Problemas em Drenagem Urbana

Primeiro Exercício: Conceitos básicos

1. Elabore um pequeno texto conceituando drenagem urbana.2. Apresente as principais causas das inundações em áreas urbanas.3. Faça uma breve discussão acerca de cada uma das principais causas das inundações em áreas

urbanas e sua relação com as inundações.4. Finalmente elabore um agrupamento destas causas de acordo com categorias que você mesmo

possa definir.

Segundo Exercício: Escoamento em sarjetas

1. Analisar o escoamento em uma sarjeta simples em concreto (n = 0,0017) situada em viapública com as características apresentadas no quadro abaixo, identificando:

a) A descarga máxima observada para uma variação da declividade transversal correspondendoà faixa 10 ≤ z ≤50, a cada cinco unidades.

b) Elaborar gráfico relacionando a declividade transversal com a lâmina d’água observada.c) Elaborar gráfico relacionando a lâmina d’água observada com a descarga.d) Elaborar gráfico relacionando a lâmina d’água observada com a velocidade do escoamentoe) Elaborar gráfico relacionando a descarga com a velocidade do escoamento.

Tipo da Via Largura da Via Inclinação LongitudinalB [m] I [m/m]

Secundária 12 0,004Principal 15 0,0016Avenida* 18 0,0020

* com canteiro central de 2 m de largura

2. Analisar o escoamento em uma sarjeta composta em concreto (n = 0,0017) situada em viapública principal com largura de 12m, declividade longitudinal 0,004 m/m. A sarjeta possui60 cm de largura com variação da declividade transversal com os seguintes valores: 10, 30 e50. A declividade do pavimento deverá ser inicialmente igual a cada um dos três valores,posteriormente deverá ser variada de 10 em 10 unidades até o limite de 80. Elaborar gráficosexplicativos como no exercício anterior.

Terceiro Exercício: Revisão teórica sobre método racional

1. Elabore uma revisão sobre o método racional. Apresente em destaque:a) Vantagens, desvantagens e limites de aplicabilidade do método.

b) Hipóteses do método e explicações acerca de cada uma das hipóteses.c) Importância e formas de escolha do coeficiente de deflúvio.d) Apresente e explique um exemplo de aplicação do método.Quarto Exercício: Dimensionamento de galerias pluviais

1. A figura a seguir representa um sistema de galerias pluviais em tubos de concreto pré-moldado. As áreas contribuintes são todas iguais a 0,006 Km2 e seus coeficientes de deflúvioiguais a 0,6. O tempo de entrada inicial é 10 minutos. As intensidades de precipitação sãorepresentadas pela equação de chuvas para Florianópolis. Considerando-se um período deretorno igual a 10 anos, calcular:

a) os tempos de concentração nos pontos P1, P2, P3 e P4;b) as vazões estimadas nos pontos P1, P2, P3 e P4;c) os diâmetros das galerias P1-P3, P2-P3 e P3-P4Observe que:A área é praticamente plana. Você precisará estabelecer as declividades das galerias.A velocidade não poderá ser inferior a 0,8 m/s e nem superior a 3,5 m/s.A profundidade de um poço de visita não poderá ser superior a 4 metros.

A1C1

A3C3

A5C5

A2C2

A6C6

P1P2P3

P4

A4C4

Galeria comprimento [m]P1-P3 80P2-P3 80P3-P4 80

Quinto Exercício: Dimensionamento de galerias pluviais

1. A figura e tabela a seguir representam um sistema de galerias pluviais, áreas contribuintes erespectivos coeficientes de deflúvio. Utilizando a equação de chuvas intensas paraFlorianópolis, pede-se:

a) Determinar os diâmetros das galerias pluviais detalhando por escrito e explicando todos oscálculos realizados;

b) Determinar a vazão de descarga no ponto 5.O período de retorno a ser empregado deverá ser igual a 10 anos.

B1 B2 B3 B7

B4

B5

B6

2 3 4 5

67

Área [ha] Sub-bacia Tempo de entrada [min] Coeficiente de deflúvio1.2 B1 8.5 0.452.2 B2 9.0 0.482.1 B3 9.0 0.461.5 B4 7.0 0.701.0 B5 7.5 0.502.4 B6 9.0 0.654.2 B7 10.0 0.50

Trecho de galeria Comprimento [m] Declividade [m/m]2-3 100 0.0253-4 100 0.0146-7 70 0.0077-4 110 0.00254-5 125 0.007

Sexto Exercício: Dimensionamento de galerias pluviais

1. A figura a seguir representa um sistema de galerias pluviais, áreas contribuintes e respectivoscoeficientes de deflúvio. Dimensione todas as galerias detalhando por escrito e explicandotodos os cálculos realizados, para um período de retorno de 5 anos, empregando a equação dechuvas para Florianópolis.

