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ST – 306
2003
1° Parte: Hidrologia
I – Hidrologia: como conceito ou definição, trata-se da ciência que estuda
a água do Planeta Terra, consequentemente, as ocorrências, circulação e
distribuição, analisando e estudando física e quimicamente quanto a
propriedade bem como a inter-relações.
Os estudo Hidrológico são importante no tocante aos efeitos
catastróficos das grandes cheias e estiagem e evidentemente, o quanto o
trabalho humano interfere positivamente ou negativamente sobre o meio
ambiente.
II - Ciclo Hidrológico: No Planeta Terra nota-se a presença de água no
estado líquido, sólidos e gasoso, na atmosfera, na superfície, no solo, no
subsolo, nos rios, lagos oceano e mares, também nas calotas polares e
também na atmosfera, todos, seja em qualquer lugar, posição ou época, em
constante movimento, o qual chamamos ou denominamos tecnicamente de "Ciclo
Hidrológico".
Pelo Ciclo Hidrológico notamos as mudanças de estado ou posição em
relação ao Planeta Terra, seguindo:
- Precipitação;
- Escoamento (intercepção);
- Escoamento (subterrâneo);
- Evaporação.
III - Aplicação:
III – 1 – Abastecimento:
- Domestico;
- Industrial;
- Irrigação.
III – 2 – Drenagens:
- Drenagem superficial;
- Drenagem subterrânea.
III – 3 – Obras Hidráulicas (Dimensionamento):
- Controle de cheias;
- Pontes;
- Bueiros;
- Galerias;
- Barragens;
- Diluição.
III – 4 – Irrigação:
- Controle estiagens;
- Controle de abastecimento alimentar;
- Bem estar social.
IV – Precipitação "Chuvas"
IV – 1 – Conceito físico: O ar atmosférico quente e úmido, expande-se
adiabaticamente (sem troca de calor ), eleva-se e resfria proporcionalmente
em função da altitude (ver esquema de temperatura), até atingir seu ponto
de saturação. Uma parcela desse vapor de água se condensa sobre os núcleos
de condensação (partículas suspensas, formando as nuvens, conforme esquema
abaixo:
Coalescência
IV – 2 - Sistema de Tempo Meteorológico "Depressões Frontais"
IV – 2 – 1 – Frontais: Trata-se da ascensão do ar atmosférico úmido no
setor das encostas de duas superfície descontinuas, ou seja, zona de
transição entre duas massa de ar com características diferentes como
circulação ciclônica, sistema alongado de baixa pressão atmosférica. É
importante saber que a ocorrência se dá na troposfera ( ver esquema de
altitude) mais baixa. (abaixo de 6.000 metros de altitude). A superfície
frontal é inclinada, isto é, o ar mais frio e denso se introduz por baixo
do ar mais quente sob forma de cunha, fazendo com que o ar mais quente e
menos denso se deslize sobre o ar mais frio e denso, componente nas
frontais conforme esquema abaixo:
Frente: Linha de interseção da superfície frontal com o nível do solo, ou
superfície de base.
IV – 2 – 2 – Tipos de Frente "Frontais"
IV – 2 – 2 – 1 – Frente quente: É o deslocamento da massa de ar mais quente
para a mais fria, onde em um determinado ponto, o ar quente tende a se
elevar ou ascender ou até mesmo substituir um ar mais frio (conforme o
esquema apresentado). O deslocamento ocorre do Equador para os Pólos.
"É de grande importância, saber que essa ocorrência, em termos de
Hidrologia e Drenagem, influi muito em bacias hidrográficas grandes".
Diagnósticos meteorológicos locais ocasionados por uma frente quente:
Na vanguarda (antes ou inicio):
- Pressão atmosférica: constante diminuição;
- Ventos: velocidades variada (inconstante);
- Temperatura: Constante ou ligeiro aumento gradativo;
- Umidade: aumento gradativo;
- Nuvens: de baixo para cima, nota-se a presença de nimbos-stratus;
alto–stratus; camulos-strtus e cirros;
- Condição do tempo: chuva continua;
- Visibilidade: sob chuva, más condições, boas sem chuvas;
- Abrangência: largura da varredura de 80 a 240 quilômetros;
- Deslocamento: do Equador para os Pólos no hemisfério Sul – NW – SE no
hemisfério Norte – SW – NE.
No domínio (durante):
- Pressão atmosférica: cessa a diminuição;
- Vento: muda de direção e diminui a velocidade;
- Temperatura: aumenta levemente;
- Umidade: rápida elevação;
- Nuvens: nimbos e baixo–stratus;
- Condições do tempo: diminui a precipitação, quase cessando;
- Visibilidade: ruim, com nuvens baixas e neblina.
Na retaguarda (após):
- Pressão atmosférica: pouca variação, quase estável;
- Vento: constante;
- Temperatura: pouca variação;
- Nuvens: stratus e stratus–cumulos ;
- Tempo: chuvas intermitentes, chuviscos;
- Visibilidade: nuvens baixas, nevoeiros, ruim.
IV – 2 – 2 – 2 – Frente Fria:
É o deslocamento de uma massa de ar mais fria para uma massa de ar
quente, com penetração em forma de cunha, provocando a ascensão do ar
quente. A inclinação é em torno de 1:40 a 1:80 Km, com deslocamento de 50 a
80 Km/h, do Pólo Sul para o Equador (SW – NE) HS e no HN (NW – SE).
Diagnósticos meteorológicos locais ocasionados por uma frente fria:
Na vanguarda (inicio):
- Pressão atmosférica: diminuição;
- Ventos: velocidade variada, com variações sintomáticas;
- Temperatura: constante com algumas quedas durante as chuvas;
- Umidade: estável sem variações notória;
- Nuvens: alto-cúmulus e strato-cumulus seguidas por cumulo-nimbos;
- Tempo: algumas chuvas com trovoadas;
- Visibilidade: ruim, com presença de nevoeiros.
No domínio (durante):
- Pressão atmosférica: rápida elevação;
- Ventos: Rajadas, com súbitas mudanças de direção;
- Temperatura: queda acentuada;
- Unidade: queda acentuada;
- Nuvens: alto–cumulus e strato–cumulus, seguidas por cumulo–nimbos;
- Tempo: aguaceiros, acompanhado de granizos e trovoadas;
- Visibilidade: má condição temporária seguida de melhoria rápida.
Na retaguarda (após):
- Pressão atmosférica: elevação lenta e continua;
- Ventos: rajadas, e posterior constância;
- Temperatura: estável com pequena variação, quase imperceptível
ambientalmente;
- Nuvens: cumulus e, cumulus-nimbos;
- Tempo: chuvas com nuvens baixas com precipitação intensa com passagem
rápida;
- Visibilidade: muito boa.
IV – 2 – 2 – 3 – Frente oclusa: no encontro entre duas frentes, ou seja,
uma frente fria alcançando uma frente quente , uma delas é elevada, isto é,
o ar quente entre as frentes é elevado da superfície até ocorrer completa
oclusão (ver esquema abaixo). A frente oclusa é caracterizada por dois
tipos.
IV – 2 – 2 – 3 – 1 – Oclusão fria e quente:
IV – 3 – Sistema de tempo meteorológico "Depressão não Frontais"
IV – 3 – 1 – Depressões Térmicas:
Resultante de prolongado e intenso aquecimento solar na superfície
terrestre "solo e ar atmosférico sobrejacente". Devido ao aquecimento,
ocorre uma expansão geral do ar e, conseqüentemente, uma ascensão,
provocando então a queda da pressão atmosférica ao nível do solo.
A ocorrência deste fenômeno não causa mau tempo generalizado, salvo
em condições em que o ar atmosférico esteja muito úmido. No deserto quente,
as depressões térmicas provocam ventos convectivos seco e quente. Nas
latitudes médias as depressões térmicas estão sempre associadas a trovoadas
principalmente no verão.
São as causadoras da conhecida chuva de verão ou chuvas convectivas
localizadas, com grande intensidade e curta duração.
São também as causadoras de um problema de drenagem como cheias e
enchentes.
Na região Sudeste do Brasil mais precisamente no Estado de São Paulo,
as chuvas convectivas ocorrem no período vespertino, onde o sentido
predominante é de NW para SE.
F o r m a ç ã o :
1. Estratos: Nuvens em camadas baixas, cinzenta, bastante uniforme, pouco
acima do nível de condensação + 20 metros de altitude ( nuvens
baixas) – chuviscos.
2. Cúmulos: Nuvens baixas, isoladas ou esparças, densas, forma de torres –
couve-flor, com base escura média (sombra de base).
3. Estratos–Cúmulos: Nuvens baixas, estratificadas, que apresentam
revoluções verticais, esbranquiçadas e alongadas, nota-se uma espessura
irregular na camada superior, prenunciam uma relativa densidade, com
possíveis tendência de chuvisco e garoas.
4. Nimbos–Estratos: Nuvem baixa, com base apresentando horizontalização e
sombra relativamente escura, dando tendência de breves precipitações bem
localizadas. Elas sempre estão associadas a nuvens Estrato–Cúmulos e são
alongadas.
5. Nimbos: São nuvens densas de altitude em torno de 2,5 Km, localizadas
abaixo dos Alto– Estratos, são bem escuras devido a espessura superior e
provoca chuvas fortes e trovoadas. São as nuvens de descarga de
precipitação das convectivas.
