Estudo dirigido



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Centro Federal de Educação Tecnológica

Curso Integrado de Transporte Rodoviário

ESTUDO DIRIGIDO

Orientações para elaboração do

trabalho de drenagem urbana

Vitória, ES

2008/2

Da apresentação do problema

O presente estudo se faz na região do bairro Jardim Camburi, parte continental do Município de Vitória, Estado do Espírito Santo, conforme mostra a figura 1 (modificado do software Google Earth). Na porção central da figura encontra-se a ilha de Vitória, e a nordeste desta, já ao norte da baía de Vitória, localiza-se a bacia de drenagem em foco, já próxima à região industrial do complexo de tubarão, onde se encontram a Companhia Vale do Rio Doce e a Companhia Siderúrgica de Tubarão.



Figura 1 – Foto aérea de localização da região de estudo

A região de estudo acomoda grande contingente populacional adensada em estrutura urbana horizontal, ainda com espaço suficiente para crescimento vertical, reflexo do aquecimento do setor imobiliário local. A região é cortada pelo corredor norte-sul, que escoa o trânsito da Capital do Estado do Espírito Santo no trajeto para o município vizinho da Serra e praias ao norte, além de fazer-se envolta de parte de corredor logístico rodoviário, portuário e ferroviário, sendo amplamente requisitado em serviços desta natureza.

Há que se considerar, portanto, alguns detalhes da região em particular que compreende o trecho de quinhentos metros de extensão da via Fortunato Abreu Gagno, pista composta por duas faixas de rolamento, sendo uma ida e outra vinda. A região se desenvolve no entorno da latitude e longitude indicados no canto inferior esquerdo, vide figura 2, donde se percebe cotas médias muito aquém dos 10m positivos do nível médio dos mares, com divisor topográfico no exato limite sul da Rua Ranulpho Barbosa dos Santos.

Recomenda-se, nesta fase do trabalho, a leitura das páginas 1 a 57 da apostila de drenagem do prof Fábio Zorzal, bem como das páginas 1 a 28 da apostila de drenagem do prof Silveira e do artigo do prof Tutti.

Figura 2 – Foto aérea do trecho de estudo da rodovia do contorno e adjacências



Da delimitação das áreas de serviço

O estudo ora realizado tem a finalidade acadêmica e foco na ampliação da capacidade de drenagem na região da rua anteriormente apontada. Nesta situação, já se supõe existente uma bacia de contribuição trabalhada no entorno dos próprios cursos d’água existentes, que servirão como canais de macrodrenagem que serão ampliados artificialmente com a contribuição da microdrenagem que ora se constitui.

Considere que a topografia definiu a cota mais ao norte do trecho no greide de serviço como sendo 6m (veja detalhe da figura 3 retirada no próprio Google Earth), que se segue ao norte em elevação natural até a cota 0m, já ao sul do trecho, ou seja, desce numa inclinação típica de 6m em 500m, ou ainda 1,2% em declividade negativa. Como dito, o divisor topográfico ao norte faz-se com a própria Rua Ranulpho Barbosa dos Santos. A Rua Fortunato Abreu Gagno servirá de canal de macrodrenagem recebendo contribuições de um lado pela bacia que ora se calcula e de outro pela bacia anexa.

Figura 3 – Detalhe da foto aérea do trecho de estudo

Supõe-se, então, que o deságue das contribuições precipitadas naquela bacia afluem para um único ponto na porção mais baixa acima indicada. Note que ela se dá naturalmente a partir do alinhamento da Rua Fortunato Abreu Gagno, cruzando as duas pistas de rolamento já existentes da assim chamada de Avenida Dante Michelline, em que transitam veículos no rumo leste-oeste. Assim, a cota de chegada se faz no exato nível médio dos mares.

Ao se trabalhar a figura anterior já dentro de um software de desenho por computador, conseguir-se-ia chegar ao esboço traçado na próxima figura, na qual evidencia o início dos limites de um canal principal que sai do norte na direção sul, já recebendo contribuições da bacia de noroeste, de duas bacias de oeste, além de outra de sudoeste, que não foram objeto de estudo no presente trabalho. As vazões de chegada no canal principal de macrodrenagem serão informadas em momento futuro apropriado.




