XIX Exposição de Experiências Municipais em Saneamento De 24 24 a 29 de maio de 2015 – Poços de Caldas - MG
PROCEDIMENTOS TÉCNICOS DE DIMENSIONAMENTO DIMENSIONAMENTO DA MICRODRENAGEM DO MUNICÍPIO DE SANTO ANDRÉ
Alexan Al exandr dre e Perri Perr i d e Moraes Mor aes (1) Mestre em Engenharia de Construção Civil e Urbana pela Universidade de São Paulo (USP), Graduado em Engenharia Civil pela Escola de Engenharia Mauá (EEM), atualmente ocupa o Cargo de Engenheiro Civil no Serviço Municipal de Saneamento Ambiental de Santo André – SEMASA, atuou como Assistente de Professor em curso de graduação na Escola Politécnica da USP.
Endereço (1): Av. José Caballero, 143 – Centro – Santo André – São Paulo - CEP: 09040-210 – Brasil – Tel: +55 (11) 4433-9983 – e-mail:
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RESUMO A padronização dos procedimentos técnicos para o dimensionamento da microdrenagem urbana orienta a elaboração de projetos, proporcionando a redução de risco de alagamentos e inundações. Com a redução de alagamentos, obtêm-se uma melhoria nas condições de vida para a população e ganhos financeiros aos envolvidos. Neste trabalho, são apresentadas definições e etapas para o desenvolvimento de projetos de microdrenagem urbana que consistem em: análise da capacidade de escoamento superficial, cálculo da vazão de contribuição e dimensionamento das galerias de águas pluviais (GAP’s). Também, é apresentado um exemplo prático para cada fase da execução do projeto.
Palavras-chave: Microdrenagem urbana; águas pluviais; drenagem urbana; dimensionamento; Santo André.
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INTRODUÇÃO/OBJETIVOS Segundo a Organização Mundial de Saúde (WHO, 2004), saneamento é o controle ou gerenciamento de todos os fatores do meio físico, que exercem ou podem exercer efeitos nocivos sobre o bem estar físico, mental e social do ser humano. No sentido mais restrito, o saneamento básico restringe-se: ao abastecimento de água às populações, com a qualidade compatível com a proteção de sua saúde e em quantidade suficiente para a garantia de condições básicas de conforto; à coleta, tratamento e disposição ambientalmente adequada e sanitariamente segura de águas residuais (esgotos sanitários, resíduos líquidos industriais e agrícolas; acondicionamento, à coleta, transporte e/ou destino final dos resíduos sólidos (incluindo os rejeitos provenientes das atividades doméstica, comercial e de serviços, industrial e pública); e à coleta de águas pluviais e controle de alagamentos e inundações, denominado amplamente por sistema de microdrenagem urbana (Guimarães, Carvalho e Silva, 2007). A implantação de um sistema de microdrenagem urbana tem por finalidade a captação superficial e o escoamento das águas pluviais até um corpo d’água. Este sistema contempla o pavimento das vias, guias, sarjetas, sarjetões, grelhas e galerias de águas pluviais (GAP’s). Os projetos de microdrenagem devem contemplar: o diâmetro, material, locação das redes, cobrimento mínimo sobre as redes, dispositivos de captação, condução e lançamento das águas pluviais, conexão dos ramais de ligação dos dispositivos, espaçamento máximo entre caixas de drenagens e a locação dos dispositivos. Existem três níveis de projetos: Anteprojeto, projeto básico e projeto executivo. O anteprojeto é um estudo preliminar, contendo somente a escolha do material, diâmetro e encaminhamento das redes, bem como, as quantidades de dispositivos e sua locação. Projeto básico é um estudo fundamental tendo além dos elementos anteriores, a declividade e a velocidade das redes. O projeto executivo é um estudo detalhado, com a diferença dos tipos de escoramento e o projeto estrutural. O presente trabalho tem como objetivo estabelecer a padronização dos procedimentos técnicos para a elaboração de estudos e projetos para implantação de sistemas de microdrenagem no Município de Santo André, oferecendo aos usuários condições favoráveis de conforto e segurança, evitando a ocorrência de inundações. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento
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METODOLOGIA As etapas para a elaboração de um projeto de microdrenagem urbana no Município de Santo André compreendem:
•
Cálculo da vazão do escoamento superficial;
•
Cálculo da área de contribuição ou da bacia de contribuição;
•
Cálculo da vazão da área de contribuição;
•
Comparação entre as vazões do escoamento superficial e da área de contribuição;
•
Nivelamento da rede projetada;
•
Critérios de dimensionamento da galeria de águas pluviais (GAP);
•
Determinação da quantidade de dispositivos;
•
Elaboração do projeto gráfico, incluindo os elementos da GAP: dispositivos de captação, ramais, caixas de drenagem, redes e válvulas; e
•
Execução do orçamento e do parecer técnico.
