Capítulo 5 Microdrenagem

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1 Capítulo 5 Microdrenagem A natureza nunca quebra as suas leis Leonardo da Vinci Boca de lobo com defletores a 45º Fonte: CIRIA, 2007

2 Introdução Uma das grandes dificuldades de se escrever sobre microdrenagem no Brasil é que até o momento não temos normas da ABNT. As cidades, Estados, órgãos públicos, empreendedores adotam critérios muito diferentes um dos outros, sendo difícil e até impossível de se fazer uma padronização. Outra dificuldade é o período de retorno a ser adotado e recomendamos Tr=25anos e em lugares como hospitais adotar Tr=50anos. Outro problema é que não há padronização das bocas de lobo e das alturas das guias sendo que cada problema tem que ser resolvido separadamente. As aberturas de bocas de lobo não podem superar o máximo de 0,15m, pois, causam fatalidades e processos judiciais. Outra indefinição é se devemos considerar o tubo de galerias de águas pluviais: y/d=1,0 (seção plena, PMSP), y/d=0,85 (EPUSP); y/d=0,80 (várias prefeituras, autor); y/d=0,75 (esgotos sanitários ABNT) ou y/d=0,67 (2/3 águas pluviais prediais ABNT). Com o problema de deposição de sedimentos não-coesivos e coesivos podemos adotar o criterio da tensão trativa minima de 2 N/m 2 ou velocidade minima de 0,75m/s. para qualquer relação y/d de uma tubulação de concreto. Guarulhos, 11 de outubro de 2013 Plinio Tomaz Engenheiro civil 5-2

3 SUMÁRIO Ordem Assunto 5.1 Introdução 5.2 Gradiente de energia e hidráulico 5.3 Período de retorno e altura da água na sarjeta 5.4 Galerias de águas pluviais no Brasil 5.5 Formula de Manning para secção circular plena 5.6 Dimensionamento de galeria circular parcialmente cheia 5.7 Boca de lobo sem depressão e altura da lâmina da água é menor que a abertura da guia 5.8 Boca de lobo com depressão 5.9 Quando a altura da água sobre o local for maior que 1,4h para boca de lobo com depressão e sem depressão 5.10 Quando a boca de lobo é uma grelha (grade) 5.11 Capacidade de escoamento superficial de uma grelha (grade) 5.12 Boca de lobo combinada com grelha 5.13 Redução de escoamento em bocas de lobo 5.14 Sarjetões 5.15 Secção parabólica 5.16 Bocas de lobo 5.17 Poços de visita 5.18 Caixas de ligação e tubos de ligação 5.19 Condutos com entrada submersa e saída submersa 5.20 Velocidade nas galerias 5.21 Tubulações 5.22 Tempo de concentração e vazões de projeto 5.23 Sarjetas 5.24 FHWA, DNIT, Declividade lateral das ruas 5.27 CIRIA, Tipos de bocas de lobo 5.29 Limitações técnicas em projetos de microdrenagem 5.30 Tempo de entrada 5.31 Vazão específica em uma sarjeta 5.32 Perdas de cargas localizadas 5.33 Riscos de enchentes 5.34 Classificação das ruas da PMSP 5.35 Tempo de concentração de Yen e Chow, Entrada de ar 5.37 Superelevação nas curvas 5.38 Ancoragens e velocidades 5.39 Rebaixamento de guias 5.40 Aquaplanagem 5.41 Dimensionamento de tubulação usando Metcalf&Eddy 5.42 Tensão trativa 5.43 Energia específica 5.44 Inclinação crítica 5.45 Número de Froude 5.46 Fórmula de Manning 5.47 Relações geométricas da seção circular 5.48 Velocidade crítica 5.49 Velocidade máxima 5.50 Bibliografia e livros consultados 103páginas 5-3

4 Capítulo 5- Microdrenagem 5.1 Introdução Primeiramente informamos que é dificil definir o que é microdrenagem. Alguns definem salientando uma área de 120ha e outros definem como o escoamento superficial nas ruas, as bocas de lobos e as galerias de águas pluviais. Para confundir mais o assuntos alguns definem tubos pequenos como aqueles que conduzem no máximo 0,57m 3 /s e tubos grandes quando conduzem mais que 0,57m 3 /s. Não existe uma definição e conceito aceito por todos os especialistas. Conforme Nicklow, 2001 quando a chuva cai sobre uma superfície pavimentada forma uma camada de água que vai aumentando cada vez mais causando problemas no tráfego de veículos, causando problemas de aquaplanagem e visibilidade. Primeiramente devemos esclarecer que não existe norma da ABNT sobre galerias de águas pluviais urbanas. Em 1986 foi lançado pelo Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE) e Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB), o livro Drenagem Urbana- manual de projeto, elaborado pela equipe técnica do DAEE. Este livro tornou-se o padrão brasileiro de drenagem sendo usado até hoje. No Brasil as galerias de águas pluviais são calculadas como condutos livres com os tubos trabalhando a: seção plena, 2/3D, 0,80D ou 0,83D. Existem regiões como o County Clark nos Estados Unidos, que usam a água pluvial como rede pressurizada até o máximo de 1,5m acima da geratriz superior da tubulação. Para a pressurização é necessário que as juntas sejam estanques ao vazamento ou que pelos menos suporte até 1,5m de pressão. Assim são usadas juntas elásticas ou juntas especiais. Nestas redes é comum se calcular os dois gradientes, o hidráulico e de energia de modo que o gradiente de energia não saia do perfil da vala de escavação. Para o Brasil podemos considerar como pressurização máxima em tubos de águas pluviais de 1,20m de coluna de água. Nas redes pressurizadas temos ampliações de rede curvas sem o uso de PVC, mas usando-se a regra de que os poços de visita estejam no máximo a 120m de distância um do outro. Mesmo quando se calculam redes pressurizadas existem trechos próximos do lançamento das águas pluviais como lagos e rios em que o conduto é livre. Na Figura (5.1) notar uma rede de águas pluviais moderna pressurizada de Clark County com curvas e ampliações sem poços de visita trabalhando até 1,50m de pressão acima da geratriz superior do tubo. Dica: Recomendamos pressurização de tubos no máximo de 1,20. O manual de projetos de hidráulica do Texas admite a utilização de galerias de águas pluviais pressurizadas e em condutos livres, porém recomenda o uso de condutos livres salientando que o diâmetro mínimo aconselhável de uma galeria deve ser de 600mm. Dica: quando o conduto for forçado a água poderá chegar no máximo a 0,30m do tampão para não haver extravasamento. 5-4

5 Figura 5.1- Rede de águas pluviais moderna Fonte: Clark County Na Figura (5.2) de Clark County notar no perfil as linhas de energia (EGL) e a linha piezométrica (HGL) que deverá estar abaixo do grade da rua. Figura 5.2- Perfil de águas pluviais notando-se as linhas de energia (EGL) e a linha piezométrica (HGL). Fonte: Clark County Na Figura (5.3) podemos verificar as linhas de energia e a linha piezométrica num conduto pressurizado que correspondem em inglês a Energy grade line (EGL) e Hydraulic grade line (HGL). 5-5

6 Figura 5.3- Linha de energia (EGL) e Linha Piezométrica (HGL) para condutos forçados Fonte: Gradiente de energia e hidráulico Temos dois gradientes muito importantes em canais e condutos livres e que são o gradiente de energia e o gradiente hidráulico. Linha de energia ou gradiente de energia Para o conduto livre conforme Figura (5.4) a linha de energia é a altura do em relação a um referencial de nível, mais a altura do nível de água e mais V 2 /2g. H= z 1 + y 1 + v 1 2 /2g Linha de gradiente hidráulico É a conexão de todos os pontos da superfície líquida do conduto livre é a linha do gradiente hidráulico conforme Metcalf&Eddy, H 1 = z 1 + y 1 Figura 5.4- Comparação de escoamento em condutos forçados e condutos livres Fonte: Metcalf&Eddy,

