Autores:

Nuno Almeida N.º 2110760

Susana Ribeiro N.º 2110421

CONCEÇÃO E DIMENSIONA

DE REDES DE DRENAGEM

DE ÁGUAS PLUVIAIS

Hidrologia e Recursos Hídricos

2º Ano 2º Semestre

Engenharia Civil Pós Laboral

Abril 2012

ONCEÇÃO E DIMENSIONAMENTO

DE REDES DE DRENAGEM PÚBLICA

DE ÁGUAS PLUVIAIS

Página | 1

Docentes:

Ricardo Gomes

Fernando Cruz

I

DECLARAÇÃO DE ORIGINALIDADE

Trabalho Prático de Hidrologia e Recursos Hídricos

Conceção e dimensionamento de redes de drenagem pública de águas pluviais

Os autores deste relatório/trabalho/ projeto declaram que o conteúdo do mesmo é da sua autoria e

não constitui copia parcial ou integral de trabalhos de outro(s) autor(es).

(Assinatura do 1º autor)

_____________________________________ Nuno Miguel de Figueiredo Almeida

(Assinatura do 2º autor)

_____________________________________ Susana Isabel Rosa Ribeiro

O não cumprimento está sujeito a sanção disciplinar conforme previsto no artigo 134º do Estatutos do IPL

II

ÍNDICE

ÍNDICE ............................................................................................................................................ II

1 | Introdução .................................................................................................................................... 3

2 | Sistemas de Drenagem Pública de Águas Pluviais ...................................................................... 3

2.1 – Tipos de Sistemas ................................................................................................................ 3

2.2 – Componentes do Sistema Separativo de Drenagem Pública de Água Pluvial .................... 4

3 | Dimensionamento ........................................................................................................................ 4

3.1 – Caudais de Cálculo .............................................................................................................. 5

3.2 – Cálculo de diâmetros ........................................................................................................... 7

3.3 – Cálculo da Inclinação Máxima e Mínima Admissível ........................................................ 8

3.4 – Seleção da Inclinação e Implantação dos Coletores ............................................................ 9

3.5 – Largura das valas, assentamento e aterro dos coletores .................................................... 10

4 | Considerações Finais ................................................................................................................. 12

5 | Bibliografia ................................................................................................................................ 13

Bibliografia .................................................................................................................................... 13

6 | Anexos ....................................................................................................................................... 14

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Secção cheia .................................................................................................................... 8

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1- ASCE ............................................................................................................................... 6

3

Capítulo Um

1 | Introdução A execução do projeto de conceção e dimensionamento da rede de drenagem pública de águas

pluviais faz parte integrante da Unidade Curricular de Hidrologia e Recursos Hídricos, a sua

elaboração é de carácter obrigatório.

O principal objetivo deste projeto é dar a conhecer os métodos, materiais e regulamentação

necessária à correta elaboração do mesmo, na área da drenagem pública de águas pluviais. Para tal,

passa-se a descrever todo o processo desenvolvido na realização do projeto de conceção e

dimensionamento da rede de drenagem pública de águas pluviais, justificando sempre que

necessário as decisões tomadas.

Capítulo Dois

2 | Sistemas de Drenagem Pública de Águas Pluviais Consta no Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de

Drenagem de Águas Residuais (RGSPPDADAR), que os sistemas de drenagem pública de águas

residuais podem ser: Separativos, Unitários, Mistos, Separativos parciais ou pseudo-separativos –

Art. 116º.

2.1 – Tipos de Sistemas

• Separativos – Sistema constituído por duas redes de coletores distintas, uma para uso das

águas residuais domésticas e industriais e a outra para a drenagem das águas pluviais;

• Unitário – Sistema constituído por uma única rede de coletores que recebe as águas

residuais domésticas, industriais e pluviais;

• Mistos – Sistemas em que uma parte da rede funciona como sistema unitário e a restante

como separativo, é comum encontrar este tipo de sistema em novas urbanizações, pois as

redes antigas próximas destas novas urbanizações funcionam como rede unitária e nas

novas urbanizações funcionam como rede separativa;

• Separativo parcial ou pseudo-separativo – Sistema utilizado excecionalmente, consiste na

ligação de águas pluviais de pátios interiores à rede de águas residuais doméstica.

O tipo de sistema adotado neste projeto foi o separativo.