6. Cúmulos–Nimbos: São nuvens situadas logo acima do Nimbos, que mostram
grande espessura vertical, e também se localiza na parte intermediária
entre os Nimbos e a Bigorna, logo abaixo do nível de congelamento (10
Km).
7. Cirro–Cúmulos: São as nuvens localizadas próximas ao nível de
congelamento, na altitude em torno de 10 a 11 Km, mostram aspecto lácteo,
dissociadas em flocos (céu encarneirado), carregadas de Gelo.
8. Cirro-Stratos: São nuvens altas, componentes do Topo da Bigorna, nas
nuvens espessas, numa altitude entre 10,5 a 11,5 km, não ocultam o sol
nem a lua, e às vezes mostram o Halo ( reflexão do espectro).
9. Cirros-Fibratus: São nuvens mais altas, prenunciam mudança de tempo
(chuvas), são conhecidas como "Rabo de Galo".
IV-3-2- Depressão Ar Polar:
Desenvolvem-se no ar instável dos pólos. Ocorrem principalmente no
inverno, com duração de um a dois dias, trazem chuvas e muita
instabilidade.
IV-3-3- Depressões de Sotavento:
Sotavento são os deslocamentos de ar que atravessam o relevo (figura
abaixo), assim como os deslocamento que chegam são chamados de Barlavento.
No nordeste Brasileira o Barlavento é chamado de "Barravento".
2° Parte " Bacia Hidrográfica"
I - Definição: Trata-se de uma superfície definida topograficamente é
drenada por um curso d'água ou um talvegue, tal que toda vazão efluente
seja descarregada ou passe por um determinado ponto definido, por outro
lado, ou seja, á montante, o limite de uma bacia Hidrográfica é sempre
definida e limitada por um divisor de água, mais comumente denominada de
"Espigão" ou "Divisor topográfico" .
II -Tipos de curso D´água:
II-1- Perenes: Mantém sempre uma vazão no talvegue ou álveo durante o ano
todo.
1 – Nível Freático Máximo: Período das Chuvas
2 – Nível Freático Mínimo: Período das Estiagens
II-2-Intermitentes: Apresenta um fluxo de água sazonal, somente no
período chuvoso, onde o nível freático se eleva e passa a contribuir sob
forma de afloramento sub-superficial.
II-3-Efemeros: Só apresenta fluxo durante, e logo após as chuvas
"valetas".
III- Características Físicas:
III-1- Área de Drenagem "A" ou "S":
Determinadas topograficamente ou planimétricamente, acompanhando os
Espigões e fechando sempre ortogonalmente às curvas de nível em direção
ao "ponto do projeto".
"Ponto do Projeto" Trata-se do local definido para avaliar as vazões ou
mais precisamente o local da obra a ser executada, como exemplo, pontes,
barragens, bocas de lobo, sarjetas e sargetões.
III-2- Quanto a forma:
III-2-1-Coeficiente de Compacidade "Kc"
Relaciona o perímetro da bacia hidrográfica, com uma circunferência de
um circulo de área igual ao da bacia
OBS: Quando o valor de "Kc" tender a 1 ou aproximar de 1, maior é a
probabilidade de ocorrer cheia.
O fator de forma da bacia é importante na definição do tempo de
concentração.
III-2-2- Fator de Forma "KF":
Relaciona a largura média da bacia com o comprimento Axial da Bacia
Hidrográfica.
Sendo:
III-2-3-Densidade de Drenagem "Dd":
Relaciona o comprimento total dos cursos d'água dentro da bacia
hidrográfica com a área da bacia hidrográfica.
LT = Comprimento Total dos Cursos d'água
A = Área da Bacia Hidrográfica
III-3-Característica do Relevo de uma bacia:
III-3-1- Curva Hipsométrica:
Relaciona as áreas localizadas acima ou abaixo das curvas de nível.
Exemplo:
"1 "2 "3 "4 "5 "6 "7 "
"502-500 "501 "1,2 "1,2 "17,10 "17,10 "601,20 "
"500-490 "495 "5,5 "6,4 "16,30 "33,40 "2574,00 "
"490-480 "485 "6,7 "13,1 "18,40 "51,80 "3249,50 "
"480-470 "475 "7,2 "20,3 "16,2 "68,00 "3420,00 "
"470-460 "465 "6,4 "26,7 "16,1 "84,10 "2976,00 "
"460-448 "464 "6,1 "32,8 "15,9 "100,00 "2769,40 "
III-3-2- Declividade do Álveo:
A velocidade de um rio, depende da declividade dos canais pluviais
onde, quanto maior a declividade, maior é a velocidade.
A declividade média, dividindo-se a diferença total de elevações do
leito pela extensão total horizontal.
(H ( de cotas ( MAIS ALTA – MAIS BAIXA)
- A declividade pode ser definida também de maneira que a reta traçada
defina áreas iguais acima e abaixo no perfil destacada como "S2".
- Outro índice é o da declividade (S3) que indica o tempo de percurso da
água ao longo do perfil longitudinal onde:
III-4-Escoamento Superficial:
III-4-1- Generalidades: O escoamento superficial é o fator mais importante
do ciclo hidrológico em termos de drenagens. Trata-se da ocorrência e
transporte de água na superfície terrestre e esta associado à maioria dos
estudos hidrológicos e proteção aos fenômenos catastróficos provocados pelo
seu deslocamento, abrangendo desde o excesso de precipitações e suas
diretas conseqüências até um dimensionamento preventivo duradouro.
III-4-2-Fatores Influentes:
III-4-2-1 – Fatores Climáticos:
- Intensidade: Quanto maior a intensidade, lógico será maior o
escoamento superficial;
- Duração: Quanto maior a duração, maior o escoamento superficial;
- Precipitações Antecedentes: Quanto maior a umidade do solo (saturação)
maior o escoamento superficial.
III-4-2-2- Fatores fisiográficos:
- Área da bacia: quanto maior a área da bacia, maior o escoamento
superficial;
- Permeabilidade do solo: quanto mais permeável o solo, menor será o
escoamento superficial;
- Interceptores: obras hidráulicas contidas na bacia, principalmente
barragem, diminuem o escoamento superficial, porém, retificações nos
meandros dos curso d´água aumentam o escoamento superficial;
- Vegetação: quanto maior for a presença de vegetação em densidade,
menor é o escoamento superficial;
- Declividade: quanto maior for a declividade, maior o escoamento
superficial.
III-5-Grandeza que caracterizam o escoamento superficial:
III-5-1- Vazão "Q": é a principal grandeza que caracteriza o escoamento e
é normalmente expressa em m3/s.
A quantidade da vazão, está diretamente associada à velocidade de
escoamento e na área superficial e a velocidade por sua vez está
diretamente ligada proporcionalmente à declividade superficial já a área
superficial está associada à forma ou figura da área.
Q = S.V ou Q = A.V onde:
V=velocidade (m/s)
S=A= Área (Km2) ou (hectares) ou (m2)
III-5-2-Vazão especifica: É definida como vazão por unidade de área, e
serve como comparativo entre bacias.
III-5-3-Coeficiente de escoamento superficial "C": Também denominado,
comumente, como coeficiente de "Run-Off" e é a relação entre volumes
precipitados.
Obs.: Os valores de "C" encontram-se tabelados ou pre-estipulado. Para
melhor eficiência, o ideal é adotar conforme características da bacia
hidrográfica.
III-5-3-1-Quanto ao relevo "CR":
- Terreno íngreme, com declividade média superior a 30% ( 0,40.
- Terreno montanhoso, com declividade média de 10% a 30% ( 0,30.
- Terreno ondulado, com declividade média de 5% a 10 ( 0,20.
- Terreno relativamente plano, com declividade média de 0,1% a 5% (
0,10.
III-5-3-2-Quanto a infiltração no solo "CIS":
- Sem cobertura ou sem efeito, com presença de pedras, ou ainda com uma
fina camada de solo, com baixa capacidade de infiltração ( 0,20.
- Infiltração lente, solo argiloso, com baixa capacidade de absorção,
tipicamente considerado como barro ( 0,15.
- Infiltração normal, com camada argilosa profunda, típicas de região de
planícies( 0,10.
- Infiltração elevada, com camada arenosa profunda, ou mesmo quando se
nota que o solo possui grande capacidade de infiltração (seca
rapidamente), solo poroso ( 0,05.
III.5.3.3. Cobertura vegetal: "CV":
- Cobertura esparsa ou mesmo ausente, escassa ou rala ( 0,20.
- Cobertura esparsa a moderada, com cultura nas áreas limpas com
cobertura pobre, e menos de 10% de área drenante ( 0,15.
- Cobertura moderada a boa, com 50% em média da área de drenagem com
boas pastagens, arvoredos, culturas nas áreas limpas inferiores a 50%
da área drenante ( 0,10.
- Cobertura boa e excelente, com cerca de 90% da área drenante de
pastagens, arvoredos ou cobertura equivalente ( 0,05.
III.5.3.4. Acumulação superficial "CAS":
- Acumulação precária ou negligenciável, com depressão superficiais
raras ou poucas, com escoadouro íngreme e pequeno, desprovidos de
lagos ou pântanos ( 0,20.
- Acumulação baixa, com pequenos escoadouros bem definidos e privados de
lagos e pântanos ( 0,15.
- Acumulação normal, bem considerável nas depressões superficiais, com
sistemas drenantes de solos típicos de planícies com lagos e pântanos
inferiores a 2% da área de drenagem ( 0,10.
