Módulo CAPACIDADE DE CONDUÇÃO HIDRÁULICA DE RUAS E SARJETAS

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1 Módulo ESGOTOS PUVIAIS Neste capítulo são abordados os métodos para dimensionamento de sarjetas e de galerias pluviais. O dimensionamento destes elementos depende do coeficiente de runoff, que é função do período de retorno T adotado pelo projetista. Para T = 5 a 10 anos, podem ser usadas as tabelas abaixo. Tabela 8.1: Coeficientes de runoff para distintos tipos de áreas. Descrição da área Coeficiente de runoff Área comercial central 0,70 a 0,95 Área comercial em bairros 0,50 a 0,70 Área Residencial Residências isoladas 0,35 a 0,50 Unidades múltiplas (separadas) 0,40 a 0,60 Unidades Múltiplas (conjugadas) 0,60 a 0,75 otes com.000 m ou mais 0,30 a 0,45 Área com prédios de apartamentos 0,50 a 0,70 Área industrial leve 0,50 a 0,80 Área industrial pesada 0,60 a 0,90 Parques, cemitérios 0,10 a 0,5 Playgrounds 0,0 a 0,35 Pátios de estradas de ferro 0,0 a 0,40 Áreas sem melhoramentos 0,00 a 0,30 Tabela 8.: Coeficientes de runoff para distintos tipos de superfície. Característica da superfície Coeficiente de runoff Ruas com pavimento asfáltico 0,70 a 0,95 Ruas com pavimento de concreto 0,80 a 0,95 Passeios 0,75 a 0,85 Telhados 0,75 a 0,95 Terrenos relvados (solos arenosos) Pequena declividade (%) 0,05 a 0,10 Média declividade (% a 7%) 0,10 a 0,15 Forte declividade (7%) 0,15 a 0,0 Terrenos relvados (solos pesados) Pequena declividade (%) 0,15 a 0,0 Média declividade (% a 7%) 0,0 a 0,5 Forte declividade (7%) 0,5 a 0, CAPACIDADE DE CONDUÇÃO HIDRÁUICA DE RUAS E SARJETAS A capacidade de condução da rua ou da sarjeta pode ser realizada de duas formas diferentes:

2 Módulo 3 77 a) a água escoando por toda a calha da rua; Figura 8.1: escoamento por toda a calha da rua. b) a água escoando só pelas sarjetas. Figura 8.: escoamento só pela sarjeta. Para a primeira hipótese (figura 8.1), admite-se: - declividade do leito carroçável da rua (seção transversal): I T = 3 % - altura d água na sarjeta...: y 0 = 0,15 m Para a segunda hipótese (figura 8.), admite-se: I T = 3 % y = 0,10 m O dimensionamento hidráulico pode ser realizado pela expressão de Strickler-Manning: V = K I R H Onde: / 3 V = velocidade da água na sarjeta, em m/s; I = declividade longitudinal da rua, em m/m; K = adotado igual a 60, para os pavimentos comuns das vias públicas. R H = em m (R H = Am ) Pm Exemplo: Para uma determinada rua, cuja declividade longitudinal (I ) da rua é 0,5% e a declividade transversal do leito carroçável é de I T = 3 %, definir: a) a capacidade máxima de transporte pela calha; b) a capacidade máxima de transporte pelas sarjetas. Admitir: - altura global da guia (y 0 ) = 0,15 m - altura de água na sarjeta (y) = 0,10 m - declividade longitudinal da rua (I ) = 0,005 m/m

3 Módulo 3 78 Solução: a) Primeiro caso (capacidade global da calha da rua): Obs: h 1 = y 0 (da fig. 8.1) Q = A V e, V = K I R H / 3 Q = A K I R H / 3 y 0 = 0,15 m b = 0,15 = 5,0 m I T = 0,03 m/m 0,03 Am = y 0 x b = 0,15 x 5,0 = 0,375 m Pm = 0,15 + [ ( 0,15 ) + ( 5,0 ) ] 1/ R H = Am = 0,375 = 0,078 m Pm 5,15 5,15 m Q = 0, (0,005) 1/. (0,078) /3 = 0,77 m 3 /s = 77 l/s Para toda a rua, ou seja, para os dois lados da rua, tem-se: Q = 0,77. = 0,554 m 3 /s = 554 l/s b) Segundo caso (capacidade das sarjetas para y = 0,10 m): y = 0,10 m b = 0,10 = 3,33 m I T = 0,03 m/m 0,03 Am = y x b = 0,10 x 3,33 = 0,167 m Pm = 0,10 + [ ( 0,10 ) + ( 3,33) ] 1/ 3,43 m R H = Am = 0,167 = 0,0485 m Pm 3,43

