Redes de drenagem pluvial

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA

SECÇÃO DE HIDRÁULICA E DOS RECURSOS HÍDRICOS E AMBIENTAIS

LICENCIATURA EM ENGENHARIA CIVIL

PROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

EDUARDO RIBEIRO DE SOUSA JOSÉ SALDANHA MATOS




PROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS i

ÍNDICE DO TEXTO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................................ 1 2. ASPECTOS PARTICULARES DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS ........................................................................... 1 3. PRINCIPAIS COMPONENTES DOS SISTEMAS.......................................................................................................... 3 4. ESCOAMENTO DE SUPERFÍCIE.................................................................................................................................. 5

4.1 Considerações introdutórias................................................................................................................................... 5 4.2 Capacidade de dispositivos interceptores ............................................................................................................. 6

4.2.1 Capacidade de sarjetas de passeio. Exemplo de cálculo......................................................................... 6 4.2.2 Capacidade de sumidouros. Exemplos de cálculo ................................................................................. 12 4.2.3 Capacidade de grades localizadas em zonas baixas. Exemplo de cálculo ........................................... 17 4.2.4 Comparação entre a eficiência hidráulica de vários dispositivos interceptores ..................................... 18

5. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE COLECTORES.......................................................................................... 20

5.1 Considerações introdutórias................................................................................................................................. 20 5.2 Elementos de base............................................................................................................................................... 21 5.3 Cálculo de caudais pluviais .................................................................................................................................. 22 5.4 Critérios de projecto e procedimentos de dimensionamento .............................................................................. 26 5.5 Exemplo de cálculo .............................................................................................................................................. 28

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................................................................................... 30




PROJECTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS 1

1. INTRODUÇÃO

O objectivo principal deste Documento é apresentar os aspectos metodológicos e as práticas mais importantes na concepção e dimensionamento de sistemas de drenagem de águas pluviais. São discutidos, também, elementos referentes às bases de cálculo dos dispositivos interceptores de águas superficiais pluviais mais correntes (sarjetas de passeio e sumidouros), dando-se ênfase especial à sistematização dos procedimentos de dimensionamento e à apresentação de exemplos de cálculo. 2. ASPECTOS PARTICULARES DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS

O elevado custo dos investimentos afectos aos sistemas de drenagem de águas pluviais, relativamente ao das outras infra-estruturas urbanas, nomeadamente em aglomerados populacionais com uma população inferior a 5 000 habitantes, torna especialmente relevante a necessidade de se implementarem soluções tecnicamente adequadas, mas também economica-mente viáveis. O princípio de dimensionar, em toda a extensão de um aglomerado urbano, uma rede de colectores para drenar os caudais de ponta de cheia, provocadas por precipitações de curta duração e de intensidade elevada, conduz, na maioria das vezes, a soluções economicamente proibitivas. Assim, nos moldes actuais de concepção dos sistemas de drenagem de águas pluviais, são de evidenciar os seguintes aspectos:

redução da extensão das redes de colectores e dos respectivos diâmetros, maximizando-se o percurso superficial das águas pluviais e favorecendo-se a integração no seio das áreas impermeáveis, ou em torno destas, de áreas permeáveis, como zonas verdes, ou de áreas semi-permeáveis, como pavimentos constituídos por materiais incoerentes;

opção, em grande número de situações, por soluções de drenagem não convencionais, constituídas por lagoas de amortecimento (também designadas, por vezes, por lagoas de retenção) e por sistemas específicos de infiltração (designados, em terminologia inglesa, por soakaway systems);





preocupação com a problemática relacionada com a qualidade da água, nomeadamente tendo em conta os riscos de efeitos nocivos no meio receptor, circunstância esta que se torna especialmente relevante devido à poluição veiculada pelos caudais pluviais após o período estival.

Nos últimos anos, a concepção e as metodologias relativas à drenagem de águas pluviais têm evoluído consideravelmente, ajustando-se, de um modo mais adequado, às formas diversificadas de crescimento urbano e consequente ocupação do solo. As regras urbanísticas mais adequadas a uma redução dos caudais de ponta pluviais são aquelas que respeitam a integração de áreas permeáveis em áreas impermeáveis, através de soluções de descontinuidade. Sempre que possível, deverá ser privilegiado o estabelecimento de linhas de drenagem superficial através de espaços livres. Valetas e vales largos e pouco profundos são, de um modo geral, adequados para esse efeito. O tipo de solução a escolher deve ter em conta o cumprimento dos seguintes objectivos:

aumentar o volume de águas pluviais infiltradas; aumentar o volume da águas pluviais retidas e interceptadas, nas depressões do solo e nas árvores e arbustos;

promover o armazenamento temporário da águas pluviais em locais pré-seleccionados; permitir que, durante a ocorrência de precipitações intensas, se criem condições controladas de escoamento superficial ao longo das superfícies impermeabilizadas (passeios, arruamentos, parques de estacionamento, etc.), por forma a que as características do escoamento superficial, nessas condições, tenha em conta determinados critérios {9}, de modo a minimizarem-se os incómodos para os utentes dessas vias e o desgaste das superfícies impermeabilizadas.

Dada a interdependência entre os caudais pluviais, a bacia drenante e o tipo de ocupação do solo, torna-se aconselhável conceber as infra-estruturas de drenagem logo na fase inicial do planeamento urbanístico, o que nem sempre tem acontecido. Este aspecto é particularmente importante quando as condições naturais são desfavoráveis do ponto de vista de disponibilidade de energia potencial para se processar o escoamento (caso de zonas planas), quando se prevêem alterações profundas nas condições topográficas iniciais, ou quando o aglomerado





populacional se situa a jusante de uma bacia hidrográfica de dimensões relevantes. Quando, nessas condições, as áreas extra-urbanas são consideravelmente importantes, e por isso também importantes os caudais pluviais correspondentes, deve estudar-se o previsível comportamento do terreno, face à ocorrência de precipitações intensas. Aglomerados populacionais situados à beira de grandes cursos de água podem exigir o bombagem ou a retenção de caudais pluviais afluentes a zonas baixas, durante o período em que os níveis do curso de água não permitam o escoamento gravítico nos colectores. Redes de drenagem de aglomerados populacionais situadas a cotas pouco superiores às dos níveis de cheia do curso de água, ou de níveis de maré, deverão incluir, a jusante, colectores previstos para funcionarem em carga, quando da ocorrência de precipitações em períodos coincidentes com a ocorrência daqueles níveis. Em alguns destes casos, em que se pretendem minimizar os possíveis efeitos da inundação de áreas adjacentes, devem ser projectadas bacias de retenção, as quais vão permitir o armazenamento de volumes consideráveis contribuindo para um melhor funcionamento global do sistema. Aglomerados populacionais, cuja localização é adjacente a cursos de água torrenciais, devem dispor de espaços livres non edificandi, nas margens inundáveis (leito maior). Quando situados em encosta montanhosa, deve estudar-se o comportamento mecânico do terreno face às precipitações prolongadas e à necessidade de se considerarem obras de protecção, incluindo pequenos açudes, etc. A rejeição de caudais pluviais em pequenas linhas de água pode ocasionar, pelo aumento substancial dos caudais de ponta de cheia, prejuízos e inconvenientes aos utentes a jusante. Este aspecto não pode ser desprezado e a solução pode ser encarada na perspectiva da criação de dispositivos ou estruturas de armazenamento (bacias de retenção), para a eliminação ou redução daqueles inconvenientes. 3. PRINCIPAIS COMPONENTES DOS SISTEMAS