Q= xxxl/s

Q= xxxl/s

h=6m (divisor topográfico)

h=0m (nível do mar)

Q= xxxl/s

Q= xxxl/s
Figura 4 – Pré-definição da área de contribuição (parte leste do canal Fortunato Abreu Gagno)

Observe que inicialmente cada sub-bacia será definida conforme os limites topográficos do terreno de uma maneira mais global, sem que se dispense o conjunto do escoamento. Assim, o canal que recebe as contribuições mencionadas não deve receber diretamente as contribuições de sua própria bacia, sendo necessária a delimitação de tubulação secundária paralela específica para tal finalidade, motivo pelo qual se estabelece a próxima figura. Note que cada área de contribuição aflui a um único poço de visita em sua porção mais baixa, sendo este alimentado pelos receptáculos denominados bocas de lobo, que recebem das sarjetas as águas precipitadas em cada uma das bacias.





Figura 5 – Versão final dos limites da bacia hidrográfica e sub-bacias de trabalho

A essa vazão, que se faz contribuir pelas águas de pistas, águas de telhados e outras áreas que se somam dentro da área limitada pelo projetista, dá-se o nome de vazão de montante do poço de visita, que passa a escoar para o poço de visita de jusante. Enquanto isso acontece, as contribuições da área seguinte se fazem acumular para serem somadas no trecho seguinte, dando seqüência a cada nova contribuição. Assim, a vazão “Q” dada por qualquer bacia será aqui calculada como sendo o “Qtrecho” de cada nova área.

Ao fim de cada deslocamento, dá-se a vazão de toda a bacia acumulada até aquele ponto, ou simplesmente “Qjusante” até aquele ponto, onde Qjusante=Qmontante+Qtrecho, ou ainda a vazão de contribuição do trecho anterior que aflui na área de contribuição de cada nova bacia, somada à vazão dá o escoamento da própria bacia. Elas se juntam e seguem para o trecho seguinte novamente com a denominação de vazão de montante, e assim sucessivamente.


Qmontante
Figura 6 – Comportamento das vazões em cada sub-bacia

Da especificação dos parâmetros hidrológicos

Há que se determinar, então, os parâmetros relacionados a um dos métodos de cálculo de vazão. Sabe-se que a equação que rege o comportamento de bacias com essas características de área pode ser trabalhada com o emprego do método racional, aplicável nesse estudo por compreender área delimitada inferior a 2,5km2, alguns autores recomendam 4km2. Por este método, a vazão é dada por Q=0,28xCxixA, onde “C” é o coeficiente de Runoff (adimensional); “i” é a intensidade de chuvas intensas em mm/h; “A” em km2. Para cada sub-bacia de contribuição consegue-se determinar a vazão que aflui em seu ponto mais baixo, como visto, com a denominação de “Qtrecho”.

Detalhando os termos da equação, faz-se necessário aproveitar dos estudos hidrológicos realizados pelo prof. Robson Sarmento, os quais apontam a equação de chuvas intensas sendo dada pela equação assim descriminada: i=2071xTR0,32 / (t+20)0,96, onde “i” é a intensidade de chuva dada em mm; “TR” é o período de recorrência de projeto, estipulada em 10 anos para o caso aplicado em zona residencial; “t” é o tempo de concentração da bacia em minutos, cujas parcelas se fazem respectivamente pelo tempo inicial “ti” e pelo tempo de permanência “tp”, ou seja t=ti+tp.

Adotando-se o tempo inicial de cada sub-bacia como sendo 12minutos, adequada para região de residências, e a equação de Kerby para determinação do tempo de permanência, consegue-se determinar o tempo de permanência pela equação tp =1,44(L2.n/s)0,47), onde “L” é o comprimento de cada trecho em estudo; n é o coeficiente de Kerby, que para a situação típica encontrada pode ser considerada uniforme e igual a 0,1; e “s” sendo a declividade do terreno em m/100m ou %. Pode-se finalmente considerar o coeficiente de Runoff como sendo igual a 0,6 para toda a região, refletindo um terreno ocupado por residências.



