

y1 q0 z0 = tgq0 y1 q1

1

Q3

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

z1 = tgq1

Para o caso de sarjetões (Figura 6.6), o valor de z deve ser calculado por: Z=

T = tgθ1 + tgθ 2 Y0

(6.8)

Logo pode-se escrever:

(

T = Y0 × tgθ1 + tgθ 2

)

(6.9)

Em todos os casos, tendo-se a capacidade de vazão Q0, a velocidade média é determinada pelo

76

uso da equação da continuidade. A velocidade, calculada pela expressão 6.10, é importante na determinação do tipo de revestimento a ser empregado e por permitir calcular o tempo de percurso na sarjeta pela expressão 6.11 mostrada a seguir.

Τ 1

Yo

Z1 = tgθ1

1

θ2

θ1

Z2 = tgθ2

Figura 6.6 – Seção típica de um sarjetão

V0 =

Q0

(6.10)

A

L tp = 60 × V

(6.11)

0

Onde: Vo – velocidade média (m/s) Q0 – capacidade de vazão (m3/s) A – área (m2) L – comprimento do trecho (m) tp – tempo de percurso (minuto)

6.3 CÁLCULO DO COMPRIMENTO CRÍTICO – EXEMPLOS No tocante às características geométricas, dimensões e revestimentos, cada município pode adotar seus próprios padrões de projetos-tipo de sarjetas (neste manual são considerados três: A, B e C, estando apresentados nas figuras de 6.7 a 6.9) e assumir os limites dos padrões hidráulicos para sua área (os deste manual estão na Tabela 6.6). Os três padrões de sarjetas, com dimensões em cm, são mostrados a seguir.

Tipo A

12 Passeio 13

3%

10

50

17

117

Figura 6.7 – Sarjeta tipo A

Tipo B

12

35

7

3,5

Passeio 11

10

SARJETAS E MEIOS-FIOS

35

5

3%

15% 17

50

Figura 6.8 – Sarjeta tipo B

117

77

16

2

Passeio

3,5

Tipo C

12

3%

35

10

25% 17

50

117

Figura 6.9 – Sarjeta tipo C

Após terem sido demonstradas as fórmulas e procedimentos para cálculo da descarga específica, velocidade de escoamento e capacidade de vazão, a indeterminação no dimensionamento passa a ser então o Comprimento Crítico ou Útil – Lu, que definirá o espaçamento entre as bocas coletoras (boca-de-lobo ou caixas de ralo), e que corresponde ao ponto a partir do qual uma sarjeta não é capaz de conter o escoamento sem transbordar ou ultrapassar um limite previamente admitido de alagamento. Considerando a sarjeta triangular tipo A (Figura 6.7) e o pavimento da via com uma inclinação transversal de 0,03 m/m (z=100/3), para uma lâmina d'água da sarjeta junto ao meio fio yo = 5,0cm, tem-se como resultado uma faixa molhada de largura Wo = 1,67m, que é um valor limite usado para a largura de alagamento nas sarjetas. A medida 1,67m é muito conveniente, pois a largura dos veículos1 varia pouco dentro das categorias, num veículo de passeio ela é aproximadamente de 1,65m (os utilitários, 1,80m). Considerando a chuva de projeto, a largura de 1,67m permite, para uma via secundária, que se tenha pelo menos uma faixa da largura do veículo sem lâmina d’água e a altura da mesma tolerável à segurança e ao conforto do pedestre. No entanto, para trechos iniciais – entre o divisor de águas e a primeira boca coletora de vias locais (até 15m de largura), admite-se yo = 6,5cm, o que resulta em uma largura de alagamento Wo = 2,17m.

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Na Tabela 6.6, apresentam-se as alturas das lâminas d'água, para cada um dos três projetos-tipo ado-

78

tados, levando-se em conta a largura de alagamento para cada faixa de inclinação longitudinal da via.

Tabela 6.6 – Tipos de sarjetas e situação de emprego2 Altura da lâmina d’água yo (cm)

1

Inclinação longitudinal (i)

Projeto tipo

I > 16%

1,67

2,17

A

5,0

6,5

16% ≥ I ≥ 0,5%

B

11,0

12,5

I < 0,5%

C

16,0

não empregado

Fonte: Instrução técnica CEPD 001 – Estimativa do quantitativo de indivíduos em multidões, 1a edição 2006, Prefeitura do Rio de Janeiro, RJ.

2

Largura do alagamento (m)

SUDECAP – 2004.

Com o uso das equações 6.5 e 6.6 e dos parâmetros da Tabela 6.6, além de considerar-se o coeficiente de rugosidade (n) igual a 0,015, determinaram-se as expressões da vazão teórica e da velocidade do fluxo d’água em função da inclinação longitudinal (i), em m/m. Tais funções estão apresentados na Tabela 6.7 a seguir.

Tabela 6.7 – Vazão e velocidade nas sarjetas2 em função da inclinação longitudinal da via Alagamento de 1,67m

Alagamento de 2,17m

Sarjeta

Capacidade Vazão Teórica (l/s)

Velocidade (m/s)

Capacidade Vazão Teórica (l/s)

Velocidade (m/s )

A

282,752 ×(i)1/2

6,786 × (i)1/2

569,186 × (i)1/2

8,083 × (i)1/2

B

550,363 × (i)1/2

9,712 × (i)1/2

877,243 × (i)1/2

10,270 × (i)1/2

C

850,610 × (i)1/2

12,298 × (i)1/2

Não empregado

Não empregado

Com o objetivo de considerar a possibilidade de obstrução, por material sedimentar, nas sarjetas de baixa declividade, oferecer conforto e segurança, reduzir o risco a pedestres nas velocidades elevadas, é considerado um fator de redução na capacidade das sarjetas com a seguinte formulação: Q admissível = FR × Q teórica

(6.12)

Sendo que FR pode ser obtido na Tabela 6.8 ou na Figura 6.10.

Tabela 6.8 – Fatores de redução de escoamento das sarjetas Declividade longitudinal da sarjeta (%)

Fator de redução FR

0,4

0,50

0,6

0,80

1,0

2,0

0,80

0,9

3,0

0,70

SARJETAS E MEIOS-FIOS

i = 0,6 % 0,8

0,50

6,0

0,40

8,0

0,27

10,0

0,20

0,7

Fator de redução, F

5,0

0,6

i = 0,4 % 0,5 0,4 0,3

Figura 6.10 – Fatores de redução (FR ) de escoamento das sarjetas (Fugita, 1980)

0,2 0,1

79

0,0

0

2

4

6 8 10 Declividade da sarjeta (%), i

12

14

Para se obter o comprimento útil, aquele em que se atinge a capacidade hidráulica máxima da sarjeta, iguala-se esta à descarga afluente, isto é, à vazão de contribuição da área marginal ao longo da sarjeta, utilizando-se as expressões seguintes:

Qcontribuição =

C .I .[Lu.(a + F / 2)] 3,6

8/3 ⎛ z ⎞ Qadm = FR .0.375 y0 ⎜ ⎟ i ⎝ n⎠

(6.13)

(6.14)

Onde: Qcontribuição – vazão de contribuição (m3/s) I – intensidade de chuva (mm/h) = P/tc Qadm – capacidade de vazão (m3/s) FR, C e n – coeficientes tabelados: redução, run off e rugosidade y0 – (m) i e z – (m/m) a – profundidade de lote lindeiro (m) F – largura da via (m) De forma prática, para obter-se o comprimento útil Lu são apresentadas as Tabelas 6.9 (sarjeta A) e 6.10 (Sarjeta B e C), para a faixa de alagamento de 1,67m, e a Tabela 6.11 (sarjeta A e B) para a faixa de alagamento de 2,17m, já considerando o Fator de Redução e as diferentes condições de geometria e declividades apresentadas pelas vias urbanas.

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Essas tabelas foram preparadas para uma intensidade de precipitação de 100mm/h. Com isto,

80

dada uma intensidade de precipitação para qualquer projeto, basta multiplicar o valor tabelado por 100 e dividir pelo valor dessa intensidade, obtendo-se com isso o comprimento útil Lu ou, de outra forma, desconsidera-se a vírgula e dividi-se o valor tabelado pela intensidade de precipitação e se obtém o comprimento útil Lu. Caso se deseje desconsiderar o Fator de Redução, basta dividir o valor anteriormente obtido pelo referido fator, relacionado na segunda coluna, e se obtém o comprimento útil Lu sem redução.

81

FR

0,65 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,75 0,69 0,64 0,58 0,49 0,41 0,34 0,28 0,23 0,19 0,17 0,16 0,16 0,15 0,14 0,14 0,13 0,13 0,12 0,12 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05

i(m/m)

0,005 0,006 0,008 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 0,110 0,120 0,130 0,140 0,150 0,160 0,170 0,180 0,190 0,200 0,220 0,240 0,260 0,280 0,300 0,320

19,99 21,90 25,29 28,28 34,63 39,99 44,71 48,97 52,90 56,55 63,23 69,26 74,81 79,97 84,83 89,41 93,78 97,95 101,95 105,80 109,51 113,10 116,58 119,96 123,25 126,45 132,62 138,52 144,18 149,62 154,87 159,95

(l / s)

V (m/s)

0,5 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,3 2,4 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,0 3,2 3,3 3,5 3,6 3,7 3,8

Vazão Teórica

Velocidade

SARJETAS E MEIOS-FIOS

Fator de redução

Inclinação longitudinal

0,51 25,29 34,10 39,37 44,02 53,91 62,25 65,03 65,80 65,49 64,37 60,40 55,05 49,13 43,27 37,98 33,70 30,53 30,80 30,93 30,92 30,79 30,55 30,20 29,74 29,19 28,54 26,99 25,12 22,95 20,50 17,78 14,82

10 0,54 24,12 32,51 37,54 41,98 51,41 59,36 62,01 62,74 62,45 61,38 57,60 52,50 46,85 41,26 36,22 32,14 29,11 29,37 29,49 29,49 29,36 29,13 28,79 28,36 27,83 27,22 25,74 23,96 21,88 19,55 16,96 14,13

12 0,55 23,57 31,78 36,69 41,02 50,24 58,02 60,61 61,32 61,04 59,99 56,29 51,31 45,79 40,33 35,40 31,41 28,45 28,71 28,82 28,82 28,70 28,47 28,14 27,72 27,20 26,60 25,16 23,41 21,39 19,10 16,57 13,81

13 0,56 23,05 31,07 35,88 40,11 49,13 56,73 59,26 59,96 59,68 58,66 55,04 50,17 44,77 39,43 34,62 30,71 27,82 28,07 28,19 28,18 28,06 27,84 27,52 27,10 26,60 26,01 24,60 22,89 20,91 18,68 16,20 13,50

14

(Yo = 5 cm)

Largura da via ( m ) 15 18 20 Contribuição específica (l/s/m) 0,58 0,61 0,83 22,55 21,17 15,59 30,40 28,54 21,03 35,10 32,96 24,28 39,24 36,85 27,14 48,06 45,13 33,24 55,50 52,11 38,39 57,98 54,44 40,10 58,66 55,08 40,57 58,39 54,82 40,39 57,39 53,88 39,69 53,85 50,56 37,25 49,08 46,08 33,95 43,80 41,13 30,30 38,58 36,22 26,68 33,87 31,80 23,42 30,05 28,21 20,78 27,22 25,56 18,83 27,46 25,78 18,99 27,57 25,89 19,07 27,57 25,89 19,07 27,45 25,78 18,99 27,24 25,57 18,84 26,92 25,28 18,62 26,52 24,90 18,34 26,02 24,43 18,00 25,45 23,89 17,60 24,07 22,60 16,65 22,40 21,03 15,49 20,46 19,21 14,15 18,27 17,16 12,64 15,85 14,88 10,96 13,21 12,40 9,14

SARJETA “A”

0,90 14,51 19,56 22,58 25,25 30,93 35,71 37,30 37,74 37,57 36,92 34,65 31,58 28,18 24,82 21,79 19,33 17,51 17,67 17,74 17,74 17,66 17,52 17,32 17,06 16,74 16,37 15,49 14,41 13,16 11,76 10,20 8,50

25 0,92 14,11 19,03 21,97 24,56 30,09 34,74 36,29 36,72 36,55 35,92 33,71 30,72 27,42 24,15 21,20 18,81 17,04 17,19 17,26 17,26 17,18 17,05 16,85 16,60 16,29 15,93 15,06 14,02 12,81 11,44 9,92 8,27

27

Tabela 6.9 – Comprimento Útil ou Comprimento Máximo de Utilização das Sarjetas – Lu (m) n = 0,015 Faixa de alagamento W0 = 1,67 m e lotes de 20m

0,96 13,56 18,28 21,11 23,60 28,91 33,38 34,87 35,28 35,12 34,52 32,39 29,52 26,35 23,20 20,37 18,07 16,37 16,52 16,58 16,58 16,51 16,38 16,19 15,95 15,65 15,31 14,48 13,47 12,31 10,99 9,53 7,94

30 1,08 12,00 16,17 18,68 20,88 25,57 29,53 30,85 31,21 31,07 30,53 28,65 26,11 23,31 20,53 18,02 15,99 14,48 14,61 14,67 14,67 14,61 14,49 14,32 14,11 13,85 13,54 12,81 11,92 10,89 9,72 8,43 7,03

40

FR

0,65 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,75 0,69 0,64 0,58 0,49 0,41 0,34 0,28 0,23 0,19 0,17 0,16 0,16 0,15 0,14 0,14

i (m/m)

0,005 0,006 0,008 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 0,110 0,120 0,130 0,140 0,150 0,160

Inclinação Fator de longitudinal redução

82

0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,5 1,7 1,8 1,9 2,2 2,4 2,6 2,7 2,9 3,1 3,2 3,4 3,5 3,6 3,8 3,9

V (m/s)

Velocidade

38,92 42,63 49,23 55,04 67,41 77,83 87,02 95,33 102,96 110,07 123,06 134,81 145,61 155,67 165,11 174,04 182,53 190,65 198,44 205,93 213,15 220,15

(l/s)

Vazão Teórica

0,51 49,22 66,37 76,63 85,68 104,93 121,17 126,58 128,07 127,47 125,29 117,57 107,15 95,63 84,23 73,93 65,60 59,43 59,95 60,20 60,19 59,94 59,46

10

0,54 46,94 63,29 73,08 81,70 100,07 115,55 120,70 122,13 121,56 119,47 112,11 102,18 91,19 80,32 70,50 62,56 56,67 57,17 57,41 57,40 57,16 56,70

12 0,55 45,88 61,85 71,42 79,85 97,80 112,93 117,97 119,36 118,80 116,76 109,57 99,86 89,13 78,50 68,91 61,14 55,38 55,88 56,11 56,10 55,86 55,42

13

Largura da via ( m ) 14 15 18 20 25 Contribuição específica ( l/s/m ) 0,56 0,58 0,61 0,83 0,90 44,86 43,89 41,21 30,35 28,24 60,48 59,17 55,56 40,93 38,07 69,84 68,32 64,15 47,26 43,96 78,08 76,39 71,72 52,83 49,15 95,63 93,56 87,84 64,71 60,19 110,42 108,03 101,43 74,72 69,51 115,35 112,85 105,96 78,05 72,61 116,71 114,18 107,21 78,98 73,47 116,17 113,65 106,71 78,61 73,12 114,18 111,70 104,88 77,26 71,87 107,14 104,82 98,41 72,50 67,44 97,65 95,53 89,70 66,08 61,47 87,15 85,26 80,05 58,97 54,86 76,76 75,09 70,51 51,94 48,32 67,38 65,92 61,89 45,59 42,41 59,78 58,49 54,91 40,45 37,63 54,16 52,98 49,75 36,65 34,09 54,64 53,45 50,19 36,97 34,39 54,86 53,67 50,39 37,12 34,53 54,85 53,66 50,38 37,12 34,53 54,62 53,44 50,17 36,96 34,38 54,19 53,01 49,77 36,67 34,11

SARJETA “B” (Yo = 11 cm)

0,92 27,47 37,04 42,77 47,81 58,56 67,62 70,64 71,47 71,14 69,92 65,61 59,80 53,37 47,00 41,26 36,61 33,16 33,46 33,60 33,59 33,45 33,18

27 0,96 26,40 35,59 41,09 45,94 56,27 64,97 67,87 68,68 68,36 67,18 63,04 57,46 51,28 45,16 39,65 35,18 31,87 32,15 32,28 32,28 32,14 31,88

30 1,08 23,35 31,48 36,35 40,64 49,78 57,48 60,04 60,75 60,47 59,43 55,77 50,83 45,36 39,95 35,07 31,12 28,19 28,44 28,56 28,55 28,43 28,21

40

n = 0,015

60,15 65,89 76,08 85,06 104,18 120,29 134,49 147,33 159,13 170,12 190,20 208,36 225,05 240,59 255,18 268,99

(l/s)

V (m/s) 0,9 1,0 1,1 1,2 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 3,0 3,3 3,5 3,7 3,9

Vazão Teórica

Velocidade 0,51 76,08 102,57 118,44 132,42 162,18 187,27 195,63 197,94 197,02 193,63 181,70 165,61 147,80 130,17 114,27 101,39

10 0,54 72,55 97,81 112,94 126,28 154,66 178,58 186,55 188,76 187,88 184,65 173,27 157,92 140,94 124,14 108,97 96,69

12 0,55 70,90 95,60 110,38 123,41 151,15 174,53 182,32 184,48 183,62 180,47 169,35 154,34 137,75 121,32 106,50 94,49

13

Largura da via ( m ) 14 15 18 20 25 Contribuição específica ( l/s/m ) 0,56 0,58 0,61 0,83 0,90 69,33 67,83 63,69 46,91 43,64 93,48 91,45 85,86 63,25 58,84 107,94 105,60 99,15 73,04 67,94 120,68 118,06 110,85 81,66 75,96 147,80 144,59 135,76 100,01 93,03 170,66 166,96 156,76 115,48 107,43 178,28 174,42 163,76 120,64 112,22 180,39 176,48 165,70 122,06 113,55 179,55 175,65 164,92 121,49 113,02 176,46 172,64 162,09 119,41 111,08 165,59 162,00 152,10 112,05 104,23 150,92 147,65 138,63 102,12 95,00 134,69 131,77 123,72 91,14 84,78 118,63 116,06 108,97 80,27 74,67 104,14 101,88 95,66 70,47 65,55 92,40 90,40 84,87 62,52 58,16

SARJETA “C” (Yo = 16 cm)

Tabela 6.10 – Comprimento Útil ou Comprimento Máximo de Utilização das Sarjetas – Lu (m) Faixa de alagamento W0 = 1,67m e lotes de 20m

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

0,92 42,46 57,24 66,10 73,90 90,51 104,51 109,17 110,46 109,95 108,06 101,40 92,42 82,48 72,65 63,77 56,58

27

0,96 40,80 55,00 63,51 71,01 86,97 100,42 104,90 106,14 105,65 103,83 97,43 88,80 79,26 69,80 61,28 54,37

30

1,08 36,09 48,66 56,18 62,81 76,93 88,83 92,80 93,89 93,46 91,85 86,19 78,56 70,11 61,75 54,20 48,09

40

0,7 0,8 1,0

1,1 1,3 1,4

1,5 1,6 1,8

2,0 2,1 2,3

2,4 2,6 2,7

2,8 2,9 3,0

3,1 3,2 3,3

3,4 3,5 3,6 3,8

4,0

FR 0,65 0,80

0,80 0,80 0,80

0,80 0,75 0,69

0,64 0,58 0,49

0,41 0,34 0,28

0,23 0,19 0,17

0,16 0,16 0,15

0,14 0,14 0,13

0,13 0,12 0,12 0,10

0,09

0,240

0,180 0,190 0,200 0,220

0,150 0,160 0,170

0,120 0,130 0,140

0,090 0,100 0,110

0,060 0,070 0,080

0,035 0,040 0,050

0,020 0,025 0,030

0,008 0,010 0,015

278,84

241,49 248,10 254,55 266,97

220,44 227,67 234,68

197,17 205,22 212,97

170,76 179,99 188,78

139,42 150,59 160,99

106,48 113,84 127,27

80,50 90,00 98,59

50,91 56,92 69,71

Teórica 40,25 44,09

25,99

30,77 30,19 29,53 27,93

31,85 31,60 31,24

31,86 31,99 31,99

39,29 34,86 31,58

56,95 50,82 44,76

67,75 66,58 62,48

64,40 67,27 68,07

40,73 45,53 55,77

Admissi. 26,16 35,27

Vazão Q (l/s)

