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A Figura abaixo serve de roteiro para o início de um pequeno projeto de drenagem urbana. No passo 1 calcula-se a vazão de projeto (Q), com a fórmula Racional, tomando-se o coeficiente de escoamento (C) de acordo com a densidade demográfica, a intensidade máxima da chuva (I) pela equação intensidade-duração-frequência do local e tempo de recorrência de 10 anos, e a área da bacia (A) segundo a linha vermelha do último croqui à direita.

No passo 2 calcula-se o raio hidráulico (R = A/P) admitindo-se que a lâmina máxima no tubo seja de 94% e o diâmetro do tubo de concreto (D) é arbitrado e confirmado ou não no passo 4.

No passo 3 calcula-se a velocidade do fluxo (V), levando em conta a rugosidade do tubo (n), o raio hidráulico (R) e a declividade do tubo (I), tomada igual ao do terreno (ou não). Se for menor que a máxima permitida para o concreto (5 m/s) OK e, do contrário, diminui-se.

No passo 4 confirma-se se o diâmetro inicialmente arbitrado atende ao projeto. A área molhada média, função da geometria da seção, é mostrada logo acima do croqui da área.

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 23 dezembro 2018 às 9:22

DISSIPAÇÃO DE ENERGIA EM CANAL COM RESSALTO

Pela importância universal da água (para beber), os canais são as estruturas hidráulicas mais antigas que se conhecem e foram largamente utilizados (aquedutos) pelos Romanos. Depois da sua forma, a característica mais marcante do seu dimensionamento, é a declividade; porque é ela que confere a variação na velocidade do fluxo.

A velocidade da água, aliada à força da gravidade, concede uma energia ao fluxo em canais que, a depender de sua ordem de grandeza, precisa ser prevista e evitada, seja para manter a integridade da estrutura, como para operacionalizar o seu desempenho.

Uma das formas de dissipar a energia nos canais, é através do ressalto hidráulico, que aparece na foto da Figura abaixo. Neste caso (Estação de Tratamento de Água - ETA), usa-se essa energia para efetuar a mistura do coagulante. Tal turbulência, provoca uma grande perda de carga (ou energia) no escoamento e por este fato, este fenômeno é muito utilizado em estruturas dissipadoras de energia de escoamento.

A Figura abaixo do perfil de um canal, apresenta os diversos tipos de movimento e a sua causa (declividade do fundo, que interfere na velocidade média do fluxo, e este no número de Froude, F ou Fr), localizando onde ocorre o ressalto hidráulico. Quando F = 1 o regime é dito Uniforme ou Fluvial, e quando F > 1 o escoamento é crítico ou turbulento.

A Figura abaixo mostra alguns tipos de ressaltos, originados de diferentes velocidades, situações e números de Froude.

A Figura abaixo mostra as velocidades máximas do fluxo recomendadas no projeto hidráulico de canais embora alguns, como no caso de hidrelétricas e do exemplo dado a seguir, saiam desses limites.

A Figura abaixo apresenta os cálculos de um exercício do livro Fundamentos de Engenharia Hidráulica (Márcio Baptista e Márcia Lara, 3a. ed., Belo Horizonte - MG, 2014) disponível na Internet.

Bom proveito.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 20 dezembro 2018 às 10:44

PROTEÇÃO COM GABIÕES

A estrutura com gabiões consiste numa caixa formada por redes de aço zincado preenchida por pedras ou britas. A rede de aço zincado é entrelaçada de forma a definir malhas hexagonais com aberturas de 6x8 cm ou 8x10 cm (Gabimarão). A malha metálica restringe o movimento das pedras e das britas no seu interior, o que se traduz no aumento da estabilidade destes elementos, quando comparada com revestimentos constituídos por blocos soltos.

Os gabiões são cheios de material caracterizado por diversas granulometrias, tentando sempre que haja uma graduação de diâmetros crescente do lado do aterro para a zona em contacto com o escoamento (Lemos, 2008).

