UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL DEPARTAMENTO DE RECURSOS HDRICOS EFICINCIA DE CAPTAO DE GUAS PLUVIAIS EM BOCA-DE-LOBO COM DEFLETORES Carlos Henrique Aparecido Cardoso Campinas 2003 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL DEPARTAMENTO DE RECURSOS HDRICOS EFICINCIA DE CAPTAO DE GUAS PLUVIAIS EM BOCA-DE-LOBO COM DEFLETORES Carlos Henrique Aparecido Cardoso Co-Orientador: Prof. Dr. Abel Maia Genovez Orientadora: Profa. Dra. Ana Ins Borri Genovez DissertaodeMestradoapresentada Comissodeps-graduaodaFaculdadede EngenhariaCivildaUniversidadeEstadualde Campinas,comopartedosrequisitosparaa obtenodottulodeMestreemEngenharia Civil,nareadeconcentraodeRecursos Hdricos. Campinas, SP 2003 FICHACATALOGRFICAELABORADAPELABIBLIOTECADA READEENGENHARIA-BAE-UNICAMP C179e Cardoso, Carlos Henrique Aparecido Eficincia de captao de guas pluviais em boca-de-lobo com defletores / Carlos Henrique Aparecido Cardoso. --Campinas, SP: [s.n.], 2003. Orientadores: Abel Maia Genovez e Ana Ins Borri Genovez Dissertao (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil. 1. Drenagem.2. gua Captao.3. guas Pluviais.4. Escoamento urbano.I. Genovez, Abel Maia.II. Genovez, Ana Ins Borri.III. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil.IV. Ttulo. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL DEPARTAMENTO DE RECURSOS HDRICOS EFICINCIA DE CAPTAO DE GUAS PLUVIAIS EM BOCA-DE-LOBO COM DEFLETORES Carlos Henrique Aparecido Cardoso Dissertao de Mestrado aprovada pela Banca Examinadora, constituda por: _________________________________________ Prof. Dr. Ana Ins Borri Genovez Presidente e Orientadora FEC - UNICAMP _________________________________________ Prof. Dr. Evaldo Miranda Coiado FEC - UNICAMP __________________________________________ Prof. Dr. Rodrigo de Melo Porto EESC - USP Campinas, 29 de Agosto de 2003. AGRADECIMENTOS A DEUS, pela imensa generosidade demonstrada durante todas as etapas de minha vida, ajudando-me a superar os desafios e a seguir em frente nos momentos difceis; Profa.Dra.AnaInsBorriGenovez,porsuaorientao,pelosconhecimentos transmitidosesugestessemprevaliosase,principalmentepelaamizadeeconfianaoferecidas desde o incio de nossa convivncia; AoProf.Dr.AbelMaiaGenovez,pelaimportantecontribuioprestadapormeiode valiosas sugestes; FaculdadedeEngenhariaCivil(FEC),porproporcionarascondiesnecessrias realizao deste projeto; AosprofessoresdoDepartamentodeRecursosHdricos,fundamentaisminha formao; Ao aluno Paulo M. O. Dalfr, bolsista de Iniciao Cientfica, pela contribuio na parte experimental;Aos amigos Fernando Puell Neto e Rogrio de Almeida, pelo apoio e estmulo prestados no incio deste desafio; snovasamizades,construdasduranteesteperodoque,pelaconvivnciae companheirismo, ajudaram a minimizar as adversidades; AostcnicoseestagiriosdoLaboratriodeHidrulicaeMecnicadosFluidos,pela montagem dos equipamentos; CAPES,peloauxliofinanceirocomaconcessodebolsademestrado,quemuito contribuiu para tornar possvel este trabalho.