A1C1A2

C2

A4C4

A3C3A5

C5

A6C6

3111

4

2

1

5

6

7

8

Características das subbaciassubbacia área [hc] coeficiente de

deflúviotempo de entrada

[min]A1 1.5 0.4 5A2 0.7 0.3 8A3 1.0 0.4 10A4 1.7 0.5 6A5 2.0 0.3 6A6 1.0 0.6 8

Características das galeriasgaleria comprimento [m] declividade [m/m]

L12 100 0.01L23 100 0.005L54 100 0.01L43 100 0.02L37 100 0.005L67 100 0.005L78 100 0.005

Sétimo Exercício: Urbanização e drenagem

1. Explique porque a vegetação ciliar em cursos d’água deve ser mantida.2. Explique porque não se deve conectar sistemas de descarga de esgotos domésticos à rede de

drenagem3. A ocorrência de enchentes em uma área urbana pode ser resultantes de alterações no ciclo

hidrológico da bacia hidrográfica à montante desta área urbana ou em decorrência da própriaurbanização. Explique

4. Explique porque a urbanização afeta o período de retorno das inundações em áreas de várzea.

Oitavo Exercício: Urbanização e drenagem

1. Qual a importância de um sistema de drenagem urbana?2. Por que são diferentes os períodos de retorno utilizados no dimensionamento do sistemas de

microdrenagem e de macrodrenagem?3. Por que a urbanização pode favorecer a redução do escoamento básico em cursos d’água

pertencentes a bacias urbanas ?4. Atualmente a drenagem urbana está deixando de ser uma atividade meramente técnica

voltada ao projeto e construção de obras e vem incorporando outras atividades e serviços.Quais são algumas destas atividades e serviços?

5. Qual o efeito da urbanização sobre os valores máximos das vazões de cheia em cursosd’água?

6. Qual o efeito da urbanização sobre o volume total de escoamento? O que é um sistema dedrenagem?

Nono Exercício: Revisão teórica sobre método racional

1. Quais são as hipóteses requeridas para aplicação do método racional. Explique-as.2. À medida que se aumenta a área da bacia, menor é a confiabilidade do método racional para

estimativa de vazões em projetos de drenagem. Por quê?3. Na estimativa de vazões pelo método racional, por que as vazões são maiores quanto maiores

forem os períodos de retorno?4. Qual a mais séria limitação do método racional?5. coeficiente de escoamento superficial é um coeficiente empírico? O que ele representa em

termos hidrológicos? Qual a sua importância ?6. Muitos engenheiros pensam que é possível somar as descargas em um ponto quando se

elabora um projeto de microdrenagem, entretanto isto não é correto. Explique porque.

Décimo Exercício: Galerias pluviais

1. O sistema de microdrenagem é estabelecido em função do traçado das ruas e vias públicas eele próprio é um fator de agravamento ao problema das enchentes. Por quê ?

2. Quando o projetista escolhe a declividade para assentar uma galeria, quais os efeitos sobre oscálculos dos tempos de concentração dos pontos de jusante ao se elevar ou diminuir estadeclividade?

3. Supondo que não haja dificuldades com relação à escavação e profundidades de poços devisita, o projetista pode dimensionar as galerias utilizando declividades de assentamento a seucritério pessoal. Caso todas as galerias sejam assentadas com as mínimas declividadespossíveis, quais os efeitos sobre os tempos de concentração em cada ponto de projeto?

4. Em galerias de concreto admite-se uma faixa de velocidades do escoamento entre 0,60m/s ≤V ≤ 5,0m/s. Quando o cálculo de uma galeria resulta em velocidades fora desta faixa, como oproblema pode ser contornado?

5. Quando se elabora um projeto de drenagem, não é conceitualmente válido somar vazõesafluentes a um mesmo ponto. Explique.

6. Todos sabem as principais recomendações para um projeto de microdrenagem. Enumere ascinco mais importantes. Ordene por ordem de importância e explique com muito rigor edetalhe cada uma, expondo também porque o ordenamento escolhido.