- Acumulação elevada, nas depressões superficiais, com planícies
alagadas e grande quantidade de lagos ( 0,05.
III-5-3-4-Classificação da bacia:
- Extrema: Quando a soma dos coeficientes, quanto ao relevo +
infiltração no solo + cobertura vegetal + acumulação superficial
resultar ( 1,00.
- Elevado: Quando a soma dos coeficientes, quanto ao relevo +
infiltração no solo + cobertura vegetal + acumulação superficial
resultar ( 0,75.
- Normal: Quando a soma dos coeficientes, quanto ao relevo + infiltração
no solo + cobertura vegetal + acumulação superficial resultar ( 0,50.
- Baixo: Quando a soma dos coeficientes, quanto ao relevo + infiltração
no solo + cobertura vegetal + acumulação superficial resultar ( 0,25.
Obs.: Esta classificação é muito importante no projeto de barragens e
essas informações devem ser coletadas e observadas no local, fazendo
investigações do subsolo análise do solo, em paralelo com foto-
interpretações.
Note-se também que numa bacia hidrográfica, principalmente nas
grandes, ocorrem variações ou diversificações nos item acima, isso faz
com que seja necessário fazer uma média ponderada, diretamente
proporcional a área predominante de cada uma dessa características.
Ex.: Numa bacia onde em termos de cobertura vegetal, existem setores
com cobertura vegetal boa, outro setor com cobertura moderada, e outro
com cobertura fraca, devemos medir a área predominante de cada tipo e
relacionar com a área total.
1- Área total da bacia hidrográfica = 75 Ha
2- Área com cobertura vegetal boa = 34 Ha Ccv1 = 0,05
3- Área com cobertura moderada = 23,5 Ha Ccv2 =0,10
4- Área com cobertura fraca = 17,5 Ha Ccv3 = 0,20
III-5-3-5-Valores complementares do coeficiente de Run–Off:
Os dados subseqüentes dos valores de coeficientes de escoamento
superficial devem ser cuidadosamente aplicados, os quais são aplicados e
utilizados sempre referencialmente a cada tipo de obra e com projeções
futuras.
"Declividades "TIPOS DE SOLO "
"(%) " "
" "Barro Arenoso "Barro "Argiloso "
" " "Argiloso-Arenoso " "
" " " " "
"Florestas: " " " "
"0 – 5 "0,10 "0,30 "0,40 "
"5 – 10 "0,25 "0,35 "0,50 "
"Pastagens: " " " "
"0 – 5 "0,10 "0,30 "0,40 "
"5 – 10 "0,15 "0,35 "0,55 "
"10 – 30 "0,20 "0,40 "0,60 "
"Terra " " " "
"cultivada: "0,30 "0,50 "0,60 "
"0 – 5 "0,40 "0,60 "0,70 "
"5 – 10 "0,50 "0,70 "0,80 "
"10 – 30 " " " "
"Tabela I (Drenagem na Agricultura) "
Obs.: Os valores acima estão mais indicados para dimensionamento de
canais e para sistematização de terrenos.
Os coeficientes subseqüentes são aplicáveis a tormentas (tempestades)
de período de retorno de 5 a 10 anos "T" .
Obs.: O período de retorno "T" de um chuva ou de um pico de cheia
está diretamente relacionado com o grau de segurança e proteção no
dimensionamento de obras.
" " "
"Descrição da Área "Coef. De Run-Off "
"Área comercial: " "
"Residência "0,70 – 0,95 "
"Bairros "0,50 – 0,70 "
"Área residencial: " "
"Residência isolada "0,35 – 050 "
"Unidades múltiplas (separadas) "0,40 – 060 "
"Unidades múltiplas (conjuntos) "0,60 – 0,75 "
"Lotes acima de 2000 m2 "0,30 – 0,45 "
"Áreas com prédios de apartamentos "0,50 – 0,70 "
"Área industrial: " "
"Industriais leves (pequenas) "0,50 – 0,80 "
"Industriais pesadas (grandes) "0,60 – 0,90 "
"Parque e cemitérios "0,10 – 0,25 "
" " "
" " "
"Descrição da Área "Coef. De Run-Off "
"Área de recreação "playgronds" "0,20 – 0,35 "
"Pátios ferroviários "0,20 – 0,40 "
"Área sem melhoramentos "0,10 – 0,30 "
"Tabela II Método racional "
Obs.: Estes valores são aplicados nos dimensionamentos, utilizando-se
o método racional.
"Uso do solo ou grau de urbanização "Valores de Coef. Run-oof "
" "Mínimos "Máximas "
"Área com urbanização futura "0,50 "0,70 "
"(projeção) "Totalmente Urbanizada" " " "
"Ares com urbanização Futura "0,35 "0,50 "
"(projeção) "Parcialmente urbanizada" " " "
"Área com predomínio de plantação, "0,20 "0,35 "
"pasto e urbanização recente " " "
"Tabela III Método Racional (complementar) "
" " "
"Características da Superfície "Coef. De Run-Off "
"Ruas: "0,70 – 0,95 "
"Com pavimentação asfaltica "0,80 – 0,95 "
"Com pavimentação de concreto " "
"Passeios ( calçadas ) "0,75 – 0,85 "
"Telhados "0,75 – 0,95 "
"Terrenos com capim (solo arenoso): "0,05 – 0,10 "
"Pequena declividade (2%) "0,10 – 0,15 "
"Declividade média (2% a 7%) "0,15 – 0,20 "
"Declividade acentuada (7% ou mais) " "
"Terrenos com capim (solo silte arenoso): "0,15 – 0,20 "
"Pequena declividade (2%) "0,20 – 0,25 "
"Media declividade (2% a 7%) "0,25 – 0,30 "
"Acentuada declividade (acima de 7%) " "
"Tabela IV – Método Racional - Composição "
III-5-4-Tempo de concentração; "tc":
É o tempo de duração da chuva, e deve ser correlacionado com o tempo
gasto para a concentração na bacia em estudo, em resumo, trata-se do
tempo necessário para que toda área de drenagem passe a contribuir
efetivamente na seção ou ponto do projeto.
Considera-se a chuva de projeto com intensidade constante ao longo do
tempo sabendo que seu valor varia inversamente com a duração. De maneira
geral, o tempo de concentração de uma bacia hidrográfica, depende dos
seguintes parâmetros.
- Área da Bacia;
- Comprimento e declividade do canal mais longo (principal);
- Comprimento ao longo do curso, principal, desde o centro da bacia até
a seção de saída considerada (ponto de projeto);
- Forma da bacia;
- Declividade média do terreno;
- Declividade e comprimento dos afluentes;
- Rugosidade do canal;
- Tipo de cobrimento vegetal;
- Distância entre o ponto de projeto ao espigão "divisor topográfico",
sendo que as três primeiras características fisiográficas citadas
acima são as que mais influenciam no tempo de concentração.
O tempo de concentração não é constante para uma dada área, mas sim
varia com o tipo de recobrimento vegetal e altura de distribuição da
chuva sobre a bacia. Mas, para períodos de retorno superiores a 10 anos,
a influência da vegetação pode ser desprezada.
Existem fórmulas empíricas e ábacos que fornecem o valor do tempo de
concentração em função das características físicas da bacia.
- Formulas Empíricas:
Onde: A = Área da bacia hidrográfica (km2)
tc = Tempo de concentração (minutos)
i = Declividade média do talvegue
i = m/km
OBS.: Existem outras formulas para tc, ver adiante.
III-5-5-Período de Retorno: "T":
A intensidade média da precipitação quer seja obtida diretamente da
análise estatística de chuvas em áreas, ou quer seja de valores pontuais,
irá sempre depender da freqüência do evento considerado.
Deve-se lembrar que se utiliza a precipitação com a finalidade de se
obter uma estimativa de pico de vazão no escoadouro (talvegue) de uma bacia
hidrográfica.
A escolha do período de retorno deve ser feita admitindo-se que o tempo
de retorno da precipitação seja o mesmo da cheia que ela provoca. Isto não
é exatamente verdadeiro, pois a concorrência de uma grande cheia não
depende apenas da ocorrência repetida, ou ser repetida mas sim, das
condições em que se encontra uma bacia durante o fenômeno em termos de
escoamento superficial (intercepções por falta de limpeza ou manutenção).
O período de retorno está sempre relacionado com o grau de segurança que
se deseja proporcionar aos bens protegidos (vida humana) e, portanto,
relaciona-se diretamente no dimensionamento de obras.
A seleção do período de retorno de um evento "Chuva" de um projeto
qualquer requer usualmente um estudo técnico – econômico que indique qual o
risco do capital aplicado nessas obras.
Este risco está associado aos danos provocados por eventos hidrológicos,
e deve ser minimizado.
Em resumo, período de retorno é o intervalo médio de tempo expresso em
anos, onde o evento "chuva" pode ser igualado ou superado em relação ao
numero de observações de pelo menos um vez.
III-5-6-Freqüência:
É o número de ocorrência de uma dada precipitação no decorrer de um
intervalo de tempo fixado.
Ex.: Através das altura máximas de chuva de duração de 24 horas, lidas em
pluviômetros, são diferentes de chuvas de duração de 24 horas.
Os dados subseqüentes são resultados pesquisados de chuvas máximas de
duração igual a 24 horas na cidade de São Paulo. A interpretação segundo o
conceito de freqüência será:
(50,8 mm/h); (54,8 mm/h); (64,7 mm/h).
(78,0 mm/h); (65,7 mm/h); (73,1 mm/h).
