es 3 redes drenagem pluviais

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURASECO DE HIDRULICA E DOS RECURSOS HDRICOS E AMBIENTAIS LICENCIATURA EM ENGENHARIA CIVIL

PROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

EDUARDO RIBEIRO DE SOUSA JOS SALDANHA MATOS


NDICE DO TEXTO

1. INTRODUO ................................................................................................................................................................ 1 2. ASPECTOS PARTICULARES DA CONCEPO DOS SISTEMAS ........................................................................... 1 3. PRINCIPAIS COMPONENTES DOS SISTEMAS.......................................................................................................... 3 4. ESCOAMENTO DE SUPERFCIE.................................................................................................................................. 5 4.1 Consideraes introdutrias................................................................................................................................... 5 4.2 Capacidade de dispositivos interceptores ............................................................................................................. 6 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 Capacidade de sarjetas de passeio. Exemplo de clculo......................................................................... 6 Capacidade de sumidouros. Exemplos de clculo ................................................................................. 12 Capacidade de grades localizadas em zonas baixas. Exemplo de clculo ........................................... 17 Comparao entre a eficincia hidrulica de vrios dispositivos interceptores ..................................... 18

5. DIMENSIONAMENTO HIDRULICO DE COLECTORES.......................................................................................... 20 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Consideraes introdutrias................................................................................................................................. 20 Elementos de base............................................................................................................................................... 21 Clculo de caudais pluviais .................................................................................................................................. 22 Critrios de projecto e procedimentos de dimensionamento .............................................................................. 26 Exemplo de clculo .............................................................................................................................................. 28

6. CONSIDERAES FINAIS.......................................................................................................................................... 30


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1.

INTRODUO

O objectivo principal deste Documento apresentar os aspectos metodolgicos e as prticas mais importantes na concepo e dimensionamento de sistemas de drenagem de guas pluviais. So discutidos, tambm, elementos referentes s bases de clculo dos dispositivos interceptores de guas superficiais pluviais mais correntes (sarjetas de passeio e sumidouros), dando-se nfase especial sistematizao dos procedimentos de dimensionamento e apresentao de exemplos de clculo.2. ASPECTOS PARTICULARES DA CONCEPO DOS SISTEMAS

O elevado custo dos investimentos afectos aos sistemas de drenagem de guas pluviais, relativamente ao das outras infra-estruturas urbanas, nomeadamente em aglomerados populacionais com uma populao inferior a 5 000 habitantes, torna especialmente relevante a necessidade de se implementarem solues tecnicamente adequadas, mas tambm economicamente viveis. O princpio de dimensionar, em toda a extenso de um aglomerado urbano, uma rede de colectores para drenar os caudais de ponta de cheia, provocadas por precipitaes de curta durao e de intensidade elevada, conduz, na maioria das vezes, a solues economicamente proibitivas. Assim, nos moldes actuais de concepo dos sistemas de drenagem de guas pluviais, so de evidenciar os seguintes aspectos: reduo da extenso das redes de colectores e dos respectivos dimetros, maximizando-se o percurso superficial das guas pluviais e favorecendo-se a integrao no seio das reas impermeveis, ou em torno destas, de reas permeveis, como zonas verdes, ou de reas semi-permeveis, como pavimentos constitudos por materiais incoerentes; opo, em grande nmero de situaes, por solues de drenagem no convencionais, constitudas por lagoas de amortecimento (tambm designadas, por vezes, por lagoas de reteno) e por sistemas especficos de infiltrao (designados, em terminologia inglesa, por soakaway systems);


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preocupao com a problemtica relacionada com a qualidade da gua, nomeadamente tendo em conta os riscos de efeitos nocivos no meio receptor, circunstncia esta que se torna especialmente relevante devido poluio veiculada pelos caudais pluviais aps o perodo estival. Nos ltimos anos, a concepo e as metodologias relativas drenagem de guas pluviais tm evoludo consideravelmente, ajustando-se, de um modo mais adequado, s formas diversificadas de crescimento urbano e consequente ocupao do solo. As regras urbansticas mais adequadas a uma reduo dos caudais de ponta pluviais so aquelas que respeitam a integrao de reas permeveis em reas impermeveis, atravs de solues de descontinuidade. Sempre que possvel, dever ser privilegiado o estabelecimento de linhas de drenagem superficial atravs de espaos livres. Valetas e vales largos e pouco profundos so, de um modo geral, adequados para esse efeito. O tipo de soluo a escolher deve ter em conta o cumprimento dos seguintes objectivos: aumentar o volume de guas pluviais infiltradas; aumentar o volume da guas pluviais retidas e interceptadas, nas depresses do solo e nas rvores e arbustos; promover o armazenamento temporrio da guas pluviais em locais pr-seleccionados; permitir que, durante a ocorrncia de precipitaes intensas, se criem condies controladas de escoamento superficial ao longo das superfcies impermeabilizadas (passeios, arruamentos, parques de estacionamento, etc.), por forma a que as caractersticas do escoamento superficial, nessas condies, tenha em conta determinados critrios {9}, de modo a minimizarem-se os incmodos para os utentes dessas vias e o desgaste das superfcies impermeabilizadas. Dada a interdependncia entre os caudais pluviais, a bacia drenante e o tipo de ocupao do solo, torna-se aconselhvel conceber as infra-estruturas de drenagem logo na fase inicial do planeamento urbanstico, o que nem sempre tem acontecido. Este aspecto particularmente importante quando as condies naturais so desfavorveis do ponto de vista de disponibilidade de energia potencial para se processar o escoamento (caso de zonas planas), quando se prevem alteraes profundas nas condies topogrficas iniciais, ou quando o aglomerado


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populacional se situa a jusante de uma bacia hidrogrfica de dimenses relevantes. Quando, nessas condies, as reas extra-urbanas so consideravelmente importantes, e por isso tambm importantes os caudais pluviais correspondentes, deve estudar-se o previsvel comportamento do terreno, face ocorrncia de precipitaes intensas. Aglomerados populacionais situados beira de grandes cursos de gua podem exigir o bombagem ou a reteno de caudais pluviais afluentes a zonas baixas, durante o perodo em que os nveis do curso de gua no permitam o escoamento gravtico nos colectores. Redes de drenagem de aglomerados populacionais situadas a cotas pouco superiores s dos nveis de cheia do curso de gua, ou de nveis de mar, devero incluir, a jusante, colectores previstos para funcionarem em carga, quando da ocorrncia de precipitaes em perodos coincidentes com a ocorrncia daqueles nveis. Em alguns destes casos, em que se pretendem minimizar os possveis efeitos da inundao de reas adjacentes, devem ser projectadas bacias de reteno, as quais vo permitir o armazenamento de volumes considerveis contribuindo para um melhor funcionamento global do sistema. Aglomerados populacionais, cuja localizao adjacente a cursos de gua torrenciais, devem dispor de espaos livres non edificandi, nas margens inundveis (leito maior). Quando situados em encosta montanhosa, deve estudar-se o comportamento mecnico do terreno face s precipitaes prolongadas e necessidade de se considerarem obras de proteco, incluindo pequenos audes, etc. A rejeio de caudais pluviais em pequenas linhas de gua pode ocasionar, pelo aumento substancial dos caudais de ponta de cheia, prejuzos e inconvenientes aos utentes a jusante. Este aspecto no pode ser desprezado e a soluo pode ser encarada na perspectiva da criao de dispositivos ou estruturas de armazenamento (bacias de reteno), para a eliminao ou reduo daqueles inconvenientes.3. PRINCIPAIS COMPONENTES DOS SISTEMAS

Os sistemas de drenagem de guas pluviais de aglomerados populacionais so constitudos, essencialmente, por redes de colectores e rgos acessrios, podendo dispor de rgos especiais e instalaes complementares.