7 A linha de energia não poderá ser superior ao poço de visita de uma galeria e nem passar do nível do terreno. Conduto forçado Mays, 2001 salienta e mostra na Figura (5.5) que as redes pressurizadas possuem a linha de carga (EGL) de maneira que estão acima do grade conforme parte superior da figura e que trabalham como condutos forçados. As galerias de águas pluviais devem trabalhar como conduto livre conforme a parte de baixo da figura. A pressão máxima recomenda é de 1,20m. Conforme Douglas County, 2006 em rede pressurizada o nível da água no ponto mais desfavorável deve ficar no máximo a 0,30m da nível do tampão de visita. Figura 5.5- Linha piezométrica e linha de carga em uma tubulação de águas pluviais Fonte: Mays,

8 Devemos salientar que em bombeamento de águas pluviais a tubulação de recalque é pressurizada como se fosse um conduto forçado. Fica ainda a observação de quando há um entupimento de uma galeria a mesma ficará pressurizada de acordo com a profundidade do poço de visita. Assim admite-se pressurização dos tubos de 1,5m acima da geratriz superior da tubulação. É necessário que as juntas não vazem com esta pequena pressão. Os tubos de águas pluviais trabalharão com lâmina de água máxima de 0,8D, mas quando em forma de canais, deverá ser deixada uma borda livre de no mínimo 0,15m. Região litorânea Em região litorânea onde a variação da maré é muito grande as tubulações de águas pluviais deverão ser calculadas como conduto livre e conduto forçado. O mesmo conceito deve ser usado quando em lançamento em rios com grande variação de nível de água. Como conduto forçado é usado a fórmula de Hazen-Willians limitando a velocidade ao máximo de 1,50m/s. 10,643. Q 1,85 J = C 1,85. D 4,87 J= perda de carga em metro por metro (m/m); Q= vazão em m 3 /s; C= coeficiente de rugosidade da tubulação de Hazen-Willians; D= diâmetro em metros. Obtemos: Qo= (C 1,85. D 4,87. J / 10,643) (1/1,85) A perda de carga no lugar mais desfavorável normalmente é adotado como 0,30m, isto é, deverá haver uma folga no último poço de visita de no mínimo 0,30m para que quando chova e a maré estiver alta haja escoamento. 5.3 Período de retorno e altura da água na sarjeta Segundo a FHWA, 1996 e Nicklow, 2001 o grande problema em microdrenagem é definir: Período de retorno que se deve adotar e Altura de água que devemos admitir na sarjeta. Existem locais que devido a travessia de pedestres ou a existência de edifício público que se deva manter a altura da água baixa. Pode acontecer também que com a subida da água as linhas das pistas fiquem escondidas aumentando o perigo de desastres. A velocidade da água e a altura da água levam riscos para veículos, pessoas adultas e crianças. As pessoas podem escorregar e serem levadas pelas enxurradas causando danos físicos inclusive a própria perda da vida do pedestre. A escolha do período de retorno e da altura do nível de água bem como do risco que pode ser assumido devem ser levados em contas pelo projetista quando dimensionar os bueiros e as tubulações que irão levar adiante e com segurança as águas pluviais. 5-8

9 Período de retorno Em microdrenagem é comum adotar-se períodos de retorno 25anos e em macrodrenagem de 100anos. A Prefeitura de Porto Alegre adota Tr=10anos. Devemos salientar que mesmo em microdrenagem quando adotamos período de retorno de 25anos, poderá haver trechos ou ruas em uma cidade em que teremos que adotar Tr=50anos. Na Inglaterra devido às mudanças climáticas os projetos de microdrenagem conforme CIRIA, 2007 são feitos para período de retorno de 30anos e em rios e canais Tr=200anos. Dica: para o Brasil devemos adotar o período de retorno de 25anos para microdrenagem. Altura de água na sarjeta No Brasil adotam-se altura de 0,13m; 0,10m comumente e é difícil na prática de estabelecer um padrão. Nos loteamentos do Alphaville adotam-se dois tipos de guias, uma com altura de 0,075m localizada na frente dos lotes e outra com 0,15m nas praças públicas onde não haja entrada de veículos. A largura da sarjeta é 0,45m. Dica: a abertura máxima em uma boca de lobo deve ser de 0,15m 5.4 Galerias de águas pluviais no Brasil As galerias pluviais são projetadas como conduto livre para funcionamento a seção plena para a vazão do projeto. A velocidade depende do material a ser usado. A velocidade mínima para tubos de concreto deverá ser de 0,65m/s e a máxima de 5,0m/s. O recobrimento mínimo é de 1,00 m. Os diâmetros das tubulações comerciais padronizados são é: 0,30m (concreto simples, não é armado Classe PS-1 da ABNT NBR 8890/2003); 0,40m (pode ser armado); 0,50m (tubo com armadura Classe PA-2 da NBR 8890/2003); 0,60m (tubo com armadura) 0,80m (tubo com armadura) 1,00m (tubo com armadura) 1,20m (tubo com armadura) 1,50m. (tubo com armadura) Acima de 1,50m usarmos aduelas de concreto Existem tubos com junta rígida ou junta elástica. Os tubos comumente usados conforme a profundidade e a especificação da obra são das Classes: PA-1, PA-2, PA-3, PA-4 e PS-1 Os comprimentos dos tubos normalmente são de 1,00m, mas podem ser de 1,50m. Os preços médios dos tubos de concreto incluso a mão de obra estão na Tabela (5.1). 5-9

10 Tabela 5.1-Preços médios de material e mão de obra de tubos de concreto para águas pluviais Diâmetro (m) Preço de Material e Mão de obra US$/metro 0, , , , , , , , Nota: 1US$= 1,75 (17/2/2008) Acima do diâmetro de 1,50m usam-se aduelas de concreto padronizadas pela norma da ABNT NBR A largura e altura das aduelas variam de 1,00m até 4,0m sendo a junta de encaixe tipo macho-fêmea. 5.5 Fórmula de Manning para seção circular plena Vamos apresentar a fórmula de Manning para seção plena circular: Q = ( n -1 ). A. R 2/3. S 1/2 Q= vazão (m 3 /s); A= área molhada da seção (m 2 ) R= raio hidráulico (m); S= declividade (m/m). Para seção circular plena R=D/4 temos: V= (1/n) x 0,397x (D 2/3 ) (S ½ ) (Equação 5.1) Q= (1/n) x 0,312 x (D 8/3 ) (S ½ ) (Equação 5.2) D = (Q. n )/ ( 0,312. S 1/2 ) 3/8 (Equação 5.3) V= velocidade (m/s); R= raio hidráulico (m); S= declividade (m/m); n= coeficiente de rugosidade de Manning; D= diâmetro do tubo (m); Q= vazão (m 3 /s). Exemplo 5.1- Dado a declividade S=0,007 m/m n=0,025 D=1,5m. Achar a velocidade média. Usando a Equação (5.1) temos: V= (1/n) x 0,397x (D 2/3 ) (S ½ ) = (1/0,025) x 0,397x (1,5 2/3 ) (0,007 ½ ) =1,74 m/s A Tabela (5.2) fornece a vazão da tubulação de concreto em função da declividade. Não devemos esquecer que deverá ser calculada a velocidade sendo que esta deverá ser menor ou igual a 5m/s e em alguns casos chegar a 6m/s. 5-10