A GAP é constituída pelos seguintes elementos: Dispositivos de captação, ramais, caixas de drenagem, redes e válvulas. Os dispositivos são elementos de captação das águas pluviais que escoam nas vias e sarjetas, podendo ser: Boca de lobo, boca de leão, grelha, combinação entre elas (Boca de lobo e leão) e suas variações: Simples, duplas, triplas, entre outras. A capacidade de absorção de uma boca de lobo de acordo com estudos hidráulicos é de 60 l/s. Para a boca de leão a capacidade é de 70 l/s. Para a combinação de boca de lobo e boca de leão a capacidade é de 120 l/s. O dispositivo de boca de lobo combinada com boca de leão simples é apresentado em laranja na Figura 01:
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Figura 01 – Desenho do disp ositiv o de boca de lobo co mbinada com b oca de leão sim ples.
Os ramais são tubulações que fazem a ligação entre os dispositivos e as caixas de drenagens. O diâmetro mínimo para os ramais deve ser de 500 mm e a especificação do material é em concreto armado. Na Figura 02, os ramais são mostrados em laranja, seguindo o mesmo desenho anterior:
Figura 02 – Desenho d os ramais.
As caixas de drenagens são câmaras visitáveis que tem como finalidade facilitar a manutenção, além de serem utilizados em entroncamentos, conexões, mudança de direção e declividade das redes. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento
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Na Figura 03, observa-se o desenho da caixa de drenagem em laranja:
Figura 03 – Desenho da caixa de drenagem.
As redes de drenagem são galerias que captam águas pluviais dos ramais e conduzem ao corpo d’água. Geralmente, são canalizações fechadas em seção circular e concreto armado, podendo ter os seguintes diâmetros: 600, 800, 1.000, 1.200 e 1.500 mm. A rede de drenagem é apresentada em laranja na Figura 04:
Figura 04 – Desenho da rede de drenagem.
As válvulas são dispositivos que impedem o retorno das águas pluviais às regiões mais baixas, quando o córrego estiver cheio, conforme mostrado na figura abaixo: ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento
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Figura 05 – Foto da Válvula Flap.
RESULTADOS As etapas que compreendem a elaboração do projeto de microdrenagem urbana no Município de Santo André são detalhadas a seguir: 1. Cálculo da vazão do escoamento superficial: Para o cálculo da vazão de escoamento superficial (vias e sarjetas) é utilizado o Método de Izzard, por meio da expressão:
= √ .
.
Onde: Q Esc. Sup. = Vazão de Escoamento Superficial (m³/s) K = Coeficiente de simplificação (m³/s) i = declividade da via (m/m) O valor do coeficiente de simplificação (K), em função da largura da via, é apresentado na Tabela 01: Tabela 01 – Valores do coeficiente de sim plif icação em funç ão da largura da v ia.
Largura da via (m) K
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
0,539 0,718 0,898 1,077 1,257 1,436 1,616 1,795
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2. Cálculo da área de contribuição ou da bacia de contribuição: Para o calculo da área de contribuição são considerados os seguintes critérios: Determinar o ponto de interesse (Local da reclamação), localizar os dispositivos de drenagem (Redes, sarjetas e sarjetões), entender a direção do escoamento das águas e por fim, através de softwares, como AutoCad/ Microstation, desenhar e calcular a área de contribuição. 3. Cálculo da vazão da área de contribuição: Para o cálculo da vazão da área de contribuição é utilizado o Método Racional (Para bacias de até 2,0 km²), em função da expressão:
= . . .
Onde: Q
Contr. =
Vazão da área de contribuição (m³/s)
C = Coeficiente de escoamento, conforme tabela 02 (adimensional) I = Intensidade média de precipitação sobre toda área de contribuição (m/s) A = Área de contribuição (m²)
Tabela 02 – Valores do coeficiente d e escoamento (C) em função d as características da b acia.
Característica da bacia
C Mín. C. Máx.
Edificação muito densa
0,70
0,95
Edificações com muitas superfícies livres
0,25
0,50
Matas, parques e campos de esportes
0,05
0,20
Fonte: Prefeitura de São Paulo
A intensidade média de precipitação (I) é obtida pela altura precipitada (h) dividida pelo tempo de concentração (t c ), tem-se que:
ℎ =
Onde: h = Altura precipitada (mm): altura que a água alcançaria em um recipiente de área de 1,0 m², conforme equação:
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0 238 , ℎ = ( − 6) �12,9 − 4,22 − 1 Equação de Chuva para o Município de Santo André t c = Tempo de concentração (min): tempo que a água leva para percorrer a maior distância dentro da bacia delimitada (Como aproximação de cálculo, adota-se t c = 10 min) T R = Tempo de recorrência (anos): com base em dados estatísticos determina-se a chance de uma determinada intensidade de chuva ocorrer em um dado espaço de tempo, conforme tabela 03:
Tabela 03 – Valores de Intensid ade de Chuva de acordo com o Tempo de Recorrência.