Os sistemas de drenagem de águas pluviais de aglomerados populacionais são constituídos, essencialmente, por redes de colectores e órgãos acessórios, podendo dispor de órgãos especiais e instalações complementares.





A rede de colectores é o conjunto das canalizações que assegura o transporte dos caudais pluviais afluentes, desde os dispositivos de entrada até um ponto de lançamento ou destino final. Ela é constituída, em geral, por colectores de betão de secção circular. Os órgãos acessórios são os seguintes:

dispositivos de entrada (sarjetas de passeio ou sumidouros) - as sarjetas de passeio são dispositivos sempre associados a um lancil do passeio, com entrada lateral de caudal; neste Documento são considerados os sumidouros, dispositivos que podem estar associados a um lancil ou a uma valeta, cuja entrada de caudal é feita superiormente; as fases do dimensionamento hidráulico e exemplos de cálculo deste tipo de órgãos são apresentados no Capítulo 4 deste Documento;

câmaras ou caixas de visita - destinadas a facilitar o acesso aos colectores, para observação e operações de limpeza e de manutenção; os aspectos relativos à sua implantação e constituição são apresentadas nos Documentos - Concepção de Sistemas de Drenagem de Águas Residuais e Órgãos Gerais dos Sistemas de Drenagem.

No que respeita aos órgãos especiais e instalações complementares, cuja utilização, implantação e descrição se apresentam noutros documentos, há que realçar os seguintes:

desarenadores - instalações complementares destinadas a provocar a deposição de materiais incoerentes transportados nas águas pluviais;

bacias de retenção - bacias destinadas a regularizar os caudais pluviais afluentes, restituindo, a jusante, caudais compatíveis com a capacidade de transporte da rede de drenagem ou curso de água;

câmaras drenantes - dispositivos específicos destinados à retenção e infiltração das águas pluviais, podendo ser associados ou não a sistemas de drenagem pluviais convencionais constituídos por colectores enterrados {10};

instalações elevatórias - a evitar, sempre que possível, tendo em conta a variabilidade dos caudais afluentes e a dificuldade de se manterem, devido a isso, as condições satisfatórias de funcionamento dos grupos electrobomba e da conduta de impulsão; a concepção e o dimensionamento da câmara de aspiração devem efectuar-se de modo a que não se verifiquem deposições exageradas de sólidos sedimentáveis, nomeadamente partículas





arenosas, e o volume útil deve ser compatível com os caudais máximos afluentes, aspecto que por vezes é difícil de garantir, dadas as elevadas dimensões exigidas.

4. ESCOAMENTO DE SUPERFÍCIE

4.1 Considerações introdutórias

Os dispositivos interceptores das águas 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, são implantados no extremo de montante dos troços das redes de drenagem de águas pluviais, e os dispositivos de percurso, que são implantados em bacias interiores e que estão ligados a troços intermédios ou finais da rede de drenagem subterrânea. O correcto dimensionamento e implantação dos colectores duma rede de drenagem de águas pluviais depende do adequado dimensionamento dos dispositivos que captam a água que se escoa superficialmente. Tais dispositivos devem ser concebidos e localizados de modo a que o sistema de drenagem seja o mais económico possível, salvaguardando-se, no entanto, o cumprimento de critérios estabelecidos para o escoamento superficial. Esses critérios são, em regra, os seguintes:

critério de não transbordamento - consiste em considerar uma altura máxima para o escoamento das águas pluviais sobre as superfícies impermeabilizadas, nomeadamente os arruamentos;

critério de limitação de velocidade - consiste em limitar a velocidade média do escoamento das águas pluviais, nas superfícies impermeabilizadas, a valores que não provoquem desgastes significativos nos pavimentos, nem incómodos exagerados aos peões e condutores de velocípedes e motociclos.

A este propósito, o Decreto Regulamentar nº 23/95, estipula, no seu artigo 165.º, que:

“1 - A eficiência hidráulica das sarjetas e sumidouros varia com a inclinação longitudinal e transversal do arruamento e a geometria da superfície de entrada. 2 - No dimensionamento das sarjetas e sumidouros deve atender-se aos valores dos





caudais superficiais a drenar, à capacidade de vazão dos colectores onde esses caudais afluem e ainda a outros factores tais como os entupimentos, a segurança e a comodidade do trânsito. 3 - No escoamento das águas pluviais nas valetas devem ser ponderados, cumulativamente, para períodos de retorno de 2 a 10 anos, os critérios seguintes: a) Critério de não transbordamento; b) Critério de limitacão da velocidade; c) Critério de limitação da largura máxima da lâmina de água na valeta junto ao lancil. 4 - No primeiro critério impõe-se que a altura máxima da lâmina de água junto ao passeio seja a da altura do lancil deduzida de 2 cm para folga. 5 - No segundo critério deve limitar-se a velocidade de escoamento superficial a 3 m/s para evitar o desgaste do pavimento. 6 - No terceiro critério deve reduzir-se a 1 m a largura máxima de lâmina de água nas valetas junto dos lancis dos passeios. 7 - Para colectores calculados para períodos de retorno superiores a 10 anos, deve prever-se a implantação de sumidouros de reforço.”

Os dois critérios apresentados são válidos, para o escoamento tanto em bacias de cabeceira, como em bacias interiores. A aplicação destes critérios permite de superfície definir a localização dos dispositivos interceptores, nada adiantando, no entanto, quanto à caracterização dos mesmos. A escolha do tipo e das dimensões do dispositivo interceptar deve ser efectuada de modo a que seja eficiente, em termos de recolha das águas pluviais. Em {9} é proposto que tais dispositivos sejam dimensionados de modo a que a razão, entre os caudais captados e afluentes (denominada eficiência hidráulica), seja superior a um valor mínimo, compreendido entre 0,75 e 0,85. 4.2 Capacidade de dispositivos interceptores

4.2.1 Capacidade de sarjetas de passeio. Exemplo de cálculo

Entende-se por sarjeta de passeio, o dispositivo cuja caixa de recolha está situada sob o passeio, processando-se a entrada de água por uma abertura lateral, localizada na face vertical do lancil, tal como se ilustra na Figura 1.