50,57

59,87 58,76 57,46 54,34

61,99 61,49 60,78

62,00 62,26 62,25

76,46 67,84 61,46

110,82 98,90 87,11

131,83 129,57 121,59

125,31 130,90 132,45

79,25 88,61 108,52

0,51 50,91 68,64

10

48,23

57,09 56,03 54,79 51,82

59,11 58,64 57,96

59,13 59,37 59,36

72,92 64,70 58,61

105,67 94,31 83,07

125,72 123,56 115,95

119,50 124,83 126,31

75,58 84,50 103,49

0,54 48,55 65,45

47,13

55,80 54,76 53,55 50,65

57,77 57,31 56,65

57,79 58,02 58,01

71,26 63,23 57,28

103,28 92,17 81,18

122,87 120,76 113,32

116,79 122,00 123,44

73,86 82,58 101,14

0,55 47,45 63,97

46,09

54,56 53,55 52,36 49,52

56,49 56,04 55,39

56,51 56,74 56,73

69,68 61,83 56,01

100,99 90,13 79,38

120,14 118,08 110,81

114,20 119,30 120,71

72,23 80,75 98,90

0,56 46,39 62,55

Largura da via ( m ) 12 13 14 Contribuição específica ( l/s/m )

SARJETA “A” ( Yo = 6,5 cm)

45,09

53,38 52,38 51,23 48,45

55,27 54,83 54,19

55,28 55,51 55,50

68,17 60,49 54,79

98,80 88,18 77,66

117,54 115,52 108,40

111,72 116,71 118,09

70,66 79,00 96,76

0,58 45,39 61,19

15

339,75

303,89 316,29 328,23

263,17 277,41 290,95

214,88 232,10 248,12

164,12 175,45 196,16

124,06 138,70 151,94

78,46 87,72 107,44

49,09

49,11 49,31 49,30

60,56 53,73 48,68

87,77 78,33 68,99

104,42 102,62 96,30

99,25 103,68 104,90

62,77 70,18 85,95

Admiss, 40,32 54,36

Vazão Q (l/s) Teórica 62,03 67,95

n =0,015

4,0

3,6 3,7 3,8

3,1 3,2 3,4

2,5 2,7 2,9

1,9 2,1 2,3

1,5 1,6 1,8

0,9 1,0 1,3

v (m/s) 0,7 0,8

Velocidade

95,54

95,56 95,96 95,94

117,85 104,56 94,72

170,79 152,43 134,25

203,19 199,70 187,39

193,13 201,75 204,14

122,15 136,57 167,26

0,51 78,46 105,78

10

91,10

91,13 91,50 91,49

112,38 99,71 90,33

162,87 145,36 128,02

193,76 190,43 178,70

184,17 192,39 194,67

116,48 130,23 159,50

0,54 74,82 100,88

89,04

89,06 89,43 89,41

109,83 97,45 88,28

159,18 142,06 125,12

189,37 186,12 174,65

180,00 188,03 190,25

113,84 127,28 155,88

0,55 73,12 98,59

87,06

87,09 87,45 87,43

107,40 95,29 86,32

155,65 138,91 122,35

185,17 181,99 170,78

176,01 183,86 186,04

111,32 124,46 152,43

0,56 71,50 96,40

Largura da via ( m ) 12 13 14 Contribuição específica ( l/s/m )

SARJETA “B” ( Y o = 12,5 cm)

Tabela 6.11 – Comprimento Útil ou Comprimento Máximo de Utilização das Sarjetas – Lu (m) Faixa de alagamento W0 = 2,17 m e lotes de 20m

SARJETAS E MEIOS-FIOS

v (m/s) 0,6 0,6

de redução

longitudinal da via (sarjeta)

i (m/m) 0,005 0,006

Velocidade

Fator

Inclinação

83

85,18

85,20 85,55 85,53

105,07 93,23 84,45

152,27 135,90 119,69

181,15 178,04 167,07

172,19 179,88 182,00

108,90 121,76 149,12

0,58 69,95 94,31

15

7

Boca-de-lobo (BL) Denomina-se boca-de-lobo o dispositivo de drenagem esparsadamente disposto ao longo de sarjetas, destinado a esvaziá-las, recolhendo as águas superficiais a um coletor de maior capacidade hidráulica, situado em plano inferior.

7.1 ELEMENTOS QUE COMPÕEM UMA BOCA-DE-LOBO As bocas-de-lobo, normalmente, são compostas dos seguintes elementos: 1) Caixa de alvenaria: situada sob a calçada (com entrada d’água através de cantoneira) ou sob a rua (grelha). É conveniente que seja adotado um projeto padrão; 2) Grelha: peça com barras longitudinais e transversais espaçadas entre si, para permitir a captação de água, segurança a transeuntes e impedir a entrada de materiais prejudiciais aos coletores. Caso esta peça seja executada em ferro fundido, é conveniente que a mesma seja presa, através de articulação, junto à borda da calçada. Esta recomendação permite que a grelha seja aberta com segurança e evita atos de vandalismo, principalmente roubo. Em situações em que seja previsto o uso do concreto para confecção da grelha, deve ser analisada a necessidade de uso de armadura para sua execução e

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ser considerado o tipo de veículo e a carga por eixo dos veículos que circularão nas vias. 3) Quadro ou caixilho: dispositivo destinado a receber a grelha; 4) Cantoneira (guia-chapéu): elemento dotado de abertura vertical junto ao meio-fio, que permite a entrada de água. Nas Figuras 7.1 e 7.2, estão apresentados detalhes característicos, em planta e seções, de bocasde-lobo usuais em projetos de drenagem urbana. Na Figura 7.3, apresentada a seguir, estão mostradas situações de posicionamento de bocas-delobo e rede coletora em uma via pública. Os principais tipos de boca-de-lobo são apresentados na Figura 7.4, permitindo que o projetista possa avaliar o tipo que melhor se adapte à via urbana em estudo.

84

Cantoneira F’ F’

PM

B

11

6

A

Ano

5 C

42,5

5

42,5

5 C

A

Grelha F’ F’

Projeção da caixa

Quadro ou caixilho F’ F’

B

Figura 7.1 – Boca-de-lobo simples (de ferro fundido cinzento)

Rebaixo em concreto fck > 18 Mpa Grelha F’F’ Pista

Passeio

Rebaixo em concreto fck > 18 Mpa

Nível do meio-fio

Argamassa 1:3

Alvenaria de tijolo requeimado

Corte BB

Corte AA

Figura 7.2 – Cortes de boca-de-lobo simples

Rede coletora no eixo da via pública BL BL BL

BL

sentido de escoamento BL

Situação recomendada

Situação não recomendada

Rede coletora na sarjeta da via pública

BL – Boca-de-lobo BLM – Boca-de-lobo de montante BLJ – Boca-de-lobo de jusante

BLJ BLM

Situação usual

Figura 7.3 – Posição da rede coletora na via

BOCA-DE-LOBO

BL

BLJ

Concreto fck > 18 Mpa

Quadro F’F’

Argamassa 1:3

BLM

Alvenaria de tijolo requeimado

85

Boca-de-lobo simples

Sem depressão

com depressão

Boca-de- lobo com grelha

Sem depressão

com depressão

Boca-de-lobo combinada

Sem depressão

com depressão

Figura 7.4 – Principais tipos de bocas-de-lobo

7.2 CRITÉRIOS PARA PROJETO DE BOCA-DE-LOBO Na definição do projeto das bocas-de-lobo, devem ser levados em conta os seguintes aspectos: 1. Não deve ser permitida a instalação da boca-de-lobo em ruas sem sarjeta. 2. Com exceção, onde seja projetada a sarjeta do tipo C, é desejável que todas as bocas- delobo sejam instaladas com depressão no pavimento adjacente. 3. A abertura na cantoneira somente influi na capacidade de vazão quando tiver sido esgotada a da grelha ou por obstrução desta. 4. A interligação entre as bocas-de-lobo e o poço de visita ou caixa de passagem é feita por conexão com declividade mínima de 1%. 5. O máximo espaçamento admitido entre bocas-de-lobo é de 60m. 6. Segundo os diâmetros dos ramais, a capacidade máxima de vazão a considerar neles é

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a constante na Tabela 7.1 a seguir.

86

7. Em pontos de cruzamento de ruas principais ou avenidas, é necessário remover 100% das descargas provenientes da chuva inicial de projeto para evitar a passagem de água através dessas vias. Na Figura 7.5, está apresentada sugestão de configurações do posicionamento de bocas-de-lobo para diversos tipos de cruzamentos de vias urbanas.

Tabela 7.1 – Capacidade máxima de ramais (WILKEN, 1978) Capacidades dos Ramais Diâmetro (cm)

Cap. Máxima de Vazão(l/s)

40

100

50

200

60

300

Crista da rua secundária

Rebaixo para passagem de pedestre

Crista da rua principal

Sentido típico de escoamento

Boca-de-lobo Bocas-de-lobo no greide contínuo

Rua secundária com rua secundária

Rua secundária com rua principal

Crista

Crista

Bocas-de-lobo no greide contínuo somente se a localizada na curva for insuficiente

Boca-de-lobo para eliminar o escoamento para jusante, se necessário

Bocas-de-lobo no greide contínuo sem descarga para jusante

Crista

Rua principal com rua principal

Rua principal com rua principal

(as cristas devem ser mantidas)

(uma crista contínua)

Figura 7.5 – Configurações típicas de cruzamentos em sistemas de drenagem

7.3 CAPACIDADE DE ENGOLIMENTO DE BOCA-DE-LOBO Uma boca-de-lobo é dimensionada segundo a convergência dos seus fluxos laterais encaminhados pela sarjeta. Segundo esse critério, elas se classificam em: 2) Situadas em pontos baixos das sarjetas (afluxo pelas duas laterais) Os dois ramos da sarjeta, laterais à boca-de-lobo, possuem declividades convergindo para esta. 1) Situadas em pontos intermediários das sarjetas (greide contínuo) A declividade da sarjeta passante mantém-se constante e o afluxo vem por uma lateral da

A boca-de-lobo situada em ponto baixo ocorre nas curvas de concordância verticais côncavas; é a última possibilidade para esgotamento d’água e merece atenção redobrada, com o uso de um coeficiente de segurança conservador e de dispositivos combinados. Além do aspecto relativo ao posicionamento, a boca-de-lobo pode ser simples, com grelha e combinada. Então, para cada

BOCA-DE-LOBO

boca-de-lobo.

posicionamento e tipo de boca-de-lobo, há uma formulação empírica de dimensionamento.

7.3.1 Bocas-de-lobo localizadas em pontos baixos Define-se ponto baixo de sarjeta a situação onde há mudança de declividade longitudinal, de positiva para negativa o esgotamento da água nesse trecho da via concentra-se numa única sarjeta, e a

87

boca-de-lobo deve garantir a drenagem e ser projetada com um coeficiente de segurança adicional. Nesse caso recomenda-se que a boca-de-lobo seja do tipo combinada. Para o cálculo da capacidade de boca-de-lobo situada em pontos baixos (inclusive nos cruzamentos das vias), deve ser adotado o método baseado nas experiências do U.S. Army Corps of Engineers, sendo utilizado o formulário que segue. 1) Entrada pela cantoneira (guia chapéu) Na Figura 7.6, estão ilustrados os parâmetros utilizados no dimensionamento da capacidade de engolimento das bocas-de-lobo. Guia h y L

Figura 7.6 – Alguns parâmetros usados para cálculo de boca-de-lobo

a) Para casos em que y < 12 cm i) boca-de-lobo simples (para valores de y< 12 cm): Q = 1,7 × y1,5 × L × 103

(7.1)

Onde: Q = capacidade de engolimento (l/s) y = carga hidráulica (m) L = comprimento da abertura da cantoneira (m) ii) boca-de-lobo dupla (para valores de y< 12 cm):

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Q = 2 × 1,7 × y1,5 × L × 103

(7.2)

b) Nas situações em que y > 12 cm Adotar nestes casos o nomograma da Figura 7.7, correspondente ao da página 283 do livro Drenagem Urbana – Manual de Projeto, 3a Edição, 1986, DAEE / CETESB, São Paulo. 2) Entrada pela grelha a) boca-de-lobo simples com grelha: Q = 2,383 × y1,5

(7.3)

Onde: Q = vazão de engolimento (l/s) y = carga hidráulica sobre a grelha (cm)

88

b) boca-de-lobo dupla com grelha: Q = 2 × 2,383 × y1,5

(7.4)

30

5

1.000 900 800 700 600

25

4 3

500 2

400 300 20

1,5

10

9

8

7

100 90 80 70 60 50 40 30

20

10 9 8 7 6 5 4 3

6 2

5 1

1,0 0,90 0,80 0,70

0,60

0,50

0,40

0,30

0,25

0,20

0,15

L 4

0,10

a = 5 cm

y

h

yo

BOCA-DE-LOBO

Q/L = Capacidade de esgotamento em l/s/m

h = Abertura da guia cm

15

y0 /h = Relação entre a lâmina d’água na sarjeta e a abertura da guia

200

3

Figura 7.7 – Capacidade de esgotamento das bocas-de-lobo simples com depressão de 5cm, em pontos baixos das sarjetas.

89

Para as aplicações práticas em projetos de microdrenagem, são propostos na Tabela 7.2 valores típicos para a capacidade das bocas-de-lobo em ponto baixo. Foi adotado L=0,85m, por ser um valor muito comum para este tipo de dispositivo.

Tabela 7.2 – Capacidade (l/s) de BL em ponto baixo CAPACIDADE (l / s) Alagamento de 1,67m

Alagamento de 2,17m

GRELHA

GRELHA

y (cm) 5 10 11 16

simples 27 75 87 153

dupla 53 151 174 305

y (cm) 6,5 11,5 12,5

CANTONEIRA

5 10 11 16

16 46 53 65 43 121 140 218

dupla 79 186 211

CANTONEIRA

32 91 105 130

6,5 11,5 12,5

COMBINADA

5 10 11 16

simples 39 93 105

24 56 64

48 113 128

COMBINADA

85 242 279 435

6,5 11,5 12,5

63 149 169

127 299 339

7.3.2 Bocas-de-lobo localizadas em ponto intermediário 1) Entrada pela cantoneira (guia chapéu) em pontos intermediários

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Nos desenhos inseridos na Figura 7.8, são apresentados detalhes e parâmetros necessários ao cálculo da capacidade de engolimento para as bocas-de-lobo situadas em greide contínuo. Solução para o caso geral As pesquisas na Universidade Johns Hopkins estabeleceram para o caso geral a seguinte equação: Q / L = (K + C) × y × (g × y)½ Onde K e C são adimensionais. a) boca-de-lobo simples com depressão (a > 0): Tendo as seguintes características:

90

L1 = 10a L2 = 4a W = 8a

(7.5)

A

B L

L1 > 10.a

L2 = 4.a

Guia

Qo Vo

W = 8.a

Área rebaixada

Limite do escoamento na sarjeta

Sarjeta

Limite do revestimento da rua

A

B

Planta

L1 yo Vo

α

z

h

y

a

b

V

α

tg α = i

Elevação T

it

Área A o

it

W

θo

y/it

yo

Área A

y

θ

Seção AA

h

θo a

Seção BB

Figura 7.8 – Boca-de-lobo simples em ponto intermediário da sarjeta (DAEE/CETESB, 1986)

K = 0,23 e C pode ser calculado pela seguinte expressão: C=

0,45 1,12X . F

2

Onde: X = L / a × tg θ e F é o número de Froude cujo valor é:

Sendo: E = [Qo2 /(2 . g . A2)] + y Se L2 ≠ 4a e a ≠ b a equação de “X” se torna: X = L / a 1 × tg θ

BOCA-DE-LOBO

F2 = 2[(E / y) – 1]

Onde: a1 = (b – i . L 2) / (1 – 4 × i)

91

A equação de Q / L com K = 0,23, fica Q / L = (0,23 + C) × y × (g × y)½

(7.6)

O valor de y pode ser calculado por tentativas aplicando-se a expressão de Q / L a) boca-de-lobo simples sem depressão (a = 0) Nesse caso: C=0 y = yo tg θ = tg θo Os valores de K são funções de tg θo conforme segue: Quadro – Valores de K para a equação 7.7 tg θo

K

12

0,23

24

0,20

48

0,20

A equação de Q / L fica: Q / L = K × y o × ( g × y o) ½

(7.7)

2) Entrada pela grelha em ponto intermediário (greide contínuo) Para o estudo de grelhas instaladas em greide contínuo, adota-se o método de denominado The Design of Storm Water Inlets, que consolida os estudos feitos pela Universidade Johns Hopkins (U.S.A.) e que é descrito no livro Drenagem Urbana – Manual de Projeto, 3a Edição, 1986, DAEE /

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CETESB, São Paulo, página 305. Como a descrição referenciada é longa, segue um exemplo, com figura e gráfico, para o caso do esgotamento da boca-de-lobo combinada e em greide contínuo. Na figura 7.9, está mostrada a configuração básica de sarjeta, guia e boca-de-lobo combinadas que foi considerada para gerar o gráfico da figura 7.10, para a declividade transversal de 1%. O coeficiente de rugosidade de Manning usado foi 0,016. Os valores do gráfico foram calculados pelo método da Universidade Johns Hopkins. Acima da linha tracejada, o gráfico fornece resultado parcial porque parte da água não é interceptada e passa sobre a grelha. Visando facilitar o trabalho de projetistas para obter a capacidade de boca-de-lobo nas aplicações práticas de estudos e projetos de microdrenagem, pode-se adotar os valores apresentados na Tabela 7.3, para faixa de alagamento de 1,67m, e na Tabela 7.4, para faixa de alagamento de 2,17m, para bocas-de-lobo em greide contínuo, os quais são adotados em Belo Horizonte /MG (SUDECAP – 2004).

92

As bocas-de-lobo estabelecidas em greide contínuo (intermediárias) serão locadas com auxílio das tabelas para determinação dos comprimentos úteis (Lu). O ideal, se possível, é que os espaçamentos sejam igualados a partir da primeira BL, de maneira a uniformizar as vazões dos escoamentos.

Planta 0.90m

0.60m

0.60m

A

0.60m

B

A

B

Q0

Guia

Sarjeta sem depressão it

5cm

5

Grelha

5

0.60m

Corte B - B

Corte A - A

Figura 7.9 – Boca-de-lobo combinada correspondente ao gráfico da figura 7.10

400 300

0

i=

0,1

100

5

i= 60

0,0

1

i=

50

0,0

Boca-de-lobo combinada 04

40

i

,0 =0

0.60m

θ

30

5cm W L a tg θ i

20

= 60cm = 90cm = 5cm =12 = 0.01

Nota Acima da linha tracejada L > 90cm deve-se considerar o valor de a.