(78,7 mm/h); (69,9 mm/h); (71,7 mm/h).
(84,4 mm/h); (82,7 mm/h); (90,2 mm/h).
(119,2 mm/h); (124,3 mm/h); (92,2 mm/h).
(93,6 mm/h); (140,2 mm/h); (88,1 mm/h).
(86,5 mm/h); (84,8 mm/h); (83,0 mm/h).
(82,3 mm/h); (82,0 mm/h); (72,7 mm/h).
(68,3 mm/h); (65,3 mm/h); (63,2 mm/h).
(53,2 mm/h); (53,7 mm/h); (55,7 mm/h).
(58,6 mm/h); (60,6 mm/h); (75,5 mm/h).
(55 mm/h); (81,3 mm/h); (81,3 mm/h).
"N° de ordem:"1 "2 "3 "4 "
"Precipitação"140,2 "124,3 "119,2 "93,6 "
": " " " " "
"5 "6 "7 "8 "9 "
"92,2 "90,2 "88,1 "86,5 "84,8 "
"10 "11 "12 "13 "14 "
"84,4 "83,0 "82,7 "82,3 "82,0 "
"15 "16 "17 "18 "19 "
"81,3 "81,3 "78,7 "78,0 "75,5 "
"20 "21 "22 "23 "24 "
"73,1 "72,7 "71,7 "69,9 "68,3 "
"25 "26 "27 "28 "29 "
"65,7 "65,3 "64,7 "63,2 "60,6 "
"30 "31 "32 "33 "34 "
"58,6 "55,7 "59,0 "54,8 "53,7 "
"35 "36 "
"53,2 "50,8 "
Com:
m = numero de ordem
n = numero de anos de observação
F = freqüência
F = P= estimativa probabilística
F = m/m (método Califórnia)
F = m/(n+1) (método de Kimbal)
Ex.: Para m = 20 – 73 mm de precipitação
N = 36 (36 anos observados)
M = 20 (dado)
F = 20 = 0,556 - F% = 55,6
36
Portanto há uma probabilidade de 55,6% de ocorrer a chuva de 73,1 mm e
duração igual a 24 horas ou ser superior pelo menos uma vez, num ano
qualquer.
T = Período de retorno:
Obs.: O período de retorno, deve ser sempre utilizado em numero interior.
Portanto, para T = 1,8 anos, utiliza-se T = 2 anos
Obs.: Para período de retorno bem menores, que o numero de ano de
observação o valor encontrado acima de F pode dar uma melhor idéia do
valor real de P (probabilidade).
- Para m = 6
m =6 ( h = 90,2 mm
Assim, sendo, a probabilidade da chuva intensa de duração igual a 24
horas (h = 90,2) ser igualada ou superior pelo menos uma vez num ano
qualquer será de 16,6%, então, pode nos adiantar que a segurança do projeto
em que podemos contar, de que num ano qualquer não venha ocorrer alturas de
chuvas superior ou igual a 90,2 mm será
100% - 16,6 = 83,4%
Então, em termos de projeto dizemos que:
- Teremos 83,4% de probabilidade de não chover.
Resumindo:
1. Com pequenos períodos de retorno, haverá maior risco de
ocorrência da chuva de projeto num ano qualquer. "Validos para
obra de pequeno custo" e pequeno alcance de projeto.
2. Com período de retorno maiores o risco de ocorrência da chuva de
projeto um ano qualquer será menor. "Valido para obra de alto
custo e alcance de projeto grande".
" Adota-se o período de retorno considerando sempre o custo e
beneficio" " prejuízos comunitários".
Exemplo:
1. Vida útil da obra = 3 anos
Período de retorno = 5 anos
Qual a probabilidade de ocorrer uma precipitação que danifique a obra?
P = probabilidade
T = Período de retorno
N = n° de anos (vida útil)
P = 1 – (1 – 1/5 )3 = 0,488
Obs.: Para obras de "GAP" (galerias de águas pluviais) urbanas adota-se T
= 10 anos.
P = 1/T = P = 1/10 = P = 0,10
Então:
- O risco é de 10% (num ano qualquer );
- Segurança é de 90% (num ano qualquer).
Exemplo:
O vertedor de uma barragem vai ser dimensionado para uma chuva de período
de retorno de 100 anos. Qual a probabilidade de que tal chuva venha ocorrer
nos próximos 20 ano?
P = 1 - (1 - 1/T)n
T = 100 anos
N = 20 nos
P = 1 -(1 - 1/100)20 = 22%
Para T = 150 anos?
IV- Intensidade das chuvas:
IV-1-Definição: Trata-se da medida quantitativa de chuva precipitada sobre
uma determinada área num certo período de "tempo".
Essa quantidade é sempre volumétrica .
Convencionalmente, a área é fixada em metros quadrados "m2" e a medida
volumétrica é determinada em função da altura acumulada.
Exemplo: Uma chuva com intervalo de 10 mm/h.
Isso quer dizer que em uma hora precipitou uma altura de 10 mm.
"Considera-se que se tivesse um coletor com área de 1 m2 e a
precipitação acumulou uma altura 0,01 m em uma hora, resulta-nos 10 mm/h".
" Se toda essa água precipitada fosse recolhida e não evaporasse e nem
se infiltra-se teríamos em um volume de 0,01 m3 por m2 em uma área".
IV-2-Medidores:
IV-2-1-Pluviômetro:
Mede a totalidade da precipitação, através de leitura do nível da água
por meio de uma proveta graduada. A precipitação é coletada por um frasco
especificado conforme norma, e conforme o esquema abaixo:
Foto de um Pluviômetro
IV-2-2-Pluviógrafo:
Trata-se de um coletor associado a um registrador que registra um
gráfico, a evolução de quantidade volumétrica em nível que cai. Possui um
dispositivo de tempo que permite o registro da intensidade em função do
tempo, conforme esquematizado abaixo.
IV-3-Duração da chuva:
É o tempo decorrente entre o cair da primeira gota até a ultima gota,
medidas em minutos, horas ou até dias.
Tendo-se a duração e intensidade mensuradas, a estimativa volumétrica
precipitada em uma bacia é determinada.
Obs.: Chuvas forte apresenta curta duração, e chuvas de baixa
intensidade "fracas" são de duração maior.
IV-4-Equação de intensidade:
IV-4-1-Limeira e região:
Com:
i ( mm/minuto (intensidade)
T ( anos (período de retorno)
tc ( minutos (tempo de concentração)
t ( aplicar formula de Kirpich (ver adiante)
IV-4-2-Campinas:
Com:
i ( mm/hora (intensidade)
T ( anos (período de retorno)
tc ( minutos (tempo de concentração)
IV-4-3-São Carlos:
Com:
i ( mm/hora (intensidade)
T ( anos (período de retorno)
tc ( minutos (tempo de concentração)
IV-4-4-São Paulo - Capital:
Com:
i ( mm/hora (intensidade)
T ( anos (período de retorno)
tc ( minutos (tempo de concentração)
IV-4-5-Resumo:
- Para T = 05 anos, a = 23 e b = 3,4
T = 10 anos, a = 29 e b = 3,9
T = 15 anos, a = 48 e b = 8,6
T = 30 anos, a = 95 e b = 16,5
V - Métodos de cálculos:
V-1-Métodos racionais:
" É um método aplicável para determinação de vazões de projetos para
bacia com área de até 50 hectares"
V-1-1-Equação racional:
Com:
Q = vazão
C = coeficiente de deflúvio "Run–Off"
i = intensidade da chuva
A = área da bacia
- Exemplo aplicativo:
Dados:
C = 0,5 (coef. De Run – Off)
t = 20 minutos (tempo de coef.)
h = 30 mm (altura da precipitação)
A = 0,5 km2 (área da bacia)
Resultado: Q = ? m3/min
Pode-se apresentar, para melhor efeito de cálculo a seguinte maneira:
i = 1,5 x 60 i= 90 mm/hora
Sendo assim, tornas-se fácil determinar a vazão de projeto, isto é:
O método racional pressupõe hipóteses:
a) Distribuição uniforme da chuva sobre a bacia;
Por isso é que a área é limitada no máximo em 50 hectares.
b) Constância de precipitação quanto a intensidade;
c) O tempo de concentração tc, igual a duração da chuva;
d) O coeficiente de RUN-OFF constante para a bacia toda.
- O método racional preceitua:
a) Período de retorno T em anos onde:
S ( T ( 10 anos, para projetos de galerias de águas pluviais
"GAP".
T=25 anos, para macro drenagem urbana como canais, pontes e
bueiros.
b) Duração da chuva (t): eqüivale ao tempo de contração (tc) da
bacia e para avaliar, no caso de macro drenagem utiliza-se a
fórmula de "Kirpch".
tc = tempo de concentração em minutos.
L = extensão do curso d´água em Km.
H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra "ponto"
em metros.
Ou pode-se calcular por:
tc = tempo de concentração em minutos.
L = Extensão do curso d´água em Km.
I = Declividade do curso d´água em metro por mil metros (%).
Terminologia Básica
Um sistema de drenagem de águas pluviais é composto de uma série de
unidades e dispositivos hidráulicos para os quais existe uma terminologia
própria e cujos elementos mais freqüentes são conceituados a seguir.
Greide - é uma linha do perfil correspondente ao eixo longitudinal da
superfície livre da via pública.
Guia - também conhecida como meio-fio, é a faixa longitudinal de separação
do passeio com o leito viário, constituindo-se geralmente de peças de
granito argamassadas.