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A rede de colectores o conjunto das canalizaes que assegura o transporte dos caudais pluviais afluentes, desde os dispositivos de entrada at um ponto de lanamento ou destino final. Ela constituda, em geral, por colectores de beto de seco circular. Os rgos acessrios so os seguintes: dispositivos de entrada (sarjetas de passeio ou sumidouros) - as sarjetas de passeio so dispositivos sempre associados a um lancil do passeio, com entrada lateral de caudal; neste Documento so considerados os sumidouros, dispositivos que podem estar associados a um lancil ou a uma valeta, cuja entrada de caudal feita superiormente; as fases do dimensionamento hidrulico e exemplos de clculo deste tipo de rgos so apresentados no Captulo 4 deste Documento; cmaras ou caixas de visita - destinadas a facilitar o acesso aos colectores, para observao e operaes de limpeza e de manuteno; os aspectos relativos sua implantao e constituio so apresentadas nos Documentos - Concepo de Sistemas de Drenagem de guas Residuais e rgos Gerais dos Sistemas de Drenagem. No que respeita aos rgos especiais e instalaes complementares, cuja utilizao, implantao e descrio se apresentam noutros documentos, h que realar os seguintes: desarenadores - instalaes complementares destinadas a provocar a deposio de materiais incoerentes transportados nas guas pluviais; bacias de reteno - bacias destinadas a regularizar os caudais pluviais afluentes, restituindo, a jusante, caudais compatveis com a capacidade de transporte da rede de drenagem ou curso de gua; cmaras drenantes - dispositivos especficos destinados reteno e infiltrao das guas pluviais, podendo ser associados ou no a sistemas de drenagem pluviais convencionais constitudos por colectores enterrados {10}; instalaes elevatrias - a evitar, sempre que possvel, tendo em conta a variabilidade dos caudais afluentes e a dificuldade de se manterem, devido a isso, as condies satisfatrias de funcionamento dos grupos electrobomba e da conduta de impulso; a concepo e o dimensionamento da cmara de aspirao devem efectuar-se de modo a que no se verifiquem deposies exageradas de slidos sedimentveis, nomeadamente partculas


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arenosas, e o volume til deve ser compatvel com os caudais mximos afluentes, aspecto que por vezes difcil de garantir, dadas as elevadas dimenses exigidas.4. 4.1 ESCOAMENTO DE SUPERFCIE Consideraes introdutrias

Os dispositivos interceptores das guas pluviais que se escoam superficialmente, sejam sarjetas de passeio, sumidouros ou sistemas conjuntos sarjeta-sumidouro, podem ser divididos em dois grandes grupos. Os dispositivos de cabeceira, que, tal como o nome indica, so implantados no extremo de montante dos troos das redes de drenagem de guas pluviais, e os dispositivos de percurso, que so implantados em bacias interiores e que esto ligados a troos intermdios ou finais da rede de drenagem subterrnea. O correcto dimensionamento e implantao dos colectores duma rede de drenagem de guas pluviais depende do adequado dimensionamento dos dispositivos que captam a gua que se escoa superficialmente. Tais dispositivos devem ser concebidos e localizados de modo a que o sistema de drenagem seja o mais econmico possvel, salvaguardando-se, no entanto, o cumprimento de critrios estabelecidos para o escoamento superficial. Esses critrios so, em regra, os seguintes: critrio de no transbordamento - consiste em considerar uma altura mxima para o escoamento das guas pluviais sobre as superfcies impermeabilizadas, nomeadamente os arruamentos; critrio de limitao de velocidade - consiste em limitar a velocidade mdia do escoamento das guas pluviais, nas superfcies impermeabilizadas, a valores que no provoquem desgastes significativos nos pavimentos, nem incmodos exagerados aos pees e condutores de velocpedes e motociclos. A este propsito, o Decreto Regulamentar n 23/95, estipula, no seu artigo 165., que: 1 - A eficincia hidrulica das sarjetas e sumidouros varia com a inclinao longitudinal e transversal do arruamento e a geometria da superfcie de entrada. 2 - No dimensionamento das sarjetas e sumidouros deve atender-se aos valores dosPROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 5


caudais superficiais a drenar, capacidade de vazo dos colectores onde esses caudais afluem e ainda a outros factores tais como os entupimentos, a segurana e a comodidade do trnsito. 3 - No escoamento das guas pluviais nas valetas devem ser ponderados, cumulativamente, para perodos de retorno de 2 a 10 anos, os critrios seguintes: a) Critrio de no transbordamento; b) Critrio de limitaco da velocidade; c) Critrio de limitao da largura mxima da lmina de gua na valeta junto ao lancil. 4 - No primeiro critrio impe-se que a altura mxima da lmina de gua junto ao passeio seja a da altura do lancil deduzida de 2 cm para folga. 5 - No segundo critrio deve limitar-se a velocidade de escoamento superficial a 3 m/s para evitar o desgaste do pavimento. 6 - No terceiro critrio deve reduzir-se a 1 m a largura mxima de lmina de gua nas valetas junto dos lancis dos passeios. 7 - Para colectores calculados para perodos de retorno superiores a 10 anos, deve preverse a implantao de sumidouros de reforo. Os dois critrios apresentados so vlidos, para o escoamento tanto em bacias de cabeceira, como em bacias interiores. A aplicao destes critrios permite de superfcie definir a localizao dos dispositivos interceptores, nada adiantando, no entanto, quanto caracterizao dos mesmos. A escolha do tipo e das dimenses do dispositivo interceptar deve ser efectuada de modo a que seja eficiente, em termos de recolha das guas pluviais. Em {9} proposto que tais dispositivos sejam dimensionados de modo a que a razo, entre os caudais captados e afluentes (denominada eficincia hidrulica), seja superior a um valor mnimo, compreendido entre 0,75 e 0,85.4.2 4.2.1 Capacidade de dispositivos interceptores Capacidade de sarjetas de passeio. Exemplo de clculo

Entende-se por sarjeta de passeio, o dispositivo cuja caixa de recolha est situada sob o passeio, processando-se a entrada de gua por uma abertura lateral, localizada na face vertical do lancil, tal como se ilustra na Figura 1.PROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 6


Figura 1 - Representao esquemtica de uma sarjeta de passeio sem depresso

Em Portugal, os tipos, as caractersticas e as condies de emprego das sarjetas esto normalizados (NP-676). As sarjetas de lancil (ou de passeio) designam-se, tambm, do tipo L (ver Documento rgos Gerais dos Sistemas de Drenagem). O volume de gua que um dispositivo deste tipo pode interceptar varia com as caractersticas geomtricas da valeta a montante. Por outro lado, o facto do declive transversal da valeta na zona adjacente sarjeta de passeio ser constante ou varivel (caso haja depresso localizada) tem influncia importante no seu comportamento hidrulico. Segundo {8}, a capacidade de sarjetas de passeio sem depresso pode ser calculada pela seguinte expresso:Q = L K y03/2

g1/2

[1]

sendo Q - caudal captado pela sarjeta (m3/s); L - comprimento da boca da sarjeta (m); y0 - altura uniforme do escoamento, a montante da sarjeta (m);


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g - acelerao da gravidade (m/s2); K - constante emprica, funo da inclinao transversal do arruamento, cujo valor 0,23 ou 0,20, consoante aquela inclinao de 8% ou de 2 a 4%, respectivamente. Caso haja depresso, tal como se ilustra na Figura 2, a expresso [1] deve ser corrigida, de modo a que se possa ter em linha de conta o efeito do incremento da carga hidrulica na capacidade de vazo do dispositivo.