11 Tabela Vazões a seção plena de tubos de concreto para águas pluviais conforme a declividade da tubulação. Tubos de concreto com n=0,013 Diâmetro Vazões (m 3 /s) Declividades da tubulação 0,50% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% (cm) (m) 0,005 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 30 0,3 0,07 0,10 0,14 0,17 0,19 0,22 0,24 0,26 0,27 0,29 0, ,4 0,15 0,21 0,29 0,36 0,42 0,47 0,51 0,55 0,59 0,63 0, ,5 0,27 0,38 0,53 0,65 0,76 0,85 0,93 1,00 1,07 1,13 1, ,6 0,43 0,61 0,87 1,06 1,23 1,37 1,51 1,63 1,74 1,84 1, ,8 0,94 1,32 1,87 2,29 2,65 2,96 3,24 3,50 3,74 3,97 4, ,0 1,70 2,40 3,39 4,16 4,80 5,37 5,88 6,35 6,79 7,20 7, ,2 2,76 3,90 5,52 6,76 7,81 8,73 9,56 10,33 11,04 11,71 12, ,5 5,00 7,08 10,01 12,26 14,15 15,82 17,33 18,72 20,01 21,23 22,38 Exemplo 5.2-galeria de 1,5m de diâmetro Calcular a vazão pela fórmula de Manning sendo dados o diâmetro D=1,50m declividade S=0,007m/m (0,7%) e rugosidade de Manning n=0,014. Entrando na Equação (5.2) temos: Q= (0,312). ( n -1 ). D 8/3. S 1/2 = (0,312). ( 0,014-1 ). 1,50 8/3. 0,007 1/2 Q= 5,5 m 3 /s Portanto uma galeria com 1,5m de diâmetro com declividade de 0,007m/m pode conduzir a vazão de 5,5 m 3 /s. Vejamos agora a velocidade: Usando a equação da continuidade: 4. Q V = (Equação 5.4). D 2 4. Q 4. (5.5) V= = = 3,11 m/s < 5 m/s. D 2 3,14. (1.5 2 ) Portanto, a velocidade é 3,11 m/s que é menor que o máximo admitido de 5 m/s e é maior que o mínimo de 0,60 m/s. Exemplo 5.3- calcular o diâmetro. Calcular o diâmetro para uma tubulação de concreto com n=0,014 vazão de 2 m 3 /s e declividade de 0,007m/m. Conforme Equação (5.3) temos: D = (Q. n )/ ( 0,312. S 1/2 ) 3/8 = (2.0,014 )/ ( 0,312. 0,007 1/2 ) 3/8 D= 1,03 m Como o diâmetro de 1,03m não é comercial, temos que usar D=1,2m Calculemos então a velocidade pela equação da continuidade. 4. Q 4. 2 V= = = 3,67m/s < 5 m/s. D 2 3,

12 Se o comprimento da tubulação for de 200m o tempo de trânsito na galeria de 1,20m é de: Tc= L/ 60xV = 200m/ 60 x 3,67m/s = 0,91min A velocidade de 3,67m/s é maior que o mínimo de 0,60 m/s e menor que o máximo de 5 m/s. Aqui é importante salientar que há um pequeno erro, pois o tubo não está trabalhando realmente a seção plena com o diâmetro de 1,2m. A Tabela (5.3) apresenta os diâmetros de tubulações de concreto em função da declividade e da vazão. Foi considerando a rugosidade de Manning n=0,013. Lembramos que os tubos comerciais são padronizados. Tabela 5.3- Diâmetros da tubulação de concreto em função da declividade e da vazão considerando a rugosidade de Manning n=0,013 Diâmetro Vazões (m) 0,5% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% (m 3 /s) 0,005 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 1,5 0,95 0,84 0,74 0,68 0,65 0,62 0,60 0,58 0,57 0,56 0,54 2,0 1,06 0,93 0,82 0,76 0,72 0,69 0,67 0,65 0,63 0,62 0,61 2,5 1,16 1,02 0,89 0,83 0,78 0,75 0,73 0,71 0,69 0,67 0,66 3,0 1,24 1,09 0,95 0,88 0,84 0,80 0,78 0,75 0,74 0,72 0,71 3,5 1,31 1,15 1,01 0,94 0,89 0,85 0,82 0,80 0,78 0,76 0,75 4,0 1,38 1,21 1,06 0,99 0,93 0,90 0,87 0,84 0,82 0,80 0,79 4,5 1,44 1,27 1,11 1,03 0,98 0,94 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82 5,0 1,50 1,32 1,16 1,07 1,02 0,97 0,94 0,91 0,89 0,87 0,86 5,5 1,55 1,36 1,20 1,11 1,05 1,01 0,98 0,95 0,92 0,90 0,89 6,0 1,61 1,41 1,24 1,15 1,09 1,04 1,01 0,98 0,95 0,93 0,92 6,5 1,65 1,45 1,28 1,18 1,12 1,07 1,04 1,01 0,98 0,96 0,94 7,0 1,70 1,49 1,31 1,22 1,15 1,10 1,07 1,04 1,01 0,99 0,97 7,5 1,75 1,53 1,35 1,25 1,18 1,13 1,10 1,06 1,04 1,02 1,00 8,0 1,79 1,57 1,38 1,28 1,21 1,16 1,12 1,09 1,06 1,04 1,02 8,5 1,83 1,61 1,41 1,31 1,24 1,19 1,15 1,12 1,09 1,06 1,04 9,0 1,87 1,64 1,44 1,34 1,27 1,21 1,17 1,14 1,11 1,09 1,07 9,5 1,91 1,68 1,47 1,36 1,29 1,24 1,20 1,16 1,13 1,11 1,09 10,0 1,94 1,71 1,50 1,39 1,32 1,26 1,22 1,19 1,16 1,13 1,

13 10,5 1,98 1,74 1,53 1,42 1,34 1,29 1,24 1,21 1,18 1,15 1,13 11,0 2,02 1,77 1,55 1,44 1,36 1,31 1,26 1,23 1,20 1,17 1,15 11,5 2,05 1,80 1,58 1,46 1,39 1,33 1,29 1,25 1,22 1,19 1,17 12,0 2,08 1,83 1,61 1,49 1,41 1,35 1,31 1,27 1,24 1,21 1,19 12,5 2,11 1,86 1,63 1,51 1,43 1,37 1,33 1,29 1,26 1,23 1,21 13,0 2,15 1,88 1,65 1,53 1,45 1,39 1,35 1,31 1,28 1,25 1,22 13,5 2,18 1,91 1,68 1,56 1,47 1,41 1,37 1,33 1,29 1,27 1,24 14,0 2,21 1,94 1,70 1,58 1,49 1,43 1,38 1,35 1,31 1,28 1,26 14,5 2,24 1,96 1,72 1,60 1,51 1,45 1,40 1,36 1,33 1,30 1,27 15,0 2,26 1,99 1,75 1,62 1,53 1,47 1,42 1,38 1,35 1,32 1,29 15,5 2,29 2,01 1,77 1,64 1,55 1,49 1,44 1,40 1,36 1,33 1,31 16,0 2,32 2,04 1,79 1,66 1,57 1,51 1,46 1,41 1,38 1,35 1,32 16,5 2,35 2,06 1,81 1,68 1,59 1,52 1,47 1,43 1,40 1,36 1,34 17,0 2,37 2,08 1,83 1,70 1,61 1,54 1,49 1,45 1,41 1,38 1,35 17,5 2,40 2,11 1,85 1,71 1,62 1,56 1,51 1,46 1,43 1,40 1,37 18,0 2,42 2,13 1,87 1,73 1,64 1,57 1,52 1,48 1,44 1,41 1,38 Nota: 1) deverá ser verificado a velocidade que deverá menor ou igual a 5m/s. 2) Deverá ser escolhido o diâmetro comercial existente. 5-13