Aos meus pais e minha irm, pelo apoio eincentivo,quenomedeixaramdesanimar mesmodiantedemaioresdificuldades. SUMRIOpgina LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... iii LISTA DE QUADROS ........................................................................................................ vii LISTA DE TABELAS .......................................................................................................... ix LISTA DE SMBOLOS ...................................................................................................... ix RESUMO .................................................................................................................................. xv 1 INTRODUO .................................................................................................................. 1 2. OBJETIVOS ....................................................................................................................... 3 3 DRENAGEM URBANA EA CHUVA DE PROJETO ...................................... 5 3.1 Introduo ..................................................................................................................... 5 3.2 Impactos da urbanizao sobre o escoamento superficial ........................... 6 3.3 Equaes de chuvas intensas ................................................................................... 8 4 ESTRUTURAS DE CAPTAO DE GUA ........................................................ 17 4.1 Introduo ..................................................................................................................... 17 4.2 Pesquisas existentes ................................................................................................... 17 4.3 Consideraes finais ................................................................................................... 57 5 BOCAS-DE-LOBO ............................................................................................................ 59 5.1 Introduo ..................................................................................................................... 59 5.2 Exemplos de bocas-de-lobo ...................................................................................... 59 ii 5.3 Classificaes ................................................................................................................ 62 5.4 Bocas-de-lobo padro ................................................................................................ 65 5.5 Fotos ilustrativas ......................................................................................................... 70 6 METODOLOGIA .............................................................................................................. 77 6.1 Introduo ..................................................................................................................... 77 6.2 O banco de ensaio ....................................................................................................... 77 6.3 Procedimentos experimentais ................................................................................. 82 6.4 Definio da eficincia da boca-de-lobo .............................................................. 85 6.5 Resistncia ao escoamento ....................................................................................... 87 6.6 Leis de semelhana e efeitos de escala ................................................................. 89 7 RESULTADOS E ANLISE......................................................................................... 91 7.1 Introduo ..................................................................................................................... 91 7.2 Resultados dos ensaios ............................................................................................... 91 7.3 Anlise dos resultados ............................................................................................... 99 7.3.1 Efeitos de escala na modelao ...................................................................... 101 7.3.2 Anlise de incertezas na avaliao do coeficiente de descarga ............ 102 7.3.3 Curvas de descarga no prottipo .................................................................... 102 8 CONCLUSES ................................................................................................................... 105 ANEXO Grelhas de ferro fundido para bocas-de-lobo ........................................... 107 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................... 111 ABSTRACT.............................................................................................................................. 115 LISTA DE FIGURASpgina Figura 3.1Efeito da urbanizao sobre a vazo mxima ........................................................7 Figura 4.1Grades com barras longitudinais ............................................................................18 Figura 4.2Boca-de-lobo com abertura na guia sem depresso ...............................................21 Figura 4.3Boca-de-lobo com abertura na guia com depresso ..............................................21 Figura 4.4Boca-de-lobo com defletores ..................................................................................25 Figura 4.5Diagrama de Stanton ..............................................................................................28 Figura 4.6Nomograma de Izzard ............................................................................................30 Figura 4.7Seo transversal da sarjeta ....................................................................................31 Figura 4.8Fator de reduo da vazo terica ..........................................................................32 Figura 4.9Boca-de-lobo sem depresso ..................................................................................33 Figura 4.10Esquema da vazo captada pela grade .................................................................36 Figura 4.11Boca-de-lobo com depresso (padro da cidade de So Paulo/SP) .....................39 Figura 4.12Boca-de-lobo sem depresso (padro da cidade de So Paulo/SP) ......................40 Figura 4.13Esquema de banco de ensaio ................................................................................42 Figura 4.14Dimenses da grade estudada ...............................................................................42 Figura 4.15Grficos representativos dos resultados obtidos ..................................................43 Figura 4.16Vazo captada Qi e eficincia Ef para declividade longitudinal IL=2% ...............44 Figura 4.17 Vazo captada Qi para declividade longitudinal IL=2% ........................................45 Figura 4.18Esquema do espaamento entre bocas-de-lobo para drenagem de ruas ...............48 Figura 4.19Esquema para definio dos parmetros do escoamento .....................................49 Figura 4.20Variao dos valores de e ...............................................................................51 ivFigura 4.21Esquema do dispositivo instalado na boca-de-lobo .............................................57 Figura 5.1Boca-de-lobo simples avanando sobre a sarjeta ...................................................61 Figura 5.2Boca-de-lobo com grelha em trilhos.......................................................................61 Figura 5.3Boca-de-lobo com grelha quadriculada fixa ..........................................................63 Figura 5.4Boca-de-lobo padro utilizada em Campinas/SP ...................................................65 Figura 5.5Boca-de-lobo padro utilizada em Araras/SP ........................................................66 Figura 5.6Esquema da boca-de-lobo utilizada em Porto Alegre/RS ......................................67 Figura 5.7Perfil da boca-de-lobo utilizada em Porto Alegre/RS ............................................68 Figura 5.8Boca-de-lobo com grelha de ferro fundido utilizada em Curitiba/PR ...................68 Figura 5.9Boca-de-lobo com grelha de concreto utilizada em Curitiba/PR ...........................69 Figura 5.10Boca-de-lobo do tipo combinada utilizada em Curitiba/PR .................................69 Figura 5.11Boca-de-lobo simples com abertura na guia e grade. Estrutura localizada no campus da UNICAMP/Campinas/SP ................................................................... 70 Figura 5.12Boca-de-lobo mltipla com abertura na guia e grade. Estrutura localizada no campus da UNICAMP/Campinas/SP ................................................................... 71 Figura 5.13Boca-de-lobo simples e com grade. Estrutura localizada no campus da UNICAMP/Campinas/SP ..................................................................................... 71 Figura 5.14Boca-de-lobo mltipla e com grade. Estrutura localizada no campus da UNICAMP/Campinas/SP ..................................................................................... 72 Figura 5.15Boca-de-lobo simples com abertura na guia. Estrutura localizada no campus da UNICAMP/Campinas/SP ..................................................................................... 72 Figura 5.16Boca-de-lobo mltipla com abertura na guia. Estrutura localizada na cidade de Campinas/SP ......................................................................................................... 73 Figura 5.17Boca-de-lobo com grade totalmente obstruda. Estrutura localizada na cidade de Campinas/SP .................................................................................................... 73 Figura 5.18Boca-de-lobo com grade sob ao do recapeamento. Estrutura localizada na cidade de Campinas/SP ......................................................................................... 74 Figura 5.19Boca-de-lobo mltipla com abertura na guia e grade. Estrutura localizada na cidade de Limeira/SP ............................................................................................ 74 Figura 5.20Boca-de-lobo com grade - Devido ao recapeamento. Estrutura localizada na cidade de Campinas/SP ......................................................................................... 75 vFigura 5.21Boca-de-lobo mltipla com grade. Estrutura localizada na cidade deLimeira/SP 75 Figura 5.22Boca-de-lobo simples com grade. Estrutura localizada na cidade de Limeira/SP 76 Figura 6.1Esquema do banco de ensaio (Dimenses sem escala) ..........................................79 Figura 6.2Banco de ensaio com reservatrio de estabilizao a montante .............................79 Figura 6.3Articulao necessria para auxiliar a mudana da declividade longitudinal ........80 Figura 6.4Suportes auxiliares para garantir a verticalidade da guia .......................................80 Figura 6.5Dobradias necessrias s variaes de declividade transversal ............................81 Figura 6.6Canal de alvenaria com calha Parshall instalada ....................................................81 Figura 6.7Captao do escoamento pela boca-de-lobo com defletores ..................................81 Figura 6.8Disposio dos defletores no modelo ....................................................................83 Figura 6.9Esquema dos defletores ..........................................................................................84 Figura 6.10Defletores instalados na boca-de-lobo .................................................................84 Figura 6.11Seo tpica de sarjeta ..........................................................................................85 Figura 7.1Curva Cota-Vazo para a calha Parshall ................................................................92 Figura 7.2Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo s/ depresso (tg = 11,43)93 Figura 7.3Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo com defletores(c/b = 2) e (tg = 5,67) .......................................................................................... 94 Figura 7.4Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo com defletores(c/b = 2) e (tg = 7,11) .......................................................................................... 95 Figura 7.5Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo com defletores(c/b = 2) e (tg = 11,43) ........................................................................................ 95 Figura 7.6Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo com defletores(c/b = 2) e (tg = 19,08) ........................................................................................ 96 Figura 7.7Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo com defletores(c/b = 1,5) e (tg = 5,67) ....................................................................................... 96 Figura 7.8Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo com defletores(c/b = 1,5) e (tg = 7,11) ....................................................................................... 97 viFigura 7.9Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo com defletores(c/b =1,5) e (tg = 11,43) ...................................................................................... 97 Figura 7.10Valores experimentais de (Q/L) x (y0) - boca-de-lobo com defletores (c/b = 1,5) e (tg = 19,08) ................................................................................... 98 vii LISTA DE QUADROS pgina Quadro 3.1 Causas e efeitos da urbanizao sobre as inundaes . .....................................7 Quadro 3.2 Equaes de intensidade durao freqncia para cidades do Estado deSo Paulo .......................................................................................................... 11 Quadro 3.3 Valores dos coeficientes da equao de chuvas intensas para cidades doEstado de So Paulo de Magni e Mero (1982) ................................................. 