Figura 2 - Representao esquemtica de urna sarjeta de passeio com depresso

Neste caso, admitindo que os comprimentos dos troos a montante e a jusante da depresso, respectivamente L1 e L2, se relacionam com o valor da depresso a pelas seguintes expresses L1 10 a e L2 = 4 a , obtm-se a expresso de clculo:Q = L ( K + C) y 03/2

g1/2

[2]

sendoF = V 2 /g y

M = LF / (a tg )

[3] [4]


8


C = 0,45 / 1,12

M

[5]

- ngulo que o plano do pavimento forma, na depresso, com o plano vertical do lancil do passeio (graus); y - altura do escoamento na extremidade de montante da sarjeta de passeio, junto ao lancil (m); V - velocidade mdia do escoamento na seco correspondente altura de escoamento, y (m/s); L, y0, g e K - so parmetros com o significado anteriormente definido. Os valores da altura, y, e da velocidade mdia do escoamento, V, podem ser determinados aplicando o teorema de Bernoulli generalizado entre as seces que se situam, respectivamente, a montante da depresso e da sarjeta, sendo corrente admitir-se, nesse troo, uma perda de carga unitria igual do regime uniforme a montante. Nestas condies, a altura de escoamento, y, pode ser obtida resolvendo iterativamente a seguinte expresso:Q 2 / (2 g A 0 ) + y 0 + a = Q 2 / (2 g A 2 ) + y2

[6]

sendo A0, A - seces de escoamento correspondentes, respectivamente, s alturas do regime uniforme y0 e y (m2); Q - caudal de projecto (m3/s).

No caso de L2 4a ou a b, admite-se que o valor do parmetro C, que figura na expresso [2], seja obtido a partir da expresso:C = 0,45 / 1,12N

[7]

sendo N = LF/a' tg e a' = (b - J L2) / (1 - 4J). Com objectivos ilustrativos, apresenta-se, seguidamente, um exemplo de clculo da capacidadePROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 9


de escoamento de uma sarjeta de passeio com depresso, precedendo-o, porm, da deduo da expresso que conduz determinao da altura de escoamento uniforme em valetas (Figura 3). Considerando: a expresso de Manning-Strickier - Q = (1/n) A R2/3 J1/2; a rea molhada - y02 tg 0/2; o raio hidrulico - A/P ~ ( y02 tg 0) / (2 y0 tg 0) = y0/2, admitindo que o permetro molhado pode ser aproximado largura superficial do escoamento; determina-se a altura de escoamento uniforme y0:2 y 0 tg 0 (y 0 /2) 2/3 J1/2 = (0,315/n)y 8/3 tg 0 J1/2 0 2

Q = (1/n)

y 0 = 1,542 (Q 3/8 n 3/8 ) / (tg 0

3/8

J3 / 16 )

Figura 3 - Altura de escoamento uniforme em valetas

EXEMPLO DE CLCULO Enunciado Determinar a capacidade de escoamento de uma sarjeta de passeio instalada em depresso (a = b = 0,06 m, L1 = 0,60 m e L2 = 0,24 m), com 0,60 m de boca, quando se escoa um caudal de 10 L/s. A depresso desenvolve-se numa largura B1 de 0,60 m. O arruamento onde est instalada10



a sarjeta de passeio tem um declive longitudinal de 1% e uma tg 0 igual a 48 (declive transversal aproximadamente igual a 2%). Admite-se um coeficiente de rugosidade de Manning-Strickler do pavimento do arruamento de 0,015 m-1/3 s. Clculos a) Clculo de y0 e V0y 0 = 1,542 (Q 3/8 n 3/8 ) / (tg 3/8 J3/16 ) = 0 = (1,542 0,013/8 0,015 3/8 ) / (48 3/8 0,013/16 ) == 0,032 m2 V0 = Q 0 /A 0 = Q 0 / (y 0 tg 0 /2) = 0,01 / (0,032 2 48/2) = = ~ 0,41 m/s

b)

Clculo de y, V e Q

Com base na expresso [6] possvel escrever:2 V0 /2 g + y 0 + a = 0,412 /19,6 + 0,032 + 0,06 = 0,1006 = 2 = Q 0 / (2 g A 2 ) + y = 2 = Q 0 / (g y 2 tg ) + y

Nestas condies, resolvendo iterativamente esta expresso, obtm-se os seguintes valores:y ~ 0,097 mA = (y 2 tg )/2 = 0,097 2 8,276/2 = 0,039 m 2

V = Q 0 /A = 0,01 / 0,039 = 0,26 m/s

F = V 2 /gy = 0,26 2 / (9,8 0,097) = 0,071 M = LF/(a tg ) = (0,6 0,071) / (0,06 8,276) = 0,086Q = L (K + C) y 3/2 g1/2 = 0,6 (0,20 + 0,45 / 1,12 0,086 ) 0,032 3/2 9,81/2 = 0 ~ 0,007 m 3 / s = 7 l / s

A tangente do ngulo (ngulo que o plano do pavimento forma, na depresso, com o plano vertical do lancil do passeio Figura 2) foi calculada por intermdio da seguinte expresso:


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tg = B1 / [(B1 / tg 0 ) + a] = 0,6 / (0,6 / 48 + 0,06) = 8,276

4.2.2

Capacidade de sumidouros. Exemplos de clculo

Designa-se por sumidouro um dispositivo cuja caixa de recolha de guas pluviais est situada sob uma ou mais grades, por onde se processa a entrada de gua captada, tal como se ilustra na Figura 4.