4 Módulo 3 79 Q = 0, (0,005) 1/. (0,0485) /3 = 0,094 m 3 /s Para duas sarjetas (ambos os lados da rua): Q = 0,094. = 0,188 m 3 /s = 188 l/s 8. BOCAS DE OBO As bocas de lobo são os pontos de admissão das águas de chuva à rede pluvial. ocalizam-se junto ao meio-fio. Em caso de topografia acidentada sua localização deve ser procedida com cuidados. As caixas existentes junto a cada boca de lobo devem ter a geratriz inferior do tubo de saída elevada em relação ao fundo das caixas, a fim de possibilitar a retenção de areia, que deve ser periodicamente removida pelas equipes de manutenção do sistema. B... C... PV... Boca de obo Caixa de igação Poço de Visita Figura 8.3: ocação de Caixas de igação A locação das bocas de lobo atende as recomendações que seguem: 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 das quadras: 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 pouco a montante de cada faixa de cruzamento usada pelos pedestres, junto as 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 saltear a torrente num trecho de máxima vazão superficial; as torrentes convergentes pelas diferentes sarjetas teriam como resultante um caudal de velocidade em sentido contrário ao da afluência para o interior da boca de lobo.

5 Módulo Tipos de bocas de lobo As bocas de lobo podem ser classificadas em três grupos principais: - bocas de meio-fio, ou ralos de guias: é a solução mais frequentemente observada em Porto Alegre, ainda que em muitos casos não sejam dotadas do indispensável ralo, que evita o ingresso de corpos estranhos para o sistema, como garrafas PET. A figura abaixo representa uma boca de meio-fio, ou ralo de guia. Ralo Figura 8.4: boca de meio-fio ou ralo de guia. - ralos de sarjetas (grelhas): a figura que segue representa o que vem a ser o ralo de sarjeta: Ralo b a Figura 8.5: ralo de sarjeta. - ralos combinados: este tipo de boca de lobo seria uma combinação dos dois casos anteriores, tendo-se um ralo na sarjeta e outro, de mesma largura, no meio-fio. Este tipo de boca de lobo caracteriza-se por uma grande capacidade de admissão de água. Ralo b Figura 8.6: ralo combinado. a

6 Módulo Capacidade de engolimento em pontos baixos de sarjetas Com relação à capacidade de engolimento, deve-se atentar que em terrenos planos a água pode se aproximar pelos dois lados da sarjeta, como se vê na figura seguinte, que apresenta uma vista frontal de uma boca de lobo (B) de meio-fio. B Figura 8.7: aproximação da água pelos dois lados da sarjeta. a) Boca de lobo de entrada pela guia (ou meio-fio): Se a água que se acumula sobre a boca de lobo gerar uma altura menor que a abertura na guia, este tipo de boca (figura 8.4) pode ser considerada um vertedor e sua capacidade de engolimento será: onde: Q = 1,7 Y 3 / Q = vazão de engolimento, em m 3 /s; 1,7 = coeficiente de descarga, adimensional; Y = altura d água, próximo a abertura na guia, em m; = comprimento da soleira, em m. Deve-se executar uma depressão de alguns centímetros nas imediações da boca. A solução expedita (gráfica) do problema pode ser obtida mediante o uso da figura 8.8. Quando a altura d água (Y) sobre o local for maior do que o dobro da abertura na guia, a vazão é calculada por (no espaço abaixo será feita uma figura explicativa em aula): onde : Q = 3,101.. h 1/ (Y /h) 1/ = comprimento da abertura, em m; h = altura da boca de lobo na guia, em m; Y = carga no meio da abertura da guia, em m (Y = Y - h/)