Décimo Primeiro Exercício: Urbanização e Drenagem

1. Você foi chamado para analisar e atualizar um projeto de canalização de um rio, a jusante deuma região que se desenvolveu muito nos últimos 20 anos, em função da extração de madeirade suas florestas e da implantação de uma agropecuária intensiva. O projeto foi elaborado nosanos 70 e utilizou dados pluviométricos e fluviométricos do período de 1950 a 1970.Atualmente, os dados abrangem desde 1950 a 1995. Após Ter analisado estatisticamente osdados pluviométricos e fluviométricos disponíveis a respeito da bacia, você observou que:

• Tanto os valores pluviométricos do período de 1950 a 1970 (projeto original) como os valorespluviométricos da atualização do projeto (1950 a 1995) possuem a mesma tendência, ou seja,a probabilidade de ocorrência de um certo valor continua praticamente a mesma,independentemente do tamanho da amostra.

• Os valores fluviométricos no tocante às vazões apresentam um tendência diferente. Osvalores obtidos para um mesmo tempo de recorrência para o período de 1950 a 1970 (projetooriginal) são inferiores aos obtidos para o período de 1950 a 1995 (atualização do projeto).A atualização do projeto deverá manter as mesmas condições de escoamento do projeto

original, ou seja, a mesma declividade do canal, velocidade média e altura de água no interior docanal.

a) Quando você for redigir o relatório, quais serão seus argumentos para explicar a diferençade vazão encontrada entre o projeto original e a atualização do projeto?

b) Como influenciará a alteração de vazão no dimensionamento da canalização?

Décimo Segundo Exercício: Aplicação do método racional

1. O escoamento superficial proveniente do estacionamento abaixo representado escoaunicamente na direção indicada e contribui diretamente ao canal. O tempo de concentração éde 30 min e o coeficiente de deflúvio para a superfície do pavimento é 0,80. Desprezando-sea velocidade no canal, determinar as vazões de pico correspondentes:a) a uma chuva com 120 mm/h de intensidade e duração de 10 minutos;b) a uma chuva com 30 mm/h e duração de 40 min.

canal de saída

150 m

50 m

2. O esquema a seguir representa um pátio de estacionamento industrial. O escoamento daságuas de chuva sobre o pavimento se faz em uma única direção dirigindo-se para uma calhasemicircular de concreto com 40 cm de diâmetro e declividade 0,002 m/m. Este canaldescarrega em uma caixa de passagem ligada a uma tubulação em concreto. O coeficiente dedeflúvio da área é igual a 0,80 e a velocidade média do escoamento no pavimento é de 0,2m/s. Pede-se determinar o diâmetro da tubulação de descarga utilizando uma declividade deassentamento de 0,0015 m/m.Para os cálculos utilize a equação de chuvas de Florianópolis com um período de retornoigual a 4 anos. Qualquer outra hipótese ou informação adotada deverá ser explicada ejustificada.

60 m

20 m

Canal

Caixa depassagem

Tubulação desaída

3. A figura abaixo apresenta esquematicamente um estacionamento cujo revestimento foirealizado em asfalto e encontra-se em bom estado. Na superfície do estacionamento oescoamento da água proveniente das chuvas se faz exclusivamente na direção indicada a umavelocidade média de 0,8 m/s. A calha que recebe a água escoada pelo pavimento ésemicircular em concreto pré-moldado, seu diâmetro é 30 cm e a declividade deassentamento 0,084 m/m. Pergunta-se:

a) quais os tempos de concentração dos pontos S1 e S2 do canal ?b) considerando-se que as intensidades de precipitação possam ser descritas pela equação de

chuvas para Floiranópolis, quais as vazões de pico esperadas nas seções S1 e S2 para umperíodo de retorno igual a 2 anos?

S1 S2

120 m 120 m

60 m

Décimo Terceiro Exercício: Galerias pluviais

Quando se realiza um projeto de drenagem, tanto na escala de uma pequena área quantona escala da bacia hidrográfica, o projetista se depara com dificuldades já que não há normastécnicas que regulamentem o assunto.a) Apresente e discuta três aspectos que deveriam constar das quanto ao dimensionamento do

sistema.b) Apresente e discuta três aspectos que deveriam constar das quanto a execução das obras.c) Apresente e discuta três aspectos que deveriam constar das normas quanto a manutenção do

sistema.