Figura 1 - Representação esquemática de uma sarjeta de passeio sem depressão Em Portugal, os tipos, as características e as condições de emprego das sarjetas estão normalizados (NP-676). As sarjetas de lancil (ou de passeio) designam-se, também, do tipo L (ver Documento Órgãos Gerais dos Sistemas de Drenagem). O volume de água que um dispositivo deste tipo pode interceptar varia com as características geométricas da valeta a montante. Por outro lado, o facto do declive transversal da valeta na zona adjacente à sarjeta de passeio ser constante ou variável (caso haja depressão localizada) tem influência importante no seu comportamento hidráulico. Segundo {8}, a capacidade de sarjetas de passeio sem depressão pode ser calculada pela seguinte expressão:

1/23/20 g K y L Q = [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);





g - aceleração da gravidade (m/s2); K - constante empírica, função da inclinação transversal do arruamento, cujo valor é 0,23

ou 0,20, consoante aquela inclinação é de 8% ou de 2 a 4%, respectivamente. Caso haja depressão, tal como se ilustra na Figura 2, a expressão [1] deve ser corrigida, de modo a que se possa ter em linha de conta o efeito do incremento da carga hidráulica na capacidade de vazão do dispositivo.

Figura 2 - Representação esquemática de urna sarjeta de passeio com depressão Neste caso, admitindo que os comprimentos dos troços a montante e a jusante da depressão, respectivamente L1 e L2, se relacionam com o valor da depressão a pelas seguintes expressões L1 ≥ 10 a e L2 = 4 a , obtém-se a expressão de cálculo:

1/23/20 g yC)K ( L Q += [2]

sendo

y/g V F 2= [3] θ) tg (a / LF M = [4]





M 1,12 / 0,45 C = [5]

θ - ângulo que o plano do pavimento forma, na depressão, 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 média do escoamento na secção correspondente à altura de escoamento,

y (m/s); L, y0, g e K - são parâmetros com o significado anteriormente definido.

Os valores da altura, y, e da velocidade média do escoamento, V, podem ser determinados aplicando o teorema de Bernoulli generalizado entre as secções que se situam, respectivamente, a montante da depressão e da sarjeta, sendo corrente admitir-se, nesse troço, uma perda de carga unitária igual à do regime uniforme a montante. Nestas condições, a altura de escoamento, y, pode ser obtida resolvendo iterativamente a seguinte expressão:

y ) Ag (2 / Q a y ) Ag (2 / Q 220

20

2 +=++ [6]

sendo

A0, A - secções de escoamento correspondentes, respectivamente, às 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 parâmetro C, que figura na expressão [2], seja obtido a partir da expressão:

N1,12 / 0,45 C = [7]

sendo N = LF/a' tg θ e a' = (b - J L2) / (1 - 4J). Com objectivos ilustrativos, apresenta-se, seguidamente, um exemplo de cálculo da capacidade





de escoamento de uma sarjeta de passeio com depressão, precedendo-o, porém, da dedução da expressão que conduz à determinação da altura de escoamento uniforme em valetas (Figura 3). Considerando:

a expressão de Manning-Strickier - Q = (1/n) A R2/3 J1/2; a área molhada - y0

2 tg θ0/2; o raio hidráulico - A/P ~ ( y0

2 tg θ0) / (2 y0 tg θ0) = y0/2, admitindo que o perímetro molhado pode ser aproximado à largura superficial do escoamento;

determina-se a altura de escoamento uniforme y0:

1/20

8/30

1/22/3020 J θ tg (0,315/n)y J /2)(y

2θ tg y

(1/n) Q0

==

)J θ (tg / )n (Q 1,542 y 16/33/8

03/83/8

0=

Figura 3 - Altura de escoamento uniforme em valetas EXEMPLO DE CÁLCULO Enunciado Determinar a capacidade de escoamento de uma sarjeta de passeio instalada em depressão (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 depressão desenvolve-se numa largura B1 de 0,60 m. O arruamento onde está instalada





a sarjeta de passeio tem um declive longitudinal de 1% e uma tg θ0 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. Cálculos

a) Cálculo de y0 e V0

== )J θ (tg / )n (Q 1,542 y 3/163/80

3/83/80

=×××= )0,01 (48 / )0,015 0,01 (1,542 3/163/83/83/8 m 0,032 =

=×=== 48/2) (0,032 / 0,01 /2)θ tg (y / Q /AQ V 2

0200000

m/s 0,41~ =

b) Cálculo de y, V e Q

Com base na expressão [6]é possível escrever:

0,1006 0,06 0,032 /19,60,41 a y g /2V 20

20 ==++=++

=+= y ) Ag (2 / Q 220

y θ) tg y(g / Q 220 +=

Nestas condições, resolvendo iterativamente esta expressão, obtêm-se os seguintes valores:

m 0,097~y 222 m 0,039 8,276/2 0,097 θ)/2 tg (y A =×==

m/s 0,26 0,039 / 0,01 /A Q V 0 === 0,071 0,097) (9,8 / 0,26 /gy V F 22 =×==

0,086 8,276) (0,06 / 0,071) (0,6 θ) tg LF/(a M =××==

s/l 7 s/m 007,0 ~

9,8 0,032 )1,12 / 0,45 (0,20 0,6 g yC) (K L Q3

1/23/20,0861/23/20

=

=××+×=+=

A tangente do ângulo θ (ângulo que o plano do pavimento forma, na depressão, com o plano vertical do lancil do passeio – Figura 2) foi calculada por intermédio da seguinte expressão:





[ ] 8,276 0,06) 48 / (0,6 / 0,6 a )θ tg / (B / B θ tg 011 =+=+=

4.2.2 Capacidade de sumidouros. Exemplos de cálculo

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

Figura 4 - Representação esquemática de um sumidouro sem depressão Neste dispositivo, os motivos de se não captar todo o caudal podem ser os seguintes:

escoamento entre a primeira abertura da grade e o passeio (q1); escoamento exterior à grade, pelo arruamento (q2); escoamento sobre a própria grade, e que prossegue para jusante (q3).