Os gabiões podem ser utilizadas no controle da dissipação à saída de aquedutos e na proteção e controlo de erosões em canais. Também são utilizados em estruturas de queda e em estruturas com degraus (Ramos, 2005; Martins, 2000).

A Figura abaixo mostra os 3 tipos de gabiões comumente utilizados em obras hidráulicas.

A aplicação de gabiões a jusante de aquedutos está condicionada à velocidade do escoamento à saída. Ramos (2005) sugere que estas estruturas sejam adotadas para velocidades até 4,5 m/s. No entanto, Lemos (2008) considera que estas soluções poderão ser consideradas em casos onde a velocidade seja relativamente superior.

A dissipação de energia é conseguida através do impacto do escoamento na estrutura em gabião. O material de enchimento além de constituir um sistema filtrante é também um revestimento resistente a ações de arrastamento da corrente.

De acordo com Lemos (2008) geralmente, os gabiões são assentes sobre mantas de geotêxtil do tipo não tecido que, para além de constituírem um primeiro elemento da estrutura filtrante, materializam uma camada de separação.

A Figura abaixo mostra o dimensionamento hidráulico de um canal de seção trapezoidal revestido com colchão Reno (um tipo de gabião em manta).

Comentário de Rodolfo Geiser em 20 dezembro 2018 às 7:08

José Luiz; SEMPRE PARABÉNS...ABRAÇO, R

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 19 dezembro 2018 às 9:05

POÇOS DE VISITA

Definição:

Tratam-se de dispositivos auxiliares implantados nas redes de águas pluviais com o objetivo de possibilitar a ligação das bocas-de-lobo à rede coletora e permitir as mudanças de direção, de declividade e de diâmetros dos tubos da rede coletora, além de propiciar acesso para efeito de limpeza e inspeção, necessitando, para isso, sua instalação em pontos convenientes (1).

A Figura abaixo mostra os componentes básicos de um poço de visita (PV) e que, pela pequena altura, trata-se provavelmente do primeiro ou segundo de uma série, instalado no início da rede de coletores de águas pluviais. O tampão fica ao nível da rua.

É a câmara visitável através de abertura existente em sua parte superior, destinada à reunião de dois ou mais trechos de coletor (de águas pluviais) e à execução de trabalhos de manutenção. Essa é a definição dada pelo Norma Brasileira ABNT NBR 15645 "Execução de obras de esgoto sanitário e drenagem de águas pluviais utilizando-se tubos  e aduelas de concreto", de 2009.

A Figura abaixo foi retirada da página 28 da respectiva Norma e mostra, em perfil, um Poço de Visita convencional. Embora não seja mostrado, do lado esquerdo, deve ser construída uma escada de marinheiro, para acesso ao fundo do poço.

Como podem ver, trata-se de montar anéis de concreto com 2 diâmetros internos: 60 cm até 1 m de profundidade e, daí pra baixo, outros de 1,0 m (se o coletor de águas pluviais do fundo tiver diâmetros de 0,15 m a 0,5 m) ou D = 1,2 m (se o coletor tiver D > 0,5 m a 0,8 m).

Distância entre PVs:

Segundo as "Instruções Técnicas para Elaboração de Estudos Hidrológicos e Dimensionamento Hidráulico de Sistemas de Drenagem Urbana" (Aprovada pela Portaria 0/SUB - RIO-ÁGUAS "N" no. 004/2010), o espaçamento entre poços de vista (PV) deverá estar compreendido entre 30,0m e 40,0m, independentemente do diâmetro da tubulação.

A Figura abaixo mostra, em corte, o posicionamento de uma série de poços de visita (PVs).

Profundidade dos PVs:

A profundidade máxima recomendada para os poços de visita é de 3,0 m. Os poços de visita com altura superior a 3,0 m deverão ser construídos em concreto armado.