14 5.7 Boca de lobo sem depressão e altura da lâmina da água é menor que a abertura da guia. Quando a água se acumula sobre a boca de lobo, gera uma lâmina de água com altura menor do que a abertura da guia conforme Figura (5.6). Figura 5.6- Boca de lobo com altura da lâmina menor que a abertura da guia Fonte: DNIT, 2006 Esse tipo de boca de lobo pode ser considerado um vertedor e a capacidade de engolimento conforme FHWA, 1996 será: Q = 1,60. L. y 1,5 (Equação 5.7) Q= vazão de engolimento (m 3 /s); L=comprimento da soleira (m); y=altura de água próxima a abertura da guia (m) sendo y h. O valor de y dever ser: y h Exemplo 5.5 Dimensionar uma boca de lobo para uma vazão de 94 L/s na sarjeta e uma lâmina de água de 0,13 m. Da Equação (5.7) temos: Q = 1,60. L. y 1,5 tiramos o valor de L e teremos: L=( Q/1,60 ) / y 1,5 L=(0,094/1,60)/(0,13) 1,5 L=1,25 m Portanto, haverá necessidade de um comprimento de 1,25 m de soleira. Pode-se adotar duas bocas de lobo com abertura L=0,80m cada e guia com h=0,15m. Dica: para ruas com declividade até 5% recomenda-se a utilização de bocas de lobo simples, isto é, sem depressão, dependendo da vazão a ser captada (DAEE, 1980) Exemplo 5.6 Qual a vazão de engolimento de uma boca de lobo com comprimento de 0,80m e altura do nível de água y=0,13m Q = 1,60. L. y 1,5 Q = 1,60 x 0,80 x 0,13 1,5 =0,060m 3 /s= 60 L/s Aplicando o fator de correção 0,8 temos: Q= 0,8 x 60 = 48 L/s 5-14

15 Na Tabela (5.12) estão a quantidade de bocas de lobos de acordo com a vazão. Assim para 2 bocas de lobo pode ser engolido 120 L/s. Tabela Vazão em função do comprimento da boca de lobo com altura da lâmina de água y=0,13m Quantidade de boca de lobo Vazão na boca de lobo (L/s) Exemplo 5.7 Dimensionar a vazão de uma boca de lobo modelo Alphaville com L=1,50m de comprimento e altura de 0,045m e nível de água y=0,045m Q = 1,60. L. y 1,5 Q = 1,60 x 1,50x 0,045 1,5 = 0,023= 23 L/s 5.8 Boca de lobo com depressão A boca de lobo com depressão trabalha como vertedor e conforme FHWAm 1996 temos: Qi= 1,25 (L + 1,8 W) y 1,5 Qi= vazão de engolimento da boca de lobo (m 3 /s) L= comprimento da abertura da boca de lobo (m) W=comprimento da sarjeta onde está a depressão (m) y= profundidade na boca de lobo medida da declividade normal (m) sendo calculado por: y= T. Sx A condição imposta para y é: y h + a y= profundidade da boca de lobo medida da declividade normal (m) h= altura da abertura da boca de lobo (m) a= profundidade da depressão (m). Normalmente: 0,025m, 0,05m, 0,075m ou 0,125m Dica: a abertura máxima de uma boca de lobo deve ser de 0,15m conforme Haestad Method, Exemplo 5.8 Dimensionar a vazão de uma boca de lobo com depressão de 0,05m com L=0,80m de comprimento e altura de nível de água de 0,13m, sarjeta com W=0,60m e altura livre de h=0,15m. Qi= 1,25 (L + 1,8 W) y 1,5 O valor de y deve ser menor que: y h + a y 0,15 + 0,05=0,20 Como y>0,15 não é aconselhável fazer o rebaixo. Exemplo

16 Dimensionar a vazão de uma boca de lobo tipo Alphavile com depressão de 0,05m com vão livre L=1,50m e altura de nível de água de 0,045m, sarjeta com W=0,45m e altura h=0,045m. A altura da sarjeta é 0,075m. Qi= 1,25 (L + 1,8 W) y 1,5 O valor de y deve ser menor que: y h + a y 0, ,05=0,095m Adoto y=0,0795m Qi= 1,25 (1,50 + 1,8 x 0,45) 0,095 1,5 =0,085 m 3 /s= 85 L/s Exemplo 5.10 Dimensionar a vazão de uma boca de lobo tipo Alphavile com depressão de 0,105m com vão livre L=1,50m e altura de nível de água de 0,045m, sarjeta com W=0,45m e altura h=0,045m. A altura da sarjeta é 0,075m. Qi= 1,25 (L + 1,8 W) y 1,5 O valor de y deve ser menor que: y h + a y 0, ,105=0,15m Adoto y=0,15m Qi= 1,25 (1,50 + 1,8 x 0,45) 0,15 1,5 =0,167 m 3 /s= 167 L/s 5.9 Quando a altura da água sobre o local for maior do que 1,4.h para boca de lobo com depressão ou sem depressão. A boca de lobo irá funcionar como um orifício quando a altura da água for maior que 1,4 a altura livre h da boca de lobo conforme Nicklow, 2001 conforme Figura (5.1a). Qi= 0,67 x Ag [ 2g (di h/2)] 0,5 Qi= vazão de engolimento da sarjeta com ou sem depressão (m 3 /s) Ag= área efetiva da abertura da boca de lobo (m 2 ) g= aceleração da gravidade =9,81m/s 2 h= altura da abertura na boca de lobo (m) incluso depressão. di= altura do nível de água incluso a depressão (m) conforme Figura (5.7) 5-16

17 Figura 5.7- Entradas na boca de lobo com depressão Fonte: Nicklow, 2001 Quando a depressão for como a Figura (5.1bc) teremos conforme FHWA, 1996 a equação do orifício Qi= 0,67. h.l + (2.g. do) 0,5 (Equação 5.8) Qi= vazão de engolimento da boca de lobo (m 3 /s); L=comprimento da abertura da boca de lobo (m); h= abertura da garganta conforme Figura (5.1b.c) g= aceleração da gravidade= 9,81m/s 2 do= carga efetiva no centro do orifício (m) Exemplo 5.11 Vamos supor uma altura de 0,25m e abertura livre da guia de 0,15m como é usual no Brasil. Calcular a vazão máxima para L=0,80m. Qi= 0,67 x Ag [ 2g (di h/2)] 0,5 Figura (5.1a) di= 0,25m y> 0,15 x 1,4=0,21m Ag= 0,15 x 0,80=0,12m 2 Qi= 0,67 x 0,12 [ 2x9,81 (0,25 0,15/2)] 0,5 = 0,15m 3 /s Com fator de redução f=0,80. Qi =0,8 x 0,15= 0,12m 3 /s 5-17