10 10

20

30

40

50

100

200

300

400 500

Q = vazão na sarjeta (l/s)

1000

BOCA-DE-LOBO

Q = vazão esgotada (l/s)

200

Figura 7.10 – Gráfico para obter a capacidade da boca-de-lobo da Figura 7.9

93

Qo (l/s)

12,7 18,0 20,1 22,0 25,4 28,4 34,8 40,2 45,0 49,3 53,2 56,9 63,6 69,7 75,3 80,4 85,3 89,9 94,3 98,5 102,6 106,4 110,2 113,8 117,3 120,7 124,0 127,2 130,3 133,4 136,4 139,3 142,2 145,0 147,8 150,5 153,2 155,8

0,002 0,004 0,005 0,006 0,008 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 0,110 0,120 0,130 0,140 0,150 0,160 0,170 0,180 0,190 0,200 0,210 0,220 0,230 0,240 0,250 0,260 0,270 0,280 0,290 0,300

0,30 0,43 0,48 0,53 0,61 0,68 0,83 0,96 1,08 1,18 1,27 1,36 1,52 1,67 1,80 1,93 2,04 2,15 2,26 2,36 2,46 2,55 2,64 2,73 2,81 2,89 2,97 3,05 3,12 3,20 3,27 3,34 3,41 3,47 3,54 3,61 3,67 3,73

Vo (m/s)

BLS Q (l/s) 12,7 17,8 19,3 20,7 23,1 25,2 29,7 33,5 36,9 39,9 42,7 45,3 50,1 54,4 58,3 62,0 65,4 68,7 71,8 74,7 77,6 80,3 83,0 85,5 88,0 90,4 92,7 95,0 97,2 99,4 101,5 103,6 105,6 107,6 109,6 111,5 113,4 115,2

SARJETA A BLD Q (l/s) 12,7 18,0 20,1 22,0 25,4 28,4 34,8 38,7 42,0 45,1 47,9 50,4 55,2 59,5 63,4 67,1 70,5 73,8 76,9 79,9 82,7 85,5 88,1 90,6 93,1 95,5 97,9 100,1 102,4 104,5 106,6 108,7 110,7 112,7 114,7 116,6 118,5 120,3 24,8 35,0 39,2 42,9 49,5 55,4 67,8 78,3 87,6 95,9 103,6 110,8 123,8 135,6 146,5 156,6 166,1 175,1 183,7 191,8 199,7 207,2 214,5 221,5

Qo (l/s) 0,44 0,62 0,69 0,76 0,87 0,98 1,20 1,38 1,54 1,69 1,83 1,95 2,18 2,39 2,58 2,76 2,93 3,09 3,24 3,38 3,52 3,65 3,78 3,90

Vo (m/s)

BLS Q (l/s) 24,5 32,6 35,8 38,8 44,0 48,5 58,3 66,5 73,8 80,3 86,4 92,0 102,2 111,5 120,0 127,9 *120,7 *96,6 *77,6 *62,1 0,0 0,0 0,0 0,0

SARJETA B

38,3 54,1 60,5 66,3 76,6 85,6 104,8 121,0 135,3 148,3 160,1 171,2 191,4 209,7 226,5 242,1 256,8 270,7

Qo (l/s) 0,55 0,78 0,87 0,96 1,11 1,24 1,51 1,75 1,95 2,14 2,31 2,47 2,76 3,03 3,27 3,50 3,71 3,91

BLS Q (l/s) 36,6 49,7 54,9 59,7 68,1 75,6 91,4 104,8 116,5 127,1 136,9 *120,0 *75,1 *47,0 *27,7 *13,6 *2,7 0,0

SARJETA C Vo (m/s)

*Adotar boca-de-lobo dupla

BLD Q (l/s) 24,8 35,0 39,2 42,9 49,1 53,7 63,4 71,7 78,9 85,5 91,5 97,1 107,3 116,6 125,1 133,1 140,5 147,6 154,3 160,7 166,8 172,7 178,4 183,9

Tabela 7.3 – Capacidade das BL para greide contínuo – Faixa de alagamento de 1,67m

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Declividade (m/m)

94 BLD Q (l/s) 38,3 54,1 60,1 64,8 73,3 80,7 96,5 109,9 121,6 132,3 142,1 151,2 167,8 182,8 196,6 209,5 221,6 233,0

25,4 36,0 40,2 44,0 50,9 56,9 69,6 80,4 89,9 98,5 106,4 113,7 127,2 139,3 150,5 160,8 170,6 179,8 188,6 197,0 205,0 212,8 220,2 227,5 234,5 241,3 247,9 254,3 260,6 266,7 272,7 278,6

BOCA-DE-LOBO

0,002 0,004 0,005 0,006 0,008 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 0,110 0,120 0,130 0,140 0,150 0,160 0,170 0,180 0,190 0,200 0,210 0,220 0,230 0,240

0,36 0,51 0,57 0,62 0,72 0,81 0,99 1,14 1,27 1,40 1,51 1,61 1,80 1,98 2,13 2,28 2,42 2,55 2,67 2,79 2,91 3,02 3,12 3,23 3,32 3,42 3,51 3,61 3,69 3,78 3,87 3,95

BLS Q (l/s) 25,2 34,8 38,4 41,5 47,2 52,1 62,7 71,6 79,4 86,5 93,0 99,1 110,2 120,2 129,4 138,0 146,1 153,7 161,0 167,9 174,5 180,9 187,1 193,1 198,9 204,5 209,9 215,3 220,5 225,5 230,5 235,3

BLD Q (l/s) 25,4 36,0 40,2 44,0 50,9 56,9 67,8 76,7 84,6 91,6 98,2 104,2 115,3 125,4 134,6 143,2 151,2 158,8 166,1 173,0 179,7 186,1 192,2 198,2 204,0 209,6 215,1 220,4 225,6 230,7 235,6 240,5 39,4 55,8 62,4 68,3 78,9 88,2 108,0 124,7 139,5 152,8 165,0 176,4 197,2 216,0 233,4 249,5 264,6 278,9 292,5 305,5 318,0 330,0 341,6

Qo (l/s) 0,46 0,65 0,73 0,80 0,92 1,03 1,26 1,46 1,63 1,79 1,93 2,07 2,31 2,53 2,73 2,92 3,10 3,27 3,42 3,58 3,72 3,86 4,00

Vo (m/s)

BLS Q (l/s) 36,7 48,2 52,9 57,1 64,6 71,1 85,2 97,0 107,4 116,8 125,5 133,5 148,2 161,6 *158,0 *113,8 *80,6 *54,5 *33,6 *16,3 *1,6 0,0 0,0

SARJETA B

54,0 76,3 85,3 93,5 108,0 120,7 147,8 170,7 190,8 209,0 225,8 241,4 269,9 295,6 319,3 341,4 362,1 381,7

Qo (l/s) 0,55 0,78 0,87 0,95 1,10 1,23 1,51 1,74 1,95 2,13 2,30 2,46 2,75 3,02 3,26 3,48 3,69 3,89

BLS Q (l/s) 49,0 65,6 72,3 78,4 89,2 98,7 118,9 135,9 150,9 164,5 *163,4 *120,9 *64,2 *27,9 *2,3 0,0 0,0 0,0

SARJETA C Vo (m/s)

*Adotar boca-de-lobo dupla

BLD Q (l/s) 39,4 55,8 61,6 65,8 73,3 79,9 93,9 105,7 116,1 125,6 134,2 142,3 157,0 170,3 182,6 194,0 204,7 214,8 224,4 233,6 242,4 250,9 259,1

Tabela 7.4 – Capacidade das BL para greide contínuo – Faixa de alagamento de 2,17m

SARJETA A

Vo (m/s)

Qo (l/s)

Declividade (m/m)

95

BLD Q (l/s) 54,0 74,4 81,1 87,1 97,9 107,4 127,6 144,7 159,7 173,2 185,7 197,3 218,5 237,7 255,4 271,8 287,2 301,8

7.4 LOCAÇÃO DA PRIMEIRA BOCA-DE-LOBO A primeira boca-de-lobo é locada a partir do divisor de águas até a seção da sarjeta onde o alagamento atinge o limite (2,17m). Para o cálculo do comprimento da sarjeta, chamado de comprimento útil (Lu), aplica-se a seguinte fórmula:

Q Lu = qs

(7.8)

Onde: Lu = comprimento útil (m) Qs = capacidade de escoamento na sarjeta (l/s) q = vazão específica da via (l/s/m)

7.5 REDUÇÃO DA CAPACIDADE DAS BOCAS-DE-LOBO A capacidade das bocas-de-lobo pode vir a ser menor que a calculada em virtude de: – obstrução por detritos carreados pelas águas; – irregularidades nos pavimentos das ruas, junto às sarjetas e bocas-de-lobo; – metodologia de cálculo que nem sempre corresponde exatamente à realidade. Levando em conta essas possibilidades, é conveniente aplicar um coeficiente de redução aos valores teóricos obtidos, podendo-se adotar os que são mostrados na tabela 7.5. Q admissível = F × Q teórica

(Eq. 7.9)

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Tabela 7.5 – Fatores de redução da capacidade das boca-de-lobo (F)

96

Localização da sarjeta Ponto Baixo

Greide Contínuo

Tipo de BL

F (%)

cantoneira

80

com grelha

50

combinada

65

cantoneira

80

com grelha longitudinal

60

combinada

66

8

Galerias

As galerias constituem-se nos elementos de drenagem que permitem o escoamento das águas captadas pelas bocas-de-lobo e caixas de ralo, sendo constituídas por estruturas fechadas (tubulares ou celulares) que permitem a condução do fluxo d’água até um deságüe adequado. Na Figura 8.1, está apresentada a configuração básica de um sistema de drenagem urbana, onde está mostrado o uso de sarjeta, boca-de-lobo, poço de vista, caixa de ligação e finalmente a galeria pluvial, elemento utilizado para dar destino final às águas captadas e escoadas pelo referido sistema.

e c

a b

a e

d

g

f

c

c

a

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

a b c d e f g

c

d

e

Legenda

c

a

frente dos lotes guia e sarjeta boca-de-lobo conduto de ligação galeria pluvial poço de visita caixa de ligação sentido de escoamento

Figura 8.1 – Partes constitutivas de um sistema de galerias

Na Figura 8.2, está mostrada uma seção transversal onde é apresentada a forma adequada de captação e escoamento de águas de uma via urbana. Calçada

Boca-de-lobo

Guia

Rua

N.A.

N.A. N.A. Sarjeta N.A.

98

– – – – – – –

Conduto de ligação (conexão)

Poço de visita Galeria

Figura 8.2 – Esquema de um corte transversal típico – sem escala

Calçada

8.1 CRITÉRIOS PARA O PROJETO DE GALERIA DE ÁGUAS PLUVIAIS Para que o sistema de galerias, a ser projetado, funcione de forma a não provocar transtornos à população que utiliza as vias, deve-se observar os seguintes critérios: 1) O escoamento é calculado como conduto livre considerado como permanente e uniforme em cada trecho da galeria; 2) As dimensões da galeria não devem decrescer na direção de jusante; 3) A rede tubular deve, preferencialmente, ser locada no eixo da pista. Para avenidas que disponham ou venham a ser projetadas com canteiro central, deve-se locar esse sistema nessa região da via; e 4) Valores limites. a) Medidas internas No caso de seção circular, os condutos devem manter seu diâmetro. Se retangulares, podem variar com abertura de janelas para equilíbrio das alturas de lâmina d’água, com espaçamento máximo de 50 metros. As aberturas são desaconselháveis em áreas urbanas. Na Tabela 8.1, estão apresentadas as dimensões recomendadas para galerias em vias urbanas, levando-se em conta aspectos construtivos e também as necessidades de conservação para que o sistema funcione a contento ao longo de sua vida útil.

Tabela 8.1 – Medidas limites de seções de galerias Tipo de Seção Circular

Emprego Tronco Ramal Única boca-de-lobo

Celular

Tronco

Parâmetro Diâmetro Base Altura

Mínimo (cm) 100 50 40

Máximo (cm) 200 120 40

120

300

b) Velocidade admissível A velocidade é um elemento fundamental na definição da galeria a ser projetada ou verificada hidraulicamente. Se, em função de inclinações longitudinais ou dimensões, a galeria apresentar valores de velocidade baixa, poderá ocorrer o assoreamento ao longo de sua extensão, implicando muitas vezes no entupimento da mesma. Para evitar esse problema, há de se ampliar o número de inspeções e ultrapassa o limite máximo recomendado para os materiais previstos para confecção da galeria, é adequado que sejam revistos os valores da inclinação longitudinal ou dimensões de forma a evitar que seja ultrapassado o limite fixado. Esse procedimento evitará o surgimento de fenômenos erosivos no

GALERIAS

trabalhos de conservação para mantê-la em pleno funcionamento. Em contrapartida, se a velocidade

interior da galeria pluvial, mantendo o tempo de vida útil do dispositivo e evitando ações freqüentes de manutenção que, normalmente, são de difícil execução e onerosas. Cabe citar que, no caso de dimensões inferiores a 120cm o reparo, dependendo da extensão, é praticamente impossível. Na Tabela 8.2, são apresentados valores limites de velocidade (máximos e mínimos) que servem como norteadores quando da elaboração e verificações hidráulicas de galerias existentes ou projetadas.

99

Tabela 8.2 – Velocidades limites de galerias Velocidade (m / s)

Material

Máxima celulares

Galerias de concreto

tubulares

Galerias de PVC helicoidal tubular

Mínima

5,0

φ < 1,2m (*)

6,0

φ ≥ 1,2m (*)

4,5

0,75

(*) Conforme recomendação de fabricantes

c) Declividade A definição da declividade da galeria muitas vezes depende do projetista da drenagem e do responsável pelo projeto geométrico da via. Diante disto, é fundamental que haja um trabalho de equipe que leve à solução técnica e economicamente adequada para o projeto como um todo. A partir dos levantamentos topográficos e do projeto de urbanização, serão definidas as declividades do arruamento. A princípio, a inclinação longitudinal da galeria deve seguir a prevista para o arruamento, isto é, obedecer a inclinação do greide. Porém, em função, principalmente, de cotas de deságüe e velocidade, por vezes, esses valores precisam ser alterados e adequados, fazendo com isto, que a galeria tenha inclinação própria. Para determinar a declividade de um coletor, deve-se considerar a diferença de cotas entre o ponto de entrada da água e ponto onde deságua: nível d’água no rio, canal ou um PV. Em seguida mede-se o comprimento “L”. O coletor de lançamento deve ter sua geratriz inferior acima do nível da água a jusante. Cabe citar que nem sempre isso permite garantir a declividade necessária (Figura 8.3). A declividade é determinada por i = ∆H/L, sendo ∆H o desnível conforme mostrado na Figura 8.3.

Rec

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Cota do terreno

Cota da geratriz superior

D Desnível H

Coletor

Nível d’água

L Rec. – recobrimento D – diâmetro interno

Figura 8.3 – Determinação da declividade de um coletor

Por vezes, é conveniente usar galeria de menor dimensão empregando declividade maior que aquela do terreno ou greide da via, pelo fato de que a redução das dimensões do tubo pode

100

ser mais econômica a despeito de um possível aumento da escavação. Na Tabela 8.3, são apresentadas declividades recomendadas para o projeto de galerias. Lembrar que as mesmas podem ser alteradas ou adequadas em função da velocidade do fluxo e da cota de deságüe.

Tabela 8.3 – Declividades recomendadas para galerias Declividade

Valor (%)

Mais econômica

A do terreno ou do greide da via

Normal

0,3 < i < 4

Mínima da boca coletora ao PV

1 (um)

d) Lâmina d’água O limite de ocupação da galeria pelo fluxo a escoar permite ter a certeza que o dispositivo funcionará dentro do que foi projetado. Com o objetivo de orientar os projetistas, na Tabela 8.4 são apresentados os limites de lâmina d’água para os condutos.

Tabela 8.4 – Limites para lâminas d’água Tipo de Seção

Máxima

Mínima

Circular

0,85 × D

0,2 × D

Celular

0,9 × altura (H)

0,2 × altura (H)

e) Recobrimento Com objetivo de proteger a galeria, evitando que a mesma seja submetida a esforços não recomendados para a sua estrutura, deve-se ter acima da mesma uma camada de proteção, chamada de recobrimento. Recobrimento de uma galeria é a distância vertical entre o greide da via e a geratriz superior do coletor, desprezando-se a espessura da galeria no cálculo do recobrimento (Figura 8.4). Ct

Figura 8.4 – Exemplo de recobrimento de uma galeria Recobrimento

Ct – cota de topo

Enchimento

Na Tabela 8.5 são apresentados valores mínimos de recobrimento para diferentes materiais e

Tabela 8.5 – Valores mínimos de recobrimento Material

Recobrimento (m)

tubos de concreto simples

0,8

galerias celulares em concreto armado

0,8

D = 40 cm

0,6

D > 40cm

0,6 + [ (DN - 0,4) / 0,1] × 0,05

tubos de concreto armado

tubos de PVC helicoidal

conforme fabricante

GALERIAS

dimensões das galerias.

101

f) Espaçamento máximo entre dois poços de visita O espaçamento máximo entre poços de vista deve levar em conta os aspectos hidráulicos, construtivos, de conservação e de traçado da rede de galerias. O espaçamento elevado dificulta a conservação das galerias. Isto ocorre apesar do desenvolvimento tecnológico dos equipamentos para limpeza dos dispositivos de drenagem. Cabe citar que alguns desses equipamentos não estão ao alcance financeiro de todas as prefeituras. O maior espaçamento entre poços de visita, desde que hidraulicamente correto, reduz o custo de implantação, porém poderá causar transtornos ao longo da vida útil da galeria. Isto ocorre em função da dificuldade de mantê-la funcionando com toda sua capacidade hidráulica prevista. Alguns autores indicam espaçamentos entre PVs até da ordem de 200 metros, mas neste manual os valores recomendados são os apresentados na Tabela 8.6.

Tabela 8.6 – Espaçamento máximo entre PVs1 D (cm)

Espaçamento Máximo (m)

≤ 80

60

> 80

100

g) Número de conexões No tocante às conexões os poços de visita e caixas de passagem não devem receber mais que 4 (quatro) condutos de ligação. h) Degraus em poços de visita É adequado que em cada poço de visita haja um degrau mínimo (queda) de 0,1m. Esta indicação, apesar de ser boa do ponto de vista hidráulico, nem sempre é possível de ser prevista. Isto ocorre em função

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

das baixas inclinações das galerias em locais planos e de limitações na cota de deságüe (Figura 8.5).

Figura 8.5 – Exemplo de PV com degrau

PV

CE

Queda

(Cota de entrada do PV)

CF

(Cota de saída do PV ou cota de fundo)

5) Na junção de galerias de dimensões diferentes, o ideal é que as geratrizes superiores tenham a mesma cota. Na Figura 8.6, está ilustrado o encontro entre duas galerias sem o uso de PVs. Entretanto, cabe citar que a situação ideal é a junção de duas galerias com o uso de um PV. O PV serve também como elemento para mudança de diâmetro de dois coletores ou para permitir a

102 1

A adoção desses valores levou em conta conhecimentos teóricos e informações práticas, sendo estas decorrentes do contato com equipes de projeto/conservação em prefeituras e empresas que atuam em serviços de conservação de sistemas de galerias.

alteração de declividade. É recomendado que as cotas das geratrizes superiores dos coletores sejam as mesmas.

Recobrimento

Figura 8.6 – Ligação de coletores de diâmetros diferentes

6) Cota do Fundo do PV Na Figura 8.7, está mostrada esquematicamente a forma de determinar-se a cota de fundo do primeiro poço de visita do sistema de galeria pluvial que é calculada pela expressão seguinte. • Primeiro poço a montante Cf ≅ Ct – (Rec. +D)

(8.1)

Rec

Ct

Figura 8.7 – Ilustração da determinação Cf

D

da cota de fundo do PV

• Demais poços A determinação da cota de fundo dos demais poços de visita está apresentada na Figura 8.8, onde se mostra a obtenção do desnível e da distância entre dois PVs. PV ΔH

PV montante

C L

Cf = Cf poço anterior – ∆H

(8.2)

GALERIAS

Figura 8.8 – Medida do desnível (∆H) entre dois PVs

O desnível ∆H é a diferença de cotas ou desnível vertical entre as geratrizes superiores do coletor no PV de montante e no PV considerado. Seu valor é obtido multiplicando-se a distância (em m)

103

entre os dois poços pela declividade “i” (em m/m).

∆H = L . i

(8.3)

7) Nível d’água na galeria A cota do nível d’água no interior da galeria, quer seja a montante ou jusante, se obtém somandose à cota de fundo o valor do tirante “y”. Esta cota é determinada na entrada e saída da galeria no PV. Nível d’água = Cf + y

(8.4)

8) Os remansos não devem ser admitidos no interior das galerias. A seguir, na Figura 8.9, são apresentadas algumas soluções para prevenir a possibilidade dessa ocorrência.

(a)

Q h2

h1

I = Cte

PROBLEMA (a) O remanso pode ocasionar V1 < 0,75 m/s ou

(b)

encher o tubo h/D > 0,85, passando o escoamento

Q

de conduto livre para conduto forçado.

h1

h2

I = Cte

POSSÍVEIS SOLUÇÕES (b) mesmo nível de energia (esta é a melhor solução para evitar remanso, ressalto e turbilhonamento,

(c)

com um degrau na entrada do P.V.).

Q

(c) aumento de diâmetro (os tubos deverão ser

h1

h2

f2 > f1

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

(d)

alinhados pela geratriz superior) (d) aumento da declividade a jusante

Q

h1

I2 > I1

h2

Figura 8.9 – Soluções para remanso em galerias

8.2 DIMENSIONAMENTO Tendo em vista que uma galeria é dimensionada como conduto livre (canal) e em regime permanente e uniforme, são empregadas a equação da continuidade e a fórmula de chezy com o coeficiente de Manning, tal como no dimensionamento de canais.

8.2.1 Parâmetros hidráulicos das seções tubulares

104

Os valores necessários ao projeto estão ligados ao nível de enchimento do conduto. Os cálculos e fórmulas são simplificados ao se utilizar o ângulo “θ”, conforme ilustrado na Figura 8.10, como parâmetro de enchimento.

T NA

y

D

Figura 8.10 – Parametrização da seção q

O ângulo “θ” será sempre expresso em radianos (rad) nas fórmulas utilizadas e mostradas a seguir. Área molhada: Cos (θ / 2) = 1 - (2 y / D)

(8.5)

Área molhada: AH = [(θ - sen θ) / 8] + D2

(8.6)

Perímetro molhado: PH = (θ / 2) D

(8.7)

Raio hidráulico: RH = D (θ - sen θ) / 4θ

(8.8)

Largura da superfície livre do fluxo: T = D sen (θ / 2)

(8.9)

Profundidade hidráulica: y = A / T = D (θ - sen θ) / [8 sen (θ / 2)]

(8.10)

8.2.2 Parâmetros hidráulicos de seção celular Na Figura 8.11, estão indicados os elementos para cálculo dos parâmetros hidráulicos de uma seção celular retangular.