Figura 4 - Representao esquemtica de um sumidouro sem depresso

Neste dispositivo, os motivos de se no captar todo o caudal podem ser os seguintes: escoamento entre a primeira abertura da grade e o passeio (q1); escoamento exterior grade, pelo arruamento (q2); escoamento sobre a prpria grade, e que prossegue para jusante (q3). usual dimensionarem-se os sumidouros de modo a que a parcela q3, de caudal no captado, seja prxima de zero. Se tal no acontecer, o comportamento do dispositivo torna-se muito ineficiente {7}. O comprimento de grade necessrio para captar todo o caudal que sobre ela se escoa, e assim


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anular a parcela q3, funo da velocidade, V0, da altura de escoamento uniforme, y0, da largura das barras, C1, da distncia entre barras, C2, e da acelerao da gravidade, g. Segundo {7}, esse valor pode ser calculado pela seguinte expresso:L 0 = m V0 (y 0 / g)1/2

[8]

sendo L0 - comprimento til do sumidouro (m); m - constante emprica, cujo valor deve ser considerado igual a 4, se a grade do sumidouro no contiver barras transversais, e igual a 8, no caso de ter trs daquelas barras. Os restantes smbolos tm o significado j anteriormente apresentado. No caso de sumidouros instalados em arruamentos onde o declive transversal no constante, tal como se ilustra na Figura 5, a seco de escoamento pode no ser triangular. Nessas circunstncias, a altura e a velocidade mdia do escoamento correspondentes ao regime uniforme, a montante do dispositivo, podem ser calculadas iterativamente, sendo, ainda, aplicvel a expresso (8) anterior. O caudal, q1 (m3/s), que se escoa entre a primeira abertura da grade e o lancil do passeio, funo da altura da gua, y0 (m); da velocidade mdia, V0 (m/s); do comprimento, L (m), do sumidouro; da distncia, d (m), entre o lancil e a primeira abertura da grade e da acelerao da gravidade, g (m/s2). Segundo {7}, vlida a seguinte expresso:q1 / (V0 y 0 d) = 6,0 [V0 / (g y 0 ) 1/2] (d / L) 2

[9]

Nas condies usuais de escoamento, o caudal, q1, desprezvel, tomando valores inferiores a 1 L/s.


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Para que o caudal, q2, proveniente de escoamento exterior grade sobre o arruamento, se anule, necessrio que o sumidouro tenha um comprimento superior a um valor crtico. Este comprimento crtico, L' (m), pode ser dado em funo dos valores de y0 (m), V0 (m/s), 0 (graus), g (m/s2) e da largura da grade B (m), de acordo com a seguinte expresso:(L' / V0 ) (g / y' )1/2 = 1,2 tg 0

[10]

sendo y' = y0 - (B / tg 0).

Figura 5 - Representao esquemtica de um sumidouro com valeta rebaixada

Se a seco transversal do arruamento no tiver a forma de um tringulo rectngulo, ou seja, quando houver depresso junto ao lancil do passeio, a expresso [10] toma a seguinte forma:(L' / V0 ) (g / y' )1/2 = 1,2 tg

[11]

sendo y' = y - (B /tg ). Se o comprimento do sumidouro for inferior ao valor crtico, L', o caudal, q2 (m3/s), no nulo, podendo ser dado pela seguinte expresso:q 2 = [(L' L) / 4] g1/2 y' 3/2

[12]


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As expresses [10] a [12] foram deduzidas, experimentalmente, para valores do nmero de Froude do escoamento [V02 / (g y0)] superiores a 1 e inferiores a 9 {7} e {8}. Com o fim de ilustrar a aplicao das expresses apresentadas, desenvolvem-se, em seguida, dois exemplos, relativos ao clculo da capacidade hidrulica de sumidouros. EXEMPLO DE CALCULO 1 Enunciado Calcular a capacidade de vazo de um sumidouro, constitudo apenas por uma grade com barra transversal, com as dimenses de 0,28 m x 0,56 m, instalado sem depresso, quando se escoa um caudal de 30 L/s, num arruamento com um declive longitudinal de 1% e uma tg 0 de 48 (declive transversal ~ 2%). Admitir que o coeficiente de rugosidade de Manning-Strickler da superfcie do arruamento de 0,015 m-1/3s e que a distncia entre o lancil do passeio e a primeira abertura da grade de 0,03 m. Clculos a) Clculo de y0, V0 e L0y 0 = (1,542 Q 3/8 n 3/8 ) / (tg 3/8 J3/16 ) = 0

= (1,542 0,03 3/8 0,015 3/8 ) / (48 3/8 0,013/16 ) = = 0,047 mV0 = Q 0 /A 0 = 0,03 / (0,047 2 48/2) ~ 0,56 m/s L 0 = m V0 (y 0 / g)1/2 = 5 0,56 (0,047 / 9,8)1/2 = 0,19 m

No clculo de L0 considerou-se um valor de constante emprica igual a 5, por o sumidouro ter uma barra transversal. Por outro lado, como L0 < L, ento q3 = 0. b) Clculo de y', L' e q


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y ' = y 0 B / tg 0 = 0,047 0,31/48 = 0,041 m L ' = 1,2 tg 0 V0 (y ' /g)1/2 = 1,2 48 0,56 (0,041/9,8 )1/2 = 2,09 m2 q = q1 + q 2 = 6,0 V0 d3 (y 0 /g)1/2 / L2 + [(L' L) / 4] g1/2 y' 3/2 =

[

= 6,0 0,56

2

0,03

3

(0,047 / 9,8)1/2 / 0,56 2 + [(2,09 - 0,56) /4]

]

9,8 1/2 0,0413/2 = 0,01 m 3 /s Q = Q 0 q = 0,03 0,01 = 0,02 m 3 /s

Nestas condies, o caudal captado, Q, cerca de 2/3 do caudal afluente, podendo considerar-se a capacidade de escoamento do sumidouro bastante insatisfatria. EXEMPLO DE CLCULO 2 Enunciado Calcular a capacidade de escoamento de um sumidouro simples de uma grade, nas condies do exemplo anterior, instalado numa valeta rebaixada, com uma depresso de 1 cm. Clculos Neste caso, a seco de escoamento no triangular; no entanto, a altura e a velocidade mdia do escoamento uniforme, junto do sumidouro, podem ser obtidas, por um processo iterativo, com base na seguinte expresso, tendo em conta a geometria da seco em estudo.2/3 Q 0 = (1/n) (A 5/3 / P0 ) J1/2 0 2/3 0,03 = (1 / 0,015) (A 5/3 / P0 ) 0,011/2 0

em que (Figura 5)A 0 = B 2 / (2 tg ) + (y' (B + y' tg 0 / 2) y ' = y - B / tg P0 = y + B + y ' / cos 0

Nestas condies, obtm-se:B = 0,28 + 0,03 = 0,31 mPROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 16


tg = 0,31 / (0,01 + 0,31 / 48) = 18,835 y = 0,057 m

y' = 0,0405 mA 0 = 0,05447 m 2 V0 = Q 0 / A 0 = 0,55 m / sL 0 = m V0 (y / g)1/2 = 5 0,55 (0,057 / 9,8)1/2 = 0,21 m

Dado que L0 < L, admissvel considerar q3 = 0.L' = 1,2 tg V0 (y' / g)1/2 = = 1,2 18,835 0,55 (0,0405 / 9,8)1/2 = 0,80 mq = q1 + q 2 = 6,0 0,55 2 0,03 3 / 0,56 2 (0,057 / 9,8)1/2 +

+ [(0,80 0,56) / 4] 9,8 1/2 0,0405 3/2 = 0,0015 m 3 /s

Q = Q 0 q = 0,03 0,0015 = 0,0285 m 3 /s

O caudal captado, Q, representa cerca de 95% do caudal afluente, podendo considerar-se que o sumidouro bastante eficiente. Os exemplos apresentados ilustram bem a importncia da depresso no comportamento hidrulico dos sumidouros, em particular dos de tipo simples de uma grade.4.2.3 Capacidade de grades localizadas em zonas baixas. Exemplo de clculo