18 5.10 Quando a boca de lobo é uma grelha Conforme Chin, 2000 as grelhas funcionam como um vertedor de soleira livre, para profundidade de lâmina até 12cm. As grelhas apresentam o grande inconveniente de entupirem e as pesquisas demonstraram que as melhores grelhas são aquelas que possuem as lâminas de ferro paralelas, o que é pior para quem anda de bicicleta. A vazão é calculada pela Equação (5.9) conforme FHWA, 1996: Qi = 1,66. P. y 1,5 (Equação 5.9) Qi= vazão de engolimento da grelha (m 3 /s); P= perímetro da boca de lobo (m); y= altura de água na sarjeta sobre a grelha (m) Figura 5.8- Esquema da grelha Eng Plínio Tomaz 25/07/2008 pliniotomaz@uol.com.br Fonte: DNER,1990 Quando a grelha é adjacente a uma boca de lobo simples, para a contagem do perímetro é descontado o lado que está junto a boca de lobo. A Saint Gobain fabrica grelha articulada de ferro fundido dúctil com 0,90m x 0,40m com 0,08m de espessura. Fabrica também grelhas quadradas com travamento em ferro fundido dúctil para classe C 250 (ruptura > 250 kn) nas seguintes dimensões:350mm x 350mm; 410mm x 410mm; 510mm x 510mm; 620mm x 620mm; 720mm x 720mm e 820mm x 820mm. Quando a lâmina de água for maior que 0,42m então teremos: Q = 2,91. A. y 1/2 (Equação 5.10) Q= vazão em m 3 /s; A= área da grade excluídas as áreas ocupadas pelas barras em m 2 ; y= altura de água na sarjeta sobre a grelha. O DNIT, 2006 aconselha que na faixa entre 12cm e 42cm a escolha de y deve ser adotada pelo projetista dependendo da sua experiência. O comprimento mínimo L (m) da grelha paralela a direção do fluxo da água para permitir que a água caia pela abertura é determinado pela equação da ASCE, 1992 conforme Chin, L =0,91 V ( t + y) 0,5 L= comprimento mínimo da grelha paralelo ao fluxo (m) V= velocidade média da água na sarjeta (m/s) t= espessura da grelha de ferro (m) y= altura da água sobre a grelha (m) 5-18

19 O FHWA, 1996 mostra que uma grade de 60cm x 60cm intercepta 0,085m 3 /s com declividade da rua de 2% e declividade transversal de 3%. Exemplo 5.12 Calcular a vazão numa grelha articulada de ferro dúctil Classe C 250 com ruptura maior que 150 kn com base de apoio em três lados (Saint Gobain) com 0,90m x 0,40m com espessura de 0,08m, área livre 1340cm 2 e espaçamento de 0,04m entre as barras para altura de água 0,13m. Q = 1,66. P. y 1,5 Q = 1,66. P. 0,13 1,5 =0,0778 P Como a grade tem comprimento de 0,90m e largura 0,40m o perimetro dela P não deverá considerar o trecho adjacente a boca de lobo. Entao teremos: P= 0, x 0,40= 1,70m Q =0,0778 P Q = 0,0778 x 1,70= 0,132m 3 /s= 132 L/s Usando fator de correção f=0,50 teremos: Q= 132 x 0,50= 65 L/s Portanto, a grelha com altura de água de 0,13m poderá captar 65 L/s. Dica: uma grelha de ferro pode captar normalmente 132 L/s de águas pluviais. Exemplo 5.13 conforme Chin, 2000 Calcular as dimensões de uma grade numa estrada com declividade transversal de 2%, profundidade da água na guia de 0,08m que corresponde a vazão de 0,080m 3 /s. A grade tem 1,5cm de espessura. Q = 1,66. P. y 1,5 P = Q / 1,66. y 1,5 P = 0,08 / 1,66. 0,08 1,5 = 2,13m Como temos uma boca de lobo adjacente o lado dela não será incluso. O comprimento mínimo da grade é dado por: L =0,91 V ( t + y) 0,5 L =0,91 V ( 0, ,08) 0,5 Falta o valor da velocidade V V= Q/ A Mas A= (1/2) x d x (d/sx)= (½)x0,08 x 0,08/0,02=0,16m 2 V=Q/A= 0,08/ 0,16 = 0,5m/s L =0,91 V ( 0, ,08) 0,5 L =0,91x0,5 ( 0, ,08) 0,5 = 0,14m Supomos que a grade deve ter comprimento mínimo de 14cm e o perímetro mínimo de 213cm. Supondo comprimento de 100cm teremos: 213cm= x B (não contei o lado da boca de lobo) B=57cm A grade terá 100cm de comprimento x 57cm de largura. 5-19

20 5.11 Capacidade de escoamento superficial de uma grade Em função da declividade e largura da rua, é feita a determinação máxima da vazão que pode escoar superficialmente conforme Figura (5.9). Observa-se que vem pela sarjeta a vazão Q e e entra dentro da boca de lobo a vazão Qi mas conforme as condições locais pode passar uma vazão Qb que segue pela rua para outra boca de lobo. Qb= vazão que passa pela boca de lobo (m 3 /s) Q= vazão total na sarjeta (m 3 /s) Qi= vazão interceptada pela grade ou pela boca de lobo (m 3 /s) A vazão Qb que passa pela boca de lobo ou grade é dada pela equação: Qb= Q- Qi A eficiência E é definida como: E= Qi/ Q A partir do ponto em que a vazão supera a máxima capacidade de escoamento ou a velocidade do mesmo seja superior a 3,00 m/s ou inferior a 0,80 m/s, inicia-se a galeria. Figura 5.9- Vazão em uma grelha Fonte: Ciria, 2006 Figura Área efetiva de contribuição para a boca de lobo Fonte: Ciria,

21 Vamos seguir o modelo de Stein et al, 1999 que é o mesmo modelo o FHWA, Eo= Qw/Q= 1 ( 1- W/T) 2,67 Eo= razão da vazão frontal da sarjeta W= largura da grade ou largura da sarjeta (m) Qw= vazão na largura (m 3 /s) T=largura de água na sarjeta da seção triangular (m) Q= vazão total na sarjeta (m 3 /s) Rf= 1 0,295 ( V-Vc) V= velocidade na sarjeta (m/s) Vc= velocidade crítica obtida na Figura (5.11) (m/s) Rf= valor que deve ser menor ou igual a 1 Nicklow, 2001 considera um rank de 8 grades onde de acordo com a declividade longitudinal da rua está estimado a eficiência. A eficiência varia de 9% a 61% e não vamos detalhar tais grades pois, não existem no Brasil. As grades também apresentam perigos para as bicicletas e existe uma classificação das mesmas segundo Nicklow, Sendo escolhido o tipo de grade que queremos, obtém-se a velocidade crítica entrando com 0,90m e velocidade 2,4m/s s obtermos Rf=0,81. Figura Eficiência da interceptação da grade Fonte: Nicklow, 2001 Rs= 1/ (1+ 0,0828 V 1,8 / Sx. L 2/3 ) A eficiência geral E de uma grade é expressa segundo Stein et al, 1999 por: E= Rf. Eo + Rs ( 1-Eo) Qi = E.Q= Q [Rf. Eo + Rs ( 1-Eo)] 5-21

22 Exemplo conforme Stein, et al, Dada uma grade com 0,30m de largura e 0,50m de comprimento para vazão de 0,064 m 3 /s e sarjeta com n=0,016, declividade transversal Sx=0,02 e declividade longitudinal da rua de 1% e largura transversal T=3,00m. Eo= Qw/Q= 1 ( 1- W/T) 2,67 Eo= Qw/Q= 1 ( 1-0,30/3) 2,67 = 0,245 A velocidade na sarjeta Vsarj é dada pela equação: Vsarj= (0,752/ n) x S 0,5 Sx 0,67 x T 0,67 Vsarj= V=velocidade na sarjeta (m/s) n= coeficiente de Manning S=declividade longitudinal da rua (m/m) Sx= declividade transversal da rua (m/m) T= largura da água na sarjeta (m) Vsarj= (0,752/ n) x S 0,5 Sx 0,67 x T 0,67 Vsarj= (0,752/ 0,716) x 0,01 0,5 x 0,03 0,67 x 3 0,67 = 0,71m/s Entrando na Figura (5.8) com 0,5m obtemos Vc=0,4m/s e como Vc=1,48m/s que é bem maior que a velocidade na sarjeta de Vsarj=0,71m/s. Então adotamos Rf=1,00. Rs= 1/ (1+ 0,0828 V 1,8 / Sx. L 2/3 ) L=0,5m Rs= 1/ (1+ 0,0828 x0,71 1,8 / 0,02 x 0,5 2/3 )=0,22 E= Rf. Eo + Rs ( 1-Eo) E= 1,0 x0, ,22 ( 1-0,245)= 0,411 Portanto, a eficiência é de 41,1% As Figuras (5.12) e (5.10) são grades combinadas com bueiros conforme FHWA, Figura Boca de lobo e grade a 45º combinadas Fonte: FHWA,