B

Figura 8.11 – Dimensões características

GALERIAS

AH

y

H

NA

da seção retangular

Área molhada: AH = B.y

(8.11)

105

Perímetro molhado: PH = B + 2.y

(8.12)

Raio hidráulico: RH = (B.y) / (B + 2y)

(8.13)

Largura da superfície do fluxo: T=B

(8.14)

Profundidade hidráulica: y=A/T

(8.15)

8.3 EQUAÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO NO REGIME SUPERCRÍTICO Para uma dada seção hidráulica, se o tirante d’água (y) for menor que o crítico (yc) ou a declividade maior que a crítica, o fluxo está ocorrendo no regime supercrítico (turbulento, torrencial ou rápido)

y

caso contrário, estará no subcrítico.

D

Figura 8.12 – Indicação de tirante d’água

Se houver um caso excepcional e for necessário dimensionar no regime supercrítico, utilizam-se as equações do regime crítico. Considera-se que, dentro do duto, na boca de montante, o fluxo está passando do regime subcrítico para o supercrítico através do crítico, que é uma situação bem característica e conveniente para dimensionar o supercrítico, já que este regime ocorre logo após o outro e está conduzindo a mesma água numa área molhada menor. Nesse caso, tem-se que ter

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

cuidado especial com a velocidade que ocorre dentro da galeria e no retorno ao terreno, na boca final de jusante. Uma solução é aplicar a fórmula de Bernoulli que, para este caso, se torna: 2

Vjusante = (V

montante + 2 x g x ∆H

) 0,5

(8.16)

Onde: Vjusante = velocidade d’água no deságüe a jusante Vmontante = velocidade d’água no PV de montante

∆H = desnível da galeria entre os dois pontos g = aceleração da gravidade (g=9,81m/s2) Para dimensionamento das seções tubulares, arbitra-se que a altura que representa a energia

106

especificada do fluxo crítico seja a altura da galeria sem carga hidráulica a montante. Assim: EC = D

(8.17)

Como: 3 y 2 C

EC =

(8.18)

e yc = D (θ - sen θ) / (8 sen θ / 2)

(8.19)

Chega-se a:

θC = 4,0335 rd

(8.20)

e a um tirante crítico: yc = 0,716 D

(8.21)

Que permite calcular as seguintes características: Vazão crítica:

Qc = 1,533 D5/2

Velocidade crítica:

vc = 2,56 D1/2 2

Declividade crítica:

ic = 32,82 n / D

1/3

em (m3/s)

(8.22)

em (m/s)

(8.23)

em (m/m)

(8.24)

No caso de seção celular, considera-se que a altura representativa da energia específica do fluxo crítico seja igual à altura da célula: Ec = H

(8.25)

Como EC =

3 3 y ⇒ H= y 2 C 2 C

(8.26)

2 H 3

(8.27)

Sendo yc =

Chega-se às seguintes expressões: Qc = 1,705 B H3/2

Vazão crítica:

1/2

Velocidade crítica:

vc = 2,56 H

Declividade crítica:

ic = 2,6 n2 / D1/3 (3 + 4H/B)4/3

em (m3/s)

(8.28)

em (m/s)

(8.29)

em (m/m)

(8.30)

8.4.1 Seções tubulares O dimensionamento dos coletores, ramais e troncos de uma galeria é normalmente realizado no

GALERIAS

8.4 DIMENSIONAMENTO NO REGIME SUBCRÍTICO

regime subcrítico. Usando o que já foi exposto (equação da continuidade, Manning, expressões parametrizadas etc.), obtêm-se as seguintes equações gerais do fluxo: Velocidade:

V = [ (θ - senθ) /4θ] 2/3 D2/3 i 1/2/n

em (m/s)

(8.31)

Vazão:

Q = (1/16) [(θ - senθ)5 / 2θ2] 1/3 D8/3 i 1/2/n

em (m3/s)

(8.32)

107

Como se pode observar, V e Q são expressos em função do ângulo θ que por sua vez está ligado ao tirante y e ao diâmetro D pela equação: Cos θ = 1 - 2y 2 D

(8.33)

θ = 2 arc cos [1- (2 y / D)]

(8.34)

ou

Como θ está ligado a D, é possível montar tabelas em função da razão y / D.

8.4.2 Seções celulares Semelhante aos tubulares, obtém-se também as equações do fluxo para os celulares, como mostrado nas próximas expressões: Velocidade:

V = [B.y / (B + 2y)]2/3 x i1/2 / n

em (m/s)

(8.35)

Vazão:

Q = [(B.y)5 / (B + 2y)2 ]1/3 x i1/2 / n

em (m3/s)

(8.36)

Nos dutos celulares há três grandezas a considerar: a largura B, o tirante y e a altura H. Para se obter uma solução, costuma-se fixar B para se determinar y. H é uma conseqüência de y devido à folga, altura livre, entre a lâmina d'água e a laje superior da galeria: H = y / 0,9

(8.37)

Como se tem muitas indeterminações na prática, resolve-se fixando-se o valor de B, variando de 1,00m a 3,00m, com intervalos de 0,50m e y variando de 0,20m até 3,00m. Para cada valor de B constrói-se uma curva em função de y.

8.4.3 Roteiro para dimensionamento MANUAL DE DRENAGEM URBANA

São necessários os seguintes dados: 1) O valor da vazão de projeto a drenar calculada nos estudos hidrológicos; 2) O valor de i é obtido através da definição da posição da galeria no perfil longitudinal e greide da via. 3) O valor de n (coeficiente de Manning) é conhecido pela natureza do material do qual será executada a galeria. Seqüência: a) admite-se y / D = 0,9; b) com o valor de y / D, calcula-se Q e V ou se consultam as tabelas previamente elaboradas. c) comparam-se: – O diâmetro calculado com os comercialmente disponíveis, adotando-se o de menor

108

perímetro molhado que atenda à vazão requerida. – A velocidade de escoamento com os valores mínimo e máximo aceitáveis, função da sedimentação das partículas em suspensão e da erosão das paredes dos dutos.

A

A

A

2

3

4

15,73

16,23

16,63

0,4

0,5

0,4 1,3

0,9

0,5

(ha)

Área Total

– Cota de saída (fundo)

– Cota de entrada

0,4

0,4

r

(ha)

0,4

Coef. Imperm

Área

0,96

1

1

13,3

12,7

12

Tempo Coef. Distri- Concenbuição tração (min) Cd Defl.

85

87

90

0,3

0,3

0,3

(mm/h) Ce

Intenc. Pluv.

27,4

29

37,1

93,5

66,1

37,1

0,01

0,01

0,01

0,4

0,3

0,3

(m/s)

0,221

0,198

1,48

1,35

0,138 0,147 1,18

(m)

63

50

50

(m)

(m)

(m)

(m/m)

(l/s) (l/s)

Diâ- Normal Crítica Velo- Exten y yc cidade são metro

água)

vidade

( altura

Tirante

GALERIA DE JUSANTE

Local

Deflúvio a Coef. Defluv. Escoar Decli-

Contribuição Local

DEFLÚVIO A ESCOAR PARA JUSANTE

Bacia Local

GALERIAS

CF

CE

14,67

15,17

15,62 15,22

15,68

16,08

17,03

A

1

Fundo

Cotas

PV Rua Terreno

Local

POÇO DE VISITA

Tabela 8.7 – Um modelo de tabela para cálculo de coletores de águas pluviais

(min)

0,71

0,62

0,71

Tempo de percurso

d) Se os valores acima são aceitáveis o dimensionamento está concluído senão faz-se nova tentativa com outra relação y / D, alterando o diâmetro do coletor e procurando-se

aumentar ou reduzir a velocidade.

e) Na Tabela 8.7 está mostrado um exemplo de cálculo de coletores de drenagem.

109

9

Reservatórios Este capítulo trata de diversas formas de reduzir ou retardar o deflúvio direto. Ele apresenta objetivos, características, elementos de projeto e de dimensionamento hidráulico de inúmeros tipos de reservatórios, naturais e artificiais. Tais dispositivos são indicados como drenagem compensatória aos efeitos danosos causados pela crescente impermeabilização das bacias hidrográficas, pela canalização de córregos e rios e pelo aumento de obras de microdrenagem, que têm tido como objetivo principal esgotar as vazões das chuvas mais freqüentes, fazendo com que as águas alcancem de forma mais rápida a macrodrenagem interferindo de forma inadequada com esta. O armazenamento temporário das águas pluviais amortece as cheias, concilia as efluências com a capacidade da macrodrenagem e da microdrenagem a jusante e reduz o custo global das obras de drenagem.

9.1 FORMAS DE REDUZIR CHEIAS Algumas formas de reduzir o deflúvio superficial direto e uma classificação dos tipos de reservatórios estão descritos na Tabela 9.1. Ela é uma adaptação de trabalho do “Soil Conservation Service (SCS)” dos Estados Unidos gerada a partir de tabelas de “Gert Aron da Universidade de Pennsylvania”.

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Tabela 9.1 – Tipos de reservatórios e tempo de armazenamento Tipo

Tempo de armazenamento / características

Condução

Curtíssimo. É realizado enquanto a água está sendo conduzida. Resultado de aumento no tempo de concentração e da armazenagem dos condutores (aumento de seção e meandros de rios) e reservatórios (várzeas) naturais.

Detenção

Curto. Vazão de saída no entorno de 1/3 do valor de entrada. Esvazia em menos de um dia. Eficiente para pequenos cursos d’água.

Retenção

Maior que o de detenção. Possibilidade de pleno controle.

Infiltração

Depende da capacidade de absorção do solo e de haver situação que a favoreça. A saída é baseada na perda para o lençol freático.

Na figura 9.1, está mostrada uma solução de redução de enchente que vem sendo adotada nas grandes cidades que utilizam grandes reservatórios artificiais, os chamados “piscinões”.

110

Uma outra classificação de reservatório, em relação à participação da calha do rio, é denominada: • in stream: reservatório se dá no rio (barragens) • off stream: ocorre fora do rio (“piscinão”)

Figura 9.1 – Piscinão TM-7 / Canarinho – São Paulo (DAEE /SP)

Na Tabela 9.2, são apresentadas formas de redução do deflúvio direto, bem como se mostra o resultado de sua implantação.

Tabela 9.2 – Formas de reduzir o deflúvio superficial direto APLICAÇÃO

1.1 Telhado de superfície rugosa e com baixa declividade.

a) Aumentar o tempo de concentração.

1.2 Cobertura ( laje) com jardim ou horta.

b) Estética c) Horta para a família ou funcionários.

1.3 Armazenamento em reservatório de lote, tanque ou chafariz.

d) Uso da água para: consumo, descarga de banheiro, lavagens (veículos, pisos), irrigação, proteção contra fogo e refrigeração.

2.1 Pavimento permeável: grama, concreto poroso, cascalho ou com furos.

e) Recarga lenta do lençol freático. f) Redução de custo do pavimento. g) Preservação da vegetação (árvores, arbustos e jardins).

2.2 Armazenamento em cisternas ou bacias temporárias.

h) Uso da água para: lavagem de pisos; irrigação; proteção contra fogo; processos industriais; e refrigeração.

3.1 Cisternas coletoras para grupo de casas.

d)

3.2 Calçadas permeáveis: grama, concreto poroso, cascalho ou com furos.

e), f) e g)

3.3 Praças, parques, jardins ou hortas públicas (exemplo: Teresina/PI).

b), c), e) e g)

3.4 Recarga do lençol subterrâneo: uso de dutos perfurados ou porosos; cascalhos (areia); valetas; poços secos; trincheiras, escoamento dirigido para depressões gramadas.

e) e g)

3.5 Vielas c/ áreas em cascalho ou concreto poroso.

e), f) e g)

4.1 Bacias de retenção ou detenção nos cursos d’água ou marginais ou em parques ( liberando pequenas descargas) .

i) Proteção à vida e aos bens; j) Estética, irrigação, recreação, piscicultura, uso de barcos de recreação e valorização das propriedades adjacentes.

4.2 Manutenção de meandros e de seção transversal de cursos de rios.

j) l) Aumento de área verde e integração paisagística, com valorização das regiões ribeirinhas.

4.3 Túnel de armazenamento.

m) Obra que preserva áreas superficiais valoradas e minora a interferência em áreas densamente povoadas.

Fonte: adaptação de trabalho do Soil Conservation Service dos Estados Unidos, a partir de tabelas de Gert Aron da Universidade de Pennsylvania.

RESERVATÓRIOS

Prediais

Macrodrenagem

Bairro

Pátios

Lotes e quadras

FORMAS DE REDUZIR O DEFLÚVIO SUPERFICIAL DIRETO

111

9.2 RESERVATÓRIOS ARTIFICIAIS Em função da forma como se realiza o amortecimento de cheia, do tempo de armazenamento e do grau de controle do fluxo efluente, um reservatório é denominado de detenção, retenção, infiltração e de condução. Um reservatório pode ser concebido para retornar a água à superfície, infiltrá-la no lençol freático ou ambos. Um reservatório que recebe, por exemplo, um fluxo afluente correspondente à vazão de cheia local igual a 100 m3/s; ao mesmo tempo retorna o efluente de 30 m3/s, isto caracteriza o amortecimento dessa cheia. Na Figura 9.2, a seguir, estão indicados esquemas que melhor elucidam o assunto.

(a)

(b)

(c)

Infiltração

Detenção

Retenção

Entrada

Entrada

Saída

Entrada Saída

Saída

Registro/ válvula

Lençol freático

Figura 9.2 – Tipos de reservatório: (a) infiltração; (b) detenção e (c) retenção

No reservatório de retenção, o eflúvio não ocorre durante a acumulação. Esse tipo de reservatório permanece sempre com água e por isso é chamado de “molhado”. Essa água pode ser aproveitada para irrigação, manutenção de vazão mínima no rio ou retornar naturalmente ao lençol freático e ao ar atmosférico. Nas Figuras 9.3, 9.4 e 9.5, estão apresentados esquematicamente exemplos de reservatórios sugeridos para conter as vazões afluentes minimizando seus possíveis efeitos de cheias.

Platô inferior Extravasador primário

Tela

Barragem

Platô superior Pequeno canal

Dispositivo longo de controle da detenção

Entrada

Extravasador de emergência

Corte Nível 10 anos

Tela

Nível 2 anos

Torre

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Planta

Colar antivazamento

Riprap proteção Material granular

112

Figura 9.3 – Reservatório de detenção (Adaptado de Schueler, 1987)

Figura 9.4 – Foto de reservatório de retenção (POMPÊO, 2007)

Reservatório

Canal

Vertedor

Retorno

Planta

Figura 9.5 – Esquema de um reservatório aberto

Seção transversal

9.2.1. Dimensionamento de reservatórios artificiais O controle do fluxo d’água num reservatório ocorre tanto na entrada como na saída e pode se dar por tempo e a vazão de descarga. No projeto de um reservatório, deve-se fazer a avaliação em relação a chuvas com tempo de recorrência de dois anos (ocupação do leito maior do rio) e verificado para aquelas de 25 anos (Estação de bombeamento). Para o cálculo do reservatório são necessários os seguintes dados de entrada:

RESERVATÓRIOS

gravidade ou por bombeamento. Os parâmetros de interesse para o amortecimento de cheias são: o

i) hidrograma afluente ao reservatório; ii) curva cota-volume do reservatório; e iii) equações de descargas dos elementos de extravasão da barragem.

113

1) Dedução das fórmulas de dimensionamento com controle na saída Na Figura 9.6, está apresentado o esquema de um reservatório, mostrando os elementos necessários para seu dimensionamento. Com base nesta figura, mostra-se a seguir os passos para obtenção dos elementos de projeto.

Vista frontal do vertedor

h2

h

h1 dh

Figura 9.6 – Elementos para dimensionamento de um reservatório de drenagem urbana

L

a) Cálculo da descarga de saída A descarga elementar que permite o dimensionamento de um reservatório resulta da seguinte expressão: dQ = Cd × L × dh × (2.g.h)1/2 onde: Cd = coeficiente de descarga A descarga do orifício é obtida integrando-se o limite entre h1 e h2 (carga em relação ao topo e a base do orifício). Assim se obtém a seguinte expressão: Q = 2/3 Cd × L × ( 2.g) 1/2 × (h23/2 - h13/2)

(9.1)

Considerando que S é a seção do orifício e substituindo L = S / (h2 – h1), obtém-se: (9.2)

Na Figura 9.7, está apresentada a situação de fluxo livre e de fluxo com carga a montante para um reservatório e sua forma de controle de saída.

h

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Q = 2/3 Cd × S × (2.g) 1/2 × (h23/2 - h13/2) / (h2 - h1 )

Controle de saída

a Fluxo livre

Fluxo com carga a montante

Figura 9.7 – Esquema de controle de saída em reservatórios artificiais de drenagem urbana

114

Q

Vazão efluente pelo orifício A vazão que flui pelo orifício de um reservatório possui a seguinte expressão: Q = Cd × S × [2 × g × (h – a)]1/2

(Válido para h > 4a)

(9.3)

Onde: Q = vazão (m3/s) Cd= coeficiente de descarga ( adimensional) S = área útil do orifício ou seção de escoamento (m2) g = aceleração da gravidade (9,81 m/s2) h = profundidade da água junto à saída (m) a = metade da altura do orifício (m) A Figura 9.8, apresenta as características de diferentes orifícos com seus respectivos coeficientes de descarga.

Cd = 0,6

Cd = 0,8

Cd = 0,8 - 0,95

Cd = 0,5 - 0,75

Figura 9.8 – Valores de coeficiente de descarga (Cd) para diferentes orifícios

b) Cálculo do tempo de esvaziamento do reservatório Para o cálculo do tempo em que um reservatório pode ser esvaziado, utiliza-se a fórmula seguinte:

∫

. C d.S. 2.g h

1

AR h

.dh

(9.4)

Sendo o reservatório um volume prismático ou de seção horizontal com área constante, resulta em:

t=

2.A R C d.S. 2.g

.

(h

2

)

− h1

(9.5)

RESERVATÓRIOS

t =-

h2

1

Onde: AR = área do reservatório – superfície (m2) S = área frontal do orifício (m2) t = tempo necessário para o esvaziamento (s)

115

2) Uso dos nomogramas de cálculo Quando h < 4a, utilizam-se os nomogramas das Figuras 9.9 e 9.10 em lugar das fórmulas apresentadas no subitem anterior.

4,00

3,00

30 2,50

116

1,00 0,90 0,80

0,70

0,60

0,50

6 5 4 3 2

0,30

Para usar a escala (2) ou (3), deslocar horizontalmente até a escala (1) e após, atravessar pelas escalas de “H” e “Q/b” ou seguir o caminho inverso

Ângulo de alargamento da ala Escala Alargamento HW/H da ala (1) (2) (3)

1 0,80 0,60 0,50 0,40 0,30

0,10 0,08 0,06 0,05 0,04

(1) 8 7 6 5

(2) 9 8 7 6 5

4

10 8

0,20

0,40

Célula 2m x 2m Q = 20m3/s 3 Q/b = 10m /s/m HW H Escala H (1) 1,75 3,5 (2) 1,90 3,8 (3) 2,06 4,1

Exemplo

Relação entre a vazão e a largura “Qb” em m3/s/m

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Altura da célula “H” em metros

1,50

20

Exemplo

30° a 75° 90° a 16° 0°

Profundidade da carga hidráulica a montante em termos de altura (HW/H)

70 60 50 40

3,50

3

(3) 10

4

8 7 6 5 4

3 3

2

2

2

1,50 1,5

1,5

1 0,9

1

1

0,7

0,7

0,6

0,6

0,5

0,5

0,4

0,4

0,35

0,35

0,8 0,7 0,6

0,5

0,4

0,3

Figura 9.9 – Nomograma para orifício retangular com h < 4a

300

4,00

200

3,50

100 80 60 50 40 30

3,00 2,50

(1)

Exemplo Tubo D = 2m Q = 16,5 m3/s HW Escala D (1) 2,5 (2) 2,1 (3) 2,2

5,0 4,2 4,3

20

Vazão (Q)m3/s

Diâmetro do tubo (D) em metros

10 8 6 5 4 3 2

1,00 0,90 0,80 0,70

1 0,8 0,6 0,5 0,4

0,3

0,60

0,2

0,50

0,1 0,08 0,06 0,05 0,04

0,40

0,03 0,30

Escala HW/H (1) (2) (3)

(3) 5

6 5

5

4

4

4

3

6 HW

2,00

1,50

(2) 6

Tipo de entrada Quadrada com muro testa Ranhurada com muro testa Ranhurada e saliente

Para usar a escala (2) ou (3), deslocar horizontalmente até a escala (1) e após, atravessar pelas escalas de “D” e “Q” ou seguir o caminho inverso

Profundidade da carga hidráulica a montante, em diâmetros (HW/D)

4,50

3

3 2

2

2 1,5

1,5

1

1

0,9

0,9

0,8

0,8

1,5

1 0,9 0,8

0,7 0,7

0,6

0,5

0,7

0,6

0,6

0,5

0,5

0,02

3) Equações de descarga para diferentes tipos de vertedores Apresentam-se na Tabela 9.3 as expressões das descargas para diferentes tipos de vertedores de um reservatório de drenagem urbana.