Declividade das galerias:

A Figura abaixo apresenta as declividades mínimas que devem ter os vários diâmetros de coletores de águas pluviais, o que impacta as profundidades e distâncias entre PVs. O diâmetro calculado (em vermelho, na linha 15 da planilha) refere-se ao último trecho da rede, caso o terreno fosse inclinado e os tubos seguissem a mesma declividade.

A partir da linha 17, os cálculos são refeitos para 480 m de ruas, como se o terreno fosse plano e as áreas de contribuição para os PVs fossem iguais. Observe que: a) a vazão no último trecho é a mesma do cálculo feito com o terreno inclinado; b) as vazões, declividades e diâmetros variam nos trechos entre PVs; c) existe uma coluna oculta (E-G) com o cálculo teórico do diâmetro calculado por fórmula; e d) a última coluna da planilha refere-se à profundidade dos PVs (H em metros), que começa com o mínimo de 1 m no início, e vai crescendo com a distância levando em conta, inclusive, a mudança de diâmetro.

REFERÊNCIA:

(1) Infra-estrutura/Redes de Drenagem/Poços de Visita para Redes de Drenagem

http://187.17.2.135/orse/esp/ES00286.pdf

Detalhes construtivos:

http://187.17.2.135/orse/esp/ES00275.pdf

Especificações técnicas (com desenhos) do DNIT:

http://www1.dnit.gov.br/anexo/Projetos/Projetos_edital0494_10-23_12...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 17 dezembro 2018 às 14:40

BOCAS DE LOBO

Bocas de lobo são estruturas hidráulicas que tem a função de coletar as águas pluviais da superfície das ruas e conduzi-las às galerias, que ficam embaixo. A figura abaixo mostra os principais tipos que existem.

A vazão que passa pela sarjeta e, na sequência, entra na boca de lobo é calculada pela expressão:

A vazão da boca de lobo é calculada em função do comprimento da abertura (L) e da altura da lâmina d´água (H), como mostra a Figura abaixo.

Segundo Netto (1998), bocas de lobo do tipo guia podem ser consideradas como um vertedor, sua capacidade de engolimento pode ser determinada por: Q = (1,7*L*y)^(2/3)  onde:

Q = vazão de engolimento da boca de lobo em m/s³;

L = Comprimento da soleira em m;

y = altura da lamina de água próxima à abertura, na guia em m

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 16 dezembro 2018 às 15:11

ENROCAMENTO DE PROTEÇÃO

A  proteção com o uso do enrocamento é frequentemente utilizada quando a velocidade do escoamento à saída dos aquedutos é inferior a 4,5 m/s pois, para estas situações, ela é mais econômica do que a construção de estruturas de dissipação de energia.

É comum adotar-se para o peso volumétrico do material dos blocos de enrocamento o valor de 2650 N/m³ (Samora, 1993). A extensão do enrocamento de proteção é calculada, segundo Debo e Reese (1995) pela expressão: L = 4,5*Fr*h1 onde: Fr = número de Froude e h1 = lâmina d´água à jusante da estrutura de saída do aqueduto.

A Figura abaixo mostra um esquema de proteção do terreno contra erosão na saída dos tubos que compõem os aquedutos. D100 é o maior tamanho recomendado para as pedras.

Critérios de uso

1) O diâmetro médio das pedras para formar o tapete de enrocamento em escoamentos muito turbulentos é calculado pela expressão: D50 = V²/2,5*g

2) O maior bloco (D100) e o menor (D0) deverão pesar, respectivamente, o quádruplo e um quarto do peso do bloco médio. Admitindo que o peso é proporcional ao cubo do diâmetro:

D100/D50 = 4/3 = 1,58 e D0/D50 = 0,25/3 = 0,63.

3) A espessura mínima do tapete de enrocamento é 1,5*D100.

A Figura abaixo mostra um exemplo numérico feito em Excel e com o auxílio de uma calculadora on line.