23 Figura Boca de lobo e grade combinadas Fonte: FHWA, Boca de lobo combinada com grelha Pode ser combinada uma boca de lobo com uma grelha conforme FHWA, Seguindo a direção do fluxo da água a grade vem depois da boca de lobo. O trabalho conjunto da grade e da boca de lobo é o funcionamento de um orifício; Qi= 0,67 Ag (2g y) 0,5 + 0,67 h L (2g do) 0,5 Qi= vazão de engolimento da boca de lobo e da grade (m 3 /s) Ag= área livre da grade (m 2 ) g= 9,81m/s 2 y= altura do nível de água na sarjeta (m) h= altura da abertura da boca de lobo (m) L= comprimento da boca de lobo (m) do= profundidade efetiva do centro da abertura do orifício da boca de lobo (m) Pode haver entupimento da grade que normalmente chega a 50% e podendo entupir completamente. Exemplo 5.15 adaptado FHWA, 1996 Seja uma grade com 0,60m x 1,20m e o comprimento da boca de lobo L=1,2m. H=0,10m Q=0,15m 3 /s Sx=0,03m/m P= 2W + L= 2 x 0,60 + 1,20= 2,4m y= (Qi/ 1,66 x P) 0,67 y= (0,15/ 1,66 x 2,4) 0,67 =0,11m T= y/sx= 0,11/0,03=3,67m Qi= 0,67 Ag (2g y) 0,5 + 0,67 h L (2g do) 0,5 do= 0,11-0,10/2= 0,06m (altura efetiva do orifício) Grade tem 0,60 x 1,20=0,72m 2 Consideremos Ag=0,35 x 0,72=0,252 Qi= 0,67 x0,252 (2x9,81x0,11) 0,5 + 0,67 x0,10x 1,20 (2x9,81x0,06) 0,5 Qi =0,34m 3 /s 5-23

24 5.13 Redução de escoamento em bocas de lobo Conforme PMSP/ FCTH, 1999 devido a vários fatores entre os quais a obstrução causada por detritos, irregularidades no pavimento das ruas junto às sarjetas e ao alinhamento real usa-se a Tabela (5.14) para estimar estas reduções. A grande maioria das publicações em livros americanos não comentam redução da vazão em bocas de lobo devido a detritos e outras causas. Somente em caso de grades é que são previstos os fatores de segurança. Entretanto, McCuen, 1998 admite o fator de segurança que ele denominou de f e que varia de 0,5; 0,67 e 0,8, sendo o engolimento teórico da boca de lobo com f=1. Para bocas de lobo é geralmente estabelecido o fator de segurança f=0,80 conforme Tabela (5.14) Tabela Coeficientes de redução das capacidades das bocas de lobo Localização nas sarjetas Tipo de boca de lobo Porcentagem permitida sobre o valor teórico Ponto baixo Simples 80% Ponto baixo Com grelhas 50 Ponto baixo Combinada 65 Ponto intermediário Simples 80 Grelha longitudinal 60 Ponto intermediário Grelha transversal, ou 50 longitudinal com barras transversais Ponto intermediário Combinada 110% dos valores indicados para a grelha correspondente Fonte: PMSP/FCTH, 1999 Exemplo 5.16 Uma boca de lobo para y=0,13m e largura de 0,80m pode captar teoricamente 64 L/s. Aplicar a redução da capacidade relativo a Tabela (5.14) para boca de lobo simples. Na Tabela (5.14) achamos fator de redução de f=0,80. Q= 64 L/x x 0,80= 50 L/s Bocas de lobo em série ou grades em série Conforme Denver, 2002 uma grade tem clogging de 50% e uma boca de lobo de 10%, mas quando elas estão em série devido ao fenômeno do first flush somente a primeira tem a obstrução e as outras não. Devido a isto foi pesquisado e obtida para serie de bocas de lobo ou serie de grades a seguinte equação: C= Co/ [ N x (1-e)] C= fator de clogging final Co= fator de clogging de uma única boca de lobo ou única grelha. e= coeficiente de decréscimo, sendo 0,5 para grade e 0,25 para boca de lobo Exemplo 5.17 Calcular o fator de redução final para três bocas de lobo N=3, sendo que o fator de redução de uma boca de lobo Co=0,10 conforme Denver,

25 C= Co/ [ N x (1-e)] C= 0,10/ [ 3x (1-0,25)]=0,04 Portanto, o fator de clogging final é 0,04, ou seja, 4%. Devemos multiplicar a vazão total de engolimento das três bocas de lobo por 0, Sarjetões Nos cruzamentos, serão instalados sarjetões necessários, para orientar o sentido de escoamento superficial das águas. Tal procedimento permite o desvio do excesso de vazão em determinada rua para outra com capacidade de escoamento superficial ociosa, de forma a minimizar a quantidade de galerias. O sarjetão pode ser calculado da mesma maneira que duas sarjetas conforme Figura (5.15). Figura Esquema de um sarjetão Fonte: Pompeo, 2001 Exemplo 5.18 citado por Nicklow, 2001 Seja um sarjetão em forma de V que deverá carregar 90 L/s com declividade transversal de Sx 1 =0,33m/m e Sx 2 =0,022m/m. A declividade longitudinal é 0,014m/m e o coeficiente de Manning n=0,015. Sx= (Sx 1. Sx 2 )/ (Sx 1 + Sx 2 )= 0,33x 0,022/ (0,33+0,022)= 0,021 m/m T= [ Q.n)/ (0,376 x Sx 1,67. S L 0,5 )] 0,375 T= [ 0,09 x 0,015)/ (0,376 x 0,021 1,67. 0,014 0,5 )] 0,375 T= 3,00m Seção parabólica Normalmente adotamos a seção transversal como um triângulo e muitas vezes ela é parabólica, podendo ser calculada conforme Nicklow, 2001 conforme Figura (5.16b). Y= ax bx 2 A= 2H/B b= H/B 2 H= altura da água na sarjeta (m) B= largura perpendicular a rua que vai da sarjeta até o topo da curva parabólica (m) Y= altura na distância x (m) x= distância da sarjeta em direção ao topo da curva parabólica (m) Para o cálculo da vazão a área deverá ser dividido em segmentos Δx como por exemplo igual a 0,50m. 5-25

26 Figura Seções de uma rua. Fonte: Nicklow, Bocas de lobo Deverão ser localizadas de maneira a não permitir que o escoamento superficial fique indefinido, com a criação de zonas mortas conforme Figura (5.17). A boca de lobo de concreto típica tem 1,00 de comprimento com 0,30m de altura e 0,15m de espessura. A abertura começa com 0,10m e atinge cerca de 0,20m em forma de arco. Serão consideradas até quatro bocas de lobo em série com capacidade máxima de 50 l/s cada uma. A locação das bocas de lobo oferece as seguintes recomendações: a) serão locadas em ambos os lados da rua, quando a saturação da sarjeta o requerer ou quando forem ultrapassadas as suas capacidades de engolimento; b) serão locadas nos pontos baixos da quadra; c) recomenda-se adotar um espaçamento máximo de 60m entre as bocas de lobo, caso não seja analisada a capacidade de escoamento da sarjeta; d) a melhor solução para a instalação de bocas de lobo é em pontos afastados a montante de cada faixa de cruzamento usada pelos pedestres, juntos às esquinas; e) não é conveniente a sua localização junto ao vértice de ângulo de interseção das sarjetas de duas ruas convergentes pelos seguintes motivos: os pedestres para cruzarem uma rua, teriam que saltar a torrente num trecho de máxima vazão superficial; as torrentes convergentes pelas diferentes sarjetas teriam como resultante um escoamento de velocidade em sentido contrário ao da afluência para o interior da boca de lobo. 5-26