RESERVATÓRIOS

Figura 9.10 – Nomograma para orifício circular com h < 4a

117

Tabela 9.3 – Equações da curva de descarga de diferentes vertedores Vertedor

Fórmula

Soleira livre

Q = Cd × L × h23/2

Com comporta

Q = 2/3 × (2g × Cd × L) × [h2

Tulipa

Q = C o . ( 2 . π . R S) h

(9.6) 3/2

3/2

– h1 ]

(9.7)

3/2

(9.8)

1/2

Bueiro

Q = Cd . W. D ( 2 . g . h)

(9.9)

Onde: Q = vazão de descarga (m3/s); Cd = coeficiente de descarga (adimensional) ; L = largura da crista do vertedor (m); h2 = carga total referente à crista do vertedor (m); h1 = carga total referente ao topo da abertura (m); C0 = coeficiente que relaciona h2 e RS (adimensional) Rs = raio de abertura do vertedor (m); D = altura da abertura (m); W = largura da embocadura (m). g = 9,81 m/s2 4) Algoritmo de cálculo para reservatórios Dada a equação seguinte (9.10):

Qe1 + Qe2 Q Q .Δt + v1 − S1 .Δt = v2 + S2 .Δt 2 2 2

(9.10)

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Reordenando, os termos tem-se:

Q e1 + Q e2 +

(9.11)

Na Tabela 9.4, apresenta-se o algoritmo de cálculo para reservatórios, segundo a metodologia citada.

Tabela 9.4 – Tabela do algoritmo de cálculo de reservatórios de drenagem urbana Interação

Qe1

Qe2

V1/(∆t/2)

QS1

NA2

QS2

V2/(∆t/2)

NA2calc

1

60

84

157778

0,00

200,00

0,00

157922

200,09

200,09

1,02

157921

200,09

200,09

1,02

158153

200,24

200,24

4,43

158150

200,24

200,24

4,43

158507

200,46

200,46

11,74

158500

200,46

2

118

v1 V − Q S1 − Q S 2 = 2 Δt /2 Δt / 2

3

84 150

150 216

157921 158150

1,02 4,43

Para o dimensionamento de um reservatório, utilizou-se o seguinte roteiro: 1) Com o nível inicial NA1, calculam-se V1 e Qs1; 2) Adota-se uma primeira estimativa para NA2 = NA1; 3) Calcula-se Qe2 em função de NA2 estimado; 4) Somam-se os termos do lado esquerdo da equação 9.11 e obtêm-se V2 calculado; 5) Com a curva cota-volume obtém-se NA2 calculado; 6) Se a diferença entre NA2 calculado e NA2 estimado for grande, adota-se um novo NA2 estimado como sendo igual ao NA2 calculado; 7) Se a diferença entre NA2 calculado e NA2 estimado for pequena, encerra-se a iteração do período; 8) Atualizam-se os valores iniciais do período seguinte com os valores do final desse período; e 9) Volta-se ao passo 1.

9.2.3 Tipos de reservatórios artificiais 9.2.3.1 Microrreservatório de detenção Trata-se de um reservatório para a microdrenagem, aplicado em nível de lotes urbanos residenciais e comerciais com área de até algumas centenas de m2, mas podendo ser planejado tanto para micro como para macrodrenagem. Enquanto os reservatórios para macrodrenagem requerem mais tempo, maiores custos e grandes áreas para implantação, os chamados microrreservatórios têm sua implementação mais simples, requerendo menos tempo e podem ser implantados em pequenos espaços livres, como praças, jardins ou quintais ou executados a partir de telhados. Há algumas restrições como disponibilidade de espaço, profundidade da rede coletora, declividade dos lotes, nível do lençol freático e deposição de resíduos sólidos. No entanto, mesmo assim, tem-se constatado grande eficiência para reduzir vazões máximas e na melhoria da qualidade do efluente pluvial. Na Figura 9.11 (CRUZ, TUCCI e SILVEIRA, 1998), mostram-se valores de volumes de detenção necessários para lotes de diferentes dimensões e taxas de impermeabilização crescentes correspondentes à precipitação de tempo de retorno de 5 anos. Para definição das características necessárias a uma estrutura em lotes, visando conter as enchen-

1) Obter o lote padrão a ser utilizado no estudo (área do lote da zona estudada); 2) Obter a taxa de ocupação da região estudada; 3) Determinar os intervalos de declividade; 4) Estudo e correção dos coeficientes de deflúvio;

RESERVATÓRIOS

tes, propõe-se o seguinte roteiro:

5) Determinar as intensidades de precipitação; 6) Calcular as vazões de entrada e saída;

119 1

PUBLICAÇÃO UEPG – Ciências Exatas e da Terra, Ciências Agrárias e Engenharia, 6 (1): 47-68, 2000.

7) Traçar os hidrogramas; 8) Calcular os volumes de armazenamento; e 9) Dimensionar os condutos de saída.

Volume estimado (m3)

2,5 2,0 1,5 1 100 % imp. 90 % imp. 80 % imp. 75 % imp. 50 % imp.

0,5 0,0 200

300

400 500 Área do lote (m2)

600

Figura 9.11 - Volumes de detenção necessários para lotes com diferentes impermeabilizações

Algumas opções de estruturas simples, subterrâneas e a céu aberto, de fácil construção e constituídas por materiais com facilidade de aquisição (como alvenaria e concreto armado, além de tubos de concreto pré-moldados) são mostradas nas Figuras 9.12 e 9.13. Uma outra opção é a utilização de reservatórios escavados no terreno natural, preenchidos com brita e protegidos dos finos do solo por tecido geotêxtil como na Figura 9.14.

variável

5 5

10

variável

Corte A – A

120

Figura 9.12 – Exemplo de um reservatório subterrâneo retangular (CRUZ et al, 1998)

10

variável

Corte B – B

Planta

A

B

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

B

A

5

5

Planta B

15

A

15

70

A

variável

10

B

5

variável

Corte B – B

Corte A – A

Figura 9.13 - Exemplo de um reservatório subterrâneo cilíndrico (CRUZ et al, 1998)

coletor do telhado

extravasador bloco de dispersão

tampo do duto de observação

30 cm até o dreno

duto de entrada no dreno

filtro de manta sintética (geotêxtil) cego 30cm duto de observação perfurado e ancorado

brita nos 3 e 4 fundação da edificação

distância mínima de 3m

infiltração

Figura 9.14 – Microrreservatório poroso enterrado (SCHUELER, 1987)

O telhado reservatório é uma compensação à impermeabilização, inevitável, da cobertura de uma edificação. O mesmo é realizado ao armazenar na própria estrutura de cobertura o escoamento pluvial nela gerado. Este dispositivo guarda provisoriamente a água das chuvas e a libera, gradualmente, para a rede pluvial.

RESERVATÓRIOS

9.2.3.2 Telhado reservatório

9.2.3.3 Bacia subterrânea A bacia subterrânea ou enterrada é uma cisterna que permite o aproveitamento da superfície para uma praça, área verde gramada ou terreno de esporte (Figura 9.15). Outra possibilidade é o uso de tipos de estruturas escavadas no solo e preenchidas com material granular (brita, por exemplo). Em geral, a bacia subterrânea é preparada para funcionar como uma

121

bacia de detenção. Nela há de ser previsto, também, um vertedor de extravasamento por questões de segurança. Este dispositivo deve ser preparado para proteção quanto à poluição e deposição de sólidos (sedimentos e lixo) e, portanto, permitir com facilidade a limpeza após cada utilização. Em função disso, há restrição quanto a sua aplicação em regiões com precipitação freqüente.

Extravasador de emergência

Coletor

Figura 9.15 - Bacia subterrânea (STU, 1993).

Vertedor Coletor de água

9.2.3.4 Condutos de armazenamento Como alternativa às estruturas citadas anteriormente, pode-se aumentar a capacidade volumétrica de um condutor, reduzindo a declividade longitudinal, aumentando a rugosidade de suas paredes ou construindo diques de amortecimento ao longo do seu curso. Estes são exemplos que proporcionam o amortecimento da cheia na condução da vazão. Uma outra solução possível é adaptar poços de visita e bocas-de-lobo para que funcionem como microrreservatórios de amortecimento.

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

9.2.3.5 Reservatório público (piscinão) Estas estruturas denominadas de reservatórios públicos devem ser planejadas para requerer o mínimo de operação e manutenção. Um projeto de reservatório urbano (piscinão) compreende a elaboração dos seguintes estudos e projetos:2 a) Levantamento de dados e serviços de campo (topografia, solo e geologia); b) Estudos hidrológicos e climatológicos para cálculo das vazões afluentes; c) Estudos hidráulicos do reservatório, dimensões e capacidade de amortecimento; d) Estruturas de entrada e de controle de níveis d’água; e) Projeto do reservatório; f) Sistema de bombeamento; g) Sistema viário no entorno e acessos para limpeza e manutenção do reservatório; h) Sistema de retenção de lixo e de controle de sedimentos; i) Sistema separador de esgotos sanitários;

122 2

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j) projetos dos equipamentos urbanos e de paisagismo; k) estudos de impacto ambiental; l) instalações especiai; m) detalhamento executivo; e n) manuais de operação e manutenção geral e sanitária. Segundo Tucci (2002), nas inundações, os principais impactos sobre a população são: 1) Prejuízos de perdas materiais e humanas; 2) Interrupção da atividade econômica das áreas inundadas; 3) Contaminação por doenças de veiculação hídrica como leptospirose, cólera etc; e 4) Contaminação da água pela inundação de depósitos de material tóxico, de estações de tratamentos dentre outros. A poluição das águas, com essas enchentes, apresenta as seguintes características:3 a) grande carga poluente ocorre no início da precipitação; b) corresponde a uma carga equivalente ao esgotamento sanitário da área afetada; c) elementos orgânicos: Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), nitrogênio e fósforo; e d) metais como o chumbo e ferro, dentre outros. Para controle dessa poluição, podem ser construídas bacias com características específicas a determinados tipos de poluição, como segue: 1) Bacia de detenção seca Esta bacia armazena o escoamento superficial e o libera aos poucos. Para este tipo de dispositivo, sugerese que o volume fique detido por 40 horas para a eficiência de remoção dos poluentes. A área dimensionada para essa bacia deve corresponder de 0,5% a 2,0% da bacia de contribuição. A adoção desta solução permite remover bem sedimentos e metais e é razoável para elementos orgânicos. Sua área deve permanecer seca entre as chuvas e receber tratamento paisagístico, podendo ser usada para

Entrada Canal central

Saída

Ve r t e

do

r

Figura 9.16 – Exemplo de bacia de detenção seca (Fonte: Urban Drainage and Flood District, 1992) 3

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RESERVATÓRIOS

recreação. Na Figura 9.16, está ilustrado um tipo de solução em que foi aplicada a bacia de detenção seca.

123

2) Bacia de detenção alagada Neste tipo de solução sempre haverá uma área alagada. Como a taxa de remoção de poluentes é de moderada a alta, pelo uso dos nutrientes e metais pelo ecossistema aquático permanente, o tempo de retenção recomendado é de 12 horas para os volumes que afluem a este dispositivo. A sua utilização é recomendada para zonas residenciais, comerciais, áreas de estacionamento e algumas áreas industriais. A adoção deste tipo de dispositivo possui valor paisagístico e condições favoráveis à vida e à recreação aquáticas. A zona alagada não pode ser muito rasa, para que não se desenvolva vegetação enraizada no fundo, nem muito profunda que não permita a oxigenação da água. Na Figura 9.17, apresenta-se um desenho esquemático com emprego deste tipo de solução.

Zona litorânea Entrada Saída

Ve r t e d o

r

Figura 9.17 – Exemplo de bacia de detenção alagada (Fonte: Urban Drainage and Flood District, 1992)

3) Alagadiços A solução com o uso dos alagadiços é excelente para reter sedimentos e poluentes do escoamento superficial e permite formar “habitats” para aves e outros animais. O solo deve ser pouco permeável para permitir o represamento e possuir uma declividade média

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baixa, próxima do zero, objetivando manter o fluxo d’água superficial, escoando e circulando pelas plantas. A título ilustrativo é apresentada na Figura 9.18 em planta e em corte longitudinal, um

Entrada

Saída

Vertedor

124 Figura 9.18 – Esquema de alagadiços usados no controle de drenagem pluvial urbana. (Fonte: Urban Drainage and Flood District, 1992)

esquema da solução descrita. Esta opção de solução é eficiente para remover compostos de fósforo e nitrogênio, bem como aqueles orgânicos. Para seu funcionamento eficiente, deve-se manter uma profundidade média da lâmina d’água de aproximadamente 15cm.

9.3 RESERVATÓRIOS NATURAIS Para este tipo de solução várias, formas de armazenamento se apresentam para a água pluvial. São eles os seguintes: • Água retida pela vegetação • Água infiltrada e retida no solo • Agua retida em depressões do terreno • Água retida em grandes depressões e lagos • Água armazenada dinamicamente nos rios e várzeas

9.3.1 Leito maior do rio ou várzea Os cursos d’água com seus meandros e o leito maior4 constituem-se em reservatórios naturais. A retificação de rios e conseqüentes aterros acarretam a perda dessa capacidade de armazenamento e a redução de áreas verdes, com conseqüente agravamento de cheias a jusante. Na Figura 9.19, está apresentado, de forma clara, comparativo entre as descargas de um curso d’água em função da maior ou menor existência de meandros ao longo de sua extensão. Hidrograma de jusante

Retificação

Figura 9.19 – Diferenças no amortecimento do hidrograma de enchente em função do grau de meandros em cursos d’água (SEMADS, 2001)

9.3.2 Infiltração no solo (lençol freático) Uma alternativa na busca do amortecimento de cheias, é a adoção do procedimento de melhoria

RESERVATÓRIOS

Hidrograma de montante

da capacidade de infiltração d’água para o lençol freático. Cabe citar que tal processo está limitado pelo próprio solo. Para a compreensão de como estratificar os drenos na infiltração do fluxo d’água, é feita, a seguir, uma breve apresentação sobre o procedimento. 4

Áreas alagáveis às margens com tempo de recorrência de 2 anos.

125

9.3.3 Estruturas de infiltração Os drenos subterrâneos possuem normalmente os seguintes elementos: Selo: Camada (normalmente constituída de argila) que é uma barreira à passagem d’água. Serve como um vedante hidráulico para um dispositivo. Pode, por exemplo, ser aplicado no fundo de um reservatório natural para reduzir a perda d’água por infiltração. Tubo drenante: um tubo furado, poroso ou cego, que capta a água e a conduz ao local de deságüe. Para que os furos e o interior do tubo não sejam obstruídos, protege-se com uma manta sintética ou material granular que atenda à seguinte condição de K. Terzaghi:

d 85% P ≥ de Onde: de = diâmetro dos furos do tubo d85% P = diâmetro correspondente à porcentagem de 85% passando de material de proteção do tubo Camada drenante: Camada responsável por conduzir a água. Filtro:5 Camada de proteção do dreno (ou geotêxtil equivalente), localizada entre a camada drenante e a contribuição d’água e que possui duas funções concorrentes: • Permitir a passagem da água (permeabilidade). • Impedir a passagem dos sólidos (não colmatação). Para atender às condições acima, Terzaghi estabeleceu os seguintes critérios: 1. Condição de permeabilidade

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d15%Grosso ≥ 5 × d15%Fino 2. Condição de não colmatação d15% Grosso ≤ 5 × d85% Fino d15% Grosso ≤ 40 × d15% Fino d50% Grosso ≤ 25 × d50% Fino Onde: d15% Grosso = diâmetro (tamanho de peneira) correspondente à porcentagem de 15% passando do material grosso. D85% Fino = diâmetro (tamanho da peneira) correspondente à porcentagem de 85% passando do material fino.

126 5

O filtro possui também a função, de extrema importância, que é de não permitir piping – erosão interna do solo.

Na Figura 9.20, está mostrado um dreno com a posição das camadas dos materiais necessários ao seu funcionamento adequado: Grosso = Material granular de dimensões maiores que Fino, para onde se encaminha o fluxo. Fino = Material granular de dimensões menores que Grosso, de onde vem o fluxo.

Relatividade Fino

Grosso

Fino

Figura 9.20 – Posição relativa de Grosso

dois materiais granulares

Dimensionamento de filtros ou drenos Para o dimensionamento das camadas permeáveis, pode-se aplicar a Lei de Darcy para escoamento em meios porosos. Os cálculos definem uma permeabilidade necessária, e disso as características granulométricas do material a empregar, ou a área requerida para obter uma determinada capacidade de vazão, já que o material pode estar imposto. Q=K×A×I

(9.12)

Onde: Q = capacidade de vazão do dreno, deve ser igual à descarga de projeto (m3/s) K = coeficiente de permeabilidade do material drenante (m/dia ou cm/s) A = área da seção transversal do dreno (m2) i = gradiente hidráulico do dreno (∆h /L) , simplificando, igual à declividade (m/m) Na Figura 9.21, é apresentado o esquema dos parâmetros geométricos para a aplicação da Lei de

h A h1

h2

z1 z2

Q

Figura 9.21 – Esquema de um dreno com os elementos da Lei de Darcy

RESERVATÓRIOS

Darcy. Na prática, pode-se deparar com diferentes alternativas para o projeto e construção de drenos.

L

Na Tabela 9.5, estão apresentadas as condicionantes disponíveis e a resposta necessária ao dimensionamento desses dispositivos.

127

Tabela 9.5 – Situações locais impostas e solução pela Lei de Darcy Condicionantes

Solução

Q (vazão de projeto)

K (material) e A (área)

Q (vazão de projeto) e A (área)

K (material)

Q (vazão de projeto) e K (material)

A (área)

Cuidados a observar no dimensionamento de drenagem com material granular. No encadeamento da drenagem subterrânea, a capacidade de vazão dos dispositivos cresce no sentido do fluxo. Algo que só tenha a finalidade de dreno, dimensionado para uma capacidade que nunca ocorrerá, constitui-se em um desperdício. Portanto, ao infiltrar-se água no solo, este deverá ter sua capacidade de absorção avaliada, levando-se em conta a permeabilidade, umidade e nível de lençol freático. Outro cuidado na disposição de camadas permeáveis (filtros e material drenante) é avaliar a possibilidade de refluxo. É preciso manter um crescimento na granulometria no sentido do fluxo. Na Tabela 9.6, estão apresentados valores típicos de coeficiente de permeabilidade de alguns materiais, permitindo também a comparação de tal parâmetro entre eles. De modo geral, os materiais usados são agregados de rocha sã, britados ou não. As faixas de graduação são abertas com afastamento relativamente pequeno entre os tamanhos máximo e mínimo, por exemplo: 1 1/4" a 3/4", 3/8" a 1/8" etc., de modo a manter a permeabilidade elevada.

Tabela 9.6 – Escala típica de permeabilidade de materiais Valores típicos de K (cm/s) 4

3

10

10

2

10

1

10

0

10

10-1

10-2

10-3

PEDRA-DE-

BRITA

BRITA

AREIA

AREIA

MÃO

5

0

GROSSA

FINA

10-4

BOA

10-5 SILTE MÁ

10-6

10-7

10-8 ARGILA

IMPERMEÁVEL7

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

PERMEABILIDADE

Para o caso de drenos, Terzaghi estabeleceu uma terceira recomendação para os filtros e material drenante. A esta condição ele denominou de uniformidade: 2 × d10% ≤ d60% ≤ 20 × d10% Onde: d10% = diâmetro (tamanho da peneira) correspondente à porcentagem de 10% passando do material. d60% = diâmetro (tamanho da peneira) correspondente à porcentagem de 60% passando do material. A experiência tem recomendado algumas curvas para composição de agregados para drenos

128

com as graduações que estão reproduzidas na Figura 9.22. 6

Fonte: Associação Brasileira de Águas Subterrâneas.

RETIDO % 0 4”

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2”

Grosso

Pedregulho

11/2”

k = 42cm/s

1” 3/4” k = 12.6cm/s

1/2” 3/8”

k = 4.9cm/s

k=7

.0cm

/s

4

Fino

k = 2.1cm

/s

k= 3. k= 5 x1 1 k = .8 x 1 02 2 cm 0 7x c m k= 1 /s 3.6 0 2cm /s / s x1 k= 0 2c 7x m /s 10 2 cm /s

109

Grossa

16 20

Areia

30 40

Fina

50 60 90 100

200 90

80

70

60

50 40 PASSANDO %

30

20

10

Figura 9.22 – Granulometria de materiais e permeabilidade (Fonte: Manual de Drenagem de Rodovias DNIT – 2006)

Na Tabela 9.7, mostram-se os coeficientes de permeabilidade de alguns materiais com que se pode deparar em um projeto ou durante a implantação deste tipo de solução. Para o dimensionamento dos dutos previstos, em um filtro ou dreno, podem ser utilizadas as expressões gerais do fluxo, ou seja, a fórmula de Chézy com coeficiente de Manning,7 que já foram apresentadas no Capítulo 5, sobre Canais.