4

2.2 – Componentes do Sistema Separativo de Drenagem Pública de Água Pluvial

• Redes de coletores e ramais de ligação

• Órgãos acessórios – câmaras de visita/caixas de visita, dispositivos de entrada (Sarjetas de

passeios ou sumidouro)

• Órgãos especiais e instalações complementares – bacias de retenção, câmaras drenantes,

instalações elevatórias.

Capítulo Três

3 | Dimensionamento O dimensionamento de uma rede de drenagem pública de águas pluviais consiste numa primeira

fase em determinar os caudais, para posteriormente se determinarem os diâmetros mínimos a serem

utilizados para os coletores. Após este dimensionamento terão que ser verificadas, a inclinação

máxima e mínima a respeitar e será também feita a seleção da inclinação dos coletores e por

último, terão de se verificar as velocidades máxima e mínima (sempre respeitando os valores

regulamentares).

Antes de se iniciarem as várias etapas dos cálculos para efetuar o dimensionamento, devem ser

tidos em conta os seguintes pontos:

1. Estudo da zona em questão (ao nível planimétrico e altimétrico, de precipitação média

máxima, áreas impermeáveis que influenciam o coeficiente de escoamento e o período de

retorno a considerar), bem como do possível traçado – para tal, foi-nos fornecida uma carta

topográfica e elementos para calcular a precipitação e para um determinado período de

retorno (Tr = 5anos), apenas para a zona em estudo - que foi uma urbanização sita em

Leiria, mais concretamente a Urbanização Santa Clara, na freguesia de Parceiros. (desde

logo não contemplando o contexto em que se insere esta zona e outros parâmetros que

deveriam ser tidos em conta, condicionando algumas das opções e estudos necessários num

projeto que não meramente académico).

2. Efetuar o traçado da rede de drenagem pública de águas pluviais (que deve ser retilíneo,

tanto em planta como em perfil);

3. Assinalar a localização das caixas de visita (que devem ser colocadas na confluência de

coletores, nos pontos de mudança de direção, inclinação e de diâmetros de coletores, bem

como nos alinhamentos retos, sempre que estes excedam os 60m de comprimento;

4. Assinalar a localização dos sumidouros, que recebem as águas da sub-bacia hidrográfica

respetiva, e a sua ligação à caixa de visita – todas as caixas de visita, sumidouros e outros

elementos acessórios da rede foram colocados procurando respeitar as disposições

5

regulamentares, tendo em conta que a zona em estudo se situa em parte, numa zona de

encosta e em casos não contemplados nas disposições legais, tentando que imperasse o

bom senso;

5. Assinalar a localização das caixas de visita prediais, (que recebem as águas pluviais dos

lotes), com ligação à caixa de visita que recebe as águas destes elementos;

6. Marcar as bacias hidrográficas afetas a cada caixa de visita;

7. Ter em conta, a subdivisão de cada bacia hidrográfica pelo tipo de pavimento e ocupação

de solo (betuminoso, calçada/pavê, relva, coberturas e se é zona comercial, residencial,

industrial), para posteriormente calcular o coeficiente de escoamento ponderado.

A planta do traçado da rede, caixas de visita, sumidouros e outros, está presente no Anexo 1

3.1 – Caudais de Cálculo

Os cálculos de dimensionamento iniciam-se com o cálculo do Caudal de Cálculo com a utilização

da seguinte expressão (que resulta do Método Racional (A<25Km2)):

���� = � × � × (m3/s)

Onde:

A – Área da sub-bacia afeta à caixa de visita

C - Coeficiente de escoamento

���� ���� = ∑�� × �∑�

Para obtermos o valor do Coeficiente de Escoamento (C), é necessário ponderar este valor, isto é,

para cada bacia ou sub-bacia hidrográfica que estamos a estudar, iremos obter o C para cada tipo de

superfície (mais ou menos impermeável), em função da área que ocupa.

Na realização do Cálculo do Coeficiente de Escoamento consultou-se a tabela da ASCE, presente

no manual da unidade curricular, para se escolher o valor de C a atribuir a cada tipo de superfície.

6

Os valores escolhidos de acordo com o tipo de superfícies foram:

• Pavimento asfáltico – 0.90 pois este pavimento é bastante impermeável, como não temos

conhecimento das propriedades exatas deste pavimento achou-se melhor não selecionar

como valor de C o valor máximo da tabela;

• Passeio para peões – 0.85;

• Cobertura (telhados) – 0.90 pois também é uma superfície bastante impermeável.