27 Figura Boca de lobo Fonte: A Figura (5.12) mostra uma boca de lobo dupla. Figura Boca de lobo dupla Fonte: Uma boca de lobo tem geralmente a largura da guia que é de 1,00m. A outra dimensão perpendicular a rua é de 0,60m e a profundidade é sempre maior que 0,60m sendo na maioria dos casos 0,80m ou 1,00m. As bocas de lobo são construídas em alvenaria de tijolos ou de bloco de concreto estrutural. No Brasil não temos normas e nem definições municipais claras a respeito do lançamento de águas pluviais provinda de um edifício. Alguns regulamentos de cidades americanas limitam que o lançamento das águas pluviais de um terreno ou edifício em uma via pública não deve ser superior ao limite da boca de lobo existente. Assim se uma boca de lobo tem o limite de 50litros/segundo, nenhum terreno ou edifício poderá lançar diretamente nas vias pública a vazão maior que a fixada. 5-27

28 5.16 Poços de visita O poço de visita tem a função primordial de permitir o acesso às canalizações para efeito de limpeza e inspeção, de modo que se possam mantê-las em bom estado de funcionamento conforme Figura (5.19). Deverão atender as mudanças de direção, de diâmetro e de declividade, a coleta das águas das bocas de lobo, ao entroncamento das diversas galerias (máximo de 4, sendo 3 entradas e uma saída). Quando a diferença de nível entre o tubo afluente e efluente for superior a 0,70m, o poço de visita será denominado de quebra. Figura Poço de visita Fonte: O poço de visita para manutenção e inspeção usado em galerias de águas pluviais geralmente são de alvenaria de tijolos ou alvenaria de bloco estrutural. Sendo de modo geral de seção quadrada de 1,5m x 1,5m e assentado sobre base de concreto com armação de ferro. Faz-se também colunas nos quatro cantos e cintas de amarração. O tampão é de ferro fundido dúctil com diâmetro de 0,60m ou 0,80m conforme a exigência municipal. Antigamente usava-se vergalhões de ferro para elaboração de escadas, mas com o tempo as mesmas iam se enferrujando e quebravam-se com o peso do trabalhador. Algumas cidades usam degraus feitos de materiais de aluminio e outras não usam nenhum alternativa, pois os operários são descidos manualmente com cinto amarrado pelo cinto. Em ruas com muita declividade é usual na prática fazer o espaçamento das bocas de lobo e dos poços de visita de 20m. Nas ruas com menos declividade o espaçamento é maior passando para 40m. Dica: o espaçamento entre poços de visita deverá ser de 50m conforme recomendação de Paulo Sampaio Wilken página 464 do livro Engenharia de Drenagem Superficial. 5-28

29 5.17 Caixas de ligação e tubos de ligação O lanlamento de águas pluviais diretamente na sarjeta é feito muitas vezes em pequenas propriedades. Algumas cidades americanas adotam que quando o volume for maior que 60L/s que é a capacidade de uma boca de lobo, o lançamento tem que ser feito através de ligação de águas pluviais ligada diretamente a rede de águas pluviais públicas. No Brasil não lhá critério definido e aceito por todos. Os tubos de ligação das bocas de lobo à galeria, deverão ser conectados em um poço de visita. A declividade mínima destas tubulações deverá ser de 1% e seu diâmetro mínimo depende do número de bocas de lobo em série conforme Tabela (5.16). Não existe critério para o dimensionamento do diametro da ligação de águas pluvias, mas muitos consideram o tubo a seção plena com declividade minima de 1%. É comum não serem dimensionados os tubos de ligação e sim adotados pelo órgão municipal. Alguns sugerem uma diferença de nível do fundo da caixa da boca de lobo com o fundo da caixa de poço de visita de no mínimo 0,10m. Muitas vezes os tubos de ligação levam a um poço de visita intermediário através de uma tubulação também não dimensionada e geralmente de diâmetro mínimo 0,60m. Deste poço de visita intermediário, as águas pluviais vão ao poço de visita principal que está no eixo da rua. Tabela 5.16-Número de bocas de lobo em série conforme diâmetros dos tubos Número de bocas de lobo em série Diâmetro dos tubos (m) Vazão máxima (L/s) conforme Wilken, , , , , A tubulação de ligação da boca de lobo com a galeria de água pluvial é calculada como se fosse um bueiro. Supomos então que o bueiro está afogado na entrada e na saída que é a pior situação e usemos McCuen,1997. Caixas de ligação São caixas que recebem os tubos de ligação onde estão as bocas de lobo. São caixas mortas onde o poço de visita não é visitável conforme Figura (5.20). Possuem uma tampa de concreto que pode ser retirada após o rompimento da pavimentação e escavação. O objetivo de se fazer as caixas de ligação é a economia no poço de visita, mas a tendência da mesma é de não ser mais executada e sim um poço de visita. 5-29

30 Figura Caixa de ligação Fonte: Poli Conduto com entrada submersa e saída submersa Seja um conduto com diâmetro D, comprimento L e declividade S. A cota da geratriz inferior do tubo na entrada é h 1 e a cota da geratriz do tubo na saída é h 2, sendo a base de contagem na saída (McCuen,1997). As perdas de carga são na entrada, na saída e da declividade do tubo multiplicado pelo comprimento: h L = perda na entrada + perda distribuída na tubulação + perda na saída h L = K e. V 2 /2 g + S. L + K s. V 2 /2 g (Equação 5.5) Para tubos de seção plena a fórmula de Manning é a seguinte: Q= (0,312). ( n -1 ). D 8/3. S 1/2 Separando o valor da declividade S teremos: S ½ = Q / (0,312). ( n -1 ). D 8/3 S = [Q / (0,312). ( n -1 ). D 8/3 ] 2 S = Q 2. n 2 / (0,312 2 ). D 16/3 S = Q 2. n 2 / 0,093. D 16/3 Substituindo S na equação de h L teremos: h L = K e. V 2 /2 g + S. L + K s. V 2 /2 g h L = K e. V 2 /2 g + [Q 2. n 2 / 0,093. D 16/3 ]. L + Ks. V 2 /2 g h L = V 2 /2 g (K e + K s) + [Q 2. n 2 / 0,093. D 16/3 ]. L Pela equação da continuidade Q= (. D 2 / 4 ). V onde V= (4. Q) /. D 2 V 2 = (16. Q 2 ) / ( 2. D 4 ) Substituindo V 2 em h L teremos: h L = [(16. Q 2 ) / ( 2. D g) ]. (K e + K s )+ [Q 2. n 2 / 0,093. D 16/3 ]. L sendo g=9,81 m/s 2 h L = [(0,0826 Q 2 ) / D 4 ]. (K e + K s )+ [Q 2. n 2 / 0,093. D 16/ 3 ]. L mas K e = 0,5 (valor usualmente empregado) 5-30