E de sobra, oferece ainda dezenas de Cálculos Hidrológicos úteis, no mesmo esquema desse do tubo de drenagem pluvial. Vide abaixo:

BIBLIOGRAFIA:

Cálculo de bueiro:

http://onlinecalc.sdsu.edu/canalemlinha03.php

Página da FAO para Projetos de Drenagem:

http://www.fao.org/docrep/006/t0099e/t0099e04.htm

Urban Storm Drainage:

http://www.semswa.org/uploads/FileLinks/a0b9436a763f4470a648b3fca2d...

Sistemas de Drenagem Sustentáveis:

(para Paisagistas)

https://www.rspb.org.uk/globalassets/downloads/documents/positions/...

Planilhas do Eng. Plínio Tomaz:

http://www.pliniotomaz.com.br/excel/

Comentário de Rodolfo Geiser em 15 dezembro 2018 às 16:08

José Luiz, Sempre firme. Obrigado e parabéns. abraço, R

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 15 dezembro 2018 às 14:35

DISSIPADOR DE ENERGIA

Em geral, a proteção contra a erosão não é exigida quando a velocidade de saída é inferior a 1,5 m/s (1). No entanto, mesmo nestas situações, poder-se-á optar por fornecer alguma forma de proteção quando os solos são facilmente erodíveis. A velocidade de saída é calculada pela expressão:

Assim, num tubo de 60 cm de diâmetro (interno), a velocidade de saída deve ser menor que 4,85 m/s.

O Quadro abaixo mostra algumas estruturas de dissipação de energia e  seus condicionantes.

Para além de ser um indicador de necessidade de dissipação, a velocidade também é um parâmetro de aplicabilidade, pois o uso de certas estruturas de dissipação é condicionado a determinados valores de velocidades de escoamento.

A altura de água a jusante é um parâmetro que influencia o desempenho de muitos tipos de dissipadores, particularmente aqueles que funcionam através de um ressalto hidráulico, que exigem a presença de uma certa altura de água a jusante para ser eficazes.

Para efeitos de conceção de um dissipador de energia, os resíduos são classificados em três grupos: silte/areia, cascalho/pedregulhos e detritos flutuantes. Devido às elevadas velocidades de escoamento e à turbulência no dissipador de energia, os detritos transportados pelo escoamento podem causar abrasão ou outros danos às estrutura.

O desempenho de algumas estruturas de dissipação de energia está condicionado ao caudal de entrada, pois por vezes caudais elevados para os quais o dispositivo de dissipação não foi desenvolvido poderão condicionar o desempenho do dissipador. Por exemplo, no caso de estruturas de dissipação por ressalto, poderão arrastar o ressalto para jusante da estrutura.

Escolha da solução:

Relativamente a montante, pretende-se adquirir os seguintes dados: vazão a descarregar, tipo de regime de escoamento, altura da água do escoamento, velocidade do escoamento, dimensões, rugosidade e inclinação do canal de drenagem e o número de Froude. A jusante é fundamental obter-se os seguintes dados: secção transversal do canal natural, tipo de solo, declividade do canal e a altura de água a jusante. Deve-se analisar se o material do leito à saída da passagem hidráulica é passível de sofrer erosões. Caso seja, deve ser estimada a formação de uma fossa de erosão.

Para a escolha da estrutura, dependendo da complexidade do caso identificado nos estudos preliminares, utilizam-se Árvores de Decisão, como a mostrada na Figura abaixo:

A árvore de decisão 2, apresentada na Figura abaixo, destina-se às estruturas de dissipação que poderão ser utilizadas à saída de passagens hidráulicas. É de notar que são indicados mais do que um dispositivo de dissipação para as condições apresentadas, porém terão de ser verificadas as condicionantes específicas.