Sarjeta - é o canal longitudinal, em geral triangular, situado entre a guia
e a pista de rolamento, destinado a coletar e conduzir as águas de
escoamento superficial até os pontos de coleta.
Sarjetões - canal de seção triangular situado nos pontos baixos ou nos
encontros dos leitos viários das vias públicas, destinados a conectar
sarjetas ou encaminhar efluentes destas para os pontos de coleta.
Bocas coletoras - também denominadas de bocas de lobo, são estruturas
hidráulicas para captação das águas superficiais transportadas pelas
sarjetas e sarjetões; em geral situam-se sob o passeio ou sob a sarjeta.
Classificação:
Dependendo da estrutura, localização ou do funcionamento, as bocas
coletoras recebem várias qualificações agrupadas como segue:
a) quanto a estrutura da abertura ou entrada:
- simples ou lateral;
- gradeadas com barras longitudinais, transversais ou mistas(boca de
leão);
- combinada;
- múltipla.
b) quanto a localização ao longo das sarjetas:
- intermediárias;
- de cruzamentos;
- de pontos baixos.
c) quanto ao funcionamento:
- livre;
- afogada.
Definição: chama-se de depressão um rebaixamento feito na sarjeta junto a
entrada da boca coletora, com a finalidade de aumentar a capacidade de
captação desta.
Escolha do Tipo de Boca Coletora:
A indicação do tipo de bola coletora á de essencial importância para a
eficiência da drenagem das águas de superfície. Para que esta opção seja
correta, deve-se analisar diversos fatores físicos e hidráulicos, tais como
ponto de localização, vazão de projeto, declividade transversal e
longitudinal da sarjeta e da rua, interferência no tráfego e possibilidades
de obstruções. A seguir são citadas, para cada tipo de boca coletora, as
situações em que melhor cada uma se adapta.
a) Boca coletora lateral:
- pontos intermediários em sarjetas com pequena declividade longitudinal
( 1 a 5%);
- presença de materiais obstrutivos nas sarjetas;
- vias de tráfego intenso e rápido;
- montante dos cruzamentos.
b) Boca coletora com grelha:
- sarjetas com limitação de depressão;
- inexistência de materiais obstrutivos;
- em pontos intermediários em ruas com alta declividade longitudinal (1
a 10%).
c) Combinada:
- pontos baixos de ruas;
- pontos intermediários da sarjeta com declividade média entre 5 e 10%;
- presença de detritos.
d) Múltipla:
- pontos baixos;
- sarjetas com grandes vazões.
BOCAS DE LOBO
(capacidade de captação = 50 L/s)
Planta
Corte A/A
Corte B/B
Obs.: As paredes das Bocas de Lobo devem ser revestidas internas e
externamente em argamassa impermeabilizante.
Bocas-de-lobo de sarjeta:
São as possuidoras de uma abertura, geralmente de forma retangular, ao
nível da sarjeta ou num rebaixamento desta, provida de ralo.
Para a capacidade máxima de uma boca de lobo o mais importante é a
ausência de material retido nos ralos, grelhas, do que as melhores
características hidráulicas de que seja possuidora, ou seja, sua limpeza
sistemática é indispensável para prevenir o alagamento das ruas.
Bocas-de-lobo mistas:
Possuem uma abertura no alinhamento do meio fio e outra ao nível da
sarjeta. A abertura ao longo do meio-fio fica de fronte da abertura do
nível da sarjeta, ambas com o mesmo comprimento, igual ao da boca de lobo.
Entretanto, a abertura vertical pode ficar afastada da outra, pode
iniciar onde a outra termina ou pode com a outra coincidir parcialmente.
Tubulação de limpeza:
As tubulações de limpeza permitem a inspeção dos coletores aos quais
se conectam, visando promover também a ventilação das redes de esgoto.
Estas tubulações permitem, em geral, a lavagem dos coletores por meio
de mangueiras de incêndio e a sua desobstrução com o emprego de varas
apropriadas.
Também denominadas caixas de ralo e bocas coletoras, devem ser
entendidas como unidades através das quais as águas de chuva terminam o seu
escoamento superficial nas vias públicas para ingressar no sistema de
esgoto propriamente dito.
Suas características dependem da vazão máxima que vão receber, de
serem instaladas ou não junto ao meio-fio, da altura do meio-fio em relação
à sarjeta, da declividade longitudinal da rua, de serem destinadas ou não a
reter material sólido do esgoto, e de vedar a saída dos gases da rede para
a via pública.
Bocas-de-lobo de meio-fio:
Recebem as águas pluviais através de uma abertura situada ao longo da
face vertical do meio-fio.
O comprimento da abertura depende da vazão máxima a receber, da altura
da lâmina de água na sarjeta ao encontrar a boca de lobo e a depressão na
sarjeta ao longo da boca de lobo.
Utilizadas exclusivamente para inspeção e limpeza dos condutos e
jamais para permitir a formação de jatos de esgoto. Daí o emprego de tubos
de queda destinados a dar entrada ao esgoto ao nível do fundo do poço de
visita.
Para desníveis superiores a 0,75m serão instalados tubos de queda
ligando o coletor ao fundo do poço.
O desnível mínimo de 0,40m pode ser vencido pela combinação de uma
junção de 45° invertida ligada ao coletor e a um joelho de 45° de
comunicação com o poço.
A ligação da junção com o trecho de montante se fará com uma virola.
O bocal superior da junção será ligado por um prolongamento da
tubulação à parede do poço, aí mantida aberta para desobstrução eventual.
O tubo de queda só deverá ser usado se a diferença de nível entre a
chegada da tubulação no poço e o fundo deste for superior a 0,75m. Se a
diferença não atingir 0,40m, a tubulação deverá ter a declividade aumentada
para que sua extremidade de jusante fique ao nível do fundo do poço. A
declividade deverá também ser aumentada se a diferença estiver entre os
limites de 0,75 e 0,40m, a fim de ser adotada a solução da junta associada
ao joelho.
Boca de Leão
(capacidade de captação = 150L/s)
Planta
Corte A/A
Corte B/B
Calhas:
As calhas são depressões de seção semicircular feita no fundo dos
poços de visita das redes de esgoto sanitário, inexistentes, apenas,
naqueles situados nas extremidades de montante dos coletores, não atingidos
pelo esgoto.
Nos demais poços, a ausência de calhas permitiria o espalhamento do
esgoto pelo fundo do poço, o que seria por todos os motivos inconvenientes.
Nos poços onde não há junção de tubulações, a calha é única e
constitui o prolongamento do coletor. Havendo junção de dois ou mais
coletores, as calhas propiciam o encontro do esgoto de ambos para que saia
do poço através, apenas, do coletor principal.
O fundo do poço de visita deve possuir pequena inclinação em direção à
calha ou às calhas.
Tampões:
A abertura de acesso ao poço de visita, situada ao nível do terreno, é
provida de um tampão de ferro fundido, constituído de caixilho e tampa.
O caixilho, com diâmetro livre de no mínimo 0,60m, deve-se apoiar no
pescoço ou no contorno da abertura excêntrica da laje superior dos poços
que tem profundidade até 1,50m.
A tampa, de forma circular, encaixa-se perfeitamente no caixilho e,
embora preso a ele por uma charneira situada na periferia, tem liberdade de
movimento para cima, descrevendo o ângulo máximo de 110° ou 115°,
suficientes para deixar totalmente livre a abertura de acesso ao interior
do poço.
Uma laje circular de concreto armado, provida de abertura excêntrica
com 0,60m de diâmetro é utilizada para permitir a mudança de diâmetro entre
o balão e o pescoço, servindo, ainda, de suporte para este. Deve ser
instalada de modo que o centro da abertura se projete sobre o eixo do
coletor principal do poço.
Para o assentamento das peças é usada argamassa de cimento e areia no
traço 1:3, em volume.
Degraus de acesso:
O acesso ao fundo do poço é feito por uma escada tipo marinheiro,
vertical, com degraus equiespaçados de 0,30m, 0,40m ou 0,50m e um mínimo
útil de 0,15m de largura por 0,08m de altura (Figura VII.5), os quais vão
sendo instalados a medida que se vão assentando os anéis, repousando cada
degrau entre dois anéis consecutivos.
Esses degraus podem ser de ferro galvanizado, mas como este material
sofre desgaste corrosivo com o tempo, é preferível degraus em ligas de
alumínio, ferro fundido ou mesmo emprego de escadas portáteis, estas mais
viáveis para poços de visita com profundidades inferiores a 3,00 metros, em
substituição a escada fixa.
Modelo de degrau
Poços para redes pluviais:
Os poços de visita para redes de esgotos pluviais são mais simples
porque normalmente dispensam as calhas e os tubos de queda, já que neles,
até certa altura, as águas pluviais podem cair livremente sem maiores
inconvenientes.
Poços de visita
Poço de visita convencional
Os poços de visita, utilizados para facilitar a inspeção e limpeza das
redes de esgoto, terminam superiormente com um tampão de ferro fundido ao
nível da rua e inferiormente com uma laje de concreto à profundidade da
tubulação de cota mais baixa dentre as que para eles conduzem o esgoto.
Só é permitida uma caixa de ligação entre dois poços de visita
consecutivos.
O diâmetro mínimo dos coletores varia de autor para autor podendo ser de
0,40m; 0,50m ou 0,60m.