12 Quadro 5.1Classificao das bocas-de-lobo adotadas por diversos autores ......................64 viii LISTA DE TABELAS pgina Tabela 4.1Capacidade de entrada das bocas-de-lobo fator de reduo da vazo .............34 Tabela 4.2Caractersticas geomtricas das barras ensaiadas ...............................................37 Tabela 4.3Vazo total captada em funo do tipo de grade ................................................37 Tabela 4.4Valores dos coeficientes A, B, C, e D .................................................................51 x LISTA DE SMBOLOS ACoeficiente adimensional; rea da seo transversal [L2] aProf. das fendas na linha da guia; prof. da depresso; larg. da abertura da grade [L] aCoeficiente adimensional IDFBCoeficiente adimensional; Largura do escoamento horizontal na sarjeta [L] B0Largura do escoamento inclinado na sarjeta [L] bLargura dos defletores; espessura das barras [L]; coeficiente adimensional IDF CCoeficiente adimensional CdCoeficiente de descarga [L0,5][T] CQCoeficiente de descarga [L0,5][T] cEspaamento entre defletores [L] DCoeficiente adimensional DH Dimetro hidrulico [L]dDisposio das barras; espaamento entre a guia e abertura da grade [L] E; EfEficincia da boca-de-lobo [%] E0Razo entre vazo frontal e vazo lateral [%]F; F0Nmero de FroudefFator de atrito de Darcy f 1Fator de atrito de Colebrook-White gAcelerao da gravidade [L][T-2] hAltura dgua junto guia [L] xiiiDeclividade longitudinal [L][L-1]; espaamento entre as barras [L];intensidade da precipitao [L] IDeclividade longitudinal [L][L-1] inIntensidade da chuva [L] it ,tr Intensidade mdia da chuva [L] KConstante adimensional; nmero do escoamento cinemtico K(s);K(0)Coeficiente da lei de captao da sarjeta [L0,5 ][T-1] kF0Critrio de Morris e Woolhiser (1980) LComprimento da boca-de-lobo[L]; largura da seo do escoamento [L]; comprimento da sarjeta montante da boca-de-lobo[L] L;LComprimento da grade para captar todo o escoamento [L] L2Comprimento de transio a jusante da boca [L] L0Comprimento da superfcie plana [L] MConstante adimensional mConstante (varia com n de barras); coeficiente adimensional IDF NNmero de fendas n; n0Coeficiente da rugosidade de Manning [L-1/3][T-1]nCoeficiente adimensional IDF PtTP Durao da chuva para durao t [T]QVazo captada [L3 ][T-1] Q0; QaVazo total na sarjeta [L3 ][T-1] qVazo passante pela boca-de-lobo[L3 ][T-1] q1 Vazo direta sobre a grade; vazo entre a guia e a grade [L3][ T-1] q2Vazo que contorna a grade[L3 ][T-1] R ; ReyNmero de Reynolds Rf Razo entre vazo frontal interceptada pela grade e vazo total [%] R ; RhRaio hidrulico [L] RsRazo entre vazo lateral interceptada pela grade e a vazo total [%] SDeclividade longitudinal [L][L-1] SxDeclividade transversal da sarjeta [L][L-1] TLargura total do escoamento [L]; perodo da onda [T]; tangente ngulo xiiiTPropagao de gua na rua [T-1] TpPerodo de retorno da srie parcial [T] Tr Tempo de recorrncia (perodo de retorno) [T] tDurao da precipitao [T]; tempou Velocidade mdia na seo do canal [L][T-1] ucVelocidade mdia do escoamento [L][T-1] VVelocidade mdia do escoamento [L][T-1] V0Velocidade no incio do ponto de espirramento [L][T-1] v; v0Velocidade mdia do fluxo na sarjeta [L][T-1] zTangente do ngulo: z = tg[L]z0Coordenada axial da distncia [L] y; y0Profundidade do escoamento junto guia; altura da guia [L] WLargura da sarjeta [L] ngulo entre os defletores e a guia [] Coeficiente adimensional HPerda de carga [L][L-1] cRugosidade do material [L] ; 0ngulo entre a sarjeta e a vertical; declividade transversal do canal [] Escala geomtrica QEscala das vazes tEscala dos tempos vEscala das velocidades Viscosidade cinemtica [L2][ T] :Adimensional do perodo da onda - critrio de Ponce et al (1978) 40Declividade longitudinal do canal [] xiv RESUMO CARDOSO, Carlos Henrique Aparecido. Eficincia de Captao de guas Pluviais em Boca-de-LobocomDefletores.Campinas:FaculdadedeEngenhariaCivildaUniversidadeEstadual de Campinas, 2003, 116 p. Dissertao, Mestrado. Umsistemadedrenagemurbanadeguaspluviaisumserviopblicoquevisao confortodapopulao,protegendo-acontraaaodasguasqueescoampelasuperfciedo terreno. Um elemento essencial boa eficincia do sistema a boca-de-lobo, cuja funo captar aguaqueescoapelasarjeta.Asuaeficinciadependedacapacidadedeesgotamento,que funodeseutipo,alturadaguanotrechodasarjetaimediatamentemontanteedimenses. Portanto,paraseconheceracapacidadedaboca-de-lobonecessrioseconheceras caractersticasdeescoamentoemcondutolivrenasarjetaatravsdesuaseotransversal, declividade e rugosidade e das superfcies do pavimento sobre os quais a gua escoa. O objetivo destetrabalhooestabelecimento,atravsdemodelofsico,daeficinciadecaptaodaboca-de-lobo com defletores. Para o desenvolvimento do trabalho foi montado um banco de ensaios no Laboratrio de Hidrulica e Mecnica dos Fludos da Faculdade de Engenharia Civil. O emprego dedefletoresmostrouqueestetipodearranjomaiseficientequeaboca-de-lobopadro.Este tipo de boca-de-lobo uma opo de projeto, pois os defletores esto no mesmo nvel da rua, no prejudicando os pedestres ou o trfego, como as estruturas com depresso. Palavras-chave: drenagem urbana; estruturas de captao; estudo experimental; defletores. xvi 1 INTRODUO Oescoamentodeguaspluviaisemreasurbanas,caracterizadopelosescoamentos superficiais e pelo acmulo de gua nas partes baixas, constitui um srio problema econmico e social, sobretudo nas grandes cidades, com prejuzos ao trfego e s residncias, alm de risco de vida populao. Umsistemadedrenagemurbanadeguaspluviaisumserviopblicoquevisao confortodapopulao,protegendo-acontraaaodasguasqueescoampelasuperfciedo terreno, provocando a eroso dos solos, transporte de sedimentos e at mesmo o desabamento de construes. Alm disso, sempre com as inundaes vm os agentes causadores de doenas, que pem em risco a sade da populao. Os efeitos do processo de urbanizao fazem-se sentir sob todooaparelhamentourbanorelativoarecursoshdricos:abastecimentodegua,transportee tratamentodeesgotospluvialecloacal.AssimTucci(1997)destacaaimportnciaemse considerar o planejamento das redes cloacal e pluvial e a ocupao das reas de risco, quando se formulam os planos diretores de desenvolvimento urbano e o quanto o gerenciamento inadequado na implantao de obras pblicas ou privadas interfere no ambiente urbano. Oescoamentodasguaspluviaisfeitopormeiodeumsistemadecaptaoe esgotamentodasruas,compreendendoospavimentos,guias,sarjetaserededegalerias,bem comoasbocas-de-lobo,astubulaes,ospoosdevisitaeasestruturasacessrias,queso projetadoscomoobjetivodecaptareconduzirasguaspluviaisatopontodedespejo convenientemente localizado, impedindo distrbios populao por ocasio das chuvas. 2O estudo dos problemas de captao e esgotamento das guas pluviais nas reas urbanas deveserfeitobuscandosolueshidrolgicasehidrulicasparagarantir a eficincia do sistema de drenagem proposto e proteger a populao, que na maioria das vezes sofre os efeitos danosos das enchentes. O bom funcionamento deste sistema obtido pela ao conjunta de todos os elementos queocompem,sendoqueparaissoelesdevemestarbemdimensionados,tendomxima eficincianacaptaodaguaasertransportada.Paraqueessesistemasejaomaiseficiente possvelnamacro-drenagem(canaisnaturaisouartificiais,galeriasdegrandesdimenses, estruturas auxiliares e obras de proteo contra a eroso do solo os dissipadores de energia), necessrioqueoscomponentesmontante,namicro-drenagem(tubulaessubterrneas, coletores,bocas-de-loboesarjetas),tambmsejameficientes.ParaMascarenhas(2000),o planejamentointegradofeitoporequipesmultidisciplinares,abrangendomodelaofsicae matemtica permite a simulao do fenmeno das enchentes e a verificao da eficcia das aes. O elemento essencial boa eficincia do sistema a boca-de-lobo, cuja funo captar a gua que escoa pela sarjeta. Sua eficincia depende da capacidade de esgotamento e calculada pela relao entre a vazo montante da boca-de-lobo e a vazo jusante da captao. O termo comportamentohidrulicocorrespondeeficinciadaboca-de-loboemfunodosparmetros hidrulicosegeomtricosintervenientesnofenmeno,noimportandoascondiesdabacia contribuinteouqualquerobstculoquevenhaamodificaroescoamentomontante.A capacidade de esgotamento de uma boca-de-lobo depende principalmente de seu tipo, dimenses edaalturadaguanotrechodasarjeta imediatamente montante. Portanto, para se conhecer a capacidadedaestruturanecessrioseconhecerascaractersticasdeescoamentoemconduto livrenasarjetapormeiodesuaseotransversal,declividade,rugosidadeedassuperfciesdo pavimento sobre os quais a gua escoa. 2 OBJETIVOS O objetivo deste trabalho foi estudar a eficincia de uma boca-de-lobo com ranhuras de captao (chamadas de defletores) na sarjeta e abertura na guia. No estudo foi tomado como parmetro uma boca-de-lobo sem depresso com dimenses padronizadas, utilizada na cidade de So Paulo, com a colocao de defletores e abertura na guia. Ainstalaodasranhurastemaseufavorofatodenoserprejudicialaotrfegode veculos, quando instaladas em ruas que utilizam a sarjeta eventualmente como parte da faixa de rolamento. Para estudar esta boca-de-lobo, foi construdo um modelo na escala 1:3 no laboratrio de HidrulicaeMecnicadosFluidos,daFaculdadedeEngenhariaCivildaUNICAMP.Os intervalos de variao da declividade transversal e da declividade longitudinal foram de 5 < tg < 20 e0 < IL < 20%, respectivamente. 4 3 DRENAGEM URBANA E A CHUVA DE PROJETO 3.1 Introduo Durantemuitotempooobjetivoprincipaldadrenagemurbanafoiremoverasguas pluviaisemexcessodaformamaiseficientepossvel,paraevitartranstornos,prejuzoseriscos deinundaes,tendosuasaesconcentradasnaexecuodeprojetoseobrasenaanlise econmicadosbenefciosecustosdessasmedidas,ditasestruturais.Experinciasnacionaise internacionaismostramquetaismedidas,almdeonerosas,norepresentamporsimesmas solueseficazesesustentveisparaosproblemascomplexosdadrenagemurbana.Segundo Tucci(1993)melhoressoluesparaessesproblemassoalcanadasapartirdeuma compreensomaisintegradadoambienteurbanoedasrelaesentreossistemasqueo compem,almdeumaatuaomaisabrangenteporpartedosresponsveispelosetor,com respeitoaosaspectoslegais,institucionais,tecnolgicosesociolgicos.Paraoautoroconceito do que se entende por drenagem urbana extravasou o campo restrito da engenharia para se tornar umproblemagerencial,comcomponentespolticosesociolgicos.Otermodrenagemurbana ganhaagorasentidomaisamplocomooconjuntodemedidasquetenhamporobjetivo minimizarosriscosaqueaspopulaesestosujeitas,diminuirosprejuzoscausadospor inundaesepossibilitarodesenvolvimentourbanodeformaharmnica,articuladae sustentvel. Uma soluo eficaz para a drenagem urbana depende dos seguintes fatores: Existnciadeumapolticaparaosetorquedefinaosobjetivosaseremalcanadoseos meios para atingi-los; 6Existnciadeumapolticadeocupaodosolourbano,articuladacomapolticade drenagem urbana; Processo de planejamento com medidas de curto, mdio e longo prazos, em toda a bacia; Existncia de uma entidade que exera a liderana do setor, com relao ao domnio das tecnologias necessrias, implantao de obras e medidas, promova a participao pblica, estabelea critrios, aplique leis e normas; Domnio da tecnologia necessria para o planejamento, projeto, construo e operao de obras; Organizao de campanhas de educao e esclarecimentos da opinio pblica. 3.2 Impactos da urbanizao sobre o escoamento superficial Asconseqnciasdaurbanizaoquemaisinterferemnadrenagemurbanasoaquelas relacionadascomoaumentodoescoamentosuperficialdireto.DeacordocomLeopold(1965), apud Tucci (1993) foi estabelecido uma relao entre o crescimento das vazes mximas de cheia comareaurbanizadadabacia,sendoque,noscasosextremos,opicodecheianumabacia urbanizadapodeaumentarematseisvezescomrelaoaopicodessabaciaemcondies naturais,comodemonstradopelaFigura3.1.OQuadro3.1fazacorrelaoentreacausae efeito sobre os diversos processos que ocorrem em uma rea urbana. 7 Figura 3.1. Efeito da urbanizao sobre a vazo mxima. Fonte: Tucci (1993) Quadro 3.1. Causas e efeitos da urbanizao sobre as inundaes. CAUSASEFEITOS ImpermeabilizaoMaiores picos e vazes. Redes de drenagemMaiores picos a jusante. Lixo Degradao da qualidade da gua; Entupimentos de bueiros e galerias. Redes de esgotos deficientes Degradao da qualidade da gua; Molstias de veiculao hdrica; Inundaes: conseqncias mais srias. Desmatamento e desenvolvimento indisciplinado Maiores picos e volumes; Mais eroso; Assoreamento em canais e galerias. Ocupao de vrzeas Maiores prejuzos; Maiores picos; Maiores custos de utilidades pblicas. Fonte: Tucci (1993) 8Peloexposto,verifica-sequeosproblemasresultantesdessesprocessosreferem-se principalmenteaoaproveitamentodosrecursoshdricos,controledepoluioecontrolede inundaes,sendoquesolueseficientesesustentveisqueparaessesproblemassoaquelas que atuam sobre as causas e abrangem todas as relaes entre os diversos processos. Aprincipalconseqnciadoaumentodaurbanizaosobreoaparelhamentode drenagemestrelacionadacomanecessidadedoaumentodacapacidadedoscondutos,como aumento significativo nos custos de execuo. 3.3 Equaes de chuvas intensas Tucci(1993)definehidrologiaurbanacomooestudodosprocessoshidrolgicosem ambientesafetadospelaurbanizao,definioqueabrangedeformaamplatodasasinter-relaesesquematizadasnaFigura3.1.Adeterminaodachuvadeprojetoestlocalizada dentro do campo da hidrologia urbana. O procedimento padro de um estudo de drenagem pode ser feito seguindo cinco passos: 1.Escolha do perodo de retorno; 2.Determinao da chuva de projeto; 3.Determinao do escoamento superficial direto; 4.Determinao das vazes de projeto e; 5.Dimensionamento das estruturas hidrulicas. Astcnicasutilizadasnoestudodedrenagemurbanaaplicam-seabaciashidrogrficas depequenooumdioporte.Tucci(1993)afirmaqueadistinoentreestasbaciassersempre 9imprecisaedependerdecertograudesubjetividade,devidovariaodosparmetrosque influemnocomportamentohidrolgico.Oscritriosmaiscomunssoosqueclassificamcomo pequenasaquelasbaciascujareadedrenagemsejainferiora2,5km2ouotempode concentraosejainferiora01hora.Paraasbaciasmdiasadotam-seoslimitessuperioresde 1000 km2 e 12 horas, respectivamente. Aprincipalconseqnciadadefiniodotamanhodabaciadizrespeitoescolhado mtodo para o clculo das vazes de cheia e forma de se determinar os parmetros hidrolgicos utilizados nesses mtodos. Para bacias pequenas utiliza-se o mtodo racional, enquanto que para asbaciasmdiasdevemserutilizadososmtodosquesebaseiamnohidrogramaunitrio,os quais permitem considerar as variaes de intensidade de chuva no tempo e o amortecimento na bacia. Em diversos projetos hidrulicos, como os relacionados drenagem urbana e rural, tais como galerias de guas pluviais, bueiros, reservatrios de deteno (piscines), entre outros, h a necessidadedeinformaessobreasprecipitaesdedeterminadasduraesefreqncias,as quaisconsideramaintensidadedeprecipitaoassociadaaperodosderetorno.SegundoTucci (1993),amagnitudedaprecipitao,umdosfatoresresponsveispelasvariaesnosvalores docoeficientedeescoamentosuperficial,Cedocoeficientedeescoamentosuperficialmdio anualCa.OcoeficienteCarepresentaaparcelatotalescoadapelabaciacomrelao precipitao anual total. Existem diversos estudos que relacionam a Intensidade de Precipitao, aDuraoeaFreqncia(equaesIDFouequaesdechuvaslocais,equaesde generalizadas), s relaes entre chuvas intensas de diferentes duraes e a mapas de isoietas. So apresentados neste captulo diversos trabalhos desenvolvidos sobre o assunto, onde tambmsefazumaanlisecomparativaentreosdiferentesmtodos,associadaaumadada duraodechuvaeaumperododeretorno,procurando-seaindaressaltaraaplicabilidadede cadamtodo,sendodenossoespecialinteresseaquelequemelhorseadaptescondies peculiares do Estado de So Paulo. 10UmestudocompletosobreoassuntofoidesenvolvidoporGenovezeZuffo(2000), buscando na literatura as principais metodologias aplicadas na determinao precisa das chuvas. Umdosprimeirostrabalhossobreaintensidadedaprecipitaofoiapresentadopor Pfafstetter(1957),emqueoautorobteveascurvasdeintensidadedeprecipitao-durao freqncia (IDF), com base em dados obtidos pelo Ministrio da Agricultura para 98 (noventa e oito) localidades do Brasil. Setzer (1973), apud Genovez e Zuffo (2000) obteve as alturas de chuvas mximas para duraes de 15, 30, 60, 120, e 240 minutos, com perodos de retorno de 10, 25 e 50 anos, tendo apresentado tambm as curvas de intensidades de chuvas mximas para a cidade de So Paulo em funodadurao,almdosmapasdasisoietasdeintensidadesde chuvas para duraes de 15, 30 e 60 minutos e perodos de retorno de 10, 25 e 50 anos, respectivamente. Foram obtidas, para algumas cidades do Estado de So Paulo, equaes IDF com a forma apresentada pela equao (3.1). ( )Nmrb tT . ai+= (3.1) em que:i a intensidade mxima da precipitao (mm/h),t a durao da precipitao (min), rT otempoderecorrncia(anos).Osvaloresdoscoeficientesm b a , , eNparaalgumas localidades, bem como suas coordenadas, intervalos de aplicao e os autores que as obtiveram, so apresentados no Quadro 3.2. 11Quadro3.2.EquaesdeintensidadeduraofreqnciaparacidadesdoEstadodeSo Paulo. Cidade a b m N Latitude Longitude Aplicao Perodo Autores So Paulo 1667,6 15 0,112 0,86TR-0,0144 2339 S 4638 W 5min t 1h 1928-64 Occhipinti e Marques (1965) So Paulo 1232,7 0 0,15 0,82 2339 S 4638 W 1h t 24h 1928-64 Occhipinti e Marques (1965) So Paulo 1747,9 15 0,181 0,89 2331 S 4641 W t 2h 1934-59 Wilken (1978) Limeira 4653,8 25 0,1726 1,087TR0,0056 2238 S 4724 W t 2h 1953-76 Vieira e Medeiros (1986) Campinas 2524,9 20 0,136 0,948TR-0,007 2253 S 4704 W t 2h 1945-77 Vieira (1981) Presidente Prudente 834,4 15 0,168 0,7247 2207 S 5123 W 1972-79 Sudo et al (1981) Ribeiro Preto 2421,3 40 0,085 1,358TR-0,0454 2111 S 4718 W 1957-80 Vieira e Souza (1983) Botucatu 1648 12 0,141 0,866 2255 S 4817 W t 2h 1971-82 Leopoldo et al (1984) Piracicaba 3298,3 + 651,36ln(TR) 24 0 1,034 2242 S 4738 W t 2h 1966-86 Vieira et al (1988) Pindorama 2694 20 0,14 0,92 2131 S 4855 W t 2h 1970-88 Vieira et al (1994) Mococa 2667 20 0 0,96 2128 S 4701 W t 2h 1970-90 Vieira et al (1988) Fonte: Genovez e Zuffo (2000). MagnieMero(1982),apudGenovezeZuffo(2000)apresentaramasrelaes intensidade de precipitao durao perodo de retorno, para as algumas localidades, entre as quais se encontra a cidade de So Paulo, de onde foram obtidas relaes genricas para o clculo de chuva, que esto agrupadas na equao (3.2). ( ) ( ) ( ) ( ) 5 , 0 ln . .1ln . . ., + +((