Tipo de material 5 4 3 2 1 0 Grossa Fina

Brita

Areia Silte Argila

Granulometria (cm) 7,5 a 10,0 5,0 a 7,5 2,5 a 5,0 2,0 a 2,5 1,0 a 2,0 0,5 a 1,0 0,2 a 0,5 0,005 a 0,04 0,0005 a 0,005 menor que 0,0005

K (cm/s) 100 80 45 25 15 5 10-1 10-3 10-5 10-8

RESERVATÓRIOS

Tabela 9.7 – Coeficiente de condutividade hidráulica (K) de alguns materiais

129 7

Alguns, para esta aplicação, preferem a fórmula de Hazen-Willians e outros a de Scobey.

9.3.4 Tipos de dispositivos de infiltração 9.3.4.1 Pavimentos permeáveis Os chamados pavimentos permeáveis, segundo Urbonas e Stahre, 1993, podem ser classificados em três tipos: 1) Pavimento com revestimento asfáltico poroso; 2) Pavimento de concreto poroso; e 3) Pavimento de blocos de concreto vazados preenchidos com material granular, como areia, ou vegetação rasteira. Na Figura 9.23, apresentam-se exemplos de pavimentos permeáveis. Normalmente, são admitidos revestimentos porosos com 10cm para passagem de carros e de 15 a 20cm para a circulação de caminhões.8

Bloco de concreto com orifícios verticais Areia grossa

Concreto ou revestimento asfáltico poroso

Filtro Filtro

Figura 9.23 – Exemplos de pavimentos permeáveis (adaptado de Urbonas e Stahre, 1993)

Base drenante Filtro Solo

9.3.4.2 Trincheiras de infiltração9 As trincheiras de infiltração são dispositivos lineares, com comprimento preponderante em relação à largura e à profundidade, que recolhem o excesso superficial para concentrá-lo até a sua infiltra-

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ção no solo. Estes dispositivos funcionam como um reservatório convencional de amortecimento de cheias. Possuem um desempenho melhor que o solo que substituem por favorecer a infiltração (BALADES et al., 1998). Existe uma variante, denominada trincheira de retenção, que é adaptada para solos pouco permeáveis, na qual a saída de água é direcionada para um exutório. Nas Figuras 9.24 e 9.25, são apresentados esquemas ilustrativos sobre este tipo de solução. Solo

Solo Frente Para o exutório

Pouco permeável ou impermeável

Trincheira de infiltração

Trincheira de retenção

130 8 9

Recomendação do engenheiro calculista Prof. Eduardo Thomaz (IME-2007) Fonte: André Luiz Lopes da Silveira (UFRGS-2002)

Figura 9.24 – Trincheira de infiltração e de retenção (AZZOUT et al, 1994)

Cap

Faixa de vegetação (grama) Poço de observação

Vertedouro de emergência

Camada de proteção geotêxtil Filtro de proteção geotêxtil para prevenir contra contaminação

Trincheira preenchida com material granular limpo

Filtro de areia ou geotêxtil equivalente Água infiltra no solo Taxa mínima = 8mm/h

Figura 9.25 – Exemplo de trincheira de infiltração aberta (SHUELER, 1987)

Tais dispositivos não são recomendados em áreas industriais ou comerciais pelo perigo de contaminação com substâncias químicas, pesticidas e derivados de petróleo. Também não devem ser posicionados próximos a captações de água de poços de abastecimento. Nos países em desenvolvimento, há uma tendência a limitar o seu uso a estacionamentos externos de edifícios residenciais e de empreendimentos comerciais como supermercados e centros comerciais. São mostrados na Figura 9.26, de forma esquemática, detalhes referentes ao uso desta solução

Grelha Caixa da grelha Depósito

Tubo de distribuição Material granular

RESERVATÓRIOS

nas áreas citadas acima.

Figura 9.26 – Exemplo de trincheira de percolação

131

9.3.4.3 Vala de infiltração São pequenos canais onde o escoamento pluvial é desacelerado e infiltrado parcialmente no percurso, sendo o excesso destinado a uma rede pluvial convencional. Na Figura 9.27, pode-se observar as duas partes que compõem esta solução, ou seja, no sentido longitudinal o canal permeável e ao fim dele a caixa coletora, a qual está conectada a uma galeria.

Figura 9.27 – Foto de vala de infiltração (POMPÊO, 2007)

9.3.4.4 Vala de retenção São dispositivos que contém barragens vedando a seção transversal, com a finalidade de reduzir o pico do escoamento, controlando-o por orifícios. É uma alternativa para solo pouco permeável. As valas são apropriadas para declividades menores de 5% e para lotes residenciais, loteamentos e parques em substituição ao esgotamento canalizado convencional.

9.3.4.5 Poço de infiltração Os poços de infiltração são dispositivos que permitem a evacuação do escoamento superficial para

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dentro do solo. Construtivamente podem ser preenchidos com brita (meio poroso) ou por um revestimento estrutural fixado à parede interna, possibilitando que o interior fique vazio. Na Figura 9.28, está ilustrado o caso de um poço de infiltração preenchido, onde nota-se o isolamento da brita por um geotêxtil para evitar migração de finos para dentro ou para fora do poço. Quando o lençol freático está raso, ele é chamado de poço de injeção, pois penetra nesta camada aqüífera. seixos

Geotêxtil para reter finos e impedir a colmatagem

Filtro geotêxtil

Solo permeável

132

Material poroso

Figura 9.28 – Poço de infiltração (AZZOUT et al., 1994)

O poço de infiltração (ou de injeção) reduz o escoamento superficial proveniente de alguns milhares de m2. Por serem pontuais, os poços de infiltração ou injeção são excelentes para um controle distribuído dos excessos pluviais, permitindo uma economia na construção de redes pluviais convencionais. Também flexibilizam soluções urbanísticas, por ocupar pouco espaço e podendo passar despercebidos.

4.3.4.6 Faixa gramada Na macrodrenagem, a faixa gramada pode estar disposta para receber as enchentes do leito maior. Permitem grande flexibilidade de arranjos espaciais e possuem apelo arquitetônico, principalmente às margens de rios onde pode compor um parque com aptidão para a prática desportiva, em especial caminhada e corrida, outras formas de lazer e ser preventiva contra ocupações clandestinas. As faixas de solo gramadas ou arborizadas são concebidas para desacelerar e infiltrar parte do escoamento oriundo de superfícies impermeáveis. O principal benefício atribuído aos gramados é a remoção de partículas poluentes, como sedimentos finos, matéria orgânica e traços de metais. Na microdrenagem, funcionam como medidas de controle com aplicação em lotes e bairros, no entorno de superfícies impermeabilizadas ou associadas a outras medidas de controle, como pavimento poroso. Com base nas recomendações de Schueler (1987) e Azzout et al (1994), o Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul apresentou, em 2002, uma tabela de obras de controle na fonte, que reduzem ou retardam o deflúvio superficial direto, regulando e limitando as vazões geradas para alívio da rede pluvial a jusante. No entanto, o emprego dessas soluções deve ser avaliado em função das seguintes circunstâncias: área controlada, capacidade de infiltração do solo, lençol freático alto, aqüífero em risco, solo frágil à água, subsolo duro, declividade alta, ausência de exutório, consumo de espaço, fundações e redes próximas, restrição de urbanização, afluência poluída, afluência com alta taxa de sedimentos, riscos sanitários e sedimentológicos por má operação, esforços e tráfego intensos, flexibilidade de desenho e limites dimensionais para dispositivos de drenagem. Com o objetivo de mostrar cada tipo de obra, com suas características, função e efeito principal é

RESERVATÓRIOS

apresentada a Tabela 9.8, mostrada a seguir.

133

Tabela 9.8 – Tipos de obras de controle na fonte10 Obra

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Pavimento poroso

10

134

Característica

Função

Efeito Principal

Pavimento com camada de base porosa como reservatório

Armazenamento temporário da chuva no local do próprio pavimento. Áreas externas ao pavimento podem também contribuir

Retardo e/ou redução do escoamento pluvial gerado pelo pavimento e por eventuais áreas externas

Trincheira de infiltração

Reservatório linear escavado no solo preenchido com material poroso

Infiltração no solo ou retenção, de forma concentrada e linear, da água precipitada em superfície limítrofe

Retardo e/ou redução do escoamento pluvial gerado em área adjacente

Vala de infiltração

Depressões lineares em terreno permeável

Infiltração no solo ou retenção, no leito da vala, das precipitações em áreas marginais

Retardo e/ou redução do escoamento pluvial gerado em área vizinha

Poço de infiltração

Reservatório vertical e pontual escavado no solo

Infiltração pontual, na camada não saturada e/ou saturada do solo, das precipitações em área limítrofe

Retardo e/ou redução do escoamento pluvial gerado na área contribuinte ao poço

Microrreservatório

Reservatório de pequenas dimensões tipo ‘caixa d’água’ residencial

Armazenamento temporário do esgotamento pluvial de áreas impermeabilizadas próximas

Retardo e/ou redução do escoamento pluvial de áreas impermeabilizadas

Telhado reservatório

Telhado com função reservatório

Armazenamento temporário da chuva no telhado da edificação

Retardo do escoamento pluvial da própria edificação

Bacia de detenção

Reservatório vazio (seco)

Armazenamento temporário e/ou infiltração no solo do escoamento superficial da área contribuinte

Retardo e/ou redução do escoamento da área contribuinte

Bacia de retenção

Reservatório com água permanente

Armazenamento temporário e/ou infiltração no solo do escoamento superficial da área contribuinte

Retardo e/ou redução do escoamento da área contribuinte

Bacia subterrânea

Reservatório coberto, abaixo do nível do solo

Armazenamento temporário do escoamento superficial da área contribuinte

Retardo e/ou redução do escoamento da área contribuinte

Condutos de armazenamento

Condutos e dispositivos com função de armazenamento

Armazenamento temporário do escoamento no próprio sistema pluvial

Amortecimento do escoamento afluente à macrodrenagem

Faixas gramadas

Faixas de terreno marginais a corpos d’água

Áreas de escape para enchentes

Amortecimento de cheias e infiltração de contribuições laterais

UFRGS – 2002

10

Outros dispositivos de drenagem 10.1 DESCIDAS D’ÁGUA As chamadas “descidas d’água” são dispositivos de drenagem superficial, que servem para conduzir a água captada, por outros dispositivos nos taludes de corte e aterro até um ponto de saída. São dispositivos que conduzem as águas de cotas mais elevadas para cotas mais baixas, de forma segura, em um ponto localizado da via, como, por exemplo, quando as valetas de corte ou sarjetas de aterro atingem seu comprimento crítico ou nos pontos baixos das curvas verticais côncavas. O deságüe deve ocorrer de forma segura no terreno natural ou em caixas coletoras.

Descida d’água em degraus

Caixa coletora Bueiro de greide

Talude de corte

Sarjeta

Figura 10.1 – Características de uma descida d’água

Pista

10.1.1 Configurações Quanto a configuração são dois os tipos de dispositivos de descida d’água: rápido e em degraus. Seus elementos característicos estão ilustrados por imagens na Figura 10.2.

OUTROS DISPOSITIVOS DE DRENAGEM

A Figura 10.1 apresenta as características de uma descida d’água.

10.1.2 Dimensionamento hidráulico a) Cálculo da vazão O dimensionamento pode ser feito através da expressão empírica a seguir, fixando-se o valor da largura (L) e determinando-se o valor da altura (H)

135

Figura 10.2 – Fotos de descidas d’água (Fonte: palestra de Marcos A. Jabôr, 2007)

Q = 2,07 L0,9 H1,6

(10.1)

Onde: Q = Descarga de projeto a ser conduzida pela descida d’água (m3/s) L = Largura da descida d’água (m) H = Altura das paredes laterais da descida (m) b) Cálculo da velocidade no pé da descida d’água A determinação da velocidade no pé da descida d’água objetiva o dimensionamento da bacia de amortecimento e avaliação da necessidade ou não de dissipadores de energia, no caso de deságüe

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

sobre o terreno natural, podendo ser estimada pela expressão: V = (2 × g × h)1/2

(10.2)

Onde: V = velocidade no pé da descida (m/s) g = aceleração da gravidade (9,81 m/s2) h = diferença entre a cota de topo e a cota de deságüe da descida d’água (em m)

10.2 DISSIPADORES DE ENERGIA 10.2.1 Elementos característicos Os dissipadores são pequenas plataformas, executadas para reduzir a velocidade dos fluxos d’água,

136

quer no escoamento através do dispositivo de drenagem, quer no deságüe para o terreno natural, para evitar a erosão do terreno. Tais dispositivos de drenagem são classificados em dissipadores contínuos e dissipadores localizados

(bacias de amortecimento). Nas Figuras 10.3 e 10.4, estão apresentados, esquematicamente e por imagem, estes dois tipos de dissipadores de energia. Um dissipador de energia costuma ser instalado nos seguintes locais: • Pé das descidas d’água nos aterros; • Boca de jusante dos bueiros e galerias; • Saída das sarjetas de corte, nos pontos de passagem de corte-aterro; e • No deságüe de qualquer dispositivo sobre o terreno natural, desde que possa haver ameaça de processos erosivos neste local. 50 cm 35 cm 7,5 cm

7,5 cm

10 cm

Brita no 5

7,5 cm Concreto fck > 9.0 Mpa

Figura 10.3 – Seção transversal de dissipador contínuo (Manual de Drenagem Rodoviária do DNIT, 2006)

Figura 10.4 – Foto de bacia de amortecimento ( www.drenagem.ufjf.br)

10.2.2 Dimensionamento hidráulico1 e da altura do fluxo afluente. O ressalto hidráulico na bacia de amortecimento é função do número de Froude (F). Este número permite o dimensionamento do dispositivo. Na Tabela 10.1, estão mostradas as condições que devem ter os dissipadores de energia, a partir do número de Froude. Na Figura 10.5, estão ilustrados os elementos utilizados no dimensionamento da bacia de amortecimento.

Tabela 10.1 – Determinação do tipo de bacia pelo número de Froude (F) Número de Froude (F) F < 1,7

Bacia de amortecimento sem necessidade – não há turbulência na superfície d’água

1,7 < F < 2,5

bacia horizontal lisa de concreto 4,5 m < L < 9,0 m

2,5 < F < 17

projetar com guarnições, cunhas e dentes

OUTROS DISPOSITIVOS DE DRENAGEM

O dimensionamento de um dissipador é função da velocidade de escoamento d’água a montante

137 1

Grande parte do conteúdo do item referente aos dissipadores de energia, inclusive as figuras, foi adaptado do Manual de Drenagem de Rodovias (DNIT – 2006).

A equação 10.3 apresenta a forma de calcular o número de Froude para este dispositivo: F1 = V1 /(2 × g × y1)1/2

(10.3)

Onde: F1 = número de Froude (adimensional) V1 = velocidade do fluxo afluente à bacia (em m/s) g = aceleração da gravidade (9,81 m/s2) y1 = altura do fluxo afluente à bacia (m) Para determinar a altura do fluxo (tirante) na saída da bacia de amortecimento, após o fenômeno do ressalto, utiliza-se a expressão 10.4 mostrada a seguir: y2 = y1 (0,5 × [1 + 8 F2]1/2 - 1)

se 1,7 < F < 5,5

(10.4)

L y2

Figura 10.5– Esquema para cálculo da bacia de amortecimento

V1

V1 1,7 < F < 2,5

Na Figura 10.6, apresenta-se um esquema com todos os elementos de um dissipador de energia.

H

L 0,2 y1

C

Rip-Rap

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

0,375 y1 y1 y1 Cunha

Dente 0,8. y2

0,75. y1 1 2 Soleira

Figura 10.6 – Elementos do dissipador de energia

A altura (H) da parede da bacia de amortecimento pode ser definida por: H = y’2 + Z

(10.5)

Z = y’2 / 3

(10.6)

Onde:

138

As expressões que permitem o cálculo de y’2 constam na Tabela 10.2 inserida a seguir.

Tabela 10.2 – Expressões para cálculo de y’2 Número de Froude

y’2

1,7 < F < 5,5

y’2 = y2 (1,10 - F / 120)

5,5 < F < 11

y’2 = 0,85 y2

11 < F < 17

y’2 = y2 (100 - F2 / 800)

O cálculo do comprimento da bacia (L) e da altura da soleira (C) deve ocorrer se F < 17 utilizando as expressões seguintes: L = 11,842 y2 / F

(10.7)

C = 0,07 y2

(10.8)

Uma outra forma de se obter o comprimento da bacia, com o uso do número de Froude e do valor de y2, é através do gráfico do BPR, apresentado na Figura 10.7, onde se pode obter a longitude do ressalto e, conseqüentemente, o comprimento da bacia de amortecimento.

7 6

L 5 y2

3

0

2

4

6

8

10 V1 F1 = gy1

12

14

16

18

20

Figura 10.7 – Gráfico para obtenção do comprimento da bacia de amortecimento.

Dimensionamento das pedras do rip-rap Rip-rap é o termo empregado nesta circunstância para indicar uma camada de empedramento constituída de pedras não lavradas que se constrói em pontos específicos para evitar erosão do solo, em geral em locais onde haja variação de nível d’água ou fluxo de água com velocidade capaz de deslocar as partículas de solo.

OUTROS DISPOSITIVOS DE DRENAGEM

4

Deve-se usar rip-rap na saída das bacias de amortecimento, saída de bueiros e de outros dispositivos quando a velocidade de jusante estiver próxima do limite de erosão do terreno natural. Para uma determinada inclinação longitudinal a jusante e velocidade de saída do fluxo d’ água no dispositivo, tem-se a pedra de diâmetro mínimo que não é carregada pelo fluxo. O diâmetro esférico das pedras, com massa específica de 2,64 g/cm3, a utilizar no rip-rap é

139

determinado no gráfico da Figura 10.8 apresentado a seguir. Caso a pedra empregada seja diferente, calcula-se o novo diâmetro (ou diâmetro equivalente) pela massa específica da pedra disponível, com a aplicação da seguinte expressão: Kw = 1,64 k / (w -1)

(10.9)

Onde: Kw = diâmetro da pedra a ser usada, em cm k = diâmetro da pedra, obtido no gráfico, em cm w = peso específico da pedra de diâmetro Kw, em g/cm3

7,5

12:1 4:1 3:1

7,0

2:1

6,5

11/2:1

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

140

Inclinação longitudinal do terreno de jusante

Velocidade (Vs) em metros por segundo

6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5

Para pedra pesada 2,64 g/cm3

2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,15

0,30

0,45

0,60

0,75

0,90

1,05

1,20

Diâmetro esférico equivalente da pedra, em metros

Figura 10.8 – Gráfico para obtenção de diâmetro equivalente das pedras que serão usadas em rip-rap

Anexos ANEXO A Valores referenciais para projetos de logradouros e loteamentos

Categoria

Lotes Área mínima (m2)

a

50.000 10.000 1.200 600 450 360 300 225 125

1 2a 3a 4a 5a 6a 7a 8a 9a

Permissão de lotes lindeiros Testada (m) Vias Locais padrão esquina Arteriais Coletoras Principal Secund. 100 --sim sim sim não 50 --sim sim sim não 20 25 sim sim sim sim 15 20 sim sim sim sim 14 15 sim sim sim sim 12 13 sim sim sim sim 10 12 não sim sim sim 9 11 não não não sim 8 10 não não não sim

Quadra não não não não não sim sim sim sim

Comprimento máximo da quadra (m)

Tabela A.1 – Classificação, medidas referenciais e localização de lotes lindeiros

----400 300 250 200 200 200 180

Tabela A.2 – Medidas referenciais para vias na cidade de São Paulo

Via1 Pista2 Passeio (cada lado) Canteiro central Declividade longitudinal (%)

Mínimo ( metros )

Medidas limites

Máx. Mín.

Veículos Expressa a 1 e 2a Categorias Projeto específico para cada caso 6

Veículos e pedestres Arterial Principal a a (coletora) 1 Cat. 2 Cat. 37 30 20 28 21 14 3,5 3,5 3 2 2 --8

8

10

Local

Pedestres

12 7 2,5 ---

8 -------

15

15 ou escadaria

ANEXOS

Circulação

0,50

Fonte: Manual de Desdobro – PM São Paulo – Secretaria da Habitação e Desenvolvimento Urbano

1

2

Via: superfície por onde transitam veículos, pessoas e animais, inclui a pista, a calçada, canteiro central, acostamento e ilha (Código de Trânsito Brasileiro). Pista (faixa carroçável ou pista de rolamento): parte da pista usada para a circulação de veículos e animais. (Código de Trânsito Brasileiro).