Tapetes de enrocamento

Os tapetes de enrocamento são utilizados na proteção de canais, a jusante de passagens hidráulicas e à saída de bacias de dissipação de energia, quando se prevê que a velocidade de escoamento não satisfaz valores permitidos ao canal natural. Apesar de ser utilizado o mesmo material para estas três situações, o dimensionamento é efetuado de forma diferente. O cálculo é feito pela equação abaixo:

De acordo com Thompson, et al. (2006), a altura de água a jusante deve ser limitada entre 0,4*D e D. Se ela for desconhecida, para efeitos de cálculo é aconselhado que seja considerado um valor igual a 0,4*D.

Classes de enrocamento

A Figura abaixo mostra em planilha os cálculos de um bueiro e seu respectivo tapete de enrocamento.

REFERÊNCIA:

(1) Dimensionamento de Obras de Dissipação de Energia em Drenagem de Vias de Comunicação, ISEL, Lisboa, 2014.

https://repositorio.ipl.pt/bitstream/10400.21/4481/1/Disserta%C3%A7...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 13 dezembro 2018 às 17:31

A FÓRMULA DE TALBOT

Normalmente, o dimensionamento hidráulico de aquedutos exige que se disponha de dados que permitam estimar a precipitação intensa. A fórmula de Talbot (1), segundo Bustamante (1996), é aplicada nos casos de ausência desses dados, e foi estabelecida com base num grande número de chuvas intensas, com valores que atingiram 100 mm/h, na zona Oeste dos Estados Unidos. Vide Figura abaixo mostra uma planilha Excel com um exemplo numérico, considerando um terreno agrícola com 5 hectares.

Em terrenos de permeabilidade elevada, os valores do coeficiente da fórmula de Talbot (Ct) apresentados no Quadro acima, devem ser reduzidos em 50%.

REFERÊNCIA:

(1) TCC de Mestrado, Dimensionamento Hidráulico, Capítulo 3, pág. 27/56, Portugal.

http://www.estgv.ipv.pt/paginaspessoais/fmartins/Publica%C3%A7%C3%B...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 13 dezembro 2018 às 8:03

RISCO DAS INUNDAÇÕES

A causa principal das cheias é a precipitação intensa (1). As cheias são a principal causa das inundações. Entre as principais consequências estão as perdas materiais (deslizamentos de encostas) e de vidas humanas (afogamento e choques elétricos), as perdas de produtividade pelos engarrafamentos, interrupções da energia elétrica e no abastecimento d´água potável e doenças (como a leptospirose) na população que entra em contato direto com a água das enxurradas.  Na gestão dos riscos de inundação há ações em três eixos principais: controle das cheias (piscinões, parques lineares e outros), os avisos (sirenes nas comunidades)  e a evacuação (galpões reservados para abrigar famílias) e a gestão das zonas inundáveis (zoneamento urbano, e uma das restrições explicitadas nestes Planos são as das zonas inundáveis).

A Figura abaixo apresenta um fluxograma de inundação em área urbana, com destaque para a perda material (veículos) e de tempo perdido ao trabalho.

A caracterização das zonas inundáveis deve ser baseada no tipo de ocupação porque os problemas das inundações são diretamente relacionados com as atividades humanas. Em princípio, a maior parte das barragens podem controlar as cheias, se convenientemente operadas.

A Figura abaixo mostra os graus de risco, segundo o Ministério das Cidades.

O Mapa de Risco de Inundação (2) pode ser elaborado segundo metodologia já utilizada no Brasil, como mostra o fluxograma abaixo.

Já estamos acostumados a ver na TV carros sendo arrastados pelas enxurradas em várias cidades do Brasil. Dizem que quando o nível d'água atinge o eixo das rodas, já corremos perigo. A Figura abaixo calcula o risco de aquaplanagem.

REFERÊNCIAS:

(1) O RISCO DAS INUNDAÇÕES E A SUA GESTÃO. UMA VISÃO NACIONAL E UMA VISÃO EUROPEIA (http://www.aprh.pt/congressoagua98/files/com/004.pdf)

(2) http://www.scielo.br/pdf/sn/v21n2/a05v21n2.pdf

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