||.|

\|+ + + + =rqjj jrrk kkejjcjrT tT p t mTTg f d t b t a i(3.2) 12sendo: j = k = 1p/ 1t60 j = k = 2 p/ 60t180 j = 2 e k = 3p/ 180t1440 emque: Tr , ti aintensidademdia(mm/min),t aduraodachuva(min), rT operodode retornoemanos.Oscoeficientes, , , , , , , , , ,j j j k k j j j j jq p m g f e d c b a soapresentadosnoQuadro 3.3. Quadro3.3.ValoresdoscoeficientesdaequaodechuvasintensasparacidadesdoEstado de So Paulo de Magni e Mero (1982). Fonte: Genovez e Zuffo (2000) COEFICIENTES OBTIDOS PARA A ESTAO PLUVIOMTRICA NA CIDADE DE: AparecidaAvarBarretosBauruLinsPiracicabaSantos So Paulo So Simo TapiraUbatuba Lat. (S) 22572306202322192140224323562339212923582327 Long. (W) 45154834483449044945473846204638473347304503 a146,38100,0019,1815,7932,1943,2018,8537,0533,5470,0110,38 b130,0030,0020,0015,0015,0020,0020,0020,0020,0030,0015,00 c1-0,912-1,109-0,849-0,719-0,916-0,988-0,760-0,914-0,903-1,060-0,583 d130,0030,0015,0015,020,0020,0010,00 e1-0,912-0,792-0,719-0,916-0,760-0,914-0,461-0,236 f1-8,174-4,00-2,224-4,951-3,315-5,966-0,608-0,33 g1-15,91-7,70-4,17-9,82-6,68-10,88-1,121-0,62 m15,3711,6728,00 p120,0020,0030,00 q1-0,849-0,988-1,060 a239,9143,2917,7828,4015,1220,4410,4419,2426,2628,9015,73 b210,0015,0020,0015,005,0010,0020,0020,0015,00 c2-0,923-0,965-0,834-0,86-0,768-0,841-0,6620,821-0,851-0,89-0,682 d210,0015,0015,005,0010,00 e2-0,923-0,951-0,86-0,768-0,662-0,821-0,781-0,236 f2-7,034-6,995-3,999-2,325-1,836-3,098-2,745-0,33 m24,985,5211,56 g2-13,38-13,47-7,49-4,61-3,365,655,06-0,62 p220,0010,0020,00 q2-0,834-0,8410-0,89 e2-0,923-0,951-0,86-0,768-0,662-0,821-0,781-0,724 f3-7,034-6,995-3,999-2,325-1,836-3,098-2,745-4,302 g3-13,28-13,47-7,49-4,61-3,36-5,65-5,06-8,04 13Diversasequaes(IDF)generalizadasforampropostasporvriosautores,sendo algumas delas apresentadas a seguir: Bell(1969),apudGenovezeZuffo(2000),comdadosdosEUA,obtevearelao apresentada na equao (3.3). ( )( )10125 , 0. 5 , 0 . 54 , 0 . 52 , 0 ln . 21 , 0 P t Tp PTpt + = (3.3) para: 2 Tp 100 (anos) e 5 t 120 (min) emque: TptP aalturadachuva(mm)paraaduraothorasecom perodo de retorno da srie parcial Tp; t a durao da chuva (minutos). Ueharaetal(1980),utilizando-sedamesmametodologiausadaporBell(1969),citados por Genovez e Zuffo (2000), obtiveram para o Brasil a equao (3.4). ( )( )10127 , 0. 5 , 0 . 497 , 0 . ln . 1824 , 0 58 , 0 P t Tp PTpt+ + = (3.4) para: 2 Tp 100 (anos) e 5 t 120 (min) Os autores, ainda utilizando-se da mesma metodologia e com sries anuais, propuseram aequao(3.5)paradeterminaodealturasprecipitadasgeneralizadas,baseando-seemdados de postos localizados em diversas localidades do Estado de So Paulo: ( ) ( )10131 , 0TtP . 39 , 0 t . 38 , 0 . 50 , 0 T ln . 22 , 0 P + =(3.5) em que os intervalos de aplicao foram assumidos os mesmos da equao (3.4). Chen(1983),segundoGenovezeZuffo(2000),apresentouoequacionamentoIDF definido pela equao (3.6). 14( )( )cX XTtb tTp i ai+= 1 2 101 1. 10 log . .(3.6) para: Tp 1 ano e, 5 min t 24 horas, emque:a1,becsoparmetrosemfunodarelao T TP P24 1 `,obtidosgraficamente,emque T1P a precipitao de 01 hora e T24P a precipitao de 24 horas, ambas para o mesmo perodo T. Otermo Tti definidocomoaintensidadedeumachuvadeduraothoraseperodoT.O coeficiente1011001P P X = a relao entre a precipitao de 01 hora com perodos de retorno de 100 e 10 anos, respectivamente. Observa-sequeaequao(3.6)tambmfoideduzidaparaotempoderecorrnciada srie parcial Tp, como na equao (3.3). Para se obter a equao (3.6) com perodo de retorno da srie anual T, Chen (1983), citado por Genovez e Zuffo (2000) props a equao (3.7): ( )( )cXXTtb tTpTpi ai+)`((

||.|

\|= 12 101 11ln . 10 log . .(3.7) para: T 1 ano e, 5 min t 24 horas, Hernandez (1991), de acordo com Genovez e Zuffo (2000), modificou as equaes (3.6) e (3.7) com a substituio de 1011001P P X =por 102410024P P W = , ou seja, pela relao entre a precipitaode24horas(01dia)comperodosderetornode100e10anos, respectivamente,utilizandoosmesmosvaloresdosparmetrospropostosporChen (1983).Essamodificaotornouessemtodocommaiorvalorprticoparalocaiscom poucadisponibilidadededados,sendoutilizadoemlocaisqueapresentammaior quantidade de dados pluviomtricos que dados pluviogrficos. 15GenovezePegoraro(2001)estudaramasequaesdechuvasintensasgeneralizadas propostasporBell(1969)eChen(1983),apudGenovezeZuffo(2000).Osautores recalcularam os parmetros a1, b e c da equao utilizada no mtodo de Chen, a partir de dados obtidos para o Estado de So Paulo, os quais foram utilizados no prprio mtodo e nasadaptaespropostasporUhearaetal(1980)eHernandez(1991),comatrocado parmetro X por W* = P1d100/P1d10, que a relao entre as chuvas de 01 dia com perodos deretornorespectivamentede100e10anos,queapresentaumamaiorfacilidadeem relao ao parmetro W, que utiliza chuva de 24 horas. Comrelaoschuvasintensasdediferentesduraes,GenovezeZuffo(2000) apresentaramasproporesentreaschuvasdemenorduraoeaschuvasdirias,pormeiode coeficientesempricosobtidosemvriosestudosanteriores.Foifeitaumaanlisedestes coeficientesnaqualbuscou-sedeterminaraintensidadedechuvainferioraumdiaapartirde alturasde chuvas dirias para o Estado de So Paulo. O estudo de chuvas intensas com durao deumdiaousuperiores,emboranopossamserutilizadosdiretamentecomopropsitode estimarchuvasintensasdeduraesinferioresa24horas,podeservirdebasepara a estimativa dessesvalores.Essapossibilidadeorigina-seemestudosrealizadosquemostraramarelao constante existente entre os totais precipitados em um dia e totais precipitados em perodos mais curtosPormeiodaconstruodemapasdeisozonas,Torrico(1974)apudGenovezeZuffo (2000) buscou identificar zonas de igual relao entre as alturas de precipitao mxima anual de 01horacomamximaanualde24horas,paradiferentestemposderecorrncia(5a10.000 anos).Paracadaumadas08isozonasestabelecidasparaoBrasilapresentoutambmoutras relaes entre altura de precipitao de 06 minutos e as de 24 horas para os tempos de recorrncia entre05e50anosepara100anos,tendoutilizadoparaissoasmesmasestaesdePfafstetter (1957).Paraaconversodachuvade01dia dP1,emchuvade24horas 24P ,oautorpropea multiplicao da chuva de 01 dia pelo fator 1,10 (1,095). Com a chuva de 24 horas conhecida e a isozonadeinteressedefinida,comoauxliodeumpapeldeprobabilidade,podeserobtidaa altura de chuva de 01 hora e de 06 minutos, para o tempo de recorrncia escolhido. Osautoresdestacaramtambmaobtenoempricadaproporoentrealturas pluviomtricasmximasde01diaregistradaspelopluvimetro, d 1P easalturasde24horas 16obtidas pelo pluvigrafo, 24P . Observou-se que a proporo praticamente constante e independe doperododeretorno. Os valores obtidos foram os seguintes: 1,14, para a cidade de So Paulo, 1,095,paraoBrasil,enquantoparaoEstadodeSoPaulochegaramaovalormdiode1,11, propores definidas, respectivamente por Occhipinti e Santos (1966), Torrico (1974) e Genovez e Pegoraro (1998), apud Genovez e Zuffo (2000). Pela anlise dos equacionamentos apresentados, para o Estado de So Paulo Genovez e Zuffo (2000) recomendam a utilizao da equao (3.7) de Chen (1983), com novos coeficientes a1,bec,definidosparaolocal,paraoscasosemqueotamanhodasriededadosobtidospor pluvigrafos seja suficiente. Caso existam poucos dados, embora apresente uma menor preciso, aequaoqueapresentaatrocadoparmetroXporW*deveserpreferida,comosnovos parmetros a1, b e c estimados. ParaoBrasil,GenovezeFalaguasta(2003),comdadosdosEstadosdeSoPauloe Paran,recomendamomtodoChenNovo,queamesmaequaodeChen(1983),apud Genovez e Zuffo (2000) com novos parmetros a, b, c, obtidos com o reagrupamento dos valores iniciais e a obteno de 16 novos valores desta relao. 4 ESTRUTURAS DE CAPTAO DE GUA 4.1 Introduo Naseqnciaseroapresentadosdiversostrabalhosdesenvolvidosporpesquisadores que procuravam aumentar os conhecimentos sobre os fatores que interferem na drenagem urbana e na eficincia das estruturas de captao. 4.2 Pesquisas existentes Eastwood(1946)publicouomaisantigotrabalhosobreasestruturasdedrenagem urbanadoqualsetemnotcia,segundoSouza(1986).NessamesmapocaLi,GeyereBenton (1951), apresentaram um trabalho sobre bocas-de-lobo com abertura na sarjeta, com grade e sem depresso,apresentadanaFigura4.1.Devidonaturezacomplexadoproblema,sendo praticamente impossvel obter uma soluo puramente terica para descrever o escoamento nesse tipodeboca-de-lobo,foiadotadaumaaproximaoexperimentalparaquemelhorpudesseser descritoofenmeno,quesebaseounaobtenodealgumasfrmulasracionaisrelacionandoa capacidade de esgotamento e o tamanho da boca-de-lobo com as caractersticas do escoamento na sarjeta.Nessaaproximao,algumascondiesforamfixadasealgumasvariveisfsicas desprezadas,paraqueseobtivesseumequacionamentomaissimples.Foramobtidasfrmulas pormeiodetestesrealizadosnasruasdeBaltimore(EUA)eemestudoemmodelos1:3.Em18todasassituaestestadasosresultadosobtidosemmodeloseprottipostiveramumexcelente ajuste,sendoodesviomdiodacapacidadedaboca-de-loboinferiora1%.Porm,comoos efeitosdevariveisimportantessodesprezados,osresultadospodemseraplicadoscom segurana somente em condies similares quelas dos testes. De acordo com os autores, para o casoespecficodebocas-de-lobocomentradapelasarjetaegradescombarraslongitudinais,a vazo que passa direto sobre a entrada pode seguir trs caminhos diferentes: o escoamento passa direto pela entrada na grade, entre a guia e a primeira fenda, q1; o escoamento passa ao lado da ltima fenda, q2; escoa transversalmente sobre as fendas da grade. Figura 4.1. Grades com barras longitudinais. Fonte: Li, Geyer e Benton (1951) 19Combaseemseusexperimentos,osautoresdeterminaramasrelaesnecessriaspara obterocomprimentomnimoparacaptartodofluxoatapartecentraldagrade,avazoque passaentreaguiaeaprimeirafendadagradeeocomprimentonecessrioparacaptartodoo escoamentopelaprpriagrade,ouseja,paraqueoescoamentoexcedente(q2),sejanulo. Verificou-sequeasoluodoproblemadependedasseguintescondies:davelocidadede aproximaodofluxo,v0;daprofundidadedoescoamentodocomeoaofimdaprimeira abertura, que aproximadamente igual a y0; da largura das aberturas, a; da largura das barras, b; e daaceleraogravitacional,g.Asexpressescorrespondentesforamobtidascomasbarrasdo modelo sendo arredondas no topo e com a altura e largura equivalentes s dimenses de 3,00 in (7,60cm),e1,25in(3,17cm),respectivamente,noprottipo.Comosensaiosrealizados, chegaram aos seguintes resultados: A relao adimensional que expressa o comprimento mnimo necessrio (L0) para captar a vazo total at o meio da grade, a seguinte: ||.|