• Relvado – 0.15 na escolha deste valor foi tido em atenção a falta de elementos sobre o

solo, uma vez que se desconhece se é permeável ou impermeável, assim sendo decidiu-se

selecionar um valor que encaixe nos dois tipos de solos.

As áreas das sub-bacias e os cálculos dos coeficientes de escoamento são apresentados no Anexo 2

Tipo de ocupação do solo C

Comercial: - no centro urbano 0,70 - 0,95 - nos arredores 0,50 - 070

Residencial: - habitações unifamiliares 0,30 - 0,50 - prédios isolados 0,40 - 0,60 - prédios geminados 0,60 - 0,70 - suburbanos 0,25 - 0,40

Industrial: - pouco denso 0,50 - 0,80 - muito denso 0,60 - 0,90 Parques e cemitérios 0,10 - 0,25 Campos de jogos 0,20 - 0,40

Tipo de superfície C

Pavimentos - asfáltico 0,70 - 0,95 - betão 0,80 - 0,95 Passeios para peões 0,85 Cobertura (telhados) 0,75 - 0,95 Relvado sobre solo permeável - plano < 2% 0,05 - 0,10 - médio 2% a 7% 0,10 - 0,15 - inclinado > 7% 0,15 - 0,20 Relvado sobre solo impermeável - plano < 2% 0,13 - 0,17 - médio 2% a 7% 0,18 - 0,22 - inclinado > 7% 0,25 - 0,35

Tabela 1- ASCE

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I - Intensidade média máxima de precipitação

� = � × �� (mm/h)

No cálculo da Intensidade utilizaram-se os dados fornecidos no enunciado do trabalho (parâmetro a

e parâmetro b) em função da zona de estudo e do tempo de retorno (que para este tipo de projetos

varia entre 2 e 10 anos). O valor de t, é o valor do tempo de concentração, isto é, o máximo tempo

que a água pode demorar a chegar de um ponto da bacia à secção de referência. (ao meio recetor –

caixa de visita). Nas caixas de cabeceira o valor de t assumido foi de 10 minutos e nas restantes

caixas o valor de t foi obtido de acordo com a seguinte expressão:

� = ���� + ������ �������� ����������� �.��� (min)

Exemplo genérico:

Cálculo de t para o troço BC

Considerando A uma caixa de cabeceira, tinicial = 10 min

Logo,

��� = �� + �� 0.9 × 60 = 10 + 30

0.9 × 60 = 10,56()* Em situações em que a caixa de visita recebe as águas pluviais de vários coletores, o valor de t

considerado é o maior de entre os vários conjuntos de troços que confluem naquela caixa.

Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 3

3.2 – Cálculo de diâmetros

Para determinar o diâmetro a utilizar, utilizam-se várias expressões para chegar ao valor a adotar,

nomeadamente:

• Diâmetro mínimo em função da altura da lâmina de água:

+���,, ≥ . /×01á341á3×56789:6; (m)

A B C

30 m

8

• Diâmetro mínimo em função da inclinação:

+���,� = <=�.>?�×01á3@A×B�1á3 CD// × 6F/G

56789:6;H/I (m)

Nestas expressões temos um valor de θ, este valor é o valor do

ângulo formado pelos dois raios que tocam a superfície livre,

como mostra a fig.1.

O valor de θ é obtido através da seguinte expressão:

J = 2 × �LMNO P1 − 2 × ,RS,com θ em radianos.

Após determinados estes valores comparam-se os resultados com o valor mínimo exigido no

Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de

Águas Residual, o valor a escolher é o máximo de entre os três.

Uma vez obtido este diâmetro (mínimo), terá de se encontrar um diâmetro comercial que seja igual

ou superior ao mesmo. Para isso teremos que conhecer o tipo de material a ser utilizado para os

coletores, que neste caso em concreto foi escolhido o de Betão Simples, e indicar o seu DN

(diâmetro nominal).

Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 4

3.3 – Cálculo da Inclinação Máxima e Mínima Admissível

Estes parâmetros, à semelhança do ponto anterior, são obtidos por uma escolha de entre várias

opções. No caso da inclinação mínima para a implantação de coletores, são utilizadas as seguintes

expressões:

• Inclinação mínima devido à imposição da altura da lâmina liquida máxima

)���,,5%; = U20.159 × ��áVWX × +//D × J=/D5J − sin J;?/D\

=× 100

• Inclinação mínima devido à imposição da velocidade mínima

)���,]5%; = U20.159 × ��í�WX × +//D × J=/D5J − sin J;?/D\

=× 100

Figura 1 - Secção cheia

9

J�_> = J� − <J� − sin J� − `1 − cos J� C

` = 8 × ��í�+= × d�í�

O processo de determinação do ângulo J�_> é iterativo, e deverá ser tido em conta que se o valor

encontrado for superior a 2e, então o valor a adotar deverá ser 2e.