Do dimensionamento das tubulações

A construção do projeto se faz inicialmente com a delimitação da área de drenagem, seguindo-se com os planos de escoamento em sub-bacias capazes de conduzir seguramente as águas precipitadas para as porções mais baixas do terreno. O bom senso ajuda na composição desses planos, sendo bons indicativos, o aproveitamento dos cursos d’água naturais, a topografia, o uso e ocupação do solo, as edificações existentes, as demandas localizadas, etc.



Figura 7 – Modelo de delimitação de cada sub-bacia

Depois disso, delimitam-se as bacias de drenagem para cada poço de visita que deve se afastar um do outro em 60m, no máximo, já lançados no eixo da via existente ou projetada, ou conforme recomendações da prefeitura local. A partir desses poços de visitas, e a montante deles até o limite do poço de visita anterior tem-se o limite da bacia de contribuição daquele poço, que se junta em fronteira próxima ao meio da quadra. Note na figura anterior que o poço de visita propriamente dito pode ficar fora da bacia de drenagem, pois quem faz a captação é a boca de lobo. O passo seguinte se dá com a respectiva numeração dos poços de visita, onde se recomenda que o deságüe de um poço de visita se faça sempre num número maior do que o poço de visita anterior, ramo por ramo.



Figura 8 – Numeração dos poços de visita



Com o auxílio de ferramentas computacionais, consegue-se determinar as distâncias entre os poços de visita, bem como as respectivas áreas de contribuição a montante de cada poço de visita, já com seu Coeficiente de Runoff, tal como se mostra na tabela que se segue. Note, que para área residencial, adotou-se “CRunoff” igual a 0,6.

Tabela 1 - Coleta de dados

Tre-cho

Poço de visita




Comprimento do trecho

Área de contribuição

Área de contribuição

Área acumulada

Coeficiente de Run-off




M

J

(m)

(m2)

(ha)

(ha)

C










0

0

0

0

0

t1-7

1

7

40,50

1012,00

0,10

0,10

0,60

t2-7

2

7

52,80

638,00

0,06

0,06

0,60

























t7-8

7

8

62,60

2882,00

0,29

0,45

0,60

t3-8

3

8

55,20

2457,00

0,25

0,25

0,60

























t8-9

8

9

64,20

3229,00

0,32

1,02

0,60

























t4-5

4

5

40,00

1241,00

0,12

0,12

0,60

t5-6

5

6

50,50

2273,00

0,23

0,35

0,60

t6-9

6

9

55,40

2253,00

0,23

0,58

0,60

























t9-canal5

9

canal5

6,00

2784,00

0,28

1,88

0,60













18769,00

1,88







Ao fim do projeto, tem-se definido para cada trecho a sua respectiva contribuição, que nos trechos iniciais são menores e decorrentes da primeira área de drenagem a montante do primeiro poço de visita. Depois disso, são somadas as novas áreas para cada novo poço de visita, fazendo-se gradualmente o aumento do diâmetro, que no mínimo se faz de 500mm. Com as profundidades de assentamento se iniciando com recobrimento mínimo de 0,6m, que devem ser somadas ao próprio diâmetro, dá-se a cota de assentamento. Quando isso acontece-, há que se considerar um ajuste denominado Coeficiente de Distribuição “n” dado por n=1/A0,15, para áreas acumuladas maiores que 1ha.

Sabe-se que cada canal lança suas águas coletadas no poço de visita subseqüente, ao que se faz com a dependência do tempo de permanência, que se faz implicar sobre o cálculo da intensidade de chuva que se precipita sobre a bacia, e esta por sua vez na própria vazão de contribuição do trecho. Assim, a segunda tabela mostra que os tempos de concentração se acumulam em cada trecho, e este, por sua vez, impacta na intensidade de chuva, que reflete na vazão, tal como no exemplo abaixo. Esse é o exato emprego do Método Racional.