Quanto à localização dos poços de visita e ao seu distanciamento
mútuo, é recomendado, para as redes de esgoto pluvial o mesmo que para as
redes de esgoto sanitário. Pode-se adotar o valor de 60m de afastamento
máximo entre dois poços de visita consecutivos.
Disposição Construtiva:
Um poço de visita convencional possui dois compartimentos
distintos que são a chaminé e o balão, construídos de tal forma a
permitir fácil entrada e saída do operador e espaço suficiente para
este operador executar as manobras necessárias ao desempenho das funções
para as que a câmara foi projetada.
O balão ou câmara de trabalho é o compartimento principal da
estrutura, de secção circular, quadrada ou retangular, onde se realizam
todas as manobras internas, manuais ou mecânicas, por ocasião dos serviços
de manutenção de cada trecho. Nele se encontram construídas em seu piso, as
calhas de concordância entre as secções de entrada dos trechos a
montante e de saída.
A chaminé, pescoço ou tubo de descida consiste no conduto de ligação
entre o balão e a superfície, ou seja, o exterior. Convencionalmente inicia-
se num furo excêntrico feito na laje de cobertura do balão e termina na
superfície do terreno, fechada por um tampão de ferro fundido.
O movimento de entrada e saída dos operadores, é feito através
de uma escada de ligas metálicas inoxidáveis, tipo marinheiro afixada
degrau em degrau, na parede do poço ou, opcionalmente, através de escadas
móveis para poços de pequenas profundidades.
As calhas do fundo do poço são dispostas de modo a guiar as correntes
líquidas desde as entradas no poço até o início do trecho de jusante do
coletor principal que atravessa o poço, e de tal maneira a assegurar um
mínimo de turbilhonamento e retenção do material em suspensão, devendo suas
arestas superiores ser niveladas com a geratriz superior do trecho
de saída.
No caso de trechos de coletores chegarem ao "PV" acima do nível do
fundo são necessários cuidados especiais na sua confecção a fim de que haja
operacionalidade do poço sem constrangimento do operário encarregado de
trabalhar no interior do balão. Para desníveis abaixo de 0,50m não se fazem
obrigatórias medidas de precaução, considerando-se a quantidade mínima de
respingos e a inexistência de erosão, provocados pela queda do líquido
sobre a calha coletora. Para desníveis a partir de 0,50m serão
obrigatoriamente instalados os chamados "poços de queda".
Tubo de queda:
Poço de queda
Os coletores que vão ter a um poço de visita podem atingi-lo em cotas
distintas, prevalecendo, no entanto, para o fundo do poço a cota menor.
A solução que visa a adotar para todas as entradas a cota inferior
constitui inconvenientemente de ordem econômica, pois implica o aumento
gradativo, de montante para jusante, da profundidade das valas destinadas
às tubulações a rebaixar, porque estas invariavelmente devem ser retilíneas
entre dois poços de visita.
A solução correta consiste em manter as cotas definidas pelo cálculo,
o que implica a chegada de alguns condutos em cota acima do fundo do poço
de visita. Entretanto, as respectivas aberturas são Degraus de acesso.
Os poços de visita são providos de degraus engastados em suas paredes
para facilitar o acesso à câmara (balão).
Para a confecção dos degraus é comum o emprego de vergalhão de aço de
20 mm, o mesmo usado em armaduras de concreto armado, embora com a
desvantagem de serem corroídos no decorrer do tempo, tornando-se perigosos
e de pequena duração. Por isso, dão lugar aos degraus feitos em fundições,
que são mais resistentes e duradouros. Usam-se também degraus de uma liga
de alumínio.
Os degraus guardam entre si o afastamento vertical de 0,30 ou 0,40 ou
0,50m.
Para evitar o uso de degraus, pode-se utilizar uma escada portátil.
Poços de alvenaria:
Poço de visita em alvenaria de tijolos
Os tijolos maciços de barro cozido ou blocos maciços de concreto
simples, assentados em argamassa de cimento e areia, no traço 1:3, são os
materiais geralmente utilizados na construção das paredes dos poços de
alvenaria.
As paredes, com espessura mínima de 0,20m, internamente devem receber
revestimento de argamassa alisada a colher, enquanto externamente recebem o
mesmo revestimento, ou são apenas chapiscadas.
Como elemento intermediário entre o pescoço e o balão é empregada uma
laje de concreto armado com abertura circular excêntrica, fundida no local,
com espessura mínima de 12 cm, semelhante à utilizada nos poços pré-
moldados de concreto.
Essa mesma laje de 12 cm é usada para suportar o tampão, se o poço
tiver profundidade até 1,50m, caso em que sua câmara sobe até o nível do
terreno.
Estes poços de visita podem ser cilíndricos ou prismático e devem
seguiras seguintes especificações de dimensões.
Dimensões dos poços de visita estabelecidas
"Profundidade (m)"Diâmetro d da "Diâmetro do tubo de "Menor dimensão plana"
" "maior "descida ou pescoço "da câmara ou balão "
" "Tubulação (m) "(m) "(m) "
"Até 1,5 "Até 0,3 "1,0 "1,0 "
"De 1,5 a 2,2 "Até 0,3 "0,6 "1,0 "
" "De 0,3 a 0,5 "0,6 "1,5 "
" "Além de 0,5 "0,6 "(d + 1,0) "
"De 2,2 em diante"Até 0,3 "0,6 "1,0 "
" "De 0,3 a 0,5 "0,6 "1,5 "
" "Além de 0,5 "0,6 "(d + 1,0) "
São usados poços de visita pré-moldados de concreto e de alvenaria
Poços pré-moldados de concreto:
As peças pré-moldados apresentam a vantagem de facilitar e acelerar a
construção de poços de visita cilíndrica com diâmetro interno de 1,0m,
Para o tubo de descida (pescoço) os anéis possuem diâmetro interno de
0,60m e altura de 0,30m ou 0,15m ou 0,08m, neste caso para uso
complementar.
Para o balão devem ser usados anéis com diâmetro interno de 1,0m e
altura de 0,30m ou 0,40m.
"Declividade da rua (m/m) "Capacidade de escoamento "
" "superficial (L/s) "
"0,001 "60 "
"0,002 "90 "
"0,005 "150 "
"0,007 "160 "
"0,010 "200 "
"0,015 "250 "
"0,020 "280 "
"0,030 "340 "
"0,040 "400 "
"0,050 "450 "
"0,060 "500 "
Alguns autores recomendam um par de bocas-de-lobo por 500 m2 de rua,
tolerando, porém, a variação de 300 a 800 m2, recomendam também que não
deve haver afastamento maior que 40m entre duas bocas-de-lobo
consecutivas.
Situação recomendada Situação não recomendada
Situação usual
As tubulações conectoras (de ligação), que partem das bocas-de-lobo
para alimentar os coletores (galerias), podem terminar num poço de visita,
numa caixa de ligação ou em outra tubulação conectora. Não devem ter
diâmetro inferior a 0,30m, nem declividade menor que 1 %, valores que lhes
permitem escoar 80 L/s, aproximadamente.
Um poço de visita não deve receber mais de quatro tubulações
conectoras, razão pela qual são inseridas, nos coletores, caixas de ligação
destinadas a receber as tubulações excedentes.
Para a elaboração do projeto da rede de esgoto pluvial, fazem-se
necessárias uma planta topográfica, na escala de 1:2000, com curvas de
nível de metro em metro, abrangendo as áreas a esgotar, e uma planilha de
cálculo.
Para pequenas áreas, na planta torna-se dispensável o desenho das
curvas de nível, desde que indicadas às cotas topográficas dos cruzamentos
das ruas e de seus pontos de mudança de greide.
Embora não seja imprescindível, o uso de planímetro é de grande valia
para a determinação do valor das áreas contribuintes, sobretudo quando de
contorno bem irregular.
Projeto das Redes de Esgoto Pluvial
Locação de Caixas de Ligação
"BL....."Boca de Lobo "
".... " "
"CL....."Caixa de "
".... "Ligação "
"PV....."Poço de Visita"
".... " "
Condições a observar:
As bocas de lobo, onde tem início o escoamento sub-superficial das
águas de chuva, em rebaixamento situados nas sarjetas, geralmente devem
ficar próximas aos cruzamentos de ruas, um pouco a montante das faixas
destinadas à travessia de pedestres para evitar que estes pisem dentro
d'água durante os temporais, beneficiando, por outro lado, a movimentação
dos veículos em sua passagem, de uma rua para outra, rente à curvatura do
meio-fio.
Sendo grande à distância entre dois cruzamentos de ruas consecutivas,
serão utilizadas bocas-de-lobo intermediárias, para tanto considerando a
vazão máxima que a superfície da rua tem condições de comportar em função
de sua declividade longitudinal.
Declividade dos coletores:
Para um determinado conduto, a velocidade de escoamento e a vazão são
tanto maiores quanto mais acentuada for a sua declividade. Desse modo,
seria ideal que cada conduto fosse instalado com a declividade capaz de
propiciar-lhe a velocidade máxima tolerada, a fim de que desse a vazão
máxima. Acontece que, na prática, a declividade do conduto fica
condicionada ao perfil longitudinal da via pública, objetivando a economia
da vala onde esse conduto vai ser instalado.
A vala de menor custo é a que mantém em toda a sua extensão a
profundidade mínima permitida, seguindo a declividade da rua. Essa
declividade só não será seguida se implicar uma velocidade superior á
máxima tolerada, ou se for muito pequena, conduzindo a uma velocidade
inferior à mínima admissível.