A escolha da inclinação mínima é feita adotando o máximo de entre os dois valores anteriores e o

mínimo regulamentar.

• Inclinação máxima devido à imposição da velocidade máxima

)�áV,]5%; = U20.159 × ��áVWX × +//D × J=/D5J − sin J;?/D\

=× 100

J�_> = J� − <J� − sin J� − `1 − cos J� C

` = 8 × ��áV+= × d�áV

Respeita o mesmo raciocínio de cálculo do ponto anterior, e a escolha da inclinação máxima para a

implantação do coletor é obtida adotando o mínimo de entre o valor anterior e o máximo

regulamentar.

Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 5

3.4 – Seleção da Inclinação e Implantação dos Coletores

Nesta fase já são conhecidos todos os parâmetros necessários à implantação dos coletores (tipo de

material, diâmetros e inclinações mínimas e máximas a respeitar), e será então necessário conhecer

a topografia do terreno (para tal foram-nos fornecidos perfis longitudinais dos vários arruamentos),

para ajustar a inclinação do coletor, sempre que possível, à própria linha do terreno, de forma a

respeitar o mínimo regulamentar para o assentamento dos coletores (1m), e de modo a efetuar o

mínimo de movimentações de terras (escavações), possível, devido ao seu impacto nos custos da

obra.

10

Nota: O valor indicado para o assentamento dos coletores (Rm e Rj) refere-se à medida entre o

pavimento e o extradorso superior do coletor.

Para este efeito é necessário conhecer as cotas do terreno no local de implantação de cada caixa de

visita, determinando de seguida a inclinação do terreno entre caixas. As cotas foram retiradas dos

perfis longitudinais fornecidos e para as inclinações utilizou-se a seguinte fórmula:

)� �� ��5%; = <�N��fgLLg*N������� − �N��fgLLg*NhiX��� j��� ��� C × 100

Para determinar a profundidade de assentamento das caixas de visita, utilizaram-se as seguintes fórmulas:

kl5); = k(5); + j��� �� × <)��� ���,�5%; − )� �� ��5%;100 C

k(5); = kl5); − j��� �� × <)��� ���,m5%; − )� �� ��5%;100 C

)��� ���,�5%; = kl5); − k(5);j��� ��� × 100 + )� �� ��5%;

Para este caso em concreto, e devido aos diâmetros obtidos nos cálculos de dimensionamento, as

inclinações mínimas e máximas admissíveis para a implantação levaram a que a escolha da

inclinação do coletor induzisse em grandes profundidades de assentamento das caixas de visita, o

que representaria um custo acrescido bastante elevado. Assim sendo foi tomada a iniciativa de

aumentar um pouco alguns dos diâmetros obtidos no dimensionamento (respeitando todos os

dispostos regulamentares), conseguindo desta forma uma melhor relação entre a inclinação do

coletor e a inclinação do terreno, obtendo assim profundidades de assentamento bastante menores.

Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 6

A representação gráfica da implantação dos coletores (perfil longitudinal) encontra-se no Anexo 7

e os pormenores das caixas de visita, valas e sumidouro no Anexo 8

3.5 – Largura das valas, assentamento e aterro dos coletores

• Largura das valas

Na elaboração das valas deverão ser tidos em conta, os seguintes aspetos:

11

Para profundidades até 3 m (que representa a maior parte das profundidades de

assentamento das caixas de visita deste projeto), para a largura da vala (L), escolha-se o

mínimo de entre:

L = D, + 0.50 para condutas de diâmetro até 0.50 m;

L = D, + 0.70 para condutas de diâmetro superior a 0.50m

Onde D é o diâmetro exterior da conduta em metros.

Para profundidades superiores a 3 m, poderá a largura ter de ser maior, em função do tipo

de terreno, processo de escavação e nível freático – por norma mais 0.10m, por cada metro,

a partir dos 3m.

• Assentamento dos coletores

1 - Deverão ser assentes de forma a assegurar que cada troço se apoie contínua e

diretamente dobre terrenos de igual resistência.