É usual dimensionarem-se os sumidouros de modo a que a parcela q3, de caudal não captado, seja próxima de zero. Se tal não acontecer, o comportamento do dispositivo torna-se muito ineficiente {7}. O comprimento de grade necessário para captar todo o caudal que sobre ela se escoa, e assim





anular a parcela q3, é função da velocidade, V0, da altura de escoamento uniforme, y0, da largura das barras, C1, da distância entre barras, C2, e da aceleração da gravidade, g. Segundo {7}, esse valor pode ser calculado pela seguinte expressão:

1/2000 g) / (y Vm L = [8]

sendo

L0 - comprimento útil do sumidouro (m); m - constante empírica, cujo valor deve ser considerado igual a 4, se a grade do sumidouro

não contiver barras transversais, e igual a 8, no caso de ter três daquelas barras. Os restantes símbolos têm o significado já anteriormente apresentado. No caso de sumidouros instalados em arruamentos onde o declive transversal não é constante, tal como se ilustra na Figura 5, a secção de escoamento pode não ser triangular. Nessas circunstâncias, a altura e a velocidade média do escoamento correspondentes ao regime uniforme, a montante do dispositivo, podem ser calculadas iterativamente, sendo, ainda, aplicável a expressão (8) anterior. O caudal, q1 (m3/s), que se escoa entre a primeira abertura da grade e o lancil do passeio, é função da altura da água, y0 (m); da velocidade média, V0 (m/s); do comprimento, L (m), do sumidouro; da distância, d (m), entre o lancil e a primeira abertura da grade e da aceleração da gravidade, g (m/s2). Segundo {7}, é válida a seguinte expressão:

[ ] 200001 L) / (d 1/2 ) y(g / V 6,0 d) y(V / q = [9]

Nas condições usuais de escoamento, o caudal, q1, é desprezável, tomando valores inferiores a 1 L/s.





Para que o caudal, q2, proveniente de escoamento exterior à grade sobre o arruamento, se anule, é necessário que o sumidouro tenha um comprimento superior a um valor crítico. Este comprimento crítico, L' (m), pode ser dado em função dos valores de y0 (m), V0 (m/s), θ0 (graus), g (m/s2) e da largura da grade B (m), de acordo com a seguinte expressão:

01/2

0 θ tg ,2 1 ) / y'(g ) / V(L' = [10]

sendo y' = y0 - (B / tg θ0).

Figura 5 - Representação esquemática de um sumidouro com valeta rebaixada Se a secção transversal do arruamento não tiver a forma de um triângulo rectângulo, ou seja, quando houver depressão junto ao lancil do passeio, a expressão [10] toma a seguinte forma:

θ tg ,2 1 ) / y'(g ) / V(L' 1/20 = [11]

sendo y' = y - (B /tg θ). Se o comprimento do sumidouro for inferior ao valor crítico, L', o caudal, q2 (m3/s), não é nulo, podendo ser dado pela seguinte expressão:

[ ] 3/21/22 y'g 4 / L) (L' q −= [12]





As expressões [10] a [12] foram deduzidas, experimentalmente, para valores do número de Froude do escoamento [V0

2 / (g y0)] superiores a 1 e inferiores a 9 {7} e {8}. Com o fim de ilustrar a aplicação das expressões apresentadas, desenvolvem-se, em seguida, dois exemplos, relativos ao cálculo da capacidade hidráulica de sumidouros. EXEMPLO DE CALCULO 1 Enunciado Calcular a capacidade de vazão de um sumidouro, constituído apenas por uma grade com barra transversal, com as dimensões de 0,28 m x 0,56 m, instalado sem depressão, quando se escoa um caudal de 30 L/s, num arruamento com um declive longitudinal de 1% e uma tg θ0 de 48 (declive transversal ~ 2%). Admitir que o coeficiente de rugosidade de Manning-Strickler da superfície do arruamento é de 0,015 m-1/3s e que a distância entre o lancil do passeio e a primeira abertura da grade é de 0,03 m. Cálculos

a) Cálculo de y0, V0 e L0

== )J θ (tg / )n Q (1,542 y 3/163/80

3/83/80

m 0,047 )0,01 (48 / )0,015 0,03 (1,542 3/163/83/83/8

==×××=

m/s 0,56 ~ 48/2) (0,047 / 0,03 /AQ V 2

000 ×==

m 0,19 9,8) / (0,047 0,56 5 g) / (y Vm L 1/21/2

000 =××==

No cálculo de L0 considerou-se um valor de constante empírica igual a 5, por o sumidouro ter uma barra transversal. Por outro lado, como L0 < L, então q3 = 0.

b) Cálculo de y', L' e q





m 0,041 0,31/48 0,047 θ tg / B y 'y 00 =−=−= m 2,09 )(0,041/9,8 0,56 48 ,21 /g)'(y Vθ tg 1,2 ' L 1/2 1/2

00 =×××== [ ] [ ] =−+=+= y'g 4 / L) (L' L / /g)(y d V 6,0 q q q 3/21/221/2

032

021 [ ]

/sm 0,01 0,041 9,8

/40,56) - (2,09 0,56/ 9,8) / (0,047 0,03 0,56 6,0 33/21/2

21/232

=××

×+×××=

/sm 0,02 0,01 0,03 q Q Q 30 =−=−=

Nestas condições, o caudal captado, Q, é cerca de 2/3 do caudal afluente, podendo considerar-se a capacidade de escoamento do sumidouro bastante insatisfatória. EXEMPLO DE CÁLCULO 2 Enunciado Calcular a capacidade de escoamento de um sumidouro simples de uma grade, nas condições do exemplo anterior, instalado numa valeta rebaixada, com uma depressão de 1 cm. Cálculos Neste caso, a secção de escoamento não é triangular; no entanto, a altura e a velocidade média do escoamento uniforme, junto do sumidouro, podem ser obtidas, por um processo iterativo, com base na seguinte expressão, tendo em conta a geometria da secção em estudo.

1/22/30

5/300 J )P / (A (1/n) Q =

1/22/30

5/30 0,01 )P / (A 0,015) / (1 0,03 =

em que (Figura 5)

2) / θ tg y' (B (y' θ) tg (2 / B A 02

0 ++= θ tg / B - y 'y =

00 θ cos / ' y B y P ++=

Nestas condições, obtêm-se:

m 0,31 0,03 0,28 B =+=





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

m 0,0405 y' = 2

0 m 0,05447 A = s/m 55,0 A/Q V 000 ==

m 0,21 9,8) / (0,057 0,55 5 g)(y / Vm L 1/21/200 =××==

Dado que L0 < L, é admissível considerar q3 = 0.