Assim, podemos ter:
- coletor de esgoto paralelo ao greide da rua;
- degraus em uma rua de grande declividade;
- limite mínimo de declividade do coletor para vias planas.
Nas redes de esgoto sanitário é adotado o diâmetro mínimo de 150mm,
geralmente capaz de dar escoamento satisfatório às descargas prediais.
"3° Pavimento "
"2° Pavimento "
"1° Pavimento "
Condições a observar:
De acordo com as normas, para todos os trechos da rede, isto é, para
todos os condutos situados entre dois poços de visita, devem ser estimadas
as contribuições de início e fim de plano, Qi e Qf, sendo 2,2 L/s o menor
valor para Qi , e 0,15 m o valor do diâmetro mínimo a utilizar.
Como as tubulações são calculadas para lâminas livres, cujas alturas
variam, é preciso que a altura da vazão inicial seja superior a 2/10 do
diâmetro se a velocidade inicial estiver entre 0,5 e 0,6 m/s.
Se a velocidade inicial for superior a 0,6 m/s, toleram-se as lâminas
líquidas com altura inferior a 2/10 do diâmetro.
Quanto a lâmina final, sua altura não deve ultrapassar 3/4 do
diâmetro.
Os poços de visita utilizados na rede coletora são de uso obrigatório:
- Nas cabeceiras;
- Nas mudanças de direção;
- Nas mudanças de declividade;
- Nas mudanças de diâmetro;
- Nas mudanças de material;
- Nas mudanças de nível.
Os poços de visita devem ter uma única saída, embora possuindo uma ou
várias entradas ou até mesmo nenhuma quando situados nas cabeceiras da
rede. Devem, ainda, guardar entre si as seguintes distâncias:
- 100 metros para tubulações com 0,15 m de diâmetro;
- 120 metros para tubulações de 0,2 a 0,6 m de diâmetro;
- 150 metros para tubulações de diâmetro superior a 0,6m.
Em qualquer trecho o diâmetro será sempre maior ou, no mínimo, igual a
quaisquer dos diâmetros dos trechos que chegam ao poço de visita de
montante.
Na falta de informações precisas sobre as ligações prediais, a
profundidade mínima dos coletores, isto é, a diferença de nível entre a
superfície da via pública e a geratriz inferior interna, será de 1,2 m. As
instalações situadas abaixo do meio fio fronteiriço, deverão ter seu
efluente elevado de modo a se garantir essa profundidade mínima.
Para utilizar profundidades menores o projetista deverá demonstrar que
o coletor terá condições de esgotar os prédios vizinhos que se situem no
nível da rua.
A profundidade máxima do coletor será de 6,0 m. Profundidades maiores,
só serão permitidas com ampla justificativa técnico-econômica. Para
coletores situados abaixo de 4,5 m de profundidade, devem ser projetados
coletores auxiliares mais rasos de modo a reduzir o custo das ligações
prediais.
Distribuição de vazões:
Para o dimensionamento da rede é preciso que para cada trecho fiquem
definidas as ruas cujo esgoto por ele deve passar. Assim, o esgoto de um
prédio ao ser lançado na rede, só deve encontrar um caminho a percorrer até
o ponto final de lançamento.
Projeto das Redes de Esgoto Sanitário:
Para o traçado da rede devemos dispor de uma planta topográfica,
desenhada na escala de 1:2000, abrangendo as zonas de expansão urbana, com
curvas de nível de metro em metro e pontos cotados onde necessários,
complementada por outra na escala de 1:10000, apresentando em conjunto as
bacias de drenagem atingidas pelo projeto.
Para aglomerados com população atual inferior a 5000 habitantes tolera-
se, na planta 1:2000, que a altimetria fique limitada às cotas, obtidas por
nivelamento geométrico dos cruzamentos das ruas e de seus pontos onde haja
mudança de greide.
Tubulações:
Os materiais usados nas construções de tubos d'água sob pressão são:
ferro-dúctil, ferro fundido, cimento amianto, concreto, aço e plástico.
Os tubos devem ter as seguintes características: resistência para
absorver cargas externas de aterro ou por instabilidade do solo; absorver
impactos de transporte, resistência à corrosão e pressões internas.
A seleção tem que seguir a determinação do projeto, que são avaliados
pelo uso de tabelas, de normas e fabricantes de tubos.
Ligações Domiciliares:
Em ligações domiciliares, sua tubulação é ligada a rede distribuidora
por um registro de isolamento da propriedade. O acesso ao registro do
passeio é feito por uma caixa de serviço, que se estende da válvula até a
superfície.
Projeto de Sistema de Distribuição:
"1 "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA "
"2 "ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO "
"3 "CAPTAÇÃO "
"4 "ADUTORA DE ÁGUA BRUTA "
"5 "BOMBAS "
"6 "RESERVATÓRIOS "
"7 "ADUTORA DE ÁGUA TRATADA "
"8 "REDE COLETORA DE ESGOTO "
"9 "REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA "
"10 "POÇO DE VISITA "
"11 "INTERCEPTOR "
"12 "EMISSÁRIO "
O sistema de distribuição consiste, geralmente, num arranjo em forma
de malha que conduz a água para fins doméstico, comercial, industrial e
combate a incêndio.
Um sistema de distribuição é determinado pelas pressões que existem em
vários pontos do sistema, devendo ser suficiente para atender aos
consumidores; por outro lado, as pressões desnecessariamente altas são
onerosas.
O projeto deve seguir as seguintes etapas:
1- Obtenha ou prepare um mapa da cidade ou bairro a ser
projetados;
2- Desenhe linhas pela ruas nas quais se prevê o assentamento da
canalização;
3- indicando os cruzamentos, as interligações e os alimentadores
do sistema;
4- Admita as demandas assinalando-as na canalização adequada;
5- Calcule o diâmetro de cada canalização;
6- Calcule as pressões traçando contornos piezométricos;
7- Localize os registros e os tubos com os princípios
estabelecidos.
As bombas de alto-recalque conduzem a água para os reservatórios de
distribuição de onde será alimentada a rede de distribuição.
Reservatórios elevados ou enterrados com bombas de recalque acumulam
água para o período de pico de consumo e para incêndio.
Localização dos Distribuidores nas ruas:
Por conveniência e para a manutenção das tubulações após o
assentamento, onde a pavimentação tiver largura variando de 12m a 15m, os
distribuidores de água podem ser localizados uniformemente do mesmo lado da
rua, a uma distância fixa do meio fio ou de outra referência.
Em ruas mais largas pode ser usado o sistema de 2 distribuidores
envolvendo um distribuidor maior num lado da rua e uma tubulação menor no
lado oposto.
QUESTIONÁRIO
I. Exercícios
1. Definir Saneamento Básico.
2. Classificar os sistemas de drenagem.
3. Por que se diz que a guia é uma faixa longitudinal?
4. Comparar sarjetas e sarjetões.
5. Por que as bocs coletoras são ditas estruturas hidráulicas?
6. Comparar galerias com condutos de ligação.
7. Idem poços de visita com caixas mortas.
8. Quanto maior a bacia de drenagem maior o tempo de concentração?
9. Definir chuvas intensa, freqüente e torrencial em termos de tempo de
recorência.
10. Comparar em termos operacionais e de resultados, os instrumentos
pluviômetro e pluviógrafo.
11. Qual o objetivo básico dos sistemas de drenagem pluvial urbano?
12. Explicar como os sistemas de drenagem proporcionam os seguintes
benefícios:
- desenvolvimento do sistema viário;
- redução de gastos com manutenção das vias públicas;
- valorização das propriedades existentes na área beneficiada;
- escoamento rápido das águas superficiais, facilitando o tráfego por
ocasião das precipitações;
- eliminação da presença de águas estagnadas e lamaçais;
- rebaixamento do lençol freático;
- recuperação de áreas alagadas ou alagáveis;
- segurança e conforto para a população habitante ou transeunte pela
área de projeto.
II. Exercícios
1. Por que as águas de drenagem superficial são fundamentalmente
originárias de chuvas?
2. Comparar chuvas convectivas, orográficas e frontais.
3. Por que as medições de chuva são necessárias?
4. Por que os pluviógrafos são essencialmente instalados nas estações
meteorológicas?
5. Explicar o funcionamento de um pluviômetro e de um pluviógrafo.
6. Por que os equipamentos de medição de chuva devem manter uma certa
distância dos obstáculos horizontais e verticais?
7. O que é intensidade de chuva? Como se determina?
8. O que são equações de chuva? Qual a relação com a intensidade do
fenômeno?
9. Fazer um gráfico que relacione intensidade com duração e freqüência para
a equação de chuva da cidade de Porto Alegre, citada no texto.
III. Exercícios
1. Definir deflúvio superficial direto.
2. Explicar comparativamente
a) medições diretas;
b) processos comparativos;
c) métodos analíticos;
d) fórmulas empíricas.
3. Que são métodos analíticos de determinação de vazão?
4. Quais as vantagens e desvantagens de cada um dos métodos de determinação
de deflúvio superficial: Método Racional, Método do Hidrograma Unitário e
a Análise Estatística.
5. Por que o Método de Kuichling não é verdeiramente racional? Expor suas
limitações devidamente justificadas.
6. Como seria a expressão para determinação da vazão em m3/spelo método
racional, quando a intensidade for em mm/min?
7. Expor razões para que o tempo de concentração seja mais ou menos
extenso?