Ensaios realizados pelo Arms Corps of Engineers of the United States of America indicam que a capacidade hidrulica de grades (sumidouros) localizadas, em zonas baixas, depende da carga hidrulica sobre as grades, apresentando-se, em {14}, as seguintes expresses: para para sendo Q - caudal captado (m3/s);PROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 17

h 0,12 m h 0,42 m

Q = 0,83 P h3/2 Q = 1,45 A h1/2

[13] [14]


P - permetro til exterior da grade, no incluindo o espao ocupado pelas barras transversais (m); h - carga hidrulica sobre a grade (m); A - rea til da grade (m2). Nas expresses [13] e [14] anteriores, considera-se um factor de segurana igual a dois, uma vez que tm grande probabilidade de ocorrer obstrues parciais das grades. Quando a carga hidrulica sobre a grade est compreendida entre 0,12 e 0,42 m, o comportamento hidrulico desta indefinido. Nestas condies, deve admitir-se que o valor do caudal captado est entre os valores limites obtidos por aplicao das expresses [13]e [14]. EXEMPLO DE CALCULO Enunciado Determinar a capacidade de escoamento mxima de uma grade quadrada, com 0,50 m de largura, implantada na zona baixa de um arruamento. A largura das barras igual abertura entre elas, sendo permitida uma carga hidrulica de 0,10 m. As barras esto colocadas apenas numa direco. ClculoP = (0,5 + 0,5/2) 2 = 1,5 m

Nestas condies, dado que h 0,1 2 m, obtm-seQ = 0,83 P h 3/2 = 0,83 1,5 0,10 3/2 = 0,039 m 3 /s4.2.4 Comparao entre a eficincia hidrulica de vrios dispositivos interceptores

A eficincia hidrulica dos dispositivos interceptores depende de vrios factores, entre os quais se incluem as caractersticas do pavimento onde o dispositivo est implantado (declives longitudinal e transversal, rugosidade, existncia, ou no, de depresso, etc.), a magnitude do caudal afluente ePROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 18


a configurao geomtrica do dispositivo. Em condies mdias de funcionamento (quando o declive longitudinal do arruamento inferior a 10%, o declive transversal da ordem de 2% e o coeficiente de rugosidade de Manning-Strickler do pavimento da ordem de 0,015 m-1/3s), salvaguardando-se aspectos particulares relacionados com a existncia de obstrues, julgam-se pertinentes os comentrios que se seguem. As sarjetas de passeio tm reduzida capacidade de vazo, o que no torna a sua utilizao recomendvel, a no ser que sejam implantadas em zonas rebaixadas (com depresses acentuadas), onde afluam caudais pluviais pouco significativos (inferiores a 20 L/s). A capacidade de escoamento dos sumidouros simples (isto , constitudos apenas por uma grade) , em regra, superior das sarjetas de passeio. Considera-se, no entanto, de grande convenincia que esses dispositivos sejam implantados em valetas pelo menos levemente rebaixadas (a > 1 cm). O comportamento destes dispositivos, desde que tenham dimenses superiores a 0,56 x 0,28 m2, bastante eficiente, at caudais afluentes da ordem de 50 L/s, mesmo quando implantados em valetas de elevado declive. No caso de se acentuar a profundidade da valeta (a > 1 cm), o que pode trazer inconvenientes srios, nomeadamente para a segurana da circulao do trfego, aumenta, em regra, a eficincia do sumidouro. Os sumidouros duplos so constitudos por dois sumidouros simples dispostos em srie, um imediatamente a seguir ao outro, sendo, tambm, altamente recomendvel a sua implantao em valetas levemente rebaixadas (a = 1 cm). O comportamento destes dispositivos eficiente at caudais da ordem de 100 L/s, mesmo quando implantados em valetas com elevado declive, desde que cada grade tenha dimenses superiores a 0,28 x 0,56 m2. Os sistemas conjuntos sarjeta-sumidouro so constitudos por um sumidouro duplo disposto em paralelo com uma sarjeta de passeio, cuja abertura lateral tem o mesmo desenvolvimento que o sumidouro. Este sistema deve ser escolhido, nomeadamente, quando se preveja que as grades do sumidouro possam vir a ser significativamente obstrudas. A eficincia destes sistemas no difere substancialmente da dos sumidouros duplos.


19


No caso de bacias de cabeceira de grande extenso, em que o caudal de ponta de guas pluviais possa j ser relativamente elevado, ou no caso de bacias interiores de dimenso mdia, mas de elevado declive, pode justificar-se a implantao de sumidouros duplos, concebidos e construdos de modo que s contenham uma barra transversal. Nessas condies, e desde que os dispositivos sejam implantados em valetas levemente rebaixadas, de prever que possam captar caudais afluentes bastante superiores a 100 L/s.5. 5.1 DIMENSIONAMENTO HIDRULICO DE COLECTORES Consideraes introdutrias

O dimensionamento hidrulico de colectores o conjunto de procedimentos, ou etapas de clculo, cuja finalidade a determinao dos dimetros e declives de cada um dos colectores que constituem a rede, por forma a assegurar o transporte dos caudais de clculo previstos, de acordo com determinados critrios hidrulicos pr-estabelecidos. Em hidrologia urbana, os fenmenos intrnsecos transformao da precipitao em escoamento, no percurso que vai desde o incio do evento pluviomtrico at ao escoamento na seco final da bacia urbana (parte do cicio hidrolgico que interessa problemtica da drenagem pluvial), so por natureza complexos. A primeira abordagem cientfica do processo de transformao da precipitao em escoamento tem hoje cerca de um sculo de existncia. Depois das frmulas propostas por MULVANEY eBURKLI-ZIEGLER,

citados em {11}, KUICHLING, engenheiro municipal de Rochester (Nova Yorque),

publica pela primeira vez a conhecida frmula racional. Esta e outras frmulas empricas que se lhe seguiram constituam uma abordagem global simplificada da realidade dos fenmenos. O seu principal objectivo visava a determinao de caudais de ponta, com a finalidade de dimensionar obras de drenagem. Caracterizavam-se pela lgica dos conceitos, simplicidade e facilidade de compreenso. Posteriormente, em todo o mundo, muitos trabalhos cientficos tomaram como ponto de partida a frmula racional americana, modificando-a atravs da explicitao dos seus parmetros de base e da introduo de novos parmetros, dando origem a um grande nmero de formulaes do tipo racional. Em {11} so descritas algumas dessas formulaes.PROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 20


No dimensionamento de uma rede de drenagem de guas pluviais podem considerar-se trs etapas fundamentais: definio dos elementos de base; clculo dos caudais pluviais de projecto; dimensionamento hidrulico dos colectores. Estas etapas so abordadas nas seces 5.2. a 5.4. deste Documento.5.2 Elementos de base