TR (anos) I (m/s)*
10
25
50
100
5,19.10-5 6,12.10-5 6,81.10-5 7,49.10-5 * Considerando t c = 10 min
4. Comparação entre as vazões do escoamento superficial e da área de contribuição: Nesta etapa é necessário comparar as vazões da área de contribuição e a vazão de escoamento superficial. Se a vazão da área de contribuição for menor do que a vazão de escoamento superficial, então não será necessário implantar sistema de drenagem enterrado e consequentemente projeto. Caso contrário, será necessário fazer projeto para implantar sistema enterrado de GAP. 5. Nivelamento da rede projetada: O nivelamento do terreno no trecho a implantar a GAP é necessário para obter os dados para as próximas etapas. 6. Critérios de dimensionamento da galeria de águas pluviais (GAP): O dimensionamento da GAP, determinação das quantidades de dispositivos e locação das caixas de drenagem seguem as recomendações de projeto abaixo:
•
Distribuição entre caixa de drenagem até 100,0 m;
•
Velocidade máxima de 5,0 m/s e velocidade mínima de 0,75 m/s;
•
Degrau máximo entre tubos de 1,0 m;
•
Para os ramais, usar diâmetro mínimo de 500 mm e para as redes, usar diâmetro mínimo de 600 m; ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento
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•
As seções circulares são dimensionadas à seção plena ou y = 0,94 d e as retangulares com altura livre mínima de 0,10 H;
•
Nas mudanças de diâmetro (ou dimensões), as geratrizes superiores internas devem estar alinhadas.
Inicialmente, adota-se o diâmetro mínimo e a declividade do terreno, por ser mais econômico. Em seguida, determina-se a capacidade da rede utilizando a equação da continuidade:
= . Onde: Q = Vazão da rede (m³/s) V = Velocidade média (m/s) A m = Área molhada (m²)
Pela equação de Manning, obtêm-se a velocidade média:
1
=
2 3√
Onde: V = Velocidade média (m/s) n =
Coeficiente de rugosidade = 0,015 (concreto)
R h = Raio Hidráulico (m) i = Declividade média (m/m)
Para o cálculo do raio hidráulico, tem-se a seguinte expressão:
= Onde: R h = Raio hidráulico (m) A m = Área molhada (m²) ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento
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P m = Perímetro molhado (m)
7. Determinação da quantidade de dispositivos: A quantidade de dispositivos e locação das caixas de drenagem é determinada pela equação e recomendações abaixo:
= .
.
.
Onde: n dispos. = nº de dispositivos (adimensional) Q contrib. = Vazão da área de contribuição (m³/s) Q dispos. = Vazão de capacidade do dispositivo (m³/s)
Recomenda-se projetar as redes no eixo das vias, porém no caso de avenidas, as redes deverão preferencialmente ser projetadas sob o canteiro central. As conexões dos ramais poderão ser feitas em caixas de drenagem em número máximo de 04 (quatro). Os pontos baixos nos greides das vias devem ser providos de dispositivos de captação, sempre antes da faixa de passagem dos pedestres. 8. Elaboração do projeto gráfico, incluindo os elementos da GAP, execução do orçamento e do parecer técnico: Por fim, as etapas seguintes serão a elaboração do desenho, execução do orçamento e parecer técnico, conforme o nível de detalhamento do projeto. Cabe lembrar que estas etapas não foram detalhadas neste trabalho, pois serão temas de outros trabalhos específicos.
DISCUSSÃO A discussão dos resultados é apresentada por meio de um exemplo, considerando a aplicação dos procedimentos aqui propostos: “Uma pessoa abre um Processo Administrativo no Posto de Atendimento do SEMASA, solicitando implantação de um bueiro na Rua Carijós, nº 1.496, alegando que em dias chuvosos ocorre um alagamento temporário na Rua, dificultando a sua travessia principalmente por pedestres”.
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1º Passo: Para diagnosticar se a reclamação procede, primeiramente calcula-se a vazão da capacidade de escoamento superficial (m³/s):
= √ .
.
