MEMORIAL DE DIMENSIONAMENTO DE DRENAGEM PARA UM LOTEAMENTO, Trabalhos de Engenharia Civil

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UCEFF - UNIDADE CENTRAL DE ENSINO FAI FACULDADES

Curso de Engenharia Civil Cleberson Schwengber Eliel Tailan Giehl DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DRENAGEM DE UM LOTEAMENTO Itapiranga – SC 2019

Cleberson Schwengber Eliel Tailan Giehl DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE DRENAGEM DE UM LOTEAMENTO Trabalho complementar apresentado à disciplina de Hidrologia Aplicada, do Curso de Engenharia Civil da UCEFF – Unidade Central de Ensino FAI Faculdade. Orientador (a): Prof. Esp. Maciel Welter Itapiranga – SC 2019

1 INTRODUÇÃO

Em parceria com o aumento populacional mundial vem o aumento de demanda habitacional que devem se apresentar em situações seguras e confortáveis. Em vista disso é importante um dimensionamento de loteamentos que garantam a segurança em todos os pontos, desde as estruturas físicas, sociais e de saneamento básico. O presente trabalho tem como objetivo apresentar os conceitos de um sistema de drenagem de águas pluviais de um loteamento com 72 lotes, juntamente com o memorial de cálculo para o dimensionamento do sistema e direcionamento das águas a um destino seguro e ambientalmente correto.

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Descrever de forma sucinta o que é a drenagem de água pluvial e apresentar o detalhamento do dimensionamento de drenagem para um loteamento. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Identificar qual as áreas de contribuição para cada sarjeta;  Dimensionar as bocas de lobo, galerias e respectivas velocidades da água;  Mostrar qual o destino final da água.

níveis de poluição nos corpos receptores. É interessante notar que as soluções alternativas de drenagem, que fogem do receituário tradicional de transporte rápido por condutos enterrados, são geralmente vistas nos países em desenvolvimento, de forma equivocada, como soluções custosas e complexas, dificultando o desenvolvimento da moderna drenagem urbana (SUPERINTENDÊNCIA DE DESENVOLVIMENTODE RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO AMBIENTAL, 2002). Para Tucci (2001) o termo drenagem urbana é entendido como conjunto de medidas que tenham por objetivo minimizar os riscos a que as populações estão sujeitas, diminuir os prejuízos causados por inundações, possibilitando o desenvolvimento urbano de forma harmônica e sustentável. O sistema de drenagem tem uma particularidade: o escoamento de águas pluviais sempre ocorrerá independentemente de existir ou não sistema de drenagem adequado. A qualidade desse sistema é que determinará se os benefícios ou prejuízos à população serão maiores ou menores. (COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO,1986). Tucci (1995) relata que a microdrenagem urbana é constituída pelas redes de condutos e estruturas hidráulicas em nível de loteamento ou rede primária urbana, as galerias pluviais. Para COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO (1986) a drenagem urbana de ruas e avenidas compreende bocas de lobo, tubulações, poços de visita e estruturas acessórias. Devem conduzir águas pluviais desde a sua captação nas ruas, até a sua disposição na drenagem principal. Os impactos principais devidos á urbanização sobre o sistema de drenagem são o aumento do pico de vazão de cheia, a antecipação no tempo desta vazão máxima e o aumento do escoamento superficial (Campana e Tucci, 1994). 3.2 HIDROLOGIA A hidrologia é a ciência que estuda os fenômenos relativos às águas em todos os seus estados, a sua distribuição e ocorrência em cada reservatório, e a relação desses fenômenos com as atividades antrópicas (Garcez e Alvares, 1988). Segundo Tucci e Marques (2000), a Hidrologia é uma ciência interdisciplinar que tem tido evolução significativa em face aos problemas crescentes, resultados da ocupação das bacias, do incremento significativo da utilização da água e do resultante impacto sobre o meio ambiente do globo. Profissionais de diferentes áreas como engenheiros, agrônomos, geólogos,