\|=aybagyvygvL0000 00, , emque:L0ocomprimentodagraderequeridoparacaptartodo o escoamento que passa sobre ela, (ft); v0 a velocidade mdia do fluxo na sarjeta (ft/s);g a acelerao da gravidade (ft/s2); y0aprofundidadedoescoamentopelasarjetana guia (ft); a distncia entre as barras e b a espessura das barras (ft). Paraascondiesdostestesrealizados,queapresentavam 0 0gy v acimade3,b aigual a 1, 6/5, e 7/5 ea y0 variando de 2/3 a 2, chegou-se equao (4.1): mygvL=0 00(4.1) 20emquem=4,podendoaindaseradotadoovalorm=8,noscasosemquebarrastransversais forem utilizadas com funes estruturais das grades. Avazoquepassadiretoentreaguiaeaprimeirafendafoideterminadapelaequao (4.2),porm,osautoresconsideraramseuvalordesprezvel,paraotipodegrade utilizada. 2000 016 |.|

\|=Ldgyvd y vq (4.2) em que: q1 a vazo entre a guia e a grade (cfs); d a distncia entre a guia e a primeira abertura na grade (ft) e L o comprimento total da grade (ft). A definio do comprimento mnimo necessrio para captar todo o escoamento existente pela grade, representada na equao (4.3), foi feita por meio do seguinte relacionamento: ||.|

\|=00 0 000, , tg ywgyvyL emque:L ocomprimentodagradeparacaptartodooescoamentoexistente(ft); 0v a velocidademdiadoescoamentonasarjeta(ft/s); 0y aprofundidadedoescoamentonaguia (ft);w a largura da grade (ft); 0 o ngulo entre a seo transversal da rua e a vertical. 00 0 0001 2 , 1 tgtg ywgyvyL = (4.3) As equaes (4.1), (4.2) e (4.3) definidas pelos autores, foram obtidas tendo a condio dequeaseotransversaldaruafosse uniforme prximo boca-de-lobo, sendo vlidas para as condies restritas em que foram obtidas. 21UmsegundoartigosobreoassuntofoipublicadoporLi,SortebergeGeyer(1951), trabalhandocombocas-de-lobocomaberturanaguia,semecomdepressonasarjeta, apresentadas nas Figuras 4.2 e 4.3. Figura 4.2. Boca-de-lobo com abertura na guia sem depresso. Fonte: Li, Sorteberg e Geyer (1951) Figura 4.3. Boca-de-lobo com abertura na guia com depresso. Fonte: Li, Sorteberg e Geyer (1951) 22Nocasosemdepressonasarjeta,estapossualarguraconstantedoincioaofimda abertura na guia (configurao da maioria dos casos adotados na prtica). Foram realizados testes embocas-de-lobocomvriosarranjos,dediferentescomprimentosesarjetascomvariadas inclinaeseseestransversais.Noscasosestudadosaquantidadedefluxoquepassadireto pela entrada na guia cerca de 20% do total, para a sarjeta com depresso, e 40% do fluxo total paraa sarjeta sem depresso. Os modelos utilizados tambm foram na escala 1:3. Com base em dados experimentais foram obtidos os relacionamentos entre as variveis fsicas para determinar a captao, apresentados a seguir: ||.|

\|= , ,0Qqgyvgy LyQ em que: Q a vazo captada pela boca (cfs); Q0 a vazo total na sarjeta (cfs); q vazo que passa diretopelaentrada(cfs); 0 = onguloentreaseotransversaldaruaeavertical;va velocidade mdia do escoamento na sarjeta (ft/sec); L o comprimento da abertura na guia (ft); g a acelerao da gravidade (ft/sec2); y a profundidade do escoamento na sarjeta (ft). Ostestesforamrealizadossobasseguintescondies:gy v variandoentre1e3e 0Q q variandoentre0e0,7(nestecaso 0 = ),120= tg , 24 e48,sendoobtidaparaestas condies a equao (4.4) : Kgy LyQgy LyQ= =0 0(4.4) naqualKdependesomentede .Assim,osautoreschegaramaosseguintesvalores: = =0 tg tg 12, 24 e 48, resultando em K= 0,23, 0,20 e 0,20, respectivamente, tendo porm, sua aplicaoefetuadacomsegurana,noscasosemque22 < n s (sadeclividadelongitudinal (ft/ft)enocoeficientederugosidadedeManning).Apsadefiniodosvaloresdey0ev0,a equao (4.4) pde ser reescrita conforme apresentada na equao (4.5): 23( )( )16 / 9016 / 1508 / 30/sec 17 , 8||.|

\| +=n sQtgKLQ(4.5) Nocasodasarjetaapresentardepresso,(Figura4.3),foramfeitasmodificaesna equao(4.4),pordiversasrazes,entreasquais:aprofundidadedasarjetaydiferenteda profundidade do trecho devido depresso, y0, e o fato de ocorrer um ressalto hidrulico na parte dejusantedadepresso,aumentandoavazonaboca-de-lobo.Umnovorelacionamentofoi obtido: ||.|

\|=022, , , ,QqaLaLgyvgy LyQ em que novas variveis foram agregadas: L2 o comprimento de transio jusante da depresso (ft); a a profundidade da depresso na guia (ft), sendo L2 = 4a. A equao (4.4) foi alterada pela introduodeumtermoadicionalCpararepresentaroacrscimonavazoQprovocadapelo volume acumulado jusante da entrada da guia, representado pela equao (4.6): C Kgy LyQ+ = (4.6) em que K depende do ngulo . Pelos testes realizados encontrou-se o valor K = 23, e o valor de C foi definido, pelas equaes (4.7a), (4.7b) e (4.7c): MC12 , 145 , 0= (4.7a) atgLFM =(4.7b) gyvF2=(nmero de Froude)(4.7c) 24Deacordocomosautores,estasequaespodemserusadascomseguranasomente para condies de projeto similares s dos testes onde foram obtidas. Li,GoodelleGeyer(1954)estudaramocomportamentodeumaboca-de-lobo empregando fendas diagonais na sarjeta em frente entrada na guia, chamadas de defletores, para direcionarofluxo,apresentadanaFigura4.4.Estearranjotinhaopropsitodemelhorara capacidadedecaptao,comrelaoaotiposemdepressonasarjeta,eeliminarosefeitos prejudiciais ao trfego, apresentados pelo tipo com depresso, pois os defletores foram instalados nomesmonveldasarjeta.Utilizou-seummodelonaescala1:3,comentradasdediferentes dimensesecomprimentolongitudinaldasarjetacomdiferentesgrausdeinclinao.Emcada caso,acapacidadedeentradadaboca-de-lobofoimedidaparadiferentesquantidadesde escoamentosobreasarjeta,quepermitia30%dofluxopassandodiretoporsobreosdefletores. Chegaram seguinte relao entre as variveis: ( )0 00 0, , , , , , , Q Q n s N b c L a L Wgy LyQ = em que: a a profundidade das fendas na linha da guia (ft); b largura dos defletores (ft); c o espaamentoentreosdefletores(ft);gaaceleraodagravidade(ft/sec2);Locomprimento daaberturanaguia(ft);( ) ( ) c b c L N + = sen onmerodefendas;nocoeficientede rugosidadedeManningparaasarjeta;Qavazocaptadapelaboca-de-lobo(cfs);Q0o escoamento na sarjeta (cfs); s a declividade da rua (ft/ft); y0 a profundidade do escoamento na guia (ft); W a largura da rea dos defletores (ft); o ngulo entre os defletores e a guia; 0 o ngulo entre a seo transversal da rua e a vertical. Ostestesforamrealizadoscomdefletoresinstaladoscomasseguintesconfiguraes: W/L entre 1/3 e 1, , a/L entre 1/25 e 1/50,n sentre 12 e 22, Q/Q0 entre 0,7 e 1 e c/b entre 2 e 5. Paravaloresde o45 = e180= tg ,avazoescoadapelaboca-de-lobofoiobtidapela equao(4.8): 25( ) L W n s b cgy LyQ20 / 10 0058 , 0 =(4.8) Figura 4.4. Boca-de-lobo com defletores. Fonte: Li, Goodell e Geyer (1954) Osensaiosrealizadoscomaboca-de-lobocomdefletoresapresentarameficincia comparadaqueladabocacomaberturanaguiaedepressonasarjeta.Daanlisedosdados obtidos, os autores concluram que o volume captado com a utilizao de defletores aumenta com ograudeinclinaodarua,principalmentepara17 > n s ,eistodevidocriaodeuma 26ondaperpendicularnoescoamentojuntoentradanaguia,caractersticaqueopostasdos outros tipos de bocas-de-lobo com entrada pela guia. Observou-se tambm que a capacidade de esgotamento aumentou muito pouco (cerca de 5%) quando foi mudada a relao c/b de 2 para 5. Umrelatriocomresultadosrelativosacomportamentoshidrulicosdebocas-de-lobo com abertura na guia, com e sem depresso na sarjeta, alm de outros tipos como: com grade na sarjeta e com abertura na guia, associada grade na sarjeta, foi publicado pela Universidade Jonh Hopkins (EUA) em 1956, apud Souza (1986). O relatrio apresentou tambm resultados obtidos emtestesefetuadosnasruasde Baltimore e realizados em modelos hidrulicos. Para a boca-de-lobocomaberturanaguiaesemdepressonasarjeta,foipropostaumaequaoparaavazo captada, do tipo apresentado na equao (4.9): ( )( )6 / 90i nQ s K L Q = (4.9) emque:iadeclividadelongitudinal(m/m);K(s)ocoeficientedaleidecaptaodasarjeta (m0,5/s);Locomprimentodaboca(m);Qavazocaptadapelaboca(m3/s);Q0avazo montante da boca de lobo (m3/s); Aprofundidadedofluxo,adistribuioeoperfildevelocidadestransversaisque ocorrememumcanaltriangular,lisoeraso,paracondiesdeescoamentouniformeforam estudadosporWasley(1961),emmodeloquevariavasuadeclividadelongitudinalevazo. Paralelamente,foifeitoumestudoanalticodofenmeno,emqueosresultadosobtidosno modeloforamcomparadoscomasexpressestericasobtidasporpesquisadores,comoLarson (1940), citado por Wasley (1961), que descreve o perfil de velocidades para um canal triangular deformasimilarestudadanestetrabalho,pormparasuperfcieemconcreto.Algumas consideraesforamadotadasnodesenvolvimentodainvestigao:amximadistnciana inclinaotransversal,y,eaprofundidadedoescoamentonafacedaguia,z0,sodadasem funodoescoamentopadro,Q.OcoeficientendafrmuladeManningnestetipode investigao, para um canal triangular no qual se considera a tenso de cisalhamento da guia, foi 27obtidopelaequao(4.10).Arugosidadedocanal,obtidapelofatordeatritodeDarcy,f,foi definido pela equao (4.11), sendo Rey obtido pela equao (4.12). Desta forma: ( ) ( ) ( )2 / 103 / 80 0 z 1 . 0n56 , 0Q =(4.10) ( )22 / 108ugRfey=