Obtêm-se pela Tabela 01 o valor do coeficiente de simplificação (K) em função da largura da via que neste caso será igual a 1,795, considerando uma largura da via de 10 metros. A declividade da via é obtida em cartas planialtimétricas, a partir das cotas do terreno divididas pela diferença de sua distância, conforme mostrado abaixo:
i = (780 – 779) / 40,87 = 0,0244 m/m
Assim, pode-se calcular a vazão de escoamento superficial, utilizando a fórmula:
Q Esc.Sup. = 1,795 √ 0,0244 = 0,280 m³/s
2º Passo: Como a vazão do projeto é diretamente proporcional à área de contribuição, delimita-se a bacia de contribuição, conforme os seguintes critérios:
•
Determinar o ponto de interesse (Ex: local da reclamação);
•
Localizar os dispositivos de drenagem (Redes, sarjetas e sarjetões);
•
Entender a direção do escoamento das águas;
•
Através de softwares como AutoCad / Microstation desenhar e calcular a área.
A delimitação da bacia de contribuição é ilustrada na Figura 06:
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Figura 06 – Delimitação da bacia de con tribu ição.
3º Passo: Calcula-se a vazão da área de contribuição através do Método Racional (Para bacias de até 2,0 km²), utilizando a expressão abaixo (m³/s):
= . . A .
Considerando que a região da bacia de contribuição tem edificação muito densa, adotou-se 0,90 para o valor de C, obtido na Tabela 02, e como para microdrenagem utiliza-se T R de 10 anos, adotou-se 5,19.10 -5 para o valor de l, obtido na Tabela 03. Logo, substituindo as incógnitas da fórmula acima, tem-se que:
Q Contr. = 0,90 . 5,19.10 -5 . 7434,10 = 0,347 m³/s ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento
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4º Passo: Confrontam-se as vazões de escoamento superficial e da área de contribuição. Como a vazão da capacidade de escoamento superficial é menor do que a vazão da área de contribuição, então será necessário elaborar um projeto da GAP. 5º Passo: Solicita-se o nivelamento do terreno no trecho a implantar a GAP. 6º Passo: Calcula-se o diâmetro da GAP, declividade, velocidade, cotas e caixas de drenagem, utilizando os dados do nivelamento e as fórmulas apresentadas na Tabela 04 abaixo, que é uma simplificação das equações apresentadas neste trabalho:
Tabela 04 – Hidrol ogia e Hidráuli ca: Conceitos Básicos e Metodologias - DAEE.
Portanto, para o cálculo do raio hidráulico da GAP, considerando o diâmetro mínimo de 0,60 m e utilizando as fórmulas acima, tem-se que:
R h = 0,2895 . 0,60 = 0,173 m
Em seguida, calculam-se as velocidades máximas de escoamento por trecho, por meio da expressão abaixo (m/s): ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento
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1
=
2 3√
Substituindo as incógnitas, considerando o valor de coeficiente de rugosidade ( n) de 0,015, as declividades ( i 1 ) de 0,0426 m/m e ( i 2 ) de 0,0463 m/m, tem-se que:
V 1 = (1/0,015) . (0,173) 2/3 . √ 0,0426 = 4,28 m/s V 2 = (1/0,015) . (0,173) 2/3 . √ 0,0463 = 4,46 m/s
Assim, pode-se calcular a capacidade da rede pela expressão abaixo (m³/s):
= . Substituindo as incógnitas e utilizando a fórmula da área molhada que está na Tabela 04, tem-se que:
Q 1 = 4,28 . 0,7662 . (0,60)² = 1,18 m³/s > Q contrib. Q 2 = 4,46 . 0,7662 . (0,60)² = 1,23 m³/s > Q contrib.
7º Passo: Determinam-se as quantidades de dispositivos, utilizando a seguinte equação:
= .
.
.
Para o exemplo prático em questão, tem-se que:
= (0,347 / 0,06) = 5,78 unid. ∴ = 6,00 unid. .
.
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8º Passo: Solicita-se o desenho do projeto de microdrenagem. 9º Passo: Elabora-se o orçamento, conforme o nível de detalhamento do projeto. 10º Passo: Elabora-se o parecer técnico, conforme o nível de detalhamento do projeto.
CONCLUSÃO As etapas apresentadas neste trabalho auxiliam na padronização dos projetos de microdrenagem urbana no Município de Santo André, pois especificam cada fase do projeto. Esta padronização garante a adequação do escoamento das águas pluviais, minimizando a ocorrência de área de risco de alagamento e proporcionando melhores condições de vida para a população e ganhos financeiros aos envolvidos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Especificações Gerais dos Serviços para Obras de Redes de Água, de Esgoto e de Drenagem, no Município de Santo André, junho de 1998, SEMASA, Santo André; GUIMARÃES, A. J. A.; CARVALHO, D. F. de; SILVA, L. D. B. Saneamento básico. Disponível em: http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/leonardo/downloads/APOSTILA/Apostila%20IT%20179/ Cap%201.pdf. Acesso em: 15 abril de 2015. Plano Municipal de Drenagem do Município de Santo André, março de 1999, SEMASA, Santo André.
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