== g) / (y' Vθ tg 1,2 L' 1/20

m 0,80 9,8) / (0,0405 0,55 18,835 1,2 1/2 =××=

+×××=+= 9,8) / (0,057 0,56 / 0,03 0,55 6,0 q q q 1/2232

21 [ ] /sm 0,0015 0,0405 9,8 4 / 0,56) (0,80 33/21/2 =××−+

/sm 0,0285 0,0015 0,03 q Q Q 30 =−=−=

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

Ensaios realizados pelo Arms Corps of Engineers of the United States of America indicam que a capacidade hidráulica de grades (sumidouros) localizadas, em zonas baixas, depende da carga hidráulica sobre as grades, apresentando-se, em {14}, as seguintes expressões:

para h ≤ 0,12 m Q = 0,83 P h3/2 [13] para h ≥ 0,42 m Q = 1,45 A h1/2 [14]

sendo

Q - caudal captado (m3/s);





P - perímetro útil exterior da grade, não incluindo o espaço ocupado pelas barras transversais (m);

h - carga hidráulica sobre a grade (m); A - área útil da grade (m2).

Nas expressões [13] e [14] anteriores, considera-se um factor de segurança igual a dois, uma vez que têm grande probabilidade de ocorrer obstruções parciais das grades. Quando a carga hidráulica sobre a grade está compreendida entre 0,12 e 0,42 m, o comportamento hidráulico desta é indefinido. Nestas condições, deve admitir-se que o valor do caudal captado está entre os valores limites obtidos por aplicação das expressões [13]e [14]. EXEMPLO DE CALCULO Enunciado Determinar a capacidade de escoamento máxima de uma grade quadrada, com 0,50 m de largura, implantada na zona baixa de um arruamento. A largura das barras é igual à abertura entre elas, sendo permitida uma carga hidráulica de 0,10 m. As barras estão colocadas apenas numa direcção. Cálculo

m 1,5 2 0,5/2) (0,5 P =×+=

Nestas condições, dado que h ≤ 0,1 2 m, obtém-se

/sm 0,039 0,10 1,5 0,83 h P 0,83 Q 33/23/2 =××==

4.2.4 Comparação entre a eficiência hidráulica de vários dispositivos interceptores

A eficiência hidráulica dos dispositivos interceptores depende de vários factores, entre os quais se incluem as características do pavimento onde o dispositivo está implantado (declives longitudinal e transversal, rugosidade, existência, ou não, de depressão, etc.), a magnitude do caudal afluente e





a configuração geométrica do dispositivo. Em condições médias de funcionamento (quando o declive longitudinal do arruamento é inferior a 10%, o declive transversal é 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 existência de obstruções, julgam-se pertinentes os comentários que se seguem.

As sarjetas de passeio têm reduzida capacidade de vazão, o que não torna a sua utilização recomendável, a não ser que sejam implantadas em zonas rebaixadas (com depressões acentuadas), onde afluam caudais pluviais pouco significativos (inferiores a 20 L/s).

A capacidade de escoamento dos sumidouros simples (isto é, constituídos apenas por uma grade) é, em regra, superior à das sarjetas de passeio. Considera-se, no entanto, de grande conveniência que esses dispositivos sejam implantados em valetas pelo menos levemente rebaixadas (a > 1 cm). O comportamento destes dispositivos, desde que tenham dimensões superiores a 0,56 x 0,28 m2, é bastante eficiente, até 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 sérios, nomeadamente para a segurança da circulação do tráfego, aumenta, em regra, a eficiência do sumidouro.

Os sumidouros duplos são constituídos por dois sumidouros simples dispostos em série, um imediatamente a seguir ao outro, sendo, também, altamente recomendável a sua implantação em valetas levemente rebaixadas (a = 1 cm). O comportamento destes dispositivos é eficiente até caudais da ordem de 100 L/s, mesmo quando implantados em valetas com elevado declive, desde que cada grade tenha dimensões superiores a 0,28 x 0,56 m2.

Os sistemas conjuntos sarjeta-sumidouro são constituídos 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 obstruídas. A eficiência destes sistemas não difere substancialmente da dos sumidouros duplos.





No caso de bacias de cabeceira de grande extensão, em que o caudal de ponta de águas pluviais possa já ser relativamente elevado, ou no caso de bacias interiores de dimensão média, mas de elevado declive, pode justificar-se a implantação de sumidouros duplos, concebidos e construídos de modo que só contenham uma barra transversal. Nessas condições, e desde que os dispositivos sejam implantados em valetas levemente rebaixadas, é de prever que possam captar caudais afluentes bastante superiores a 100 L/s.

5. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE COLECTORES

5.1 Considerações introdutórias

O dimensionamento hidráulico de colectores é o conjunto de procedimentos, ou etapas de cálculo, cuja finalidade é a determinação dos diâmetros e declives de cada um dos colectores que constituem a rede, por forma a assegurar o transporte dos caudais de cálculo previstos, de acordo com determinados critérios hidráulicos pré-estabelecidos. Em hidrologia urbana, os fenómenos intrínsecos à transformação da precipitação em escoamento, no percurso que vai desde o início do evento pluviométrico até ao escoamento na secção final da bacia urbana (parte do cicio hidrológico que interessa à problemática da drenagem pluvial), são por natureza complexos. A primeira abordagem científica do processo de transformação da precipitação em escoamento tem hoje cerca de um século de existência. Depois das fórmulas propostas por MULVANEY e BURKLI-ZIEGLER, citados em {11}, KUICHLING, engenheiro municipal de Rochester (Nova Yorque), publica pela primeira vez a conhecida fórmula racional. Esta e outras fórmulas empíricas que se lhe seguiram constituíam uma abordagem global simplificada da realidade dos fenómenos. O seu principal objectivo visava a determinação de caudais de ponta, com a finalidade de dimensionar obras de drenagem. Caracterizavam-se pela lógica dos conceitos, simplicidade e facilidade de compreensão. Posteriormente, em todo o mundo, muitos trabalhos científicos tomaram como ponto de partida a fórmula racional americana, modificando-a através da explicitação dos seus parâmetros de base e da introdução de novos parâmetros, dando origem a um grande número de formulações do tipo racional. Em {11} são descritas algumas dessas formulações.





No dimensionamento de uma rede de drenagem de águas pluviais podem considerar-se três etapas fundamentais:

definição dos elementos de base; cálculo dos caudais pluviais de projecto; dimensionamento hidráulico dos colectores.

Estas etapas são abordadas nas secções 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 águas pluviais inclui os aspectos principais que a seguir se apresentam.

definição correcta dos limites da bacia hidrográfica e das sub-bacias afectas a cada troço da rede (decomposição da bacia total em sub-bacias elementares, mais ou menos homogéneas, em termos de ocupação).

definição do período de retorno (neste contexto, o período de retorno corresponde ao intervalo de tempo médio associado à ocorrência de precipitação de intensidade média superior a um dado valor), para o qual se pretende dimensionar a rede de drenagem; na prática, em pequenos e médios aglomerados urbanos, o período 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 período de retorno recorrendo, explicitamente, a uma análise de custos-benefícios, dependente dos investimentos necessários e dos prejuízos decorrentes das possíveis inundações.