(4.11) vR uRey4=

(4.12) emque:gaaceleraodagravidade(ft/s2);Qavazomdiamedidapelosequipamentos (cfs); R o raio hidrulico do canal (ft); u a velocidade mdia da seo do canal (ft/s); z0 a coordenadaaxialdadistncia(ft); 0 adeclividadelongitudinalemporcentagem;v a viscosidade cinemtica da gua (ft2/s); 0 a declividade transversal do canal. Ofenmenodatensosuperficialfoiobservadodoincioaofimdainvestigao,no qual se verificou a consistncia deste efeito sobre o escoamento por meio da comparao entre os resultados das medies da varivel altura y no incio dos testes, sendo que a superfcie havia sido previamente seca antes da tomada dos valores. Logo aps o escoamento ter se estabilizado, com a superfciecompletamentemolhada,asalturasforammedidaseverificadasasdiferenascom relaoaoplanodeinclinaotransversal,queantesdaestabilizaodoescoamentoeramda ordemde20%.Observou-sequeasdiferenasficarampraticamentedesprezveis,coma gravidadeexercendoumaforteinfluncia.Javariaolongitudinalapresentoupequenoefeito sobreofenmenodatensosuperficial.Ovalordeytericoresultouem um valor ligeiramente superior ao valor experimental. O perfil de velocidades e a distribuio de velocidades transversais foram medidos para umagrandevariedadededeclividadeseescoamentoscomvelocidadessupercrticas.A distribuiodevelocidadesfoideterminadapelaintegraogrficadoperfildevelocidadese 28representadas matematicamente pela utilizao de outros resultados experimentais e pelo mtodo baseadonaEquaodeDarcy.Conclui-sequeexisteumarelaoclaramenteconstanteentrea taxa de escoamento medida e a taxa de escoamento semiterica de Darcy, e que o fato do fator de atritoeonmerodeReynoldspoderemserrepresentadosnodiagramadeStanton,Figura4.5, mostrou que possvel a aplicao do mtodo para superfcies rugosas. Figura 4.5. Diagrama de Stanton. Fonte: Wasley (1961) Wilken (1968) foi um dos mais importantes pesquisadores do pas com relao ao estudo dos componentes de um sistema de drenagem urbana, que abrangia desde as equaes de chuva, passandopeladeterminaodoscoeficientesdeescoamentosuperficial,atasestruturas hidrulicasdedrenagem.Publicouoprimeirotrabalhoquetratouespecificamenteda determinao da vazo que escoa pela sarjeta e da capacidade de esgotamento das bocas-de-lobo maisutilizadasnoBrasil.Nessetrabalhoeleapresentouaspesquisasdelaboratriorealizadas 29peloDepartamentodeEngenhariaSanitriadaUniversidadeJohnsHopkins,paradoistiposde boca-de-lobo(comaberturanaguiasemdepressodasarjetaecomdepressodestaecom grade). Com base nesse estudo, formulaes matemticas foram apresentadas e diagramas foram traados,sendo,porm,empregadoscomseguranasomenteemcasosprticosdeprojetosde bocas-de-lobo que estejam dentro dos limites das referidas experincias. Devido complexidade dosmtodos expostos, apresentou tambm um mtodo simplificado para os projetos que admite comosendouniformeavelocidadedoescoamentonaseotransversaldasarjetaeconstantea relaoentrealarguratotaldadescargaconduzidapelasarjetaealarguradadescarga interceptadapelaboca-de-lobo,oquedeterminageometricamenteaporcentagemdacaptao. Concluiuquenocasodaboca-de-lobocomgrade,avazoqueaultrapassa,podeseguiras diferentestrajetrias:entreaguiaeagrade,foradagradeesobreaprpriagrade,equeo dimensionamento do comprimento mnimo necessrio para captar a gua considera a velocidade do escoamento, a altura da linha dgua sobre a primeira abertura, a largura da abertura entre as barras, a espessura das barras, alm da acelerao da gravidade. OtrabalhopublicadoporWilken(1978)acercadeestruturashidrulicassingulares, baseou-senascomprovaesdospesquisadoresIzzard(1946)eTapley(1955),apudWilken (1978), de que o principal fator a ser considerado na determinao da capacidade de esgotamento da boca-de-lobo seria a altura da gua no trecho montante, sendo que para os trechos nos quais adeclividadedasarjetafosseuniforme,essaalturadependeriadassuascaractersticasde escoamentocomocondutolivre.Consideraramqueospontosbaixosdesarjetassujeitosa acumulaodeguaeasbocas-de-loboalocalizadaspoderiamoperarcomovertedoresou orifcios,dependendodaalturadalminadgua,sendoquecadaconfiguraoapresentavaa vazoincidentecalculadaporequaesdiferentes.Concluramquepoderiaserempregadoo nomogramadeIzzardparaumcanaltriangular,representadonaFigura4.6,paraospavimentos comdeclividadeuniformeparaafacedaguia,emseestransversaiscomconfiguraescomo ilustradonaFigura4.7.Oclculodacapacidadedevazodeumasarjeta,desdequefosse desprezadaapartedopermetromolhadocorrespondentefacedaguia,poderiaserfeito adotando-se Rh = y, no qual determinava-se a altura dgua na sarjeta para uma vazo conhecida, ou vice-versa, por meio da equao (4.13) de Manning para condutos livres expressa por: 30( )2 / 1 3 / 80 0/ 375 , 0 I n z y Q =

(4.13) emque:Iadeclividadelongitudinaldasarjeta(m/m);nocoeficientederugosidadede Manning; Q0 a vazo captada pela boca-de-lobo (m3/s); y0 a altura da guia (m); 0 tg z =(m). Figura 4.6. Nomograma de Izzard. Fonte: Wilken (1978) 31 Figura 4.7. Seo transversal tpica de sarjeta. Fonte: Wilken (1978) OvalorcalculadodeQporestaequaoacapacidadedeescoamentotericadarua, que depende dos valores de mxima inundao admissvel para as condies de chuva mxima de projetoeoescoamentotransversaladmissvelnasruas.Deacordocomessesvalores,a capacidade admissvel do escoamento ser calculada multiplicando-se o valor da vazo terica Q porumfatordereduoF,quedependedadeclividade,oqualdeterminadopelogrfico, esboado na Figura 4.8. Com relao ao coeficiente de rugosidade, segundo Manning so muito difceis de serem determinadoscorretamente,vistoqueoacabamentodassuperfciesdeconcretovariamuitoem casosprticos,almdoqueapresenadesedimentosnoescoamento pode modificar os valores doscoeficientesadotadosparaoconjuntoasfalto-concreto(sarjetaepavimento).Osvalores adotados pelo autor em seus trabalhos foram os seguintes; Sarjeta de concreto em bom estado.............................................. 0,012 Pavimento asfltico:textura lisa.................................................. 0,013 textura spera............................................. 0,016 32 Figura 4.8. Fator de reduo da vazo terica. Fonte: CETESB/ASCETESB (1986) Estaalturadguajuntoguiaserobtidacomoescoamentouniforme,sendoessa condiodeescoamentoalcanadacomofluxotendopercorridoumadistnciadaordemde 15 metros sem interferncias, montante do ponto de medio. Como, invariavelmente, uma sarjeta vaiacumulandoguagradativamente,avazonoconstanteaolongodeseucomprimento. Quando a declividade variar constantemente e nos casos existir ponto baixo no local da boca-de-lobo o nomograma de Izzard poder no dar a altura de gua exata, no devendo ser empregado. 33Nocasoparticulardaboca-de-lobosemdepressoecomaberturanaguia,Figura4.9, Izzard (1946) e Tapley (1955) chegaram equao (4.15): ( )16 / 9016 / 9144 , 5||.|