141

Tabela A.3 – Declividades transversais máximas para pavimentos Revestimento Macadame hidráulico Macadame betuminoso Revestimento asfáltico ou paralelepípedo Concreto Declividade mínima em qualquer situação

Declividade Transversal (%) 3a5 3a5 2a3 2a3 2

Tais valores levam em conta aspectos de segurança para os veículos, conforto para os usuários e drenagem da via. Tabela A.4 – Declividades longitudinais máximas para veículos em vias urbanas Declividades longitudinais máximas Tipo de via Declividade ( % ) Ruas de acesso a habitações 12 Ruas residenciais 9 Ruas coletoras 6 Avenidas 4 Fonte: Adaptado do Manual de Loteamentos e Urbanização (MASCARO, 1997)

As declividades consideradas na Tabela A.4, são sugestões que podem ser adotadas ou não em projetos geométricos. Recomenda-se cautela na definição do greide final de terraplenagem da via urbana, devido à possibilidade de comprometer a viabilidade técnica e econômica da obra. As declividades acentuadas do relevo (ou topografia) original do município acarretam soluções de engenharia, que podem afetar as finanças do município. A adoção de declividades (ou greide) de projeto como padrão, para municípios, por exemplo, com relevos acidentados (elevados) pode

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

gerar obras mais caras, em função da complexidade do projeto e da sua execução.

ANEXO B Elaboração dos desenhos (Extrato do padrão SUDECAP – 2004 com adaptações pelos autores e CPU/ ABPv)

1. Elaboração dos desenhos 1.1. Escalas a. Escala das plantas: 1:500 ou 1:1000. b. Escala dos perfis: H:500 e V: 50 ou H:1000 e V:100. 1.2 Notação a. Trechos de rede em planta

142

diâmetro (DN, em mm) – extensão eixo a eixo (L, em m) declividade (i, em m/m)

b. Poços-de-visita PV no (numeração) T – cota da tampa F – cota da saída do fundo c. Notação nos Perfis Deverão ser anotados os seguintes dados, por trecho de rede: 1) Diâmetro nominal DN (mm) 2) Extensão eixo a eixo L (m) 3) Cota da tampa do PV (m) 4) Cota da saída do fundo do PV (m) 5) Cota da saída da caixa de passagem (m) 6) Declividade longitudinal do trecho “i” (m/m) 7) Vazão de projeto Q (l/s) 1.3 Legendas e siglas

Boca

Significado

Legenda

Significado

MF

Meio-Fio

BSCC

Boca de galeria ou de bueiro (2 alas+calçada+muro de testa) Bueiro simples celular de concreto

MON

Montante

BDCC

Bueiro duplo celular de concreto

PAVASF

Pavimentação asfáltica

BTCC

Bueiro triplo celular de concreto

PAVCON

Pavimentação em concreto

BLS

Boca de lobo simples

PAVPOL

Pavimento em pedras poliédricas

BLD

Boca de lobo dupla

RN

Referência de Nível

BSTC

Bueiro simples tubular de concreto

RTC

Rede tubular de concreto

BDTC

Bueiro duplo tubular de concreto

RTM

Rede tubular metálica

BTTC

Bueiro triplo tubular de concreto

RTPVC

Rede tubular de PVC helicoidal

DN

Diâmetro Nominal

SA

Sarjeta tipo A

ES

Esgoto

SB

Sarjeta tipo B

i

Declividade

SC

Sarjeta tipo C

JUS

Jusante

TL

Cabos de telecomunicação

ANEXOS

Legenda

143

3.3.4 Símbolos Apresentam-se abaixo quadros com convenções adotados em projetos básico e executivo de sistema viário.

ÍTENS

CONVENÇÃO

TRAÇO

0,1

Aterro Corte

ÍTENS

Bananal

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

TRAÇO

0,1

Ban.

Areia

0,2

Pedra

0,1

Edificação

0,1 0,4

Ruína ou alicerce

0,2

Caminho

0,3

0,1

Erosão

0,1

Estrada de (ASF. = asfalto rodagem (TER. = Terra)

0,3

Estrada de ferro

0,2

Túnel

0,2

Ponte

0,2

Via sobre represa

0,1 0,2 0,3

Cerca de arame

144

CONVENÇÃO

Lagoa

0,1 0,2

Represa

0,2

Açude

0,1 0,2

Rio

0,2

x

x

x

x

x

x

x

0,1

Linha de energia

ou

0,1

Torre de rádio

ou

0,1

Aeroporto

0,2

Cemitério

0,2

Igreja

0,4

Praça de esportes

0,1

Praça

0,2

Monumento

0,1

Brejo

0,2

Alagado

0,2

Poste

0,1

Córrego

0,3

Hidrante

0,2

Lacrimal

0,2

Muro

0,1

Pinguela

0,2

Sentido de fluxo

0,2

Mato

M

0,2

Bosque

Bos.

0,2

Cultura

CL

0,2

Árvores

A

0,2

Boca- de-lobo simples existente Boca- de-lobo dupla existente Boca- de-lobo simples projetada Boca- de-lobo dupla projetada

0,2 0,2 0,2 0,2

Boca de galeria existente Boca de galeria projetada

0,2

Meio-fio existente

0,2

0,2

CONVENÇÃO

TRAÇO

ÍTENS

CONVENÇÃO

TRAÇO

0,1

Taipa

0,1

0,2

Vala

0,1

0,4

Redes projetadas

0,6

PV existente no perfil

0,2

Linha divisória

0,3

PV existente no perfil

0,2

Referência de nível

Caixa de passagem existente

0,2

Curvas de nível

Caixa de passagem projetada

0,2

Ponto de aparelho

700.000

0,2

Caixa de passagem existente no perfil

0,2

Ponto de campo

700.000

0,2

Caixa de passagem projetada no perfil

0,2

Lançamento CP

Galeria ou canal existente

0,2

0,2

o

o

o

RN 700.000

o

815

0,1 0,3

810

Galeria projetada

0,4

Asfalto existente

0,2

Poliedro existente

0,2

Ligação entre PV e boca-de-lobo

0,2

Sarjeta existente

0,2

Sarjeta projetada

o

Grelha de PV de canal existente Grelha de PV de canal projetada

o

Meio-fio projetado

0,2

0,2

A = Água AP = Água pluvial

AP ES TL CE

Redes existentes ES = Esgoto

TL = Telecomun. CE = Eletricidade

PV existente

A = Água AP = Água pluvial ES = Esgoto TL = Telecomun. CE = Eletricidade

PV projetado

A = Água AP = Água pluvial ES = Esgoto TL = Telecomun. CE = Eletricidade

A

A

0,4

0,2

0,2

ANEXOS

ÍTENS

145

ANEXO C

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

Parâmetros para cálculo de precipitação, segundo Otto Pfafstetter

146

No

POSTO

UF

a

b

c

1

ALEGRETE

RS

0,3

33

2

ALTO ITATIAIA

RJ

0,7

3

ALTO TAPAJÓS

PA

4

ALTO TEREZÓPOLIS

5

Valores de β 5 min

15 min

30 min

1h a 6d

20

0,16

0,12

0,12

0,08

26

20

0,08

0,08

0,08

0,08

0,4

35

20

0,08

0,04

0,04

0,04

RJ

0,8

41

10

0,00

0,08

0,08

0,08

ARACAJU

SE

0,6

24

20

0,00

0,04

0,08

0,20

6

AVARÉ

SP

0,3

25

20

0,00

0,04

0,08

0,08

7

BAGÉ

RS

0,5

23

20

0,08

0,08

0,08

0,08

8

BANGU (Rio de Janeiro/RJ)

RJ

0,1

30

20

0,00

0,12

0,12

0,12

9

BARBACENA

MG

0,5

18

60

0,12

0,12

0,08

0,04

10

BARRA DO CORDA

MA

0,1

28

20

-0,08

0,04

0,08

0,12

11

BAURU

SP

0,5

24

20

-0,04

0,08

0,08

0,08

12

BELÉM

PA

0,4

31

20

-0,04

0,00

0,00

0,04

13

BELO HORIZONTE

MG

0,6

26

20

0,12

0,12

0,12

0,04

14

BLUMENAU

SC

0,2

24

20

-0,08

0,08

0,08

0,08

15

BONSUCESSO

MG

0,8

18

60

0,04

0,04

0,04

0,04

16

CABO FRIO

RJ

0,2

20

20

0,16

0,20

0,20

0,12

17

CAMPOS

RJ

0,2

27

20

0,12

0,12

0,12

0,08

18

CAMPOS DO JORDÃO

SP

0,2

32

20

-0,04

0,08

0,12

0,12

19

CATALÃO

GO

0,5

27

20

0,04

0,04

0,04

0,04

20

CAXAMBU

MG

0,5

23

20

0,08

0,08

0,08

0,08

21

CAXIAS DO SUL

RS

0,5

23

20

0,00

0,08

0,08

0,08

22

CONGONHAS (São Paulo/SP)

SP

0,6

16

60

-0,04

0,04

0,04

0,04

23

CORUMBÁ

MS

0,0

30

20

-0,04

0,12

0,12

0,16

24

CRUZ ALTA

RS

0,5

33

20

0,12

0,08

0,08

0,04

25

CUIABÁ

MT

0,1

30

20

0,08

0,08

0,08

0,04

26

CURITIBA

PR

0,2

25

20

0,16

0,16

0,16

0,08

27

ENCRUZILHADA

RS

0,8

22

20

0,04

0,08

0,08

0,08

28

FERNANDO DE NORONHA

PE

0,7

23

20

-0,08

0,04

0,12

0,12

29

FLORIANÓPOLIS

SC

0,3

33

10

-0,04

0,12

0,20

0,20

30

FORMOSA

GO

0,5

27

20

0,08

0,08

0,08

0,04

31

FORTALEZA

CE

0,2

36

20

0,04

0,04

0,08

0,08

32

GOIÂNIA

GO

0,2

30

20

0,08

0,08

0,08

0,12

33

GUARAMIRANGA

CE

0,5

22

20

-0,04

0,04

0,08

0,08

34

IPANEMA (Rio de Janeiro/RJ)

RJ

0,0

35

10

-0,04

0,12

0,12

0,20

35

IRAÍ

RS

0,5

27

20

0,08

0,08

0,00

0,08

POSTO

UF

a

b

c

36

JACAREPAGUÁ (Rio de Janeiro/RJ)

RJ

0,2

29

37

JACAREZINHO

PR

0,3

38

JARDIM BOTÂNICO

RJ

39

JAUARETÊ

40

Valores de β 5 min

15 min

30 min

1h a 6d

20

-0,08

0,08

0,12

0,12

25

20

-0,08

0,08

0,12

0,08

0,4

39

10

-0,08

0,08

0,12

0,12

AM

0,2

37

20

0,04

0,00

0,00

0,00

JOÃO PESSOA

PB

0,6

33

10

0,00

0,00

0,04

0,08

41

KM 47- Rod. Pres. Dutra (atual km 210 da BR-116/RJ)

RJ

0,3

28

20

0,00

0,08

0,16

0,20

42

LINS

SP

0,4

19

20

0,00

0,04

0,08

0,04

43

MACEIÓ

AL

0,5

29

10

0,00

0,04

0,08

0,20

44

MANAUS

AM

0,1

33

20

0,04

0,00

0,00

0,04

45

MIRANTE SANT’ANA (São Paulo/SP)

SP

0,4

25

20

-0,04

0,12

0,12

0,04

46

NATAL

RN

0,7

23

20

-0,08

0,00

0,08

0,12

47

NAZARÉ

PE

0,4

20

20

-0,04

0,04

0,08

0,08

48

NITERÓI

RJ

0,2

27

20

0,08

0,12

0,12

0,12

49

NOVA FRIBURGO

RJ

0,4

28

20

-0,08

0,08

0,08

0,08

50

OLINDA

PE

0,5

35

10

0,04

0,20

0,20

0,20

51

OURO PRETO

MG

0,6

23

20

0,00

0,12

0,12

0,04

52

PARACATU

MG

1,2

45

10

-0,04

0,00

0,04

0,12

53

PARANAGUÁ

PR

0,3

42

10

0,04

0,12

0,12

0,16

54

PARINTINS

AM

0,6

30

20

0,04

0,04

0,04

0,08

55

PASSA QUATRO

MG

0,7

21

20

0,04

0,04

0,04

0,08

56

PASSO FUNDO

RS

0,7

21

20

-0,04

0,04

0,04

0,08

57

PETRÓPOLIS

RJ

0,3

41

10

-0,08

0,12

0,12

0,08

58

PINHEIRAL

RJ

0,4

19

60

0,08

0,12

0,16

0,04

59

PIRACICABA

SP

0,3

25

20

-0,08

0,04

0,12

0,08

60

PONTA GROSSA

PR

0,3

23

20

-0,08

0,08

0,08

0,04

61

PORTO ALEGRE

RS

0,4

22

20

0,00

0,08

0,08

0,08

62

PORTO VELHO

RO

0,3

35

20

0,00

0,00

0,00

0,04

63

PRAÇA XV (Rio de Janeiro/RJ)

RJ

0,2

27

20

0,00

0,20

0,20

0,20

64

PRAÇA SAENS PEÑA (Rio de Janeiro/RJ)

RJ

0,2

31

20

-0,04

0,12

0,16

0,16

65

QUIXERAMOBIM

CE

0,2

17

60

-0,08

0,04

0,08

0,12

66

RESENDE

RJ

0,3

31

20

0,04

0,08

0,08

0,08

67

RIO BRANCO

AC

0,3

31

20

-0,08

0,00

0,04

0,08

68

RIO GRANDE

RS

0,3

24

20

0,00

0,2

0,2

0,12

69

SALVADOR

BA

0,6

33

10

-0,04

0,08

0,08

0,12

ANEXOS

No

147

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

148

No

POSTO

UF

a

b

c

70

SANTA CRUZ

RJ

0,4

26

71

SANTA MARIA

RS

0,4

72

SANTA MARIA MADALENA

RJ

73

SANTA VITÓRIA DO PALMAR

74

Valores de β 5 min

15 min

30 min

1h a 6d

20

0,00

0,08

0,08

0,16

37

10

-0,08

0,04

0,04

0,08

0,4

24

20

-0,08

0,04

0,04

0,00

RS

0,4

24

20

-0,08

0,12

0,12

0,12

SANTOS - ITAPEMA

SP

0,2

50

20

0,12

0,20

0,20

0,12

75

SANTOS

SP

0,7

44

10

0,12

0,12

0,16

0,20

76

SÃO CARLOS

SP

0,4

29

20

-0,04

0,08

0,08

0,12

77

SÃO FRANCISCO DO SUL

SC

0,3

37

10

0,00

0,08

0,08

0,16

78

SÃO GONÇALO

PB

0,4

29

20

-0,08

0,08

0,12

0,16

79

SÃO LUIZ

MA

0,4

42

10

-0,08

0,00

0,00

0,08

80

SÃO LUIZ GONZAGA

RS

0,5

30

20

0,08

0,08

0,12

0,08

81

SÃO SIMÃO

SP

0,4

26

20

0,00

0,04

0,08

0,08

82

SENA MADUREIRA

AC

0,2

30

20

0,00

0,04

0,08

0,04

83

SETE LAGOAS

MG

0,4

27

20

0,08

0,08

0,08

0,08

84

SOURE

PA

0,7

46

10

0,00

0,00

0,04

0,08

85

TAPERINHA

PA

0,3

32

20

0,08

0,08

0,04

0,04

86

TAUBATÉ

SP

0,3

24

20

0,12

0,12

0,12

0,16

87

TEÓFILO OTONI

MG

0,4

24

20

0,00

0,08

0,08

0,08

88

TERESINA

PI

0,2

33

20

0,12

0,12

0,12

0,12

89

TEREZÓPOLIS

RJ

0,3

36

10

0,08

0,08

0,04

0,12

90

TUPÍ

SP

0,3

18

60

-0,08

0,12

0,12

0,04

91

TURIASSÚ

MA

0,6

30

20

0,04

0,04

0,04

0,04

92

UAUPÉS

AM

0,2

36

20

0,08

0,04

0,04

0,04

93

UBATUBA

SP

0,6

46

10

0,04

0,16

0,16

0,16

94

URUGUAIANA

RS

0,2

38

10

-0,04

0,08

0,08

0,12

95

VASSOURAS

RJ

0,4

19

60

0,08

0,08

0,08

0,08

96

VIAMÃO

RS

0,4

21

20

-0,04

0,04

0,04

0,04

97

VITÓRIA

ES

0,3

34

10

0,12

0,12

0,12

0,12

98

VOLTA REDONDA

RJ

0,2

30

20

0,12

0,12

0,12

0,12

ANEXO D Glossário Água de constituição: a que se encontra na composição da partícula sólida. Ex.: Montmorilonita (OH)4 Si2 Al4 O20 nH2 O Água de retenção: é a água contida em um meio poroso, não sendo mobilizável pela gravidade. Água subsuperficial: é toda água que ocorre na litosfera sob a superfície topográfica. Água subterrânea: é a água de sub-superfície que ocorre na zona saturada dos aqüíferos, movendo-se unicamente sob o efeito da força gravitacional. Água superficial: é toda água líquida que ocorre em corpos com superfície livre em contato direto com a atmosfera; ou seja, acima da superfície topográfica. Assoreamento: obstrução, por areia ou por sedimentos quaisquer, de um rio, canal ou estuário, geralmente em conseqüência de redução da correnteza. Bacia de contribuição ou bacia de drenagem ou área de contribuição: é a área contribuinte para a seção em estudo. Bacia hidrográfica: é a região contida entre divisores de água em que toda a água que aí se precipitar sairá pelo único exutório: a foz do curso d’ água Boca coletora: é constituída por boca de lobo ou ralo. É uma estrutura hidráulica que capta as águas superficiais transportadas pelas sarjetas e sarjetões, sendo constituída de uma caixa localizada sob o passeio ou sob a sarjeta. Boca-de-Lobo: é uma boca coletora com abertura no meio fio (denominada de chapéu) que serve de entrada para águas a serem escoadas através das galerias. Caixas de ligação ou de passagem ou morta: são caixas de alvenaria ou pré-moldadas de concreto, subterrâneas, não visitáveis, com a finalidade de reunir condutos de ligação (conexão) das bocas coletoras ou estes à galeria, propiciar mudanças na declividade e rebaixamento da rede tubular. Caixas de ralo ou ralo: são caixas coletoras em que a captação do fluxo d’água só ocorre pela sua parte superficial, através de uma grelha a qual é constituída de barras longitudinais ou transversais. Calha principal: é a parte do curso natural d’água que fica sob as águas. Carga piezométrica ou carga hidrostática: é a parte da carga hidráulica correspondente a soma das energias de posição e de pressão; fisicamente, é expressa pela altura da água no poço; corresponde a energia potencial. do sobre a laje superior do poço de visita e coberto pelo tampão. Cheias: são as ampliações das vazões nos rios devidas, principalmente, ao aumento do escoamen-

ANEXOS

Chaminé: é o conduto vertical de seção circular, de alvenaria ou pré-moldado de concreto, localiza-

to superficial. Normalmente, ocorrem no período chuvoso. Chuva de projeto: é a chuva de intensidade máxima. Para sua obtenção nas pequenas bacias, a duração é considerada como igual ao tempo de concentração e sua freqüência é de uma vez no período de retorno ou tempo de recorrência. Chuva inicial de projeto: é a chuva intensa considerada para o projeto de um sistema inicial de

149

drenagem (microdrenagem). Em drenagem urbana, poderá ter período de retorno de 2, 5 ou 10 anos, dependendo da importância do projeto. Coeficiente de escoamento superficial ou deflúvio ou run-off (C): é o quociente entre a chuva efetiva e a chuva vertida. Colmatação: é o processo de preenchimento dos poros por finos; causando o efeito de parede. É o processo inverso da erosão. Conduto de ligação ou conexão ou ramal: também denominado de tubulação ou tubulação de ligação, é destinado a conectar as bocas coletoras à caixa de ligação ou ao poço de visita. Conduto forçado: duto no qual o escoamento não é possível pela ação da gravidade e o fluxo desliza sob a ação de pressão exercida por algum tipo de mecanismo. Curso d’água: qualquer corrente de água, canal, rio, riacho, ribeirão ou córrego. Deflúvio superficial ou chuva efetiva ou excedente: parcela da chuva que chega à seção de controle. Derrocar: remover rochas, particularmente do leito de rios ou canais, para desobstruí-los ou ampliá-los. Escoamento permanente: tipo de escoamento no qual a velocidade não se altera em grandeza e direção em qualquer ponto de um líquido. As características hidráulicas em cada seção independem do tempo. Escoamento uniforme: escoamento permanente em que não há variação de características hidráulicas de uma seção para outra. Estações de bombeamento: conjunto de obras e equipamentos destinados a retirar água de um canal de drenagem quando não mais houver condições de escoamento por gravidade, para um outro canal em nível mais elevado ou receptor final da drenagem em estudo. Estudo de impacto ambiental (EIA): documento técnico – diagnóstico das potencialidades naturais e socioeconômicas, dos impactos e das medidas destinadas à mitigação, compensação e controle desses impactos. Estudos Ambientais: são todos e quaisquer estudos relativos aos aspectos ambientais relacio-

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

nados à localização, instalação, operação e ampliação de uma atividade ou empreendimento, apresentado como subsídio para a análise da licença requerida. Resultam em documentos tais como: relatório ambiental, plano e projeto de controle ambiental, relatório ambiental preliminar, diagnóstico ambiental, plano de manejo, plano de recuperação de área degradada e análise preliminar de risco. Freático: é aquele aqüífero cuja superfície superior da zona saturada encontra-se a pressão atmosférica. Galeria: é o conduto fechado destinado ao transporte da água pluvial captada nos poços de visita ou caixas de ligação até o ponto de lançamento. Pode ter seção circular, retangular, oval ou de outra forma. Gradiente hidráulico: é a razão entre as variações de carga hidráulica e comprimento percorrido, na direção do fluxo. Fisicamente, mede a inclinação da superfície da água subterrânea.