O estabelecimento dos elementos de base para o dimensionamento de uma rede de drenagem de guas pluviais inclui os aspectos principais que a seguir se apresentam. definio correcta dos limites da bacia hidrogrfica e das sub-bacias afectas a cada troo da rede (decomposio da bacia total em sub-bacias elementares, mais ou menos homogneas, em termos de ocupao). definio do perodo de retorno (neste contexto, o perodo de retorno corresponde ao intervalo de tempo mdio associado ocorrncia de precipitao de intensidade mdia superior a um dado valor), para o qual se pretende dimensionar a rede de drenagem; na prtica, em pequenos e mdios aglomerados urbanos, o perodo de retorno a considerar para efeito de dimensionamento de colectores de drenagem pluvial varia, em regra, entre dois e dez anos; em certos casos, pode justificar-se a escolha do perodo de retorno recorrendo, explicitamente, a uma anlise de custos-benefcios, dependente dos investimentos necessrios e dos prejuzos decorrentes das possveis inundaes. Conhecimento do regime pluviomtrico local (curvas de intensidade-durao-frequncia). definio dos coeficientes de escoamento afectos a cada sub-bacia elementar; os coeficientes de escoamento definem-se como a razo entre o volume de gua que d origem a escoamento e o volume de gua efectivamente precipitado sobre a rea em estudo; estes factores dependem, entre outros, do tipo e ocupao do solo (na seco 5.3.


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deste Documento, a propsito da aplicao do mtodo racional, volta-se a abordar este assunto); definio dos tempos de concentrao iniciais (tempos dispendidos no percurso da gua precipitada, desde o ponto hidraulicamente mais afastado da bacia at seco em estudo), ou seja, dos tempos de concentrao referentes s bacias de cabeceira. definio dos condicionalismos, principalmente de natureza hidrulica, associados descarga final das guas pluviais no meio receptor.5.3 Clculo de caudais pluviais

De entre os mtodos de clculo de caudais de ponta de cheia de pequenas bacias, o mais antigo e de maior divulgao , sem dvida, o mtodo racional. Este mtodo pode ser traduzido matematicamente pela seguinte expresso:Qp = C I A

[15]

sendo Qp - caudal de ponta (L/s); C I A - coeficiente do mtodo racional (adimensional); - intensidade de precipitao [l/(s.ha)]; - rea da bacia de drenagem (ha).

As hipteses de base do mtodo racional residem no conceito de tempo de concentrao, tc, e na linearidade da relao entre a precipitao til, (C x l), e o caudal de ponta, (Qp). Da hiptese de linearidade resulta que a ocorrncia do caudal de ponta coincide com o instante em que a totalidade da bacia est a contribuir para o escoamento, ou seja, ao fim de um intervalo de tempo igual ao tempo de concentrao, tc. O valor da intensidade de precipitao a considerar , assim, o valor da intensidade mdia mxima para uma durao igual ao tempo de concentrao. Como este valor est sempre associado a uma frequncia de ocorrncia (ou perodo de retorno T), ao valor do caudal mximoPROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 22


est implicitamente associada a mesma frequncia. O coeficiente C o nico parmetro representativo da transformao precipitao-escoamento. Embora no haja unanimidade referente ao campo de aplicao do mtodo racional, pode citar-se, como referncia, que a sua utilizao se deve restringir a bacias com reas inferiores a 1 300 ha. Em {4} e {5} apresenta-se uma generalizao do mtodo racional, admitindo-se a sua aplicao para bacias at 4 000 ha, com ocupao muito diversificada. Na expresso [15], o coeficiente C engloba vrios factores, no s a relao entre o volume de gua escoada e a precipitao (ou seja, o coeficiente de escoamento propriamente dito), mas tambm efeitos, mais ou menos importantes, de reteno, regolfo e atraso do escoamento superficial ao longo do terreno, linhas de gua naturais e colectores. Todos estes efeitos dependem, no s das caractersticas fsicas e de ocupao da bacia, mas, tambm, da precipitao, ou seja, do estado de humidade do solo e da durao e distribuio da precipitao. No Quadro 5, apresentam-se os valores mdios do coeficiente C, para utilizao do mtodo racional. A intensidade mdia de precipitao, l, deve ser avaliada para condies crticas, ou seja, deve admitir-se que toda a rea da bacia contribui para o caudal avaliado na seco de interesse, o que, por definio, acontece a partir do momento em que a durao da chuvada iguala o tempo de concentrao na bacia. Para duraes inferiores ao tempo de concentrao, nem toda a bacia contribui para o caudal de ponta mximo. Para duraes superiores, menor a intensidade mdia de precipitao e, portanto, menor o caudal correspondente. A intensidade mdia da precipitao, para determinada durao e perodo de retorno, pode ser obtida tendo em conta a curva apropriada de intensidade-durao-frequncia (I-D-F). Na Figura 6, em anexo, so apresentados elementos referentes aos parmetros das curvas de I-D-F para Portugal Continental.


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QUADRO 5 - VALORES MDIOS DO COEFICIENTE C DO MTODO RACIONAL (ASCE, MANUAL N 37)


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Relativamente a bacias urbanas, em que o sistema de drenagem constitudo essencialmente por uma rede de colectores, o tempo de concentrao, tc, calculado atravs do somatrio de duas parcelas - o tempo de entrada, te, correspondente ao percurso superficial das guas pluviais at ao primeiro dispositivo de entrada (sarjeta ou sumidouro) nos troos de cabeceira, e o tempo de percurso, tp, entre este ponto e a seco de jusante do troo. Em bacias tipicamente urbanas, em que as reas de drenagem dos colectores de cabeceira so bastante impermeabilizadas, o tempo de entrada , em geral, fixado entre certos limites que podem, no entanto, variar significativamente em funo do tipo de solo, da tipologia de ocupao urbanstica e do declive superficial. Assim, so tomados como referncia valores de 2 a 4 minutos na Gr-Bretanha e Sucia, de 5 a 30 minutos nos E.U.A. e de 5 a 10 minutos no Canad. COSTA em {6} recomenda, para Portugal, valores de 5 minutos em reas de declive superior a 8%, 7,5 a 10 minutos em reas de declive compreendido entre 1,5 a 8% e de 10 a 15 minutos em reas de declive inferior a 1,5%. O tempo de percurso, tp, na rede de colectores calculado, em geral, a partir das expresses de clculo hidrulico do escoamento em regime permanente (por exemplo, expresso de Manning-Strickler). A situao mais simplificada corresponde a admitir o regime permanente e uniforme e a considerar as velocidades de escoamento a seco cheia (hiptese que subestima os valores de tp, sobrestimando os caudais de projecto) ou, em alternativa, as velocidades reais do escoamento nos colectores (sendo exigido, neste caso, um processo de clculo iterativo). Normalmente, o ltimo procedimento o utilizado em algoritmos de computador, pela facilidade e rapidez de execuo; o primeiro procedimento , por vezes, utilizado no clculo tradicional. Outros mtodos simplificados de clculo de caudais pluviais de ponta, como o mtodo de Caquot ou o mtodo italiano, so apresentados em {11}. Em determinados casos especiais, e, mesmo no mbito dos pequenos aglomerados populacionais, pode justificar-se o refinamento dos processos de clculo, recorrendo, nomeadamente, a mtodos de simulao compatveis com a tomada de decises ao nvel do planeamento e explorao dos sistemas {2}, {11} e {13}.