Tabela 2 – Cálculos das vazões
















Vazão na seção







Área Equivalente

Área Equivalente Acumulada

Tempo de permanência

Tempo de concentração

Intensidade Pluviométrica

Montante

Contribuição

Jusante

(ha)

(ha)

(minutos)

(minutos)

(mm/h)

(l/s)

(l/s)

(l/s)

0,00

0




12

155,32










0,06

0,06

0,56

12,56

152,75

0,00

25,78

25,78

0,04

0,04

0,66

13,22

149,84

0,00

15,95

15,95

























0,17

0,27

0,88

14,11

146,11

41,73

70,24

111,97

0,15

0,15

0,69

12,69

152,17

0,00

62,36

62,36

























0,19

0,61

0,93

15,03

142,39

174,33

76,44

250,77

























0,07

0,07

0,55

12,55

152,78

0,00

31,63

31,63

0,14

0,21

0,63

13,18

150,00

31,63

56,87

88,49

0,14

0,35

0,69

13,88

147,05

88,49

55,26

143,75

























0,15

1,11

0,09

15,12

142,05

206,12

60,02

266,14

Iniciando-se em 12minutos (tempo inicial), este se acumula com o tempo de permanência da fórmula de Kerby, como antes mencionado. Note ainda que a cada novo trecho, o tempo inicial volta aos 12 minutos. Tomando devidamente a multiplicação das colunas, tem-se a vazão de cada trecho; e daí propaga-se a onda de escoamento pela bacia de drenagem pluvial artificial em dimensionamento pelo maior tempo de concentração, quando dois tubos se juntam no projeto a partir de um mesmo poço de visita. Nesse exemplo em específico, a primeira chuva precipitada leva um tempo teórico de 15,12minutos para se desenvolver ao longo da bacia e sair no fim do “PV9”, percorrendo seu comprimento total.

Tabela 3 – Cálculo das declividades













Greide do terreno




Declividade







Trecho

Poço de visita




Comprimento do trecho

Montante

Jusante

Do terreno

Mínima

Usada




M

J

(m)

(m)

(m)

m/100m

m/100m

m/100m

área anterior







0
















t1-7

1

7

40,5

2,00

2,00

0,00

0,14

0,14

t2-7

2

7

52,8

3,00

2,00

1,89

0,14

1,89




























t7-8

7

8

62,6

2,00

2,00

0,00

0,09

0,09

t3-8

3

8

55,2

3,00

2,00

1,81

0,14

1,81




























t8-9

8

9

64,2

2,00

2,00

0,00

0,05

0,05




























t4-5

4

5

40

4,00

4,00

0,00

0,14

0,14

t5-6

5

6

50,5

4,00

3,00

1,98

0,14

1,98

t6-9

6

9

55,4

3,00

2,00

1,81

0,07

1,81




























t9-canal5

9

canal5

6

2,00

2,00

0,00

0,05

0,05

Num próximo passo, determina-se a declividade de cada trecho, primeiramente pelo próprio greide do terreno, depois pela declividade mínima de cada diâmetro, pré-dimensionado com o auxílio de ábacos tabelas (veja detalhes na planilha do Prof. Fábio Zorzal). Com a declividade e a vazão de meia seção consegue-se determinar o diâmetro, por tentativa e erro, até configurar o tripé da fórmula de Manning, qual seja, a vazão “Q”, declividade “s” e diâmetro “D”.

Tabela 4 – Cálculo do diâmetro final do trecho






















Vazão plena

Vazão meia seção

Velocidade a seção plena

Qjusante/

Qpleno

Diâmetro

Recobrimento

Junção

(l/s)

(l/s)

(m/s)

%

(mm)

(m)

(m)













500







122,45

61,22

0,62

21,06

500

0,6

0,00

451,08

225,54

2,3

3,53

500

0,6

0,00






















240,81

120,40

0,63

46,50

700

0,7

0,20

451,08

225,54

2,3

13,83

500

0,6

0,00






















597,2

298,60

0,76

41,99

1000

1

0,30






















122,45

61,22

0,62

25,83

500

0,6

0,00

451,08

225,54

2,3

19,62

500

0,6

0,00

401,11

200,55

0,79

35,84

800

1

0,30






















772,23

386,12

0,81

34,46

1000

1

0,00

Note que com o diâmetro, tem-se o recobrimento exigido para sua instalação, bem como o que se denomina de junção, dada pela diferença entre o diâmetro que chega e o diâmetro que saí do poço de visita. Eles serão fundamentais para se determinar as cotas de assentamento das tubulações antes e depois de cada poço de visita. Ao que se chama caimento, dá-se pelo produto da distância que se caminha segundo uma declividade usada.