Conhecimento do regime pluviométrico local (curvas de intensidade-duração-frequência).

definição dos coeficientes de escoamento afectos a cada sub-bacia elementar; os coeficientes de escoamento definem-se como a razão entre o volume de água que dá origem a escoamento e o volume de água efectivamente precipitado sobre a área em estudo; estes factores dependem, entre outros, do tipo e ocupação do solo (na secção 5.3.





deste Documento, a propósito da aplicação do método racional, volta-se a abordar este assunto);

definição dos tempos de concentração iniciais (tempos dispendidos no percurso da água precipitada, desde o ponto hidraulicamente mais afastado da bacia até à secção em estudo), ou seja, dos tempos de concentração referentes às bacias de cabeceira.

definição dos condicionalismos, principalmente de natureza hidráulica, associados à descarga final das águas pluviais no meio receptor.

5.3 Cálculo de caudais pluviais

De entre os métodos de cálculo de caudais de ponta de cheia de pequenas bacias, o mais antigo e de maior divulgação é, sem dúvida, o método racional. Este método pode ser traduzido matematicamente pela seguinte expressão:

Qp = C I A [15] sendo

Qp - caudal de ponta (L/s); C - coeficiente do método racional (adimensional); I - intensidade de precipitação [l/(s.ha)]; A - área da bacia de drenagem (ha).

As hipóteses de base do método racional residem no conceito de tempo de concentração, tc, e na linearidade da relação entre a precipitação útil, (C x l), e o caudal de ponta, (Qp). Da hipótese de linearidade resulta que a ocorrência do caudal de ponta coincide com o instante em que a totalidade da bacia está a contribuir para o escoamento, ou seja, ao fim de um intervalo de tempo igual ao tempo de concentração, tc. O valor da intensidade de precipitação a considerar é, assim, o valor da intensidade média máxima para uma duração igual ao tempo de concentração. Como este valor está sempre associado a uma frequência de ocorrência (ou período de retorno T), ao valor do caudal máximo





está implicitamente associada a mesma frequência. O coeficiente C é o único parâmetro representativo da transformação precipitação-escoamento. Embora não haja unanimidade referente ao campo de aplicação do método racional, pode citar- -se, como referência, que a sua utilização se deve restringir a bacias com áreas inferiores a 1 300 ha. Em {4} e {5} apresenta-se uma generalização do método racional, admitindo-se a sua aplicação para bacias até 4 000 ha, com ocupação muito diversificada. Na expressão [15], o coeficiente C engloba vários factores, não só a relação entre o volume de água escoada e a precipitação (ou seja, o coeficiente de escoamento propriamente dito), mas também efeitos, mais ou menos importantes, de retenção, regolfo e atraso do escoamento superficial ao longo do terreno, linhas de água naturais e colectores. Todos estes efeitos dependem, não só das características físicas e de ocupação da bacia, mas, também, da precipitação, ou seja, do estado de humidade do solo e da duração e distribuição da precipitação. No Quadro 5, apresentam-se os valores médios do coeficiente C, para utilização do método racional. A intensidade média de precipitação, l, deve ser avaliada para condições críticas, ou seja, deve admitir-se que toda a área da bacia contribui para o caudal avaliado na secção de interesse, o que, por definição, acontece a partir do momento em que a duração da chuvada iguala o tempo de concentração na bacia. Para durações inferiores ao tempo de concentração, nem toda a bacia contribui para o caudal de ponta máximo. Para durações superiores, é menor a intensidade média de precipitação e, portanto, menor o caudal correspondente. A intensidade média da precipitação, para determinada duração e período de retorno, pode ser obtida tendo em conta a curva apropriada de intensidade-duração-frequência (I-D-F). Na Figura 6, em anexo, são apresentados elementos referentes aos parâmetros das curvas de I-D-F para Portugal Continental.





QUADRO 5 - VALORES MÉDIOS DO COEFICIENTE C DO MÉTODO RACIONAL

(ASCE, MANUAL Nº 37)





Relativamente a bacias urbanas, em que o sistema de drenagem é constituído essencialmente por uma rede de colectores, o tempo de concentração, tc, é calculado através do somatório de duas parcelas - o tempo de entrada, te, correspondente ao percurso superficial das águas pluviais até ao primeiro dispositivo de entrada (sarjeta ou sumidouro) nos troços de cabeceira, e o tempo de percurso, tp, entre este ponto e a secção de jusante do troço. Em bacias tipicamente urbanas, em que as áreas de drenagem dos colectores de cabeceira são bastante impermeabilizadas, o tempo de entrada é , em geral, fixado entre certos limites que podem, no entanto, variar significativamente em função do tipo de solo, da tipologia de ocupação urbanística e do declive superficial. Assim, são tomados como referência valores de 2 a 4 minutos na Grã-Bretanha e Suécia, de 5 a 30 minutos nos E.U.A. e de 5 a 10 minutos no Canadá. COSTA em {6} recomenda, para Portugal, valores de 5 minutos em áreas de declive superior a 8%, 7,5 a 10 minutos em áreas de declive compreendido entre 1,5 a 8% e de 10 a 15 minutos em áreas de declive inferior a 1,5%. O tempo de percurso, tp, na rede de colectores é calculado, em geral, a partir das expressões de cálculo hidráulico do escoamento em regime permanente (por exemplo, expressão de Manning- -Strickler). A situação mais simplificada corresponde a admitir o regime permanente e uniforme e a considerar as velocidades de escoamento a secção cheia (hipótese 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 cálculo iterativo). Normalmente, o último procedimento é o utilizado em algoritmos de computador, pela facilidade e rapidez de execução; o primeiro procedimento é, por vezes, utilizado no cálculo tradicional. Outros métodos simplificados de cálculo de caudais pluviais de ponta, como o método de Caquot ou o método italiano, são apresentados em {11}. Em determinados casos especiais, e, mesmo no âmbito dos pequenos aglomerados populacionais, pode justificar-se o refinamento dos processos de cálculo, recorrendo, nomeadamente, a métodos de simulação compatíveis com a tomada de decisões ao nível do planeamento e exploração dos sistemas {2}, {11} e {13}.