Décimo Quarto Exercício: Aplicação do método racional

1. Uma área urbana é composta por duas subbacias que são unidas a um mesmo ponto porgalerias circulares conforme o esquema a seguir. Pede-se calcular os diâmetros das trêsgalerias, utilizando a equação de chuvas intensas para Florianópolis.

A = 0,02 Km2

C = 0,60A = 0,04 Km2

C = 0,80

I = 0,016 m/mL = 60 mn = 0,013

I = 0,004 m/mL = 80 mn = 0,013

I = 0,0007 m/mn = 0,013

tc = 12 min tc = 18 min

BA

2. Um motivo de inundações provocadas pelo sistema de drenagem é a conexão de novasgalerias a caixas de passagem já existentes. Por exemplo, no bairro do Itacorubi, durante aampliação de um trecho de rua que ainda não está pavimentado a COMCAP resolveuconectar a galeria pluvial que irá drenar esta rua a uma caixa de passagem existente. Estacaixa de passagem já recebe duas outras galerias e possui uma única saída constituída com1200 mm de diâmetro e declividade igual a 0,0020 m/m.

Galeria existenteÁrea de drenagem 0,04050 Km2

Coeficiente de deflúvio 0,6Tempo de concentração 19 minDiâmetro 900 mm

Galeria existenteÁrea de drenagem 0,0350 Km2

Coeficiente de deflúvio 0,6Tempo de concentração 28 minDiâmetro 900 mm

Galeria de saídaDiâmetro 1200 mmDeclividade 0,0020 mm/mm

O novo trecho de galeria a ser conectado na caixa de passagem possui uma área dedrenagem de 0,032 Km2 com coeficiente de deflúvio igual ao das áreas anteriores, sendo que seutempo de concentração é de 17 minutos.

A questão prática a ser resolvida é: a galeria de saída suportará a nova descarga sem quehaja trasbordamento da caixa de passagem? Para tanto será necessário saber:

a) Qual a capacidade de descarga da galeria?

b) Nas condições atuais, antes na nova conexão, qual a descarga esperada na saída da caixade passagem para um período de retorno de 10 anos?

c) Após a nova conexão, qual a descarga esperada na saída da caixa de passagem para umperíodo de retorno de 10 anos ?

d) É necessário substituir a galeria de saída por outra? Qual seria seu diâmetro?

Décimo Quinto Exercício: Galerias pluviais

1. O esquema apresentado mostra uma rede de galerias cujas principais características constamdas planilhas.

Ponto Área de drenagemlocal

Coeficiente dedeflúvio

Tempo deentrada

Km2 min1 0,004 0,4 102 0,004 0,7 63 0,004 0,7 64 0,004 0,7 65 0,004 0,4 106 0,004 0,4 10

56

4 123

Utilizando-se a equação de chuvas para Florianópolis, esta rede foi dimensionada para umperíodo de retorno de 5 anos, com tubos de concreto (n=0,015). Os resultados dos cálculos sãoresumidos a seguir.

Ponto I C . A tc i Q trecho Dteórico Dcomercial

Vplena tp

[m/m] [min] [mm/h] [m3/s] [m] [m] [m/s] [min]1 0,0040 0,00160 10,00 103,43 0,046 1-2 0,285 0,300 0,75 2,2222 0,0040 0,00600 12,22 95,82 0,160 5-2 0,454 0,500 1,05 1,5813 0,0040 0,01040 13,80 91,56 0,265 4-3 0,549 0,600 1,19 1,4005 0,0060 0,00160 10,00 103,43 0,046 2-3 0,264 0,300 0,92 1,8146 0,0060 0,00160 10,00 103,43 0,046 3-4 0,264 0,300 0,92 1,814

Depois de alguns anos, as áreas de montante foram urbanizadas houve alteração doscoeficientes de deflúvio que passaram de 0,4 para 0,7. Simultaneamente, todos os tempos deentrada reduziram-se para 6 minutos.

Para evitar inundações e atender às novas descargas o sistema de galerias antigo deveráreceber uma nova rede em paralelo onde for necessário, mantendo-se as mesmas declividades dasgalerias existentes.

Pede-se rever os cálculos e dimensionar as novas galerias, detalhando e explicando todosos cálculos realizados.