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Normalmente, estes mtodos requerem a utilizao de modelos computacionais.5.4 Critrios de projecto e procedimentos de dimensionamento

Os critrios de projecto de redes de drenagem de guas pluviais, no domnio de aplicao do presente Manual, so idnticos aos descritos nos Documentos Concepo de Sistemas de Drenagem de guas Residuais Comunitrias e Pluviais e Projecto de Sistemas de Drenagem de guas Residuais Comunitrias, nomeadamente no que se refere aos aspectos associados ao escoamento hidrulico (frmulas do escoamento, condies de auto-limpeza, altura de escoamento e velocidade mxima) e ao traado em planta e em perfil longitudinal. No entanto, na quantificao de alguns desses critrios para o dimensionamento de redes de drenagem de guas pluviais, h que distinguir o seguinte: a velocidade de escoamento mxima admissvel de 5 m/s, dado que se considera que o caudal mximo de dimensionamento ocorre com pouca frequncia; a altura mxima de escoamento deve ser igual ao dimetro do colector (escoamento a seco cheia); o poder de transporte mnimo deve situar-se entre 3 a 4 N/m2, para a seco cheia (aspecto no definido regulamentarmente). Para efeitos do dimensionamento hidrulico tradicional de uma rede de drenagem de guas pluviais, vantajoso apresentar os valores calculados sob a forma de um quadro. Sugere-se a utilizao de um quadro-tipo como o apresentado no Quadro 2 (em anexo), ou outro idntico, mas que seja claro. Relativamente a este quadro-tipo, podem considerar-se trs grandes blocos: o primeiro relativo aos caudais de projecto ou de dimensionamento [colunas (1) a (16)], o segundo corresponde ao clculo hidrulico propriamente dito [colunas (17) a (21)] e, finalmente, o terceiro bloco respeitante aos elementos do perfil longitudinal [colunas (22) a (25)]. Para o preenchimento deste quadro-tipo, devem ser seguidos, nas suas linhas gerais, os procedimentos descritos nas observaes e no Captulo 4 do Documento Projecto de Sistemas de Drenagem de guas Residuais Comunitrias, naquilo em que forem aplicveis. Note-se que,PROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 26


neste caso, os colectores so dimensionados para a seco cheia, aspecto que simplifica os procedimentos dos clculos hidrulicos a efectuar. Apesar da semelhana no dimensionamento dos dois tipos de redes (guas residuais comunitrias e pluviais) sistematizam-se, em seguida, a sequncia articulada de procedimentos ou passos de clculo. 1 Anlise da rea de projecto (incluindo o reconhecimento local e eventual levantamento topogrfico) e traado da rede em planta. 2 Fixao do perodo de retorno, T, para o qual se pretende dimensionar a rede. 3 Escolha da curva de I-D-F aplicvel zona em estudo, para o perodo de retorno escolhido. 4 Definio das reas drenantes em cada seco de clculo. 5 Determinao do coeficiente mdio, C, ponderado para a rea drenante total, em cada seco de clculo: C = i Ci Ai / i Ai 6 Determinao do tempo de concentrao, tc, tendo em conta, nomeadamente, o referido na seco 5.3. deste Documento. 7 Determinao da intensidade mdia de precipitao para uma durao igual ao tempo de concentrao (a partir das curvas de I-D-F). 8 Clculo do caudal de projecto, por intermdio da seguinte expresso (mtodo racional): Qp = C I A Em determinadas circunstncias, pode justificar-se adicionar a este valor o caudal estimado devido a infiltraes de gua subterrnea. 9 Fixao do dimetro e inclinao do colector, tendo em conta o conjunto de orientaes definidas no Documento Projecto de Sistemas de Drenagem de guas Residuais Comunitrias, nomeadamente minimizao de custos, condicionalismos tcnicos e


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regulamentares de implantao do colector (profundidade de assentamento mnima), e satisfao dos critrios hidrulicos (capacidade de escoamento, velocidade mxima e poder de transporte). usual admitir-se o escoamento em regime permanente e uniforme e a aplicao da expresso de Manning-Strickler. 10 Determinao do tempo de percurso, tp, ao longo do troo de colector considerado no passo 9, o que requer o conhecimento da extenso do colector e da velocidade mdia do escoamento, para o caudal de dimensionamento. 11 Adio do tempo de percurso, tp, calculado no passo anterior, ao tempo de concentrao, tc, calculado no passo 6. 12 Repetio de todos os passos de clculo, de montante para jusante, a partir do passo 5, para as sucessivas seces de clculo. Como se pode inferir da descrio sequencial dos passos de clculo, no mtodo racional cada colector dimensionado individual e independentemente (excepto no que respeita ao clculo do tempo de concentrao) e o correspondente valor da intensidade de precipitao de projecto recalculado, em cada seco de clculo, para a rea total drenada. Dado que o dimensionamento se processa de montante para jusante, as reas drenantes so crescentes nas sucessivas seces de clculo, bem como os respectivos tempos de concentrao. As correspondentes intensidades de precipitao so decrescentes, sendo estes valores aplicados s reas drenantes acumuladas em cada seco de clculo.5.5 Exemplo de clculo

Apresenta-se, a ttulo ilustrativo, um exemplo de clculo do dimensionamento de um colector de drenagem de guas pluviais com um comprimento total de 185,0 m, compreendendo quatro troos e cinco caixas de visita. Os elementos de base e os critrios hidrulicos, para efeitos de dimensionamento, so os que a seguir se indicam: a numerao das caixas de visita, o respectivo comprimento entre elas e as28



correspondentes cotas do terreno, as reas drenadas por cada troo e os respectivos coeficientes C (mtodo racional) so os que se apresentam nos Quadros 3 ou 4, em anexo; a altura de escoamento mxima admissvel e o coeficiente de Manning-Strickler so de 1,0 (y/D) e 0,013 m-1/3 s, respectivamente; a inclinao mnima, por razes construtivas, de 0,5%; para a verificao das condies de auto-limpeza no imposto qualquer valor limite; a velocidade mxima admissvel de 5 m/s; a profundidade mnima de assentamento dos colectores, medida sobre o extradorso, de 1,40 m, igual em toda a sua extenso; a bacia de drenagem situa-se numa zona litoral de Portugal Continental, admitindo-se um perodo de retorno T = 5 anos; nestas condies, utilizada a seguinte curva I-D-F (Figura 6, em anexo): l (mm/h) = 259,26 t -0,562 (t em minutos).