2 – Quando o terreno não assegurar as condições necessárias à estabilidade das tubagens ou

acessórios, deverá ser substituído por material mais resistente devidamente compactado.

3 – Quando a escavação for feita em terreno rochoso, as tubagens devem assentar sobre

uma camada uniforme, previamente preparada, de 0.15 a 0.30m de espessura de areia,

gravilha, ou material similar cuja maior dimensão não exceda os 20mm.

4 – Devem ser previstos maciços de amarração nas curvas e pontos singulares, calculados

com base nos impulsos e resistência dos solos.

• Aterro das valas

O aterro deve ser efetuado de 0.15 a 0.30m acima do extradorso superior das tubagens com

material cujas dimensões não ultrapasse os 20mm.

A compactação do material de aterro deve ser feita com o cuidado necessário, por forma a

não danificar as tubagens e a garantir a estabilidade do pavimento.

Os cálculos destes parâmetros, referentes a este projeto encontram-se no Anexo 6

12

4 | Considerações Finais Fazem-se aqui referência a alguns pormenores importantes que devem ser tidos em conta na fase de

execução.

• O material a ser usado para os coletores é o Betão Simples (não armado), conforme o tipo

que está exemplificado no dimensionamento, e os materiais acessórios os que se adequem

aos mesmos.

• A natureza do terreno e condições de assentamento, não foram contemplados neste estudo.

• A profundidade mínima de assentamento de 1m dos coletores é medida entre o seu

extradorso superior e o pavimento da via pública.

• As descargas das águas pluviais nas respetivas linhas de água, não contemplou o estudo

necessário acerca do seu impacto nas mesmas, assegurando que estas eram compatíveis

com o tipo de descarga que se propõem lá efetuar. A razão pela qual este ponto não foi

verificado, prende-se com o facto de essas linhas de água estarem fora da nossa zona de

estudo, bem como não era um ponto exigido neste projeto em concreto.

• O regulamento tomado como base para a elaboração deste projeto foi o “Regulamento

Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas

Residuais”.

• As tabelas comerciais consultadas para o dimensionamento, e que seguem em anexo, são

meramente representativas, podendo ser utilizada qualquer outra marca, desde que respeite

todos os requisitos e garantias que as que aqui foram apresentadas.

• A caixa P20 é uma caixa que não consta nas caixas tipo fornecidas, sendo que terá que ser

uma caixa com queda guiada, mas também uma caixa de junção (e esta junção é a

confluência de 3 coletores e mais um de saída).

13

5 | Bibliografia

BIBLIOGRAFIA • Apontamentos teóricos da Unidade Curricular Hidrologia e Recursos Hídricos

• “Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de

Drenagem de Águas Residuais”

14

Capítulo Seis

6 | Anexos

15

Anexo 1

Desenho n.º 1 – Traçado Rede de Águas Pluviais (PD1)

16

Anexo 2

Tabela cálculo de C ponderado (1.1)

Desenho n.º 2 – Sub-bacias hidrográficas (PD2)

Desenho n.º 3 – Sub-bacias hidrográficas (PD3)

17

Anexo 3

Tabela cálculo de Caudais de cálculo (1)

18

Anexo 4

Tabela cálculo de Diâmetros (2, 2.1 e 2.2)

19

Anexo 5

Tabela cálculo de Inclinação Máxima e Mínima Admissível (3)

20

Anexo 6

Tabela cálculo Selecção da inclinação do colector: implantação do colector (4)

Tabela de cálculo da velocidade máxima e mínima (5 e 6)

Tabela de cálculo de assentamento de coletores – Valas (7)

Tabela de cálculo de assentamento de coletores - Escavação (8)

21

Anexo 7

Desenho n.º 4 – Perfis longitudinais (PD 4)

Desenho n.º 5 – Perfis longitudinais (PD 5)

Desenho n.º 6 – Perfis longitudinais (PD 6)

Desenho n.º 7 – Perfis longitudinais (PD 7)

Desenho n.º 8 – Perfis longitudinais (PD 8)

Desenho n.º 9 – Perfis longitudinais (PD9)

Desenho n.º 10 – Perfis longitudinais (PD10)

22

Anexo 8

Desenho n.º 11 – Pormenor Caixa de Visita (PD 11)

Desenho n.º 12 – Pormenor Caixa de Visita (PD 12)

Desenho n.º 13 – Vala Tipo (PD 13)

Desenho n.º 14 – Sumidouro (PD 14)