Normalmente, estes métodos requerem a utilização de modelos computacionais. 5.4 Critérios de projecto e procedimentos de dimensionamento

Os critérios de projecto de redes de drenagem de águas pluviais, no domínio de aplicação do presente Manual, são idênticos aos descritos nos Documentos Concepção de Sistemas de Drenagem de Águas Residuais Comunitárias e Pluviais e Projecto de Sistemas de Drenagem de Águas Residuais Comunitárias, nomeadamente no que se refere aos aspectos associados ao escoamento hidráulico (fórmulas do escoamento, condições de auto-limpeza, altura de escoamento e velocidade máxima) e ao traçado em planta e em perfil longitudinal. No entanto, na quantificação de alguns desses critérios para o dimensionamento de redes de drenagem de águas pluviais, há que distinguir o seguinte:

a velocidade de escoamento máxima admissível é de 5 m/s, dado que se considera que o caudal máximo de dimensionamento ocorre com pouca frequência;

a altura máxima de escoamento deve ser igual ao diâmetro do colector (escoamento a secção cheia);

o poder de transporte mínimo deve situar-se entre 3 a 4 N/m2, para a secção cheia (aspecto não definido regulamentarmente).

Para efeitos do dimensionamento hidráulico tradicional de uma rede de drenagem de águas pluviais, é vantajoso apresentar os valores calculados sob a forma de um quadro. Sugere-se a utilização de um quadro-tipo como o apresentado no Quadro 2 (em anexo), ou outro idêntico, mas que seja claro. Relativamente a este quadro-tipo, podem considerar-se três grandes blocos: o primeiro relativo aos caudais de projecto ou de dimensionamento [colunas (1) a (16)], o segundo corresponde ao cálculo hidráulico 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 observações e no Capítulo 4 do Documento Projecto de Sistemas de Drenagem de Águas Residuais Comunitárias, naquilo em que forem aplicáveis. Note-se que,





neste caso, os colectores são dimensionados para a secção cheia, aspecto que simplifica os procedimentos dos cálculos hidráulicos a efectuar. Apesar da semelhança no dimensionamento dos dois tipos de redes (águas residuais comunitárias e pluviais) sistematizam-se, em seguida, a sequência articulada de procedimentos ou passos de cálculo.

1º Análise da área de projecto (incluindo o reconhecimento local e eventual levantamento topográfico) e traçado da rede em planta.

2º Fixação do período de retorno, T, para o qual se pretende dimensionar a rede.

3º Escolha da curva de I-D-F aplicável à zona em estudo, para o período de retorno

escolhido.

4º Definição das áreas drenantes em cada secção de cálculo.

5º Determinação do coeficiente médio, C, ponderado para a área drenante total, em cada secção de cálculo:

C = ∑i Ci Ai / ∑i Ai

6º Determinação do tempo de concentração, tc, tendo em conta, nomeadamente, o referido

na secção 5.3. deste Documento.

7º Determinação da intensidade média de precipitação para uma duração igual ao tempo de concentração (a partir das curvas de I-D-F).

8º Cálculo do caudal de projecto, por intermédio da seguinte expressão (método racional):

Qp = C I A Em determinadas circunstâncias, pode justificar-se adicionar a este valor o caudal estimado devido a infiltrações de água subterrânea.

9º Fixação do diâmetro e inclinação do colector, tendo em conta o conjunto de orientações

definidas no Documento Projecto de Sistemas de Drenagem de Águas Residuais Comunitárias, nomeadamente minimização de custos, condicionalismos técnicos e





regulamentares de implantação do colector (profundidade de assentamento mínima), e satisfação dos critérios hidráulicos (capacidade de escoamento, velocidade máxima e poder de transporte). É usual admitir-se o escoamento em regime permanente e uniforme e a aplicação da expressão de Manning-Strickler.

10º Determinação do tempo de percurso, tp, ao longo do troço de colector considerado no

passo 9º, o que requer o conhecimento da extensão do colector e da velocidade média do escoamento, para o caudal de dimensionamento.

11º Adição do tempo de percurso, tp, calculado no passo anterior, ao tempo de concentração,

tc, calculado no passo 6º. 12º Repetição de todos os passos de cálculo, de montante para jusante, a partir do passo 5º,

para as sucessivas secções de cálculo.

Como se pode inferir da descrição sequencial dos passos de cálculo, no método racional cada colector é dimensionado individual e independentemente (excepto no que respeita ao cálculo do tempo de concentração) e o correspondente valor da intensidade de precipitação de projecto é recalculado, em cada secção de cálculo, para a área total drenada. Dado que o dimensionamento se processa de montante para jusante, as áreas drenantes são crescentes nas sucessivas secções de cálculo, bem como os respectivos tempos de concentração. As correspondentes intensidades de precipitação são decrescentes, sendo estes valores aplicados às áreas drenantes acumuladas em cada secção de cálculo. 5.5 Exemplo de cálculo Apresenta-se, a título ilustrativo, um exemplo de cálculo do dimensionamento de um colector de drenagem de águas pluviais com um comprimento total de 185,0 m, compreendendo quatro troços e cinco caixas de visita. Os elementos de base e os critérios hidráulicos, para efeitos de dimensionamento, são os que a seguir se indicam:

a numeração das caixas de visita, o respectivo comprimento entre elas e as





correspondentes cotas do terreno, as áreas drenadas por cada troço e os respectivos coeficientes C (método racional) são os que se apresentam nos Quadros 3 ou 4, em anexo;

a altura de escoamento máxima admissível e o coeficiente de Manning-Strickler são de 1,0 (y/D) e 0,013 m-1/3 s, respectivamente;

a inclinação mínima, por razões construtivas, é de 0,5%; para a verificação das condições de auto-limpeza não é imposto qualquer valor limite; a velocidade máxima admissível é de 5 m/s; a profundidade mínima de assentamento dos colectores, medida sobre o extradorso, é de 1,40 m, igual em toda a sua extensão;

a bacia de drenagem situa-se numa zona litoral de Portugal Continental, admitindo-se um período de retorno T = 5 anos; nestas condições, é 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 número de troços, pretende-se com ele salientar um conjunto significativo de situações possíveis, em termos do traçado final do perfil longitudinal do colector (inclinação mínima, velocidade máxima, etc.). Por outro lado, o exemplo apresentado é desenvolvido seguindo um procedimento de cálculo tradicional e, simultaneamente, utilizando um algoritmo de cálculo automático. Os resultados obtidos, para um e outro procedimento, são apresentados, respectivamente, nos Quadros 3 e 4, em anexo; estes quadros resumem toda a informação de base e os resultados obtidos. Da análise dos dois quadros, salientam-se os seguintes aspectos principais:

a troço mais a montante da rede (5-4) apresenta um traçado, em perfil, paralelo ao terreno, enquanto que os dois troços mais a jusante (2-1; 3-2) têm uma inclinação igual à mínima admissível (0,5%); o troço 4-3 tem uma inclinação inferior à do terreno, devido ao critério hidráulico da velocidade máxima de 5 m/s;

a diferença de inclinação do troço 4-3 (13,36% no procedimento tradicional, contra 10,52%





no cálculo automático) deve-se à diferença de métodos de cálculo hidráulico utilizados; assim, no primeiro caso os cálculos são feitos sempre para a secção cheia, enquanto que no segundo o algoritmo pesquisa a inclinação necessária para que a velocidade máxima não seja ultrapassada, para a real altura de escoamento correspondente ao caudal afluente; refira-se que a velocidade máxima de escoamento, para uma dada inclinação do colector, não corresponde à secção cheia (ver Figura 3 do Documento Projecto de Sistemas de Drenagem de Águas Residuais Comunitárias).