8. O que é intensidade média de precipitação? Que erros podem ser cometidos
na sua determinação?
9. Por que em microdrenagem o perído de retorno máximo é de 10 anos?
10. Comparar coeficiente de deflúvio com tempo de concentração.
11. O que é coeficiente de freqüência e po que ele cresce com o período de
retorno?
12. Um determinado trecho de galeria deverá receber e escoar o deflúvio
superficial oriundo de uma área de 1,85 ha, banhada por uma chuva
intensa, onde 18% corresponde a ruas asfaltadas e bem conservadas, 6% de
passeios cimentados, 46% de pátios e canteiros gramados, além de 30% de
telhados cerâmicos. A sua inclinação média é de 2%. Se o tempo de
concentração previsto para o início do trecho é de 14 minutos, calcular a
vazão de jusante do mesmo sabendo-se que a equação de chuva máxima local
é dada pela expressão i = 1840/(t + 147), com i-mm/min e t-min.
III. Exerxcícios
1. Definir sarjeta triangular.
2. Deduzir a expressão derivda de Manning para cálculo da capacidade
teórica de um a sajeta triangular para guia vertical e para um sarjetão.
3. Explicar os motivos para utilização do coeficiente F.
4. Por que na Figura IV.7, uma curva para ruas e outra para avenidas?
5. Uma sarjeta com z = 24, I = 2% e n = 0,016 terá que capacidade máxima
teórica? e de projeto?
6. Verificar a área máxima de projeto contribuinte para a sarjeta do
problema anterior, se a equação de chuva é a mesma de Exemplo IV.6.1,
para C = 0,60 e tc= 30 min. Verificar também a lâmina de projeto.
7. Verificar se a sarjeta com as características a seguir comportaria uma
contribuição proveniente de uma área de 2,0 ha. Comentar os resultados.
São dados: z = 12, I = 1,5% e n = 0,015. Para a área são conhecidos C =
0,70, tc = 25 min e a equação de chuva i = 15/t2/3, sendo i - mm/min e t
- min. Em caso afirmativo verificar a velocidade de projeto.
8. Deduzir, a partir de elementos infinitesimais, uma expressão para
cálculo da capacidade teórica de sarjetas combinadas, em função das
ordenadas máximas.
9. Calcular a capacidade máxima admissível na seção de jusante para a
sarjeta cuja seção típica é apresentada na figura a seguir. São dados
ainda: z = 20, I = 0,02m/m, yo = 13 cm, y' = 5 cm.
IV. Exercícios
1. Por que os coletores pluviais são dimensionados de modo a garantirem o
escoamento livre?
2. Por que emprega-se períodos de retorno máximos de 10 anos em obras de
micro-drenagem?
3. Explicar as razões técnicas para limitações nos valores de velocidade,
declividade e diâmetros, quanto a condições de autolimpeza e aspectos
construtivos.
4. Resolver os seguintes problemas utilizando soluções gráficas e
analíticas (n = 0,015):
a) um coletor circular tem uma declividade de 0,005 m/m e deverá
transportar 332 l/s como cheia de projeto. Qual será seu diâmetro e
velocidade do escoamento;
b) idem se Q = 772 l/s e I = 0,006 m/m;
c) calcular a lâmina líquida de um conduto circular com diâmetro de 600 mm
transportando 218 l/s (I = 0,2%); verificar também a velocidade de
escoamento.
d) um trecho de coletor deve escoar durante uma chuva de projeto uma vazão
de 1263 l/s. Sabendo-se que a declividade do trecho é de 0,05% pede-se:
- diâmetro do trecho;
- condições de funcionamento (y e V);
e) se em uma tubulação de 1200 mm de diâmetro em concreto escoa uma vazão
de 1,29 m³/s com uma lâmina absoluta de 80cm, qual é a declividade e a
velocidade de projeto?
5. A lâmina líquida em um coletor pluvial, em concreto armado, D = 600mm, é
de 387 mm para uma declividade de 0,3%. Qual a vazão e a velocidade de
projeto?
6. Qual a altura molhada em uma tubulação de esgotos pluviais D = 500mm,
transportando 204,52 l/s sob uma declividade de 0,0045 m/m?
7. Que área de projeto poderia ser esgotada por um coletor de esgotos
pluviais de 400 mm de diâmetro, assentado sob 0,35% de declividade? Sabe-
se que a equação de chuva local é a mesma do exercício IV.6.7. C = 0,60.
8. Uma galeria pluvial de 1,5 m de diâmetro, deverá transportar 3366 l/s
quando funcionar a 3/4 de secção. Determinar a descarga e a velocidade de
escoamento quando a lâmina líquida for de apenas 0,45% da altura útil.
9. Determinar a área, o perímetro e o raio hidráulico molhados no coletor
do exercício anterior, quando y/D for igual a 0,60.
10. Duas galerias circulares se encontram. Uma tem 1,10m de diâmetro,
declividade de 0,0004m/m e apresenta uma vazão máxima de 408,6 l/s. A
segunda tem 0,60m de diâmetro, declividade de 0,001m/m e uma vazão máxima
de 122 l/s. Pergunta-se a que altura da maior deverá entrar a menor para
que, na situação de vazões máximas não apareçam condições de remanso ou
de vertedouro livre?
n = 0,015.
11. Calcular a capacidade máxima de um trecho de galeria de 0,60m de
diâmetro, n = 0,015, com 1% de declividade, funcionando a 3/4 de
seção?
V. Exercícios
1. Em termos de poço de visita definir: chaminé, câmara de trabalho, calhas
de concordância e trechos de montante e de jusante.
2. Explicar o emprego de poços de queda nos PV.
3. Explicar os diversos posicionamentos obrigatórios dos PVs nas galerias
pluviais.
4. Expor razões que obrigam a existência das chaminés. Por que a altura das
mesmas deve ficar entre 0,30 e 1,00 metro?
5. Qual a razão principal da abertura da peça de transição ser excêntrica?
6. Estudar as vantagens e desvantagens das escadas fixas em relação às
portáteis.
7. Por que os PV em concreto armado no local são mais utilizados para
canalizações com diâmetros superiores a 400 mm ?
8. Por que as chaminés são mais frequentemente construídas com anéis pré-
moldados?
9. Encontrar as dimensões úteis para PVs nas seguintes condições:
Nº de PV Profundidade (m) Diâmetro do Coletor
efluente (mm)
1
1,50 400
2
1,80 300
3
2,00 400
4
2,10 700
5
3,20 1500
6
3,70 1000
7
4,15 500
10. Definir caixas de ligação "de reunião" e "intermediária". Qual a
diferença conceitual entre elas?
11. Comparar "tubulações de ligação" e "condutos de ligação".
VI. Exercícios
1. Definir "seção fechada padrão".
2. Citar situações em que a seção circular poderia se tornar inviável. E
situações onde seu emprego seria impossível.
3. Dar uma definição para "dois condutos equivalentes".
4. Desenhar a seção calculada no exemplo do item XV.3.
5. Como poderia acontecer a corrosão bacteriana nas seções especiais ?
6. Por que a seção retangular é a mais comum das seções especiais ?
7. Por que as seções ovais são mais indicadas para casos de grandes cargas
verticais? e pequenos esforços laterais?
8. Por que os arcos abatidos são pouco recomendáveis para substituição dos
ovóides?
9. Quais os fatores que determinam o tipo de seção especial a empregar ?
10. Por que um só fator é suficiente para mostrar a inviabilização da seção
circular no caso específico? Exemplifique.
11. Citar fatores hidráulicos de importância na definição do tipo de seção
a instalar.
12. Idem para fatores econômicos e físico-geométricos.
13. Repetir o exemplo do item XV.3 para as demais seções da Tabela XV.1.
14. Desenhar as seções calculadas no exercício anterior.
15. Determinar a velocidade média e a vazão de uma seção tipo capacete de
1,8m de largura e declividade de 0,08%.
16. Determinar as dimensões de um emissário de esgotos sanitários em arco
de círculo com canal, para transporte de uma vazão 5,0m³/s sob uma
declividade de 0,08%. Desenhar a seção.
17. Repetir o exercício XV.7.16 para quando a seção for (a) ferradura
achatada (b) formato de cesto alemão (c) oval invertida (d) oval larga e
(e) quadrada.
18. Comparar a capacidade de uma seção circular de diâmetro D com as
seguintes seções de idêntica dimensão horizontal:
a) ovóide alta;
b) elipsoidal alta;
c) cesto alta;
d) quadrada de quatro lados;
e) retangular H/D = 1,50.
19. Repetir o exercício anterior para h/H = 0,5, ou seja, para circular a
meia seção. Desenhar as figuras.
20. Encontrar a altura do esgoto e a velocidade média de escoamento de 270
l/s em uma seção em ferradura de largura igual a 1,2m, sob declividade de
0,002m/m. E se a seção fosse oval de soleira estreita? ou quadrada?
-----------------------
Q = C . i .A
(H
Figura.1
Figura.2
BL.........Boca de lobo
BLM.... Boca de lobo Montante
BLJ.......Boca de lobo Jusante
Coletor Predial
Coletor Público
Caixa de Inspeção
Rua
A leitura é normalmente feita uma vez por dia, logo de manhã "8 horas"
,"9 horas" ou as "7 horas ", conforme critério adotado pelo observador ou
analista.
Sendo assim, todos os dias as 9 horas da manhã, por exemplo, lógico
não é possível medir ou detectar a intensidade.