150

Greide: é uma linha do perfil correspondente ao eixo longitudinal da via. Guia ou Meio-fio: é a peça de pedra ou de concreto configurando a faixa longitudinal que separa a calçada da via e com sua face superior no mesmo nível do passeio.

Hidráulica: é o ramo da Hidromecânica que trata das aplicações dos conceitos físicos da mecânica e hidráulica às atividades humanas. Hidrograma: é a variação da vazão na seção de saída da bacia hidrográfica, como resposta da mesma, ao longo do tempo devido a precipitação que ocorre sobre ela. Hidrologia: é o ramo da Geofísica que trata dos fenômenos naturais das águas da Terra, estudando-lhes a ocorrência e a circulação em: oceanos, continentes, e atmosfera. Inundações: são cheias excepcionais, fazendo com que os cursos d’ água extravasem, ocupando áreas maiores, as várzeas, formando os chamados leitos maiores. Licença de Instalação (LI): documento que autoriza a instalação do empreendimento ou atividade de acordo com as especificações constantes dos planos, programas e projetos aprovados, incluindo as medidas de controle ambiental e demais condicionantes, da qual constituem motivo determinante. Licença de Operação (LO): documentação que autoriza a operação da atividade ou empreendimento, após a verificação do efetivo cumprimento do que consta das licenças anteriores, com as medidas de controle ambiental e determinados condicionantes para a operação. Licença Prévia (LP): documento que deve ser concedido na fase preliminar do planejamento do empreendimento ou atividade aprovando sua localização e concepção, atestando a viabilidade ambiental e estabelecendo os requisitos básicos e condicionantes a serem atendidos nas próximas fases de sua implantação. Deve ser requerida na fase do estudo de viabilidade, previamente à elaboração do projeto básico. Licenciamento Ambiental: procedimento administrativo pelo qual o órgão ambiental competente licencia a localização, instalação, ampliação e a operação de empreendimentos e atividades que interfiram com os recursos ambientais, consideradas efetiva ou potencialmente poluidoras ou daquelas que, sob qualquer forma, possam causar degradação ambiental, considerando as disposições legais e regulamentares e as normas técnicas aplicáveis ao caso. Macrodrenagem: inclui além da microdrenagem as galerias de grande porte (D > 1,5m) e os corpos receptores tais como canais, córregos e rios canalizados. Mata ciliar: cobertura vegetal que se desenvolve ao longo de cursos de água em regiões inundáveis, e que tem altura média entre 9 e 15m. Microdrenagem ou Sistema Inicial de Drenagem: consiste na coleta, na condução e no lançamento final dos deflúvios superficiais. Inicia-se nas edificações, seus coletores pluviais, prossegue no escoamento de sarjetas ou guias, continua nos bueiros e galerias e termina num receptor natural ou artificial, da macrodrenagem. É o sistema de condutos pluviais em nível Orifício: perfuração, geralmente de forma geométrica, feita abaixo da superfície livre do liquido, em paredes de reservatórios, tanques, canais ou canalizações.

ANEXOS

de loteamento ou de rede primária urbana.

Outorga: é o ato pelo qual um órgão governamental se manifesta sobre a implantação de empreendimento, obras e serviços que interfiram com o recurso hídrico superficial, obras de extração de águas subterrâneas e a derivação ou lançamento com o uso de recursos hídricos. Percolação: fluído passando através de um meio poroso. Período de retorno ou Tempo de recorrência: corresponde ao número médio de anos em que uma

151

dada precipitação será igualada ou excedida. É definido em função da importância e das condições locais do projeto. Permeabilidade: é a facilidade com que o meio permite a percolação do fluido sob um gradiente de potencial; fisicamente, expressa a área (dos poros) disponível ao fluxo. Piscinão: reservatórios urbanos para amortecimento de cheias. Poços de visita ou de inspeção: é uma caixa de alvenaria ou pré-moldado de concreto que une dois trechos consecutivos de uma galeria e pode receber os condutos de conexão das caixas de ligação. Devem permitir a inspeção e limpeza dos condutos subterrâneos. É conveniente a sua localização nos pontos de reunião dos condutos (cruzamento de ruas), mudanças de seção, de declividade e de direção. Recomenda-se no máximo 4 (quatro) ligações por poço de visita. Polder ou pôlder: uma entidade hidrológica artificial. Trata-se de uma porção de terreno abaixo do nível do mar ou de corpo hídrico próximo, ocupada e mantida pelo homem por meio de diques, sistema de bombeamento e canais. Projeto Básico: conjunto de elementos necessários e suficientes, com nível de precisão adequado, para caracterizar o complexo de obras ou serviços objeto da licitação, elaborado com base nas indicações dos estudos técnicos preliminares. Deve assegurar a viabilidade técnica e o adequado tratamento do impacto ambiental do empreendimento, bem como que possibilitar a avaliação do custo da obra e a definição dos métodos e do prazo de execução. Projeto Executivo: o conjunto dos elementos necessários e suficientes à execução completa da obra, de acordo com as normas pertinentes da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT. Quarteirão ou quadra: Porção de terreno delimitada por três ou mais logradouros públicos adjacentes. Recursos ambientais: recursos naturais constituídos da atmosfera, as águas interiores, superficiais e subterrâneas, os estuários, o mar territorial, o solo, o subsolo e os elementos da biosfera. Recursos hídricos: qualquer coleção d’água superficial ou subterrânea. Relatório de impacto ambiental (RIMA): documento gerencial que contém informação acerca das

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

vantagens e desvantagens do projeto e suas conseqüências ambientais de sua implementação. Sarjeta: é um canal longitudinal, em geral triangular, situado entre a guia e a pista de rolamento, destinado a coletar e conduzir as águas de escoamento superficial da via pública até as bocas coletoras. Sarjetões: canal de seção triangular, situado nos pontos baixos do greide ou nos cruzamentos das vias públicas destinados a orientar o escoamento das águas. Servidão: passagem, para uso público, por um terreno de propriedade particular. Sistema de galerias pluviais: parte subterrânea de um sistema de microdrenagem. É formado por bocas coletoras, condutos de ligação, galerias e seus órgãos acessórios tais como poços de visita e caixas de ligação. Sizígia: Conjunção ou oposição de um planeta/satélite, especialmente a Lua, com o Sol. No caso da Terra (o que se observa no plenilúnio e no novilúnio).

152

Solo: é a parte superior da camada de alteração das rochas, capaz de suportar vida. Tampão: peça de ferro fundido instalada ao nível da pavimentação de via pública e sobre a chaminé, destinada a permitir acesso ao poço de visita.

Tempo de concentração: tempo de percurso para que o deflúvio atinja o curso principal desde os pontos mais longínquos até o local onde se deseja definir a descarga. Ou ainda: intervalo de tempo entre o início da precipitação e o instante em que todos os pontos da bacia estão contribuindo para o local onde se pretende calcular a vazão. Na microdrenagem é a soma do tempo de entrada e do tempo de percurso. Tempo de entrada: tempo gasto pela água para atingir a primeira boca coletora (boca de lobo ou ralo). Tempo de percurso: tempo gasto pela água para percorrer a sarjeta, entrar na boca coletora, percorrer a conexão, entrar no poço de visita (ou caixa de ligação), e percorrer a galeria até o ponto considerado. Traçador (Tracer): tipo de material que permite identificar o deslocamento de um fluido. Trecho de galeria: parte da galeria situada entre dois poços de visita consecutivos. Turbulento: fluxo em que a trajetória das moléculas de fluido é errática e confusa; a velocidade real está acima da velocidade crítica, dada pelo número de Reynolds. Várzeas: parte do curso natural d’água que permanece com menor freqüência sob as águas. Em geomorfologia a várzea recebe a denominação de leito maior ou secundário. Via arterial: aquela caracterizada por interseções em nível, geralmente com semáforo, permite acessibilidade aos lotes lindeiros e às vias secundárias e locais, bem como possibilitando o trânsito entre as regiões da cidade. Via coletora (ou principal): aquela destinada a coletar e distribuir o trânsito que tenha necessidade de entrar ou sair das vias de trânsito rápido ou arterial, possibilitando o trânsito dentro das regiões da cidade. Via de trânsito rápido (ou expressa): aquela caracterizada por acessos especiais com trânsito livre, sem interseções em nível, não permite acessibilidade direta aos lotes lindeiros e nem travessia de pedestres em nível. Via local: aquela caracterizada por interseções em nível não semaforizadas, destinada apenas ao acesso local ou a área restritas. Via urbana: ruas, avenidas, vielas ou caminhos e similares abertos à circulação pública, situados na área urbana, caracterizados principalmente por possuírem imóveis edificados ao longo de sua extensão. Via: superfície por onde transitam veículos, pessoas ou animais, compreendendo a pista, a calçada,

ANEXOS

o acostamento, ilha e canteiro central.

153

ANEXO E Marcos Legais A legislação de interesse da drenagem urbana e inundação ribeirinha trata dos seguintes temas: 1. Recursos hídricos. 2. Uso do solo. 3. Meio ambiente. 1) RECURSOS HÍDRICOS a) Constituição Federal 1. Define o domínio dos rios. 2. Define a legislação de recursos hídricos a nível federal. 3. Estabelece os princípios básicos da gestão hídrica através de bacias hidrográficas, que pode ser estadual ou federal. b) Legislações Estaduais (algumas) 1. Estabelecem critérios para a outorga do uso da água. 2. Não tratam da outorga do despejo de efluentes de drenagem. 2) USO DO SOLO a) Constituição Federal, artigo 30, 1. A responsabilidade é municipal. 2. Os Estados e a União podem disciplinar o uso do solo visando a proteção ambiental, controle da poluição, saúde pública e segurança. 3. A drenagem urbana envolvendo o meio ambiente e o controle da poluição é de compe-

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tência concorrente entre Município, Estado e Federação. b) Legislações Estaduais 1. Não tem tratado de drenagem e inundações no zoneamento para uso do solo. 2. São restritivas quanto à proteção de mananciais e áreas ambientais. 3) MEIO AMBIENTE A legislação ambiental estabelece normas e padrões de qualidade da água dos rios (classes). O escoamento pluvial, resultante das cidades, deve ser objeto de outorga ou de controle a ser previsto nos planos de bacias. a) Licenciamento ambiental A Resolução CONAMA no 237/1997 lista os empreendimentos que necessitam de licenciamento

154

ambiental. Para obras civis, dentre outros, cita: 1. – barragens, diques, canais para drenagem e retificação de curso d’água; e 2. – abertura de barras, embocaduras e canais.

b) Estudos ambientais Paralelamente ao licenciamento ambiental, podem ser exigidos pelo órgão governamental a apresentação de estudos ambientais, como condição para concessão de licença. Estão sujeitos a estudo ambiental, EIA e respectivo RIMA, em princípio, empreendimentos com significativo impacto ambiental. Eles estão listados na Resolução CONAMA no 1/ 1986, art. 2o, dentre outros itens, o VII: “VII – Obras hidráulicas para exploração de recursos hídricos, tais como: barragem para fins hidrelétricos, acima de 10MW, de saneamento ou de irrigação, abertura de canais para navegação, drenagem e irrigação, retificação de cursos d’água, abertura de barras e embocaduras, transposição de bacias, diques.” 4) NORMAS DA ABNT ESPECÍFICAS DE DRENAGEM Norma

Título

NBR 12266/85

Projeto e execução de valas para assentamento de tubulação de água, esgoto ou drenagem urbana

NBR 8216/85

Irrigação e drenagem

NBR 14145/85

Drenagem agrícola – terminologia e simbologia

NBR 10844/89

Instalações prediais de águas pluviais

5) NORMAS DO DNIT ESPECÍFICAS DE DRENAGEM (disponíveis em http://www.dnit.gov.br)

MANUAIS Manual de drenagem de rodovias – 2006 Manual de hidrologia básica para estruturas de drenagem – 2005 ÁLBUM Álbum de projetos-tipo de dispositivos de drenagem, 2006 Diretrizes básicas para elaboração de estudos e projetos rodoviários – 2006 Título

IS-203

Estudos Hidrológicos

IS-210

Projeto de Drenagem

IS-239

Estudos Hidrológicos para Projeto Executivo de Engenharia para Construção de Rodovias Vicinais

IS-242

Projeto de Drenagem para Projeto Executivo de Engenharia para Construção de Rodovias Vicinais

Procedimento DNER PRO 380/98

Título Utilização de Geossintéticos em obras rodoviárias

ANEXOS

Instrução de Serviço

155

Especificação de material

Título

EM DNIT 093/2006

Tubo de dreno PEAD (polietileno de alta densidade)

EM DNIT 094/2006

Tubo de dreno PRFV (poliéster reforçado com fibra de vidro)

Especificação de serviço ES 039/71

Título Muros de arrimo

ES 015/2006

Drenos subterrâneos

ES 016/2006

Drenos sub-superficiais

ES 017/2006

Dreno sub-horizontal

ES 018/2006

Sarjetas e valetas de drenagem

ES 019/2004

Transposição de sarjetas e valetas

ES 020/2006

Meios-fios e guias

ES 021/2004

Entradas e descidas d’água

ES 022/2006

Dissipadores de energia

ES 023/2006

Bueiros tubulares de concreto

ES 024/2004

Bueiros metálicos executados sem interrupção de tráfego

ES 025/2004

Bueiros celulares de concreto

ES 026/2004

Caixas coletoras

ES 027/2004

Demolição de dispositivos de concreto

ES 028/2004

Limpeza e desobstrução de dispositivos de drenagem

ES 029/2004

Restauração de dispositivos de drenagem danificada

ES 030/2004

Dispositivos de drenagem pluvial urbana

ES 086/2004

Recuperação do sistema de drenagem

ES 096/2006

Bueiros de concreto tipo mini-túnel sem interrupção do tráfego

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

6) DIRETRIZES EXECUTIVAS DE SERVIÇOS – Prefeitura da Cidade de Recife – EMLURB (disponíveis

156

em http://www.recife.pe.gov.br/pr/servicospublicos/emlurb/cadernoencargos)

Diretriz de serviços

Título

ES-D01

Diretrizes Executivas de Serviços para Obras de Drenagem

ES-D02

Diretrizes Executivas de Serviços para Obras de Galerias de Águas Pluviais – Tubulações

ES-D03

Diretrizes Executivas de Serviços para Obras de Canais

ES-D04

Diretrizes Executivas de Serviços para Limpeza de Canais, Galerias e Cadastro

ANEXO F Tabelas úteis Tabela F1 – Fatores de conversão de comprimento Unidades inglesas

Equivalente métrico

1 polegada (one inch) -pol

0,0254 m

1 pé (one foot)

0,3048 m

1 jarda = 3 pés

0,9144 m

1 milha inglesa

1609,3 m

Unidades métrica

Equivalente inglês

1 centímetro

0,0328 pés = 0,394 pol.

1 metro (m)

3,281 pés = 39,37 pol.

1.000 metros (quilômetro)

5/8 de milha inglesa

Tabela F2 – Fatores de conversão de unidades Unidade

Multiplicar por

Para obter

Are

100

Metro quadrado

Are

0,02471

Acre

Hectare

100

Are

Hectare

1

Hectômetro quadrado

Quilômetro quadrado

100

hectare

Centímetro

0,3937

Polegada

Polegada

2,54

Centímetro

Litro

0,2642

Galão americano

Litro

0,03531

Pé cúbico

Litro

61,02

Galão por segundo

-4

4,503 × 10

Litro por minuto

5,885 ×10

Pé cúbico por segundo

Metro

3,281

Pé

Metro

39,37

Metro quadrado

Polegada -4

Acre

-7

Milha quadrada

2,471 × 10

Metro quadrado

3,861 × 10

Metro quadrado

10,76

Pé quadrado

ANEXOS

Litro por minuto

Polegada cúbica -3

157

Bibliografia 1.

AZEVEDO NETTO, José Martiniano; ALVAREZ, Guillermo Acosta. Manual de hidráulica. São Paulo: Edgard Blücher, 1986.

2.

AZZOUT, Y.; BARRAUD, S.; CRES, F.N.; ALFAKIH, E. Techniques Alternatives en Assainissement Pluvial: Choix, Conception, Réalisation et Entretien. Paris: Lavoisier Technique et Documentation, 1994.

3.

BELO HORIZONTE / Prefeitura Municipal. Lei no 7.166, de 27 de agosto de 1996. Do parcelamento, ocupação e uso do solo. Belo Horizonte, 1996. Disponível em . Acesso em 12 mar. 2007.

4.

BELO HORIZONTE / Prefeitura Municipal. Sistema de microdrenagem SUDECAP. Belo Horizonte, 2004.

5.

BIDONE, F. R., TUCCI, C.E.M. Microdrenagem. In : Tucci, C.E.M., Porto, R.L., Barros, M.T. (Org.). Drenagem Urbana. Porto Alegre: Editora da Universidade, 1995. p. 77-105.

6.

BRASIL. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Álbum de projetos-tipo de dispositivos de drenagem. Rio de Janeiro: DNIT, 2006.

7.

BRASIL. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Manual de drenagem de rodovias. Rio de Janeiro: DNIT, 2006.

8.

CRUZ, M. S.; TUCCI, C. E. M.; SILVEIRA, A. L. L. Controle do escoamento com detenção em lotes urbanos. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, Porto Alegre, v. 3, n. 4, out./dez., p. 19-31. 1998.

9.

DAEE/CETESB. Drenagem urbana: manual de projeto. 3. ed. São Paulo: CETESB, 1986. 477

10. FADIGA JÚNIOR, Francisco Martins. Projeto de canais e reservatórios de retenção para drenagem urbana. São Paulo: [s.n.], 2001. 11. FERNANDES, C. Microdrenagem: um estudo inicial. Campina Grande: UFPB, 2002. 196 p. 12. FUGITA, O. (Coord.). Drenagem urbana: manual de projeto. São Paulo: Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, 1980. 13. POMPÊO, C. Augusto. Evolução histórica do conceito de drenagem. Santa Catarina: UFSC, [2007]. Disponível em: < www.labdren.ufsc.br/drenagem/ aulas/>. Acesso em: 12 mar. 2007. 14. PRONK, J. & HAQ, M. Suistainable development from concept to action. Switzerland: CNUMAD, 1992. 32 p. 15. PUPPI, I.C. Vias de Comunicação. In: _____ Estruturação Sanitária das Cidades. São Paulo: Compa-

MANUAL DE DRENAGEM URBANA

nhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, 1981.. 16. SECRETARIA DE ESTADO DE MEIO AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL. Ambiente das águas no estado do Rio de Janeiro. In: WEBER, W. (Ed.). Projeto PLANÁGUA-SEMADS/GTZ. [S.l.]: Cooperação Técnica Brasil-Alemanha, 2001. p. 230. 17. SCHUELER, T. R. Controlling urban runoff: a practical manual for planning and designing urban BMPs. Washington D.C.: Department of Environmental Programs, Metropolitan Washington Council of Governments. 1987. 18. SILVEIRA, André Luiz Lopes da. Drenagem urbana: aspectos de gestão. Porto Alegre: Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2002. 19. TUCCI, C. E. M. Gerenciamento da drenagem urbana. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, Porto Alegre, v. 7, n.1, jan./mar., p. 5-27. 2002. 20. URBAN DRAINAGE AND FLOOD CONTROL DISTRICT. Urban storm drainage criteria manual: best management practices. Denver, 1992. v.3.

158

21. URBONAS, B.; STAHRE, P. Stormwater best management practices and detention. New Jersey: Prentice Hall, 1993. 450 p. 22. WILKEN, P. S. Engenharia de drenagem superficial. São Paulo: CETESB, 1978. 477 p.