7 Módulo 3 8 b) Boca de lobo com grelha: Um padrão adotado com freqüência para as bocas de lobo com grelha é 0,9m de altura por 0,87m de comprimento (para F o F o ). A grelha funciona como um vertedor de soleira livre, para profundidade de lâmina até 1 cm. Se um dos lados for adjacente à guia, este lado deve ser excluído do perímetro da mesma. A vazão é: Q = 1,7 P Y 3 / Grelha adjacente à guia Passeio onde: Y = altura d água na sarjeta, sobre a grelha, em m; P = perímetro do orifício, em m. Para profundidades de lâminas maiores que 1 cm, a vazão será: onde: Q =,91 A Y A = área da grade, excluídas as áreas ocupadas pelas barras, em m ; Y = altura d água na sarjeta, sobre a grelha, em m. Obs: Para h < y < h, a boca de lobo funciona em condição de transição, instável e indefinido, entre vertedor (Q = 1,7.P.Y 3/ ) e orifício (Q =,91.A.Y 1/ ). c) Bocas de lobo combinadas (entrada pela guia e pela grelha): A capacidade teórica de esgotamento das bocas de lobo combinadas, é aproximadamente igual ao somatório das vazões pela grelha e pela abertura na guia, consideradas isoladamente. Exemplo: Seja dimensionar a boca de lobo, para uma vazão de 94 l/s na sarjeta e uma lâmina de água de 0,10 m. A depressão no local da boca de lobo é de 5 cm. A altura da abertura na guia é a abertura padrão de 15cm. Solução a : Como boca de lobo de guia (caso a, pág. 81): a.1) Da equação Q = 1,7.. Y 3/ (vide ítem 8.., sub-ítem a) resulta: = Q = 0,94 = 1,75 m 1,7 (Y) 3/ 1,7 (0,10) 3/ ogo, haverá a necessidade de um comprimento de 1,75 m de soleira. Pode-se optar por duas bocas de lobo padrão, com 1,0 m cada, e guia com h = 0,15 m.

8 Módulo 3 83 a.) Graficamente (atentar para simbologia da figura 8.8, onde h é altura da abertura na guia): Da figura 8.8, retira-se (válida só para depressão a = 5 cm): Y 0 /h = 0,10 0,67 0,15 - Q/ = 55 l/s.m Como Q = 94 l/s, = 94 = 1,71 m; 55 Resultado praticamente igual ao anterior. Figura 8.8: Capacidade de esgotamento das B simples com depressão 5cm em pontos baixos das sarjetas.

9 Módulo 3 84 Solução b : Como boca de lobo de grelha (caso b, pág. 8) b.1) Da equação Q = 1,7. P. Y 3/ (vide ítem 8.., sub-ítem b) resulta: P = Q = 0,094 = 1,75 m 1,7(Y) 3/ 1,7(0,10) 3/ P = b +a (conforme figura 8.5) Admitindo uma face a adjacente à guia, vem, para b = 0,9 m (padrão): P = a + b 1,75 = a +. 0,9 a = 1,75-0,58 = 1,17 m Utiliza-se duas grelhas padrão (0,9m de largura e 0,87m de comprimento) c) Como boca de lobo combinada: Admitindo-se boca de lobo de guia padrão: Y = 0,15 m = 1,0 m E admitindo boca de lobo de grelha padrão: a = 0,87 m b = 0,9 m Obtém-se para B.. guia (caso a, pág. 81): Q = 1,7.. Y 3/ = 1,7. 1,0. (0,10) 3/ = 0,054 = 54 l/s Resultando para B..grelha: Q = 1,7. P. Y 3/ = 1,7. ( 0,87 + 0,58 ). ( 0,10 ) 3/ = 0,078 = 78 l/s como: Q global = = 13 l/s > 94 l/s (ok) Capacidade de engolimento em pontos intermediários das sarjetas Engolimento pelas B em pontos intermediários das sarjetas, é o caso em que as sarjetas estão em ruas em declive, e toda a vazão aflui à sarjeta por um único lado. Neste caso as B são dimensionadas para engolir de 90 a 100 % da vazão afluente. A vazão não captada escoará pela sarjeta em direção à B seguinte. Cabe ressaltar que, por segurança, todas as B devem ser dimensionadas considerando uma redução no valor teórico de esgotamento, como sugerido na tabela abaixo.