\|=n IQtgKLQ

(4.15) emque:Qavazonaboca-de-lobo(m3/s);Locomprimentodaboca-de-lobo(m);o nguloentreaseotransversaldaruaeaguia.Aconstante ( ) ( )0 0 0gy Ly Q gy Ly Q K = = , foidefinidapormeiodeensaios,sendo0,23,0,20e0,20paraosvaloresde= tg 12,24,48, respectivamente. Figura 4.9. Boca-de-lobo sem depresso. Fonte: CETESB/ASCETESB (1986) Deacordocomosmesmosautores,asbocas-de-lobodevemserlocalizadas imediatamente montante das curvas das guias nos cruzamentos, em pontos baixos ou em pontos intermedirios, de acordo com a necessidade de captao do escoamento. Linsleyetal.(1978),afirmaramqueaosefazerprojetosdedrenagemurbana,deve-se quantificaraguaaserescoada. Para a determinao da boca-de-lobo a ser empregada, deve-se determinar a capacidade de vazo da sarjeta. Segundo os autores, os dois tipos principais de boca-de-loboso:comaberturanaguia,quefuncionamcomoumextravasordecanallateral e o tipo 34comaberturanasarjeta,comgrade.Paraoprojetodestinadoabairrosresidenciais,eles recomendamquesecoloquemquatrobocas-de-loboemcadacruzamento,deformaquecada escoamento percorra apenas um quarteiro pela sarjeta, antes de ser captado; porm essa soluo nomuitoeconmica.Quantodisposiodasbarras,concluramqueadisposiomais eficiente seria quando dispostas paralelas guia. AspesquisasrealizadasporAisse(1982),levaram-no determinao da vazo captada pela boca-de-lobo por meio de um mtodo simplificado, com a utilizao de grficos. Para o caso deumaboca-de-lobocomentradapelaguia,verificouquenocasodagua se acumular sobre a entradaegerarumaalturamenorqueaaberturadaguia,essaconfiguraopoderiaser consideradacomosefosseescoamentoporvertedor.Casocontrrio,seaalturadguafosse maiorqueodobrodaaberturanaguia,seria considerado um orifcio, o que alterava a vazo de entrada.Devidosdiferenasentreosvalorestericoseosreaisdavazo,porcontadas obstrues causadas pelos detritos carreados pela gua e irregularidades nos pavimentos, o autor apresentanaTabela4.1,oscoeficientesdereduodoescoamentoparacompensarosefeitos globais desses fatores: Tabela 4.1. Capacidade de entrada das bocas-de-lobo - fator de reduo da vazo. Local na Sarjeta Tipo de Boca-de-Lobo % Sobre a Vazo Terica Ponto Baixo abertura na guia com grade combinada 80 50 65 Ponto Intermedirio abertura na guia grade longitudinal grade transversal combinada 80 60 50 110* * dos valores individuais para a grade correspondente.Fonte: Aisse (1982) 35Woo(1984)questionouaeficinciahidrulicadasbocas-de-lobo(usadasnosEUA)e seus espaamentos, demonstrando que o clculo do coeficiente de escoamento superficial obtido pela utilizao de hidrgrafas de dimensionamento era alterado pelo tipo de entrada, pelos meios empregadosparadeterminaraeficinciahidrulicaepeloesquematimodeespaamentoentre essasbocas-de-lobo.Verificouquequaseatotalidadedosmodelosparacaptaodegua consideraramqueaboca-de-lobointerceptatodaavazocalculadaemfunodesuareade contribuio, o que no era verdade. A vazo excedente passava direto pela entrada, juntando-se vazodaboca-de-loboseguinte,alterandoassimahidrgrafadessarea,sendoesseerrode simulaomaiscrticoparagrandestempestades,poisaquantidadedeguaquepassavadireto provocava grandes alteraes no escoamento das bocas-de-lobo jusante. Dos resultados obtidos em seu trabalho, concluiu que o efeito de uma boca-de-lobo sobre a hidrgrafa da entrada dgua eraapenasilustrativo,devendoserconsideradosomentenamodelaocomaocorrnciade tempestades. Eskenazi(1984),pormeiodemodelosfsicos,desenvolveuummtodoexperimental paradeterminaodoexatoescoamentoquecaptadopelagradedeumaboca-de-lobocom aberturanasarjetaeadisposioeespaamentosentreasbarrasmaiseficientes,visandouma padronizaodosprojetos.Oautorpartiudoprincpiodequeaquantidadedeescoamento interceptado depende das caractersticas geomtricas da grade: a disposio das barras (d);o intervalo entre elas (i); a forma de sua seo (s); a velocidade do escoamento (v); a altura dgua junto entrada (h). OesquemadoescoamentorepresentadonaFigura4.10.Oestudodesenvolvido permitiucomparardemaneirasistemtica,gradescomcaractersticastotalmentediferentes.Os testes foram realizados com grades de barras circulares de 40mm de dimetro e abertura de 750 x 400mm2etrsdisposies(transversal,longitudinalea45o deinclinao),comdiferentes aberturasentreasbarras,conformeaTabela4.2.Oautormostrouainflunciadedoisfatores 36essenciais:adisposioeasseesdasgrades.ATabela4.3apresentaumresumodosdados coletadosparaosdiferentesespaamentosedisposiesdegradescomrelaoavrias eficincias de captao requeridas. Dos resultados obtidos, conclui-se que a disposio das barras o parmetro mais importante: quanto maior o espaamento entre elas, melhor ser a eficincia da captao (porm este deve ser limitado por razes de segurana). A disposio longitudinal d ummelhorresultadohidrulico,pormapresentaummaiorriscodeacidentes(pedestres enroscando os ps entre as barras, por exemplo), e a maior distncia entre os suportes requer uma grandeseotransversalparaamesmaresistnciacontraoarqueamentodasbarras.Para melhoraradrenagemfoisugeridoquesetentemanteravantagemdadisposiolongitudinal suprimindooperigopara ciclistas e pedestres (sendo aceitvel um comprimento de 91,60 mm e umintervalode22,8mm)equeseprocuremelhoraracaptaoobtidacomadisposio transversaldagradepormeiodamodificaonaformadasbarras,sendoqueagradeperfilada, de acordo com as linhas de escoamento, apresenta melhores resultados. Figura 4.10. Esquema da vazo captada por meio de grades. Fonte: Eskenazi (1984) 37Tabela 4.2. Caractersticas geomtricas das barras ensaiadas. Disposio (d) Nmero Intervalo (i) (mm) Transversal 1 2 3 4 25,8 31,8 39,0 47,8 Longitudinal 5 6 7 22,8 33,3 48,8 45 graus 8 9 10 17,5 31,8 55,8 Fonte: EskenaziI (1984) Tabela 4.3. Vazo total captada em funo do tipo de grade. Vazo Total (l/s/m) Grade n 10%20%30%40%60%90% 19,212,026,327,349,866,1 28,09,622,124,550,958,9 34,79,118,121,043,661,5 43,817,322,029,140,843,3 55,19,310,314,020,625,2 65,38,79,614,818,822,3 74,57,69,514,218,121,5 86,78,812,915,627,530,3 95,38,210,414,227,528,0 105,69,210,913,323,826,6 Fonte: Eskenazi (1984) 38De acordo com o Manual de Projeto da CETESB/ASCETESB (1986), considera-se que oscritriosutilizadosparacoletaeconduodasguaspluviaisemviaspblicassobaseados em condies pr-determinadas de interferncia com o trfego. Isto significa que, dependendo da classedarua(secundria,principal,avenidaeviasexpressas),admite-sequecertafaixade trfegopossaserinundadaumavezduranteointervalodetempocorrespondenteaoperodode retornodachuvadeprojeto,adotado(entre2e10anos).Noentanto,duranteesseperodo poderoocorrerchuvasmenosintensasmasqueprovocamdescargasquepodeminundara mesmafaixadetrfegoemmenorextenso.Umbomprojetodedrenagemaqueleque proporcionabenefciosdiretosaotrfegoemenorescustosdemanutenodasruas.Neste manualasbocas-de-lobosoclassificadasemquatrotipos(simples,comgrelha,combinadae mltipla)edeacordocomsualocalizao(pontosintermediriosebaixosdassarjetas).Os clculosdeeficinciadessasbocas-de-lobosoobtidosdeadaptaesbaseadosemresultados obtidospeloBureauofPublicRoads,eadaptadasdeHydraulicDesignofDepressedCurb-Openning Inlets, alm das experincias da Universidade Johns Hopkins. Dos estudos realizados concluramque,quantomaioradeclividadetransversaldarua,melhorseracondiode esgotamento obtida pela boca-de-lobo e que os espaamentos devem ser projetados de modo que, entre 90 a 95% da vazo pela sarjeta, seja interceptada. Para ruas com declividades longitudinais menoresque5%, o manual recomenda a utilizao de bocas-de-lobo simples (abertura na guia), com e sem depresso, dependendo da vazo a ser captada. Souza (1986) realizou um estudo experimental para a determinao da eficincia de uma boca-de-lobocomaberturanaguiadasarjeta,comesemdepresso,comintervalode declividades longitudinais entre 0,05 < i < 0,14 (m/m), seo transversal da sarjeta no intervalo 5 < tg < 20, e vazes com eficincia de captao entre 50 e 100%, com o escoamento no regime permanente. Oestudofoirealizadosobreasbocas-de-lobopadresdacidadedeSoPaulo(SP), apresentadas nas Figuras 4.11 e 4.12, nas escalas 1:3 e 1:1 e baseado no critrio de semelhana de Froude(Fm =Fp),considerando-seaboca-de-lobocomoumvertedorlateral,eoescoamento classificadocomoraso(tg=12eB/y0>10).Feitasessasconsideraes,obteve-seaequao (4.16) simplificada, para ao clculo da vazo: 39( )2 / 302 / 10 0) ( y k L Q gy Ly C QQ = = (4.16) em que: CQ o coeficiente de descarga; g a acelerao da gravidade (m/s2); k() o coeficiente daleidecaptao(m0,5/s);Locomprimentodaboca(m);Qavazocaptadapelaboca-de-lobo (m3/s); y0 a profundidade do fluxo (m); o ngulo da sarjeta. Os valores de k() foram obtidos em relao declividade. Figura 4.11. Boca-de-lobo com depresso (padro da Prefeitura de So Paulo/SP). Fonte: Souza (1986) 40 Figura 4.12. Boca-de-lobo sem depresso (padro da Prefeitura de So Paulo). Fonte: Souza (1986) Comooobjetivoeraapenascalcularaeficinciahidrulicadaboca-de-loboinstalada numasarjeta-padro( ) 12 = tg ,oautorpropsasleisdecaptaoapresentadasnasequaes (4.17a) e (4.17b): 2 / 3075 , 0 y L Q =(sem depresso) (4.17a) 2 / 3002 , 1 y L Q =(com depresso)(4.17b) Considerando-seasmesmascondiesdeescoamentopermanente,velocidademdiae sarjeta-padro, obteve-se uma expresso geral que representa a vazo de aproximao montante daboca-de-lobo,esboadanaequao(4.18a).Umasimplificaoparaocasoparticularem estudo apresentada na equao (4.18b) a seguir: 41( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 / 1 2 / 102 / 1 2 20 0cos 1 2 8 cos 2 f i y T g T y Q + =(4.18a) ( )2 / 1 2 / 50 0424 , 36 f i y Q = (4.18b) emque: 0Q avazomontantedaboca-de-lobo(m3/s); tg T = ;i adeclividade longitudinal da sarjeta (m/m);f o fator de atrito. Dasrelaesobtidaschegou-sesequaes(4.19a)e (4.19b), que so as leis sugeridas pelo autor para o projeto e verificao da eficincia: f itg yLQQ/ 247 , 00 0= (sem depresso)(4.19a) f itg yLQQ/ 336 , 00 0= (com depresso) (4.19b) Osresultadosdoestudoproporcionaramasseguintesconcluses:aboca-de-lobocom depressoapresentoumelhoreficinciaqueaquelasemdepresso(quandoinstaladasnamesma sarjeta).Paraumadeterminadavazo,osdoistiposperdemeficinciacomoaumentoda declividade(pararuascomi>0,07m/m,aboca-de-lobocomdepressoapresentou-seamais indicada);nocasoderuasplanasdeve-seutilizaraboca-de-lobocomalimentaosimtrica.A larguramximadoescoamentoadotadonodeveprejudicaroconfortodospedestres,sendo indispensvelumprojetocriteriosoe constante manuteno preventiva e corretiva para um bom desempenhodosistema.Verificou-setambmqueoestudoemmodeloafetadopeloefeitode escala devido tenso superficial, que causou neste caso uma diferena no valor de y0 medido no modelo em escala 1:3. Djordjevi,Iveti,Maksimovi,etal(1987)calcularamavazoemboca-de-lobocom grade,simulandoumaruacomacapacidadededrenagemabaixodanecessria.Paratanto,foi montadoumbancodeensaioconformeilustradopelaFigura4.13,cujagradeapresentavaas dimenses mostradas na Figura 4.14. 42 Figura 4.13. Esquema do banco de ensaio. Fonte: Djordjevi, Iveti, Maksimovi, et al (1987). Figura 4.14. Dimenses da grade estudada. Fonte : Djordjevi, Iveti, Maksimovi, et al (1987). Foramcriadosdoismodelosnumricos:umcomauxliodoprogramaBEMUS- BelgradeModelofSewers-RadjkovicaeMaksimovie(1984),apudDjordjevi,Iveti, Maksimovi, et al (1987) - desenvolvido na Universidade de Belgrado, e outro com o programa MOUSE-LindbergeJorgensen(1986),apudDjordjevi,Iveti,Maksimovi,etal(1987).Os resultados obtidos so apresentados nos grficos da Figura 4.15. 43 Figura 4.15. Grficos representativos dos resultados obtidos. Fonte: Djordjevi, Iveti, Maksimovi, et al (1987). Daanlisedosresultadosobtidosconcluiu-sequeestespodemserconsideravelmente afetadospelacontinuidadedoescoamentoapsaboca-de-lobo,ouporsuaentradatotalno elementodrenante.Foiverificado que, para perodos relativamente longos de chuvas intensas, o coeficiente de escoamento superficial (antes de entrar no sistema de captao) e o extravasamento nasvias(apartirdosistemadecaptao)devemsermodeladossimultaneamente,oquerequer algumas modificaes no sistema. Despotovic(1987)tambmpesquisouocomportamentodoescoamentoembocas-de-lobopormeiodeummodelofsico.Oobjetivodoestudoeradesenvolverumrelacionamento entreacapacidadedeentrada(eficincia)eosparmetrosqueaafetam,principalmentenos projetos prticos. Foi estudada a boca-de-lobo combinada (abertura na guia e grade na sarjeta). A eficinciaEffoideterminadaparaumadeclividadelongitudinalILde2%eumfluxoQa, aproximadode100 l/s. A declividade transversal variou entre 0 < It 5%. Dos resultados obtidos 44concluiu-sequeacapacidadedaboca-de-loboaumenta,enquantoaeficinciadiminui significativamentecomoaumentodainclinaotransversaloudataxadeescoamento.A capacidadedeesgotamentotendeaalcanarumvalorlimite,oquesignificaqueaeficincia diminui enquanto a vazo aumenta, ou seja, enquanto a taxa de escoamento aumenta, uma grande poro do fluxo passa direto pela entrada. Observou-se tambm que a capacidade de esgotamento quefoiatribudaaberturanaguia(somadacomaentradapelagradedasarjeta),altamente dependentedoscomprimentos(dasaberturasdaguiaedagrade)edainclinaodaseo transversal.Ataxadeescoamentotambminfluenciaacapacidadedaboca-de-lobocombinada, pormemmenorgrau.Quandoainclinaotransversaldasarjetanulaouprximadezero,o fluxo que entra pela abertura na guia desprezvel, no se justificando a construo de uma boca-de-lobocombinada(maiorcusto).Nessascondies,deve-seoptarporumabocacomgradena sarjeta. Os resultados foram sintetizados nos grficos das Figuras 4.16 e 4.17. Figura 4.16. Vazo captada Qi e eficincia Ef para declividade longitudinal IL = 2%. Fonte: Despotovic (1987) 45 Figura 4.17. Vazo captada Qi para declividade longitudinal IL = 2%. Fonte: Despotovic (1987) Novasmetodologiasvmsendoempregadasparaseobtermaiorprecisona determinaodovolumecaptadopelaboca-de-loboeumadelasautilizaodemodelos baseados na teoria da onda cinemtica. Segundo Tucci (1993), o escoamento de uma onda em um canalproduzatenuaoedeslocamentodevidoaoarmazenamentoeaoatrito,emqueas equaesbsicasutilizadasporestetipodemodeloso:aEquaodaContinuidadedeMassa Distribuda,queconsidera o amortecimento devido variao da capacidade de armazenamento do sistema e a Expresso Simplificada da Quantidade de Movimento, que representa a gravidade, oatrito,apressoeainrciadofluxo.Suaaplicabilidadeanalisadaconsiderando-sequea declividadedofundo(S0)sejaigualdeclividadedalinhadeatrito(Sf),naequaoda 46QuantidadedeMovimento,naqualadota-separaoescoamento,entreoutras,asseguintes simplificaes: asforasdeatritoedagravidadesopreponderantessobreostermosdaequao dinmica; o fenmeno simula somente efeitos de montante; o amortecimento da onda simulada devido ao armazenamento, no ocorrendo em razo dos efeitos dinmicos. A aplicabilidade desse modelo requer ainda da utilizao de outros critrios, que so: a.comparao das celeridades: a celeridade da onda dinmica do escoamento deve ser maior que a da onda cinemtica, ou seja, F < 1,5 (F o nmero de Froude); b.K>20LiggeteWoolhiser(1967),apudTucci(1993)deveserobservado,sendo definido pela equao (4.20); 0200 0y FL SK =(4.20) emqueS0adeclividadedofundo;L0ocomprimentolongitudinaldoescoamento;y0a profundidade F0 o nmero de Froude. c.paraqueocorra95%deprecisonosresultadosapurados,necessriatambma verificao da equao (4.21). 171yv TS00 0(4.21) 47no qual T o perodo da onda. Oautorressaltaacomplexidadedeaplicaodessametodologia,devidoaoscritriose gradientes envolvidos em sua formulao. Seguindoestalinhadepesquisa,Wong(1994)desenvolveuumtrabalhobaseadona teoriadaondacinemticaparaadeterminaodoespaamentoentrebocas-de-lobopara drenagemdasruasdacidadede Cingapura. Foi utilizada a boca combinada (entrada pela guia e pelasarjeta,comgrade,semdepresso),comdeclividadetransversalelongitudinaldarua variando entre 1,7 < i < 4,2 % e 5,0 < i < 10%, respectivamente. Segundo vrios pesquisadores, a aplicabilidadedessateoriaparareaalagadaecanaisabertos apresenta grande exatido, quando comparadasssoluesobtidaspormeiodasequaesdeSaint-Venant.Paraosescoamentos queultrapassamalarguradasarjeta(alagados),ateoriaserounoaplicvel,deacordocomo critriodeMorriseWoolhiser(1980),citadoporWong(1994),querelacionaoparmetro 0kFcomascaractersticasfsicasdeumasuperfcieplanaeaintensidadedaprecipitao,como mostrado na equao (4.22): 50 kF ( ) ( )2 , 0 6 , 004 , 003 , 10 01440ni n L S kF = (4.22) emque: 0F onmerodeFroudenofinaldoplanodeequilbrio; ni aintensidadedachuva (mm/h);k o nmero do escoamento cinemtico; 0L o comprimento da superfcie plana (m); 0n ocoeficientedeManningdarugosidadenasuperfcieplana; 0S adeclividadeda superfcie plana (m/m).Osdadosrequeridosparaoestudoforam:alarguramximadoescoamento,as caractersticasdoleitodarua,arelaoentreamximavazoeoescoamentointerceptadoea curva durao-intensidade da chuva, representados na Figura 4.18. 48Paraescoamentosemcanaisabertos,aaplicabilidadedateoriapodeserdefinidapelo critrio de Ponce et al (1978), citado por Wong (1994), que estabelece um limite para o perodo da onda :, fornecido pela expresso dada pela equao (4.23). ( )c c cy u TS : = 83 (4.23) emque: cS adeclividadedefundodasarjeta(m/m);T operododaonda(duasvezeso tempodesubidadofluxo)(s); cu avelocidademdiadoescoamento(m/s); cy a profundidadedoescoamentonasarjeta(m);oadimensionaldoperododaonda.O escoamentodeverestaruniformementeestvel.Concluiu-sequeosespaamentosentreas bocas-de-lobo sob estas condies, em Cingapura, variam com a seo transversal e a declividade longitudinal da rua e que estes so maiores para ruas com declividades mais elevadas. Figura 4.18. Esquema do espaamento entre bocas-de-lobo para drenagem das ruas. Fonte: Wong (1994). Outrotratamentoaplicadoaosproblemasdedimensionamentodebocas-de-lobopor meiodeprogramascomputacionais.Guo(1990),calculouacapacidadedeescoamentopara algunstiposdebocas-de-lobo,utilizando-sedoprogramaUDINLET,quetambmdeterminaa 49capacidadehidrulicapermissvel,omximocoeficientedeescoamentosuperficial(runoff)e seleciona a boca associada grade e seu comprimento. O modelo de uma boca-de-lobo com entrada pela guia, onde se variavam as declividades longitudinaletransversaldaruaeadeclividadetransversaldasarjetafoiestudadoporUyumaz (1992)emmodelol:4.AdeclividadelongitudinaldocanalS0variavaentre0e0,06ea transversal Sx1 entre 0,02 e 0,06. A inclinao transversal da sarjeta Sx2 variava entre 0,04 e 0,06. Observou-se que para ruas com escoamentos supercrticos (F > l), onde F o numero de Froude no incio da abertura da guia, a elevao da superfcie da gua junto abertura da guia diminui na direodoescoamento,ocorrendoocontrrioemescoamentono regime subcrtico (F < l). Um esquema do escoamento apresentado na Figura 4.19. Figura 4.19. Esquema para definio dos parmetros do escoamento. Fonte: Uyumaz (1992) 50 Pela anlise dimensional, foi determinada a seguinte relao: ||.|