31 K s = 1,0 (valor usualmente empregado) n=0,013 h L = (0,12. Q 2 ) / D 4 + Q 2. L. 0,00182 /D 16/3 Aplicando o teorema de Bernouilli na entrada e saída do conduto temos: h L = h 1 h 2 + S. L Exercício 5.19 entrada e saída do conduto estão submersas São dados (McCuen,1998): h 1 = 1,00m (profundidade da boca de lobo) h 2 = 1,00m (diâmetro da galeria) Rugosidade de Manning n=0,013 Q= 0,120 m 3 /s (duas bocas de lobo) S= 0,02 m/m L=6,00m Solução: h L = h 1 h 2 + S. L = 1,00 1,00 + 0,02. 6 = 0,12m mas h L é: h L = (0,12. Q 2 ) / D 4 + Q 2. L. 0,00182 /D 16/3 h L = (0,12. 0,12 2 ) / D 4 + 0, ,00182 /D 16/3 0,12 = (0, ) / D 4 + 0, /D 16/3 Multiplicando por = 1,728 / D 4 + 0,1572 /D 16/3 Multiplicando por D 5,33 temos: 120 D 5,33 =1,728 D 1,33 + 0,1572 Resolvendo-se o problema por tentativas, achamos D=0,38m e adotamos D=0,40m. Tubo de ligação O tubo de ligação pode ser calculado da maneira mostrada acima ou através de torre de tomada de agua com descarregador de fundo e o resultado é praticamente o mesmo. No exemplo acima a seção de controle será na entrada e a velocidade V=1,69m/s para vazão Q=0,120m3/s e F=1,21. Muros de testa Serão construídos no final das galerias, quando estas atingirem os canais a serem projetados. Aliás, as cotas das galerias que atingirão o muro de testa, deverão ser verificadas quando os canais forem projetados. Seção plena A águas pluviais serão calculadas para a seção plena embora a vazão máxima seja a 93% do diâmetro da secção. Em canais conforme recomendação da FHWA, 1996 deve se deixar no mínimo 0,15m de borda livre. A EPUSP usa 85% da seção plena para dimensionamento de galerias de águas pluviais, conforme Microdrenagem, Drenagem Urbana de 10/outubro/ 2000 e Prefeitura Municipal de São Paulo usa a seção plena. Algumas cidades do Estado de São Paulo adotam y/d=0,67, igual a instalações prediais de águas pluviais. Adotamos para dimensionamento y=0,80d. Portanto, em havendo vários critérios é necessário que se faça uma norma da ABNT para padronizar os dimensionamentos. 5-31

32 Localização das galerias A galeria deverá ocupar o meio da rua. O recobrimento mínimo é de 1,00 m. Deve-se possibilitar a ligação das canalizações de escoamento (recobrimento mínimo de 0,60m) das bocas de lobo. Dimensionamento das galerias As galerias serão projetadas sempre que possível em tubos circulares de concreto, com diâmetro mínimo de 0,60m e máximo de 1,50m dimensionados pela fórmula de Manning com n=0,0135 ou outro a escolher. Declividade mínima das galerias A declividade mínima aconselhável é de 0,5% (0,005m/m) para tubos maiores que 200mm e 1% para tubos menores que 200mm. O Clark County adota 0,25% como a declividade mínima de uma galeria de águas pluviais. É recomendável que se use a declividade mínima de 1% (0,001m/m) Velocidade nas galerias Para as condições de vazão de dimensionamento, as velocidades mínimas deverão ser de 0,60m/s e a máxima de 5,00m/s. Eventualmente poderá ser usado o limite de 6 m/s, havendo sempre uma das seguintes justificativas: -ruas bastantes íngremes, sendo que a inserção de outros poços de visita, elevará sensivelmente o custo global do sistema a ser implantado; -necessidade de drenar a água pluvial de ruas sem saída, até outras, em cotas mais baixas; -não obstante, as vazões sejam inferiores as especificadas, as velocidades ultrapassarão um pouco o valor limite, devido as características intrínsecas dos tubos de seções circulares; Critério de Douglas County, 2006 para vazão mínima Douglas County, 2006 usa para outro critério para vazão mínima. O critério depende da altura da lâmina líquida considerada no cálculo da galeria. Para seção plena ou próxima, a velocidade mínima é calculada com altura da lâmina de água igual a 25% do diâmetro da tubulação. Para o caso em que a seção não é plena, Douglas County, 2006 supõe que seja tomado 25% da vazão e calculado a velocidade. Douglas County, 2006 adota como velocidade mínima 1,20m/s e como máxima 5,4m/s. Lâminas d água e degraus Quando houver aumento de diâmetro de um trecho de galeria para outro, a geratriz inferior interno do tubo de saída do poço de visita, deverá ser rebaixada a uma altura igual a diferença entre os diâmetros do tubo maior (saída do PV) e do menor (entrada do PV), sendo que este desnível não deverá ser maior que 1,50 m, entretanto a Associação Brasileira dos Fabricantes de tubo de concreto recomenda que o degrau seja no máximo de 1,20m. Velocidade na sarjeta: de modo geral a velocidade máxima nas sarjetas é de 3,5m/s podendo chegar até 4,0m/s. Paulo Sampaio Wilken recomendava o máximo de 3,00m/s. Observar que a velocidade na galeria de concreto é maior que a velocidade na sarjeta. Recobrimento mínimo Deverá ser previsto um recobrimento mínimo de 1,00m para as tubulações. Recobrimentos inferiores eventualmente poderão ocorrer quando houver interferências com trechos da rede de 5-32

33 esgotos, porque na hipótese de se passar abaixo dessas linhas, as galerias à jusante do ponto seriam excessivamente aprofundadas. Profundidade máxima Procura-se evitar ao máximo profundidade superior a 4,50m para as galerias. Eventualmente, em cruzamentos com trechos da rede de esgotos ou em trechos curtos nos terrenos de elevadas declividades, serão projetadas galerias com profundidade superiores a esta Tubulações Os tubos das galerias serão circulares de concreto deverão obedecer a NBR 8890/ 2003 da ABNT para Tubos de concreto de seção circular para águas pluviais e esgotos sanitários- requisitos e métodos de ensaio. O comprimento pode ser de 1,00m ou 1,50m. Os tubos Classe PS-1 são de concreto simples e os tubos Classe PA-2 são de concreto armado. As larguras das valas depende da profundidade da mesma conforme Tabela (5.14). Tabela 5.14-Largura da vala conforme diâmetro do tubo e profundidade Diâmetro (mm) Largura da vala em metros para profundidade até 2,00m Largura da vala em metros para profundidade mais de 2,00m 600 1,40 1, ,60 1, ,90 2, ,20 2, ,50 2, Tempo de concentração e vazões de projeto O tempo de concentração em bacias urbanas é determinado pela soma dos tempos de concentração dos diferentes trechos. O tempo de concentração de uma determinada seção é composto por duas parcelas: tci = tc ( i-1) + tpi (Equação 5.6) onde tc(i-1)=tempo de concentração do trecho anterior; tpi= tempo de concentração do trecho i. O tempo de concentração inicial ts nos trechos de cabeceira da rede, que corresponde ao tempo de escoamento superficial pelos quarteirões, vias e sarjetas, é muitas vezes adotado 10 minutos. O FHWA adota nos projetos de galerias em estradas de rodagem o mínimo de 5 minutos. O valor de 10minutos pode estar superestimado, se a bacia for muito impermeável e com grande declividade. Em caso de dúvida deve-se calcular o tempo detalhado. Quando vários trechos de rede, ou seja, várias bacias, com tempo de concentração diferentes afluem a um determinado trecho de ordem i existem diversos valores de tc(i-1). Neste caso, utilizase o maior tc das bacias afluentes de montante. Os trechos em condutos são calculados pela equação de movimento uniforme, ou seja: t (min)=l/ 60V, onde L= distância ao longo do conduto (m); V=velocidade no conduto (m/s). Como a vazão ainda não foi calculada esse valor é estimado. As áreas contribuintes a cada trecho da rede são determinadas pela análise das plantas de projeto. Estas áreas são medidas em planta. Nos demais trechos as áreas são adicionadas progressivamente pelas áreas locais de contribuição. As áreas locais correspondem às parcelas contribuintes dos quarteirões adjacentes. 5-33