matemáticos, estatísticos, geógrafos, biólogos, entre outros atuam nas diferentes subáreas dessa ciência. 3.2.1 Ciclo Hidrológico A hidrologia é a ciência que estuda os fenômenos relativos às águas em todos os seus estados, a sua distribuição e ocorrência em cada reservatório, e a relação desses fenômenos com as atividades antrópicas (Garcez e Alvares, 1988). Segundo Tucci e Marques (2000), a Hidrologia é uma ciência interdisciplinar que tem tido evolução significativa em face aos problemas crescentes, resultados da ocupação das bacias, do incremento significativo da utilização da água e do resultante impacto sobre o meio ambiente do globo. Profissionais de diferentes áreas como engenheiros, agrônomos, geólogos, matemáticos, estatísticos, geógrafos, biólogos, entre outros atuam nas diferentes subáreas dessa ciência. Denomina-se ciclo hidrológico o processo natural de evaporação, condensação, precipitação, detenção e escoamento superficial, infiltração, percolação da água no solo e nos aquíferos, escoamentos fluviais e interações entre esses componentes. (Righetto, 1998). Para entender melhor, o ciclo pode-se visualizá-lo como tendo início com a evaporação da água dos oceanos. O vapor resultante é transportado pelo movimento das massas de ar. Sob determinadas condições, o vapor é condensado, formando as nuvens que por sua vez podem resultar em precipitação. Esta precipitação que ocorre sobre a terra pode ser dispersa de várias formas. A maior parte fica retida temporariamente no solo próximo onde caiu, que por sua vez, retorna à atmosfera através da evaporação e transpiração das plantas. Uma parte da água que sobra escoa sobre a superfície do solo ou para os rios, enquanto que a outra parte penetra profundamente no solo, abastecendo o lençol d’água subterrâneo (Ministério do Meio Ambiente, s.a). Apesar de a água ter várias nomeações, sendo superficial, subterrânea e atmosférica, ela é uma só e esta sempre mudando de condições. Sendo que a água que precipita, em forma de chuva, granizo ou neve, já esteve no solo ou subsolo e passou por rios e oceanos. A água esta sempre em movimentação por isso ocorre às precipitações (MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE). A Figura 1 demonstra melhor como ocorrem essas relações entre as fases. As principais variáveis hidrológicas consideradas no ciclo hidrológico são:

• E: evaporação (mm/d);

Figura 2 - Bacia Hidrográfica Fonte: Espaço Geográfico De acordo com Tucci (1997), define-se bacia hidrográfica uma região de captação da água de forma natural proveniente da precipitação, onde faz dirigir-se o escoamento a um único ponto de saída. 3.2.3 Sistema de Drenagem de Água Pluvial Com o crescimento e expansão urbana nos últimos anos tem caracterizado o crescimento em ritmo acelerado da urbanização em áreas rurais, onde vem se criando profundas alterações no ciclo hidrológico natural e motivado a ocorrência de situações ameaçadoras do desequilíbrio e estabilidade do habitat humano (GRIBBIN, 2014). Durante muitos anos, drenagem urbana tinha o objetivo apenas de remover as águas pluviais que tinha em excesso com alternativas mais eficazes, evitando possíveis alagamentos. Mas passou a dar enfoque na execução dos projetos e obras e na análise econômica dos benefícios e custos dessas medidas, mencionado como estrutural. Drenagem urbana é entendido como um sistema amplo, um conjunto de medidas com objetivo a diminuição de

riscos exposta a população, minimizando prejuízos causados por inundações e possibilitando o desenvolvimento urbano de forma harmônica, articulada e sustentável (TUCCI, 2014). Para se projetar um sistema de drenagem de água pluvial, primeiramente observa-se o mapa topográfico para identificar a cota mais baixa e encontrar o ponto de lançamento de água num corpo receptor ou um córrego de água. Podem ser necessários mais de um ponto para destino desta água. Essa água deve ser destina ao corpo de água receptor, sem causar danos por erosão ou inundações. Os protagonistas de um sistema de drenagem eficaz são as estruturas de coletas da água nomeadas como sarjetas, á área de seção responsável por engolir a água e a direção dada por galerias que servem de caminho para água até o destino final e seguro (GRIBBIN, 2014). Para dar início ao projeto do Sistema de Drenagem é importante seguir uma sequência de passos que garantam uma eficiência maior no projeto a ser executado. Em primeiro lugar deve ser analisado a topografia com um direcionamento ideal para á água, por sequencia deve-se apontar as áreas de influência em cada sarjeta e consequente locação de bodas de lobo. Após este momento deve-se realizar um dimensionamento ideal para as galerias que transportem está água coletada de maneira correta e segura. (TUCCI, 2014). 3.3 TOPOGRAFIA O conceito de bacia Hidrográfica está diretamente relacionado com a topografia do lugar em questão pois a água segue obedecendo a Lei da Gravidade se junta em um principal ponto de vazão maior que recebe os líquidos das linhas topográficas acima desta seção transversal. Os caminhos percorridos pela água não devem apresentar obstáculos de tráfego bem como trazer problemas para as atividades antrópicas instaladas nestes cenários. Por isso, pode ocorrer um redirecionamento dos percursos da água escoada superficialmente vinda da precipitação pluvial que não acarrete em prejuízos para nenhuma das partes, chegando de maneira segura ao destino final da bacia. (GARCEZ & ALVAREZ, 2004). 3.4 SARJETA Conforme Tucci et al. (2001) as sarjetas são faixas localizadas em via pública, paralelas e vizinhas ao meio-fio; a calha formada é receptora das águas pluviais que incidem sobre as vias públicas e que para elas escoam. As sarjetas são feitas de concreto simples, moldado in loco, ou de paralelepípedos argamassados, sendo usadas para fixar as guias e para

n = coeficiente de rugosidade de Manning apresentado na Tabela 02. Tabela 2 - Valores de coeficiente de Manning para sarjetas Tipo de pavimento n Concreto bem acabado Asfalto suave Asfalto rugoso Concreto suave com pavimento de asfalto Concreto rugoso com pavimento de asfalto Concreto acabamento com espalhadeira Concreto acabamento manual alisado Concreto acabamento manual áspero Ruas com declividade > 1% Ruas com declividade ≤ 1% Pedras