Décimo Sexto Exercício: Galerias pluviais

1. A figura abaixo representa um sistema de galerias pluviais, áreas contribuintes e respectivoscoeficientes de deflúvio. Dimensione as galerias nos trechos 1-3, 2-3, 4-5, 3-5 e 5-6,detalhando por escrito e explicando todos os cálculos realizados. Não é necessáriodimensionar as profundidades dos PVs; apenas os diâmetros das galerias.

A2C2

A4C4

3 1

4

56 A1C1

2

Características das subbaciassubbacia área [Km2] coeficiente de deflúvio

A1 0,008 0.5A2 0,006 0.6A4 0,004 0.8

Características das galeriasgaleria comprimento [m] declividade [m/m]

L13 100 0.0012L23 80 0.0015L35 100 0.0018L45 80 0.0012L56 100 0.002

Características dos pontosponto Tempo de concentração [min]

4 81 122 10

Décimo Sétimo Exercício: Galerias pluviais

1. Apresente e explique pelo menos duas situações sobre:a) o quê não deve ser feito; eb) por quê não deve ser feito.

• No sistema de macrodrenagem de uma bacia urbana que possua um curso d’água em umaárea já urbanizada.

• Em um projeto de microdrenagem para uma área em urbanização que esteja integralmentecercada por outras áreas já urbanizadas, sendo que estas áreas circunvizinhas possuemsistemas de microdrenagem com galerias pluviais.

• Quando se vai escolher e utilizar o coeficiente de deflúvio durante o projeto de um sistema demicrodrenagem.

• Quando se vai determinar o tempo de concentração em um trecho de sistema de drenagemque possui galeria.

• Quando é necessário estabelecer a declividade de uma galeria pluvial.• Quando se vai escolher (calcular) o diâmetro de uma galeria pluvial.• Na fixação das cotas das galerias afluentes e defluente em um poço de visita.

Décimo Oitavo Exercício: Galerias pluviais

Você foi contratado(a) para realizar um projeto de microdrenagem que engloba trêsloteamentos iguais ao projetado durante a disciplina e conectados conforme o esquema abaixo.Os condutos nos trechos 1-2 e 2-3 serão executados em concreto in loco em formato de seçõesquadradas. Determinar as descargas nos pontos 1, 2 e 3 para período de retorno 20 anos edimensionar os condutos considerando:a) Velocidades dentro dos limites recomendados.b) Seções de escoamento com borda livre de 5 cm.

Loteamento 1 Loteamento 2 Loteamento 3

Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3

A conexão de cada loteamento é feita por intermédio de uma caixa de ligação. As trêscaixas de ligação possuem o fundo na cota 94 m e recebem as canalizações provenientes dosloteamentos nesta mesma cota. O trecho 1-2 possui comprimento igual a 120m e o trecho 2-3,145m.

Cada loteamento possui área 0,026 Km2 , coeficiente de deflúvio global igual a 0,80 etempo de concentração até a caixa de ligação igual a 12 minutos.

Décimo Nono Exercício: Aplicação do método racional

Um pequeno loteamento situa-se em região de encosta de uma bacia hidrográfica. Suarede de microdrenagem está conectada a uma canalização que inicia-se no ponto B, possuidiâmetro igual a 700 mm, declividade de 0,0023 m/m e faz o lançamento diretamente no cursod’água.

Na região a montante deste loteamento será realizado um novo loteamento conforme oesquema apresentado na figura. É necessário verificar se o sistema de microdrenagem que seráconstruído para o novo loteamento poderá ser conectado à canalização existente a partir do pontoB. Caso não seja possível, deverá ser implantada nova canalização apenas para complementar anecessidade de descarga. O problema consiste portanto em verificar se a canalização existentesuportará as descargas provenientes de ambos loteamentos e, caso necessário, dimensionar a novacanalização que receberá apenas descarga excedente.

O período de retorno utilizado para cálculo da intensidade de precipitação deve ser igual a10 anos, uma vez que este foi o valor utilizado nos cálculos realizados durante odimensionamento da canalização. A canalização em concreto (n =0,017) foi dimensionadainicialmente considerando-se escoamento a seção plena. Caso seja necessária uma canalizaçãocomplementar, esta deverá possuir a mesma declividade de assentamento da canalizaçãoexistente.

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Ponto B

loteamento existente loteamento novoÁrea do loteamento 0,012Km2 0,032Km2

Coeficiente de deflúvio global 0,8 0,75Tempo de concentração até o ponto B 24 minutos 30 minutos