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os sistemas de drenagem de águas pluviais são infra-estruturas destinadas a servir uma estrutura principal (edificações, parques urbanos, vias de circulação), devendo adequar-se ao aglomerado populacional que pretendem servir. Por outro lado, em novas urbanizações, as regras urbanísticas devem ser delineadas no sentido de se adequarem a uma maior facilidade de construção e economia das redes de drenagem. No caso das bacias de drenagem que não são de cabeceira, o caudal afluente às respectivas secções de jusante não é, em regra, igual ao caudal originado nas próprias bacias, dado o facto dos dispositivos interceptores da águas pluviais, implantados a montante, não recolherem, em geral, a totalidade dos caudais afluentes. A prática de localização e consequente dimensionamento dos dispositivos interceptores de águas pluviais de cabeceira deve diferir da prática respeitante à localização dos dispositivos de percurso. No primeiro caso interessa, sobretudo, maximizar o trajecto percorrido pela água superficial, ou seja, as dimensões das bacias de cabeceira. Tal preocupação tem o duplo objectivo de diminuir a extensão da rede de drenagem enterrada e contribuir, simultaneamente, para um incremento do tempo de concentração inicial na bacia, que se reflecte directamente numa diminuição dos caudais de projecto e, consequentemente, do diâmetro e custo dos colectores que se desenvolvem a jusante Pelo contrário, no caso dos dispositivos Interceptores de percurso, não se põe com tanta acuidade a preocupação de maximizar o percurso da água escoada superficialmente, dado o facto da extensão da rede de drenagem enterrada já estar definida. Interessa, sobretudo, e com especial importância, minimizar os custos sociais e económicos associados à ocorrência de inundações e





condições de escoamento não compatíveis com os critérios apresentados no Capítulo 4 deste Documento. Estes critérios podem e devem ser complementados com disposições específicas. Por exemplo, antes dos cruzamentos de arruamentos devem ser implantados, nas bermas dos pavimentos, dispositivos interceptores de águas pluviais convenientemente dimensionados (que recolham 80 a 100% do caudal afluente). Por sua vez, em zonas dos núcleos urbanos onde se preveja tráfego intenso, faz sentido ser mais exigente na definição do período 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 câmaras de visita. A cada caixa podem ser ligados dois ou mais dispositivos. A capacidade de transporte, a secção cheia, dos ramais que promovem essas ligações, deve ser verificada. Por outro lado, tais ramais devem ser implantados com declives que garantam auto- -limpeza em períodos chuvosos, mas suficientemente suaves para evitar a ocorrência de erosão e desgastes significativos da superfície interna dos colectores. Sugere-se que, para o caudal de projecto, a velocidade máxima do escoamento não exceda 5 m/s e o poder de transporte não seja inferior a 4 N/m2 . A problemática da redução de caudais de ponta de cheia e volumes de escoamento afluentes à rede de drenagem deve estar sempre presente no espírito do projectista. Soluções com recurso a escoamento a céu aberto (com valas revestidas ou não), lagoas de retenção e câmaras drenantes podem, em inúmeros casos, ser aconselháveis, do ponto de vista económico e mesmo do ponto de vista estético e social. No Documento Órgãos Especiais dos Sistemas de Drenagem, são apresentadas as bases de dimensionamento e exemplos de cálculo de lagoas de retenção e de câmaras drenantes. Em determinadas situações especialmente complexas, envolvendo colectores à maré, transições de secção e descargas em linhas de água com condicionalismos de jusante, pode ser recomendado o recurso a modelos hidrológicos e hidráulicos mais ou menos sofisticados, tal





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





QUADRO 2 - QUADRO-TIPO PARA O DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE UMA REDE DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Observações: Coluna (1) : de acordo com o traçado da rede em planta Colunas (2) e (3) : idem da anterior Coluna (4) : distância horizontal entre os centros das caixas de visita, a

montante e a jusante do troço Colunas (5) e (6) : cotas, actuais ou futuras, do pavimento nas caixas de visita, a

montante e a jusante do troço Coluna (7) : [(5) - (6)] / (4) × 100% Colunas (8) e (9) : área drenada em cada troço e acumulada de montante,

respectivamente

Colunas (10) e (11) : coeficiente C (método racional) do troço e ponderado das sub-bacias drenantes [C = ∑- Ci Ai / ∑- Ai]

Colunas (12) e (13) : ver descrição no texto (secção 5.3.) e exemplo de cálculo Coluna (1 4) : curvas I-D-F para o período de retorno escolhido, para uma duração igual

a (12) Coluna (15) : [Q/A] [m3 / (ha.dia)] = 240 C I [l(mm/h)] ou [Q/A] [l/(s.ha)] =

= 240 C I / 86,4 [l (mm/h)] Coluna (16) : [(15) × (9)] Colunas (17) a (25) : ver descrição no texto do Documento Projecto de Sistemas de Drenagem de

Águas Residuais Comunitárias, no que for pertinente, e de cálculo deste Documento





QUADRO 3 - QUADRO PARA CÁLCULO DO COLECTOR DE ÁGUAS PLUVIAIS DO EXEMPLO. CÁLCULO CONVENCIONAL

Observações: Coluna (13) : (4) / [20 × 60] Coluna (14) : l = a tb (a = 259,26; b = -0,562; para T = 5 anos, com l (mm/h) e t (min) (Figura 6), em anexo Coluna (15) : 240 / 86,4 × (11) × (14) Colunas (19) a (21) : expressões (2), (2a) e (6) do Documento - Projecto de Sistemas de Drenagem de Águas Residuais Comunitárias





QUADRO 4 - QUADRO PARA CÁLCULO DO COLECTOR DE ÁGUAS PLUVIAIS DO EXEMPLO. CÁLCULO AUTOMÁTICO





Figura 6 - Curvas de intensidade - duração - frequência aplicáveis a Portugal Continental [Anexo IX do Decreto Regulamentar nº 23/95, de 23 de Agosto]

Redes de drenagem pluvial

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