Fonte: Back (2006). Para calcular a altura da água junto ao meio fio, utiliza-se a Equação 03. Equação 3 yo =1,445( Qn

√ I^ n^

Para calcular a velocidade de escoamento das sarjetas, utiliza –se a Equação 04. Equação 4 V =0,958(

Q

z ) 0, ¿ Para calcular as sarjetas, deve-se seguir um padrão padronizado da construção das mesmas (BACK, 2006):

• Profundidade máxima: h = 15 cm
• Lâmina de agua máxima: y = 15 cm
• Lâmina de água máxima para evitar transbordamento: Yo = 13 cm
• Largura: b = 60 cm
• Declividade mínima: I = 0,004 m/m
• Velocidade mínima de escoamento: V min. = 0,75 m/s.
• Velocidade máxima de escoamento: V máx. = 3,50 m/s.

3.5 BOCA DE LOBO

Bocas de lobo são dispositivos locados nas sarjetas para a captação e escoamento das águas, quando se esgota sua capacidade hidráulica (AZEVEDO NETTO, 1998). Segundo Tomaz (2002), as bocas de lobo devem ser localizadas de maneira a não permitir que o escoamento superficial fique indefinido com a criação de zonas mortas, e sua locação deve seguir as seguintes recomendações:  Locadas em ambos os lados da rua, quando a saturação da sarjeta o requerer ou quando forem ultrapassadas as suas capacidades de engolimento;  Locadas nos pontos baixos da quadra;  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. 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. A maioria dos projetos é normatizada pelos municípios. Porém, as dimensões da mesma e seu tipo são determinadas pela vazão de chegada definida por projeto de cálculo, conforme índice pluviométrico da região e períodos de retorno da chuva de maior intensidade (BACK, 2006). Para dar início ao cálculo devem ser adotadas as seguintes informações:  Espaçamento entre barras;  Expessura das barras;  As bocas de lobo encostadas no Meio Fio ou não;  Altura da água próximo a abertura da guia. 3.5.1 Dimensionamento das bocas de lobo As bocas de lobo são projetas de acordo com a vazão recolhida pelas sarjetas. Se a água ao se acumular sobre a mesma tiver uma altura menor que a abertura da guia, essa boca- de-lobo funcionara como um vertedor e a vazão pode ser calculada através da Equação 05 (BACK, 2006). Equação 5 - Vazão da boca de lobo Q = C. L. h^3 /^2

h = altura da abertura da boca de lobo (m); y = altura máxima da água junto a guia (m). Figura 3 - Boca de lobo tipo guia, em corte e vista de frente Fonte: UDCG (2006). 3.5.3 Boca de lobo com grade Para bocas de lobo com cargas até 12 cm, equação 09: Equação 9 – Vazão da boca de lobo com grade Q =1,655. P. y 1, Para bocas de lobo com cargas superiores a 42 cm, equação 10: Equação 10 - Vazão da boca de lobo com grade

Q =2,91. A. √ y

Onde: Q = vazão (m^3 /s); P = perímetro da abertura, não considerando as barras e os lados sobre os quais a água não entra (m); A = área útil da grade (m^2 ) sem considerar as áreas das barras da grade; y = altura máxima da água junto à guia (m). Para as bocas de lobo com grades comum e afastada do meio fio, equação 11: Equação 11 - Área útil A = b. n .e

Equação 12 - Perímetro para boca de lobo afastada do meio fio P = 2 ( a + b ) Equação 13 - Perímetro para boca de lobo junto ao meio fio P =2. a + b Onde: A = área útil (m^2 ); b = comprimento da grade (m); a = largura da grade (m); e = largura do espaço entre as barras da grade (m); n = número de aberturas. Figura 4 - Boca de lobo com grade Fonte: UDCG (2006). 3.6 GALERIA Pita (2011) destaca que as galerias de água pluvial têm a função de organizar a vazão, realizando o transporte desta até o corpo receptor. Galerias são considerados todos os canais para direcionamento de água que são fechados e atuam de acordo com o direcionamento da gravidade, recebendo água resultante da precipitação pluvial e captada pelas bocas de lobo. Para facilitar a eficiência de uma galeria são adotadas canalizações circulares na maioria dos sistemas (BACK, 2006). O cálculo dos diâmetros que devem ser adotados na galeria deve-se saber a declividade do trecho em porcentagem (S), a vazão de água em m³/s (Q), além do tipo de acabamento da tubulação (n) de acordo com a Tabela 01. Com estes dados podemos aplicar a Equação 14. E teremos o valor do diâmetro em m a ser aplicada em determinada galeria. Equação 14 - Cálculo do diâmetro da galeria