Muito embora o exemplo apresentado corresponda a um sistema de drenagem com um reduzido nmero de troos, pretende-se com ele salientar um conjunto significativo de situaes possveis, em termos do traado final do perfil longitudinal do colector (inclinao mnima, velocidade mxima, etc.). Por outro lado, o exemplo apresentado desenvolvido seguindo um procedimento de clculo tradicional e, simultaneamente, utilizando um algoritmo de clculo automtico. Os resultados obtidos, para um e outro procedimento, so apresentados, respectivamente, nos Quadros 3 e 4, em anexo; estes quadros resumem toda a informao de base e os resultados obtidos. Da anlise dos dois quadros, salientam-se os seguintes aspectos principais: a troo mais a montante da rede (5-4) apresenta um traado, em perfil, paralelo ao terreno, enquanto que os dois troos mais a jusante (2-1; 3-2) tm uma inclinao igual mnima admissvel (0,5%); o troo 4-3 tem uma inclinao inferior do terreno, devido ao critrio hidrulico da velocidade mxima de 5 m/s; a diferena de inclinao do troo 4-3 (13,36% no procedimento tradicional, contra 10,52%


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no clculo automtico) deve-se diferena de mtodos de clculo hidrulico utilizados; assim, no primeiro caso os clculos so feitos sempre para a seco cheia, enquanto que no segundo o algoritmo pesquisa a inclinao necessria para que a velocidade mxima no seja ultrapassada, para a real altura de escoamento correspondente ao caudal afluente; refira-se que a velocidade mxima de escoamento, para uma dada inclinao do colector, no corresponde seco cheia (ver Figura 3 do Documento Projecto de Sistemas de Drenagem de guas Residuais Comunitrias).6. CONSIDERAES FINAIS

Os sistemas de drenagem de guas pluviais so infra-estruturas destinadas a servir uma estrutura principal (edificaes, parques urbanos, vias de circulao), devendo adequar-se ao aglomerado populacional que pretendem servir. Por outro lado, em novas urbanizaes, as regras urbansticas devem ser delineadas no sentido de se adequarem a uma maior facilidade de construo e economia das redes de drenagem. No caso das bacias de drenagem que no so de cabeceira, o caudal afluente s respectivas seces de jusante no , em regra, igual ao caudal originado nas prprias bacias, dado o facto dos dispositivos interceptores da guas pluviais, implantados a montante, no recolherem, em geral, a totalidade dos caudais afluentes. A prtica de localizao e consequente dimensionamento dos dispositivos interceptores de guas pluviais de cabeceira deve diferir da prtica respeitante localizao dos dispositivos de percurso. No primeiro caso interessa, sobretudo, maximizar o trajecto percorrido pela gua superficial, ou seja, as dimenses das bacias de cabeceira. Tal preocupao tem o duplo objectivo de diminuir a extenso da rede de drenagem enterrada e contribuir, simultaneamente, para um incremento do tempo de concentrao inicial na bacia, que se reflecte directamente numa diminuio dos caudais de projecto e, consequentemente, do dimetro e custo dos colectores que se desenvolvem a jusante Pelo contrrio, no caso dos dispositivos Interceptores de percurso, no se pe com tanta acuidade a preocupao de maximizar o percurso da gua escoada superficialmente, dado o facto da extenso da rede de drenagem enterrada j estar definida. Interessa, sobretudo, e com especial importncia, minimizar os custos sociais e econmicos associados ocorrncia de inundaes ePROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS 30


condies de escoamento no compatveis com os critrios apresentados no Captulo 4 deste Documento. Estes critrios podem e devem ser complementados com disposies especficas. Por exemplo, antes dos cruzamentos de arruamentos devem ser implantados, nas bermas dos pavimentos, dispositivos interceptores de guas pluviais convenientemente dimensionados (que recolham 80 a 100% do caudal afluente). Por sua vez, em zonas dos ncleos urbanos onde se preveja trfego intenso, faz sentido ser mais exigente na definio do perodo de retorno dos caudais de dimensionamento dos dispositivos interceptores. As sarjetas de passeio e os sumidouros, sejam dispositivos de percurso ou de cabeceira, devem ser ligados a cmaras de visita. A cada caixa podem ser ligados dois ou mais dispositivos. A capacidade de transporte, a seco cheia, dos ramais que promovem essas ligaes, deve ser verificada. Por outro lado, tais ramais devem ser implantados com declives que garantam auto-limpeza em perodos chuvosos, mas suficientemente suaves para evitar a ocorrncia de eroso e desgastes significativos da superfcie interna dos colectores. Sugere-se que, para o caudal de projecto, a velocidade mxima do escoamento no exceda 5 m/s e o poder de transporte no seja inferior a 4 N/m2 . A problemtica da reduo de caudais de ponta de cheia e volumes de escoamento afluentes rede de drenagem deve estar sempre presente no esprito do projectista. Solues com recurso a escoamento a cu aberto (com valas revestidas ou no), lagoas de reteno e cmaras drenantes podem, em inmeros casos, ser aconselhveis, do ponto de vista econmico e mesmo do ponto de vista esttico e social. No Documento rgos Especiais dos Sistemas de Drenagem, so apresentadas as bases de dimensionamento e exemplos de clculo de lagoas de reteno e de cmaras drenantes. Em determinadas situaes especialmente complexas, envolvendo colectores mar, transies de seco e descargas em linhas de gua com condicionalismos de jusante, pode ser recomendado o recurso a modelos hidrolgicos e hidrulicos mais ou menos sofisticados, tal


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como os referenciados em {11} e {13}.


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QUADRO 2 - QUADRO-TIPO PARA O DIMENSIONAMENTO HIDRULICO DE UMA REDE DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

Observaes: Coluna (1) : de acordo com o traado da rede em planta Colunas (2) e (3) : idem da anterior Coluna (4) : distncia horizontal entre os centros das caixas de visita, a montante e a jusante do troo Colunas (5) e (6) : cotas, actuais ou futuras, do pavimento nas caixas de visita, a montante e a jusante do troo Coluna (7) : [(5) - (6)] / (4) 100% Colunas (8) e (9) : rea drenada em cada troo e acumulada de montante, respectivamente

Colunas (10) e (11) Colunas (12) e (13) Coluna (1 4) Coluna (15) Coluna (16) Colunas (17) a (25)

: : : : : :

coeficiente C (mtodo racional) do troo e ponderado das sub-bacias drenantes [C = - Ci Ai / - Ai] ver descrio no texto (seco 5.3.) e exemplo de clculo curvas I-D-F para o perodo de retorno escolhido, para uma durao igual a (12) 3 [Q/A] [m / (ha.dia)] = 240 C I [l(mm/h)] ou [Q/A] [l/(s.ha)] = = 240 C I / 86,4 [l (mm/h)] [(15) (9)] ver descrio no texto do Documento Projecto de Sistemas de Drenagem de guas Residuais Comunitrias, no que for pertinente, e de clculo deste Documento


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QUADRO 3 - QUADRO PARA CLCULO DO COLECTOR DE GUAS PLUVIAIS DO EXEMPLO. CLCULO CONVENCIONAL

Observaes: Coluna (13) Coluna (14) Coluna (15) Colunas (19) a (21)

: : : :

(4) / [20 60] b l = a t (a = 259,26; b = -0,562; para T = 5 anos, com l (mm/h) e t (min) (Figura 6), em anexo 240 / 86,4 (11) (14) expresses (2), (2a) e (6) do Documento - Projecto de Sistemas de Drenagem de guas Residuais Comunitrias


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QUADRO 4 - QUADRO PARA CLCULO DO COLECTOR DE GUAS PLUVIAIS DO EXEMPLO. CLCULO AUTOMTICO


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Figura 6 - Curvas de intensidade - durao - frequncia aplicveis a Portugal Continental [Anexo IX do Decreto Regulamentar n 23/95, de 23 de Agosto]


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es 3 redes drenagem pluviais

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