Tabela 5 – Cotas de assentamento e suas profundidades

Cotas de assentamento







Profundidade de assentamento




Montante

Caimento

Jusante

Montante

Jusante

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)
















0,90

0,06

0,84

1,10

1,16

1,90

1,00

0,90

1,10

1,10
















0,64

0,06

0,59

1,36

1,41

1,90

1,00

0,90

1,10

1,10
















0,29

0,03

0,25

1,71

1,75
















2,90

0,06

2,84

1,10

1,16

2,84

1,00

1,84

1,16

1,16

1,54

1,00

0,54

1,46

1,46
















0,54

0,00

0,54

1,46

1,46

Utilizando-se das inclinações mínimas para cada trecho, adotado em função do diâmetro do tubo, tem-se a cota de chegada do próximo poço de visita. Descontando-se essa cota da cota do terreno, consegue-se chegar à profundidade de assentamento. Esse procedimento se repete para cada novo trecho, obviamente considerando as vazões que são somadas em cada nova área de contribuição, até alcançar o limite da meia seção em tubulações secundárias, onde se passa ao aumento do diâmetro como resposta à descarga no trecho.

Figura 9 – Resultados dos cálculos de projeto entre dois trechos consecutivos (exemplo)

A figura anterior é o resultado final gráfico que deverá ser entregue como produto final do dimensionamento, bem como a própria planilha. Obviamente que deve ser considerada em cada trecho desse projeto sua respectiva situação de cálculo no momento da representação final gráfica.

Conclusões

A proposta deste estudo dirigido é a de fornecer uma prática de terraplanagem, preferencialmente numa situação que possa servir de modelo para o emprego similar deste conteúdo no caso temático escolhido pelo aluno em sala de aula. Os valores aqui produzidos procuram refletir uma situação real, mas têm amplo sentido fictício, o que não invalida a produção acadêmica.

A partir de então, utilize o presente estudo para desenvolver a sua situação, enriquecendo com novos detalhes pertinentes ao seu esforço e aprendizado. Busque na comunidade profissional valores mais próximos possíveis de serem aplicados em seu quadro fictício, traduza num relatório próximo ao que ora se apresenta e aproveite-o como experiência antecipada de uma possível situação real futura. Bom trabalho!

Anexo

Preparação do material de uso

Depois de escolher uma região no Google Earth, conforme as figuras 1, 2 e 3, deve-se proceder de uma cópia da figura do Google Earth para dentro do AutoCAD, usando os tradicionais comandos de copiar e colar. Sugere-se que todos os dois programas estejam abertos nesse momento.

Depois disso, deve-se proceder o ajuste da escala usando o comando “Scale” com um fator que torne o comprimento de uma rua do mesmo tamanho no AutoCAD. Para tanto, defina o tamanho de uma via conhecida dentro do Google Earth, por exemplo, 0,5km de um trecho qualquer usando a ferramenta de régua. No AutoCAD, veja de que tamanho ficou o mesmo trecho, por exemplo, nesse caso ficou com 76,68m.

A partir desses dois números, consegue-se achar a relação de escala de 500m/76,68m, o que resulta em 6,52. Ou seja, a figura colada no canto inferior esquerdo ficou ampliada em 6,52 vezes ao seu lado direito, ajustando o trecho para seus 500m reais. A partir de então, todos os comprimentos estarão na mesma escala desejada.



Figura 10 – Fase de espalhamento e compactação do aterro definitivo



Com este ajuste de escala realizado, seu desenho estará pronto para uso. Defina então, já dentro do AutoCAD, um conjunto de trechos supostamente a serem drenados como prática de aula neste trabalho. Não se esqueça de se apoiar no conjunto de informações de cotas ainda providas pelo software Google Earth. Por exemplo, passando o cursor na região de trabalho, o software Google Earth mostra a altitude em que aquele ponto determinado está. Com isso, você consegue definir melhor os limites da sua região de drenagem, ou seja, o divisor de águas.


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