10 Módulo 3 85 Tabela 8.3: Percentual de esgotamento (coeficientes de redução) nas B devido a obstruções por detritos, irregularidades nos pavimentos e hipóteses de cálculo não correspondendo à realidade. ocal da B Tipo de B % de esgotamento sobre o nas sarjetas Ponto baixo Ponto intermediário Simples Com grelha Combinada Simples Grelha longitudinal Grelha transversal, ou longitudinal com barras transversais Combinada valor teórico % dos valores indicados para a grelha correspondente Engolimento por boca de lobo simples com depressão (a) A Figura 8.9 (vide pág. seguinte Fonte Drenagem Urbana, Manual de Projeto CETESB, 1986) apresenta as grandezas características de uma B simples, com a sarjeta em depressão (a), instalada em trechos intermediários. A vazão esgotada é dada por: Q = ( K + C) y gy, onde K e C são adimensionais Para 1 = 10a, = 4a, W = 8a, o valor de K será 0,3, o valor de C é dado por: 0,45 C =, onde: X = e F é o número de Froude, dado por: XF 1,1 a tgθ V E F =, ou F = 1 gy y V ( Q0 ) Onde E = + y = + y g ga Obs: se = 4a e a = b, a primeira equação apresentada no item terá uma outra forma, como apresentado em Drenagem Urbana, Manual de Projeto CETESB, 1986, pág Engolimento por boca de lobo simples sem depressão (a = 0) Neste caso, C = 0, y = y 0 e tgθ = tgθ 0. Os valores de K são função de tgθ 0, como segue: Tabela 8.4: Valores de K em função de tgθ 0 tgθ 0. K 1 0,3 4 0,0 48 0,0 Obs: θ e θ 0 são apresentados na Figura 8.9. A vazão admitida pela B, será dada por: Q = K y0 g y 0

11 Módulo 3 86 Onde: Z = tanθ e, Q = Z n 8 / 3 0,375 y i Figura 8.9: Bocas de lobo simples, em pontos intermediários das sarjetas. Exercício: Dimensione uma B simples sem depressão, em ponto intermediário de sarjeta, para: Q 0 = 8 /s; n = 0,016; i = 0,03m/m; i t = 0,0m/m; tgθ 0 = 4; W= 30cm. Calcule o comprimento da B para 90% e 100% de esgotamento do valor teórico (sem detritos...) Solução: As vazões para 90% e 100% de esgotamento do valor teórico, serão: Q 90 = 8/0,9= 31 /s Q 100 = 8/1,0 = 8 /s

12 Módulo 3 87 Com o emprego das equações apresentadas no item 8..3., tem-se: Z = tanθ = 30/1,5 = 4 Arbitram-se valores para y (como é sem depressão, y = y 0 ) a) Dimensionamento para Q = 31/s (admissão de 90% da vazão teórica) Para y = 4 cm, tem-se: (na fórmula abaixo entra a decliv. longitudinal ï da sarjeta, bem como a decliv. perpendicular, esta na forma da variável Z) Z 8 / / 3 Q = 0,375 y i = 0,375 0,04 0,03 = 0,018m 3 /s = 18 /s n 0,016 Para y = 4,9 cm, tem-se: 4 8 / 3 Q = 0,375 0,049 0,03 = 31 /s 0,016 Q Então: = K y0 g y0, onde K = 0,0, em função de tanθ 0 = 4 (tabela 8.4) Q = 0,0 0,049 9,81 0,049 = 0,0068 m 3 /s.m = 6,8 /s.m Para Q/Q 0 = 90%, tem-se = (31/s)/(6,8 l/s.m) = 4,56 = 4,6m (largura B, com y = 4,9cm). Adota-se uma altura para a abertura de 14cm, que é um valor usual. b) Dimensionamento para Q = 8/s (admissão de 100% da vazão teórica) Para y = 4,7 cm, tem-se: 4 8 / 3 Q = 0,375 0,047 0,03 = 8 /s 0,016 Q Então: = K y0 g y0, onde K = 0,0, em função de tanθ 0 = 4 (tabela 8.4) Q = 0,0 0,047 9,81 0,047 = 0,0064 m 3 /s.m = 6,4 /s.m Para Q/Q 0 = 100%, tem-se = (31/s)/(6,4 l/s.m) = 4,38m (largura B, com y = 4,9cm). Adota-se uma altura para a abertura de 14cm, que é um valor usual. 8.3 GAERIAS CIRCUARES Há duas hipóteses para locação de coletores de águas pluviais: ou sob o passeio, ou sob o eixo da via pública. O recobrimento mínimo sugerido é de 1,00m sobre a geratriz superior externa do tubo, devendo permitir a ligação dos tubos de escoamento das bocas de lobo, cujo recobrimento mínimo é de 0,60m Aspectos gerais Da hidráulica sabemos que: Q = A. V e V = R /3 H. I 1/ ou V = K. R /3 H. I 1/ n Sabe-se também que, em um tubo funcionando à seção plena, tem-se: R H = D 4

13 Módulo 3 88 Deduz-se assim uma equação para D : Q = A.V ; / 3 RH I 1 D 1 V = ; V = I n n 4 3 π D Q = 4 1 D n 4 / 3 I 1 π I = n D 5 / / 3 5 / 3 4 Q n D = π I 3/ 8 Q n = 1,5483 I 3/ 8 Q, ou, D = 1,5483 K I 3/ 8 Seja calcular a galeria circular necessária para a condução da vazão de 94 l/s, sendo I= 0,001 m/m. Adotar n de Manning igual a 0,013 (equivaleria a K de Strickler- Manning igual a 76,9). Solução: Q n D = 1,5483 / I 3 / 8 3 / 8 = 1 0,094 0,013 = 1,5483 0,001 0,457 Como DN 500 > DN 457, a lâmina não será 100 %. Há que se obter os elementos para o tubo parcialmente cheio. F H = Q. n = 0,094. 0,013 = 0,453 D 8/3.I 1/ (0,500) 8/3. (0,001) 1/ Para F H = 0,453, R H = 0,917 e h = 0,67 D D / 3 RH I R H = 0,917. 0,500 = 0,146 m; V = n / 3 (0,146) (0,001) = 0,013 = 0,67m / s Modelo de cálculo para determinação de vazões de galerias pluviais em áreas urbanas O modelo adotado é o chamado Método Racional, dado pela expressão: Q =,78. C. I. A onde: Q = vazão, em l/s; C = coeficiente de escoamento superficial (adimensional), coeficiente de Runoff; I = intensidade de chuva, mm/h; A = área da bacia, em ha. A intensidade de chuva I (equação anterior) é particular para cada localidade. A figura seguinte apresenta as curvas de intensidade (I) e duração, para diversos períodos de recorrência em Porto Alegre.

14 Módulo 3 89 Figura 8.10: Curvas intensidade x duração x freqüência para Porto Alegre-RS (fonte: DMAE) Cada par de bocas de lobo é ligado a um PV, conforme observa-se na figura 8.3. O espaçamento entre pares de bocas de lobo deve ser 50 m. As caixas de ligação, observadas na figura 8.3, são usadas quando são necessárias bocas de lobo intermediárias em uma quadra, para evitar chegar a um PV com mais de quatro tubos. As caixas de ligação diferem de um PV por não serem visitáveis.

15 Módulo 3 90 A distância máxima entre PVs é referida na tabela 8.5, que vale para São Paulo. Cada município costuma ter distâncias limite próprias, geralmente inferiores as da tabela 8.5. Em Porto Alegre, por exemplo, o caderno de encargos do DMAE, estabelece a distância entre PVs no item 5.16, anexos 5.1 a O referido caderno pode ser baixado pela Internet do site do DEP ou do site da ABTC. Tabela 8.5: Distância máxima entre PVs (fonte: DAEE/CETESB, 1980). D(m) Distância máxima (m) 0, , , A chuva de projeto deve ser adotada para um período de retorno ou de recorrência de 5 anos; a sua duração, que se confundirá com o tempo de concentração, deve ser fixado para as cabeceiras de rede em 10 minutos. O tempo de percurso em cada trecho é dado pela expressão: t p = V. 60 onde: t p = tempo de percurso, em minutos; = comprimento do trecho, em m; V = velocidade no trecho, em m/s. De uma curva Intensidade/Duração/Frequência, retira-se para 10 minutos e período de retorno de 5 anos, a intensidade da chuva de projeto, e com a definição do coeficiente de Runoff e da área de drenagem, calcula-se a vazão a ser drenada. A medida que se avança nos trechos, o tempo vem sendo acumulado (tempo de duração = tempo de concentração), de forma que a intensidade da chuva diminui (é uma exponencial inversa). Quando se encontra um PV que recebe concomitantemente vazões de vários trechos, não se somam esses tempos, mas adota-se àquele de maior valor; isso leva a uma chuva de menor intensidade, mas como as áreas drenadas vêm sendo acumuladas, a vazão cresce. Para bacias externas grandes, pode-se adotar como t c = t d inicial a: (Fórmula de Kirpich) 0, tc = H onde: t c = tempo de concentração (min) = comprimento do talvegue, em km; H = máximo desnível ao longo de, em km O coeficiente de Runoff varia de 0,10 a 0,95, sendo comum a adoção de valores como 0,60 e 0,70. As chuvas de projeto podem ser obtidas das curvas constantes do Manual de Drenagem Urbana da CETESB, onde as mesmas constam em mm/min (basta transformá-las em mm/h).