\|= = =T FLQQhLf Qsww , , emque:Qwavazodaboca-de-lobo(m3/s);haaberturavertical(m);Qsavazona rua(m3/s); T a propagao de gua na rua; eeso coeficientes adimensionais. A razo de depende do valor depara (L/h) = 20 e S0 = 0,04, como mostra a Figura 4.20. O valor devarialinearmentecom se60 , 0 .Para60 , 0 afunoficanivelada.Ataxade escoamento para60 , 0 dada pela equao (4.24a) e para60 , 0 pela equao (4.24b): A =(4.24a) D C B + + = 2(4.24b) Os coeficientes A, B, C e D, foram tabelados para vrias declividades e so apresentados na Tabela 4.4. O autor constatou que a capacidade de captao varia com a declividade da rua e dasarjeta,sendoqueavazocaptadapelaboca-de-lobocomaberturanaguiadiminuicomo aumentodadeclividadelongitudinaldarua,enquantooopostoocorrecomadeclividade transversal da rua e da sarjeta. Expresses produzidas para vazes em bocas de lobo com entrada pelaguia(emregimesubcrtico),foramcomparadascomresultadosexperimentaise apresentaram erros menores que 10%. 51Tabela 4.4. Valores dos coeficientes A, B, C e D. A =D C B + + = 2h L(1) 0S(2) 1 xS(3) 2 xS(4)A (5)B (6)C (7)D (8) 200,040,020,021,184-0,3571,455-0,041 200,040,020,061,090-0,2571,297-0,034 200,040,020,081,008-0,2931,348-0,098 200,040,040,060,955-0,2471,253-0,090 200,040,040,080,902-0,1981,144-0,073 200,040,060,080,853-0,1601,040-0,054 Fonte: Uyumaz (1992). Figura 4.20. Variao dos valores dee . Fonte: Uyumaz (1992) 52OutroenfoquesemelhanteaodeGuo(1990)foidadoporPompoeSavietto(1997), comodesenvolvimentodeumprogramacomputacional,parausodidticonoensinode graduaoecomajudaemhipertexto,paraoprojetodebocas-de-lobocomaberturanaguiae comgrade.Oroteiropoderiaseradaptadoparaoutrostipos(mistas,comdepressonasarjeta, bocas que recebem o escoamento de uma nica direo ou para as localizadas em pontos baixos sujeitosaoacmulodegua).OSistemaBDL(aplicativoparaoclculodeboca-de-lobo) tinha porobjetivoeliminaranecessidadedeclculosmanuaisrepetitivosepossibilitaraanlisede diferentes alternativas de dimensionamento e verificao da capacidade de captao. Alm disso, o programa poderia incorporar tambm um banco de equaes de chuvas intensas para o clculo davazoescoadapelasarjetapeloMtodoRacional.Aversomaisatualjincorporaoutras consideraesquemelhoraramseupotencialdeuso,comoporexemplo,aestimativadavazo escoada no prprio aplicativo. O trabalho partiu do princpio que o dimensionamento da boca-de-lobo com abertura na guia consiste na determinao do comprimento da abertura necessrio para captarumaparcelaespecificadadavazototalQ0,montantedaboca-de-lobo.Aondeso conhecidasascaractersticasdoescoamentonasarjeta,osautoresadotaramalgumas consideraesnodesenvolvimentodoprogramadeclculo.Admitiramqueocomprimentoda abertura na guia para captar uma certa vazo Q, seria obtido por meio da equao (4.25): 6 , 03 , 0 42 , 0182 , 0|.|

\|=xTnSS Q L (4.25) emqueSadeclividadelongitudinal(m/m),Sxadeclividadetransversal(m/m)eno coeficientedeManning,deacordocomJohnsoneChang(1984),citadoporPompoeSavietto (1997).QuantoeficinciaEdeumaboca-de-lobocomgrade,considerou-sequeelaigual eficinciadagrademultiplicadapelofluxototaldasarjeta,calculadapelasequaes(4.26a), (4.26b), (4.26c) e (4.26d): ( )0 01 E Rs RfE E + = (4.26a) emqueoprimeirotermodaequaoaeficinciadainterceptaodavazofrontal(%)eo segundo termo a eficincia de interceptao do fluxo lateral em relao ao total da vazo lateral 53da sarjeta (%). O termo Rf expressa a relao entre a vazo interceptada frontalmente pela grade e a vazo total na sarjeta: ( )029 , 0 1 V V Rf =(4.26b) emqueVavelocidadedoescoamentonasarjeta(m/s)eV0avelocidadenaqualcomeaa ocorrer espirramento do escoamento ao passar pela grade (m/s), que obtido experimentalmente. A razo entre a vazo interceptada lateralmente pela grade e a vazo total Rs, expressa por meio da equao (3.26c): 3 , 28 , 115 , 011L SVRsx+=(4.26c) em que L o comprimento da grade (m). Jarazoentreavazofrontaleavazolateral(E0)escoadanasarjetafoiobtidapor meio da equao (4.26d): ( )67 , 201 1 T W E = (4.26d) em que W a largura da sarjeta (m) e T a largura total do escoamento (m). OutrahipteseconsideradaporPompoeSavietto(1997)foidequeasbocas-de-lobo localizadasempontosbaixosdesarjetaesujeitasacumulaodegua,podemoperarcomo vertedores ou orifcios, apud Wilken (1978), dependendo da altura dgua y na guia e da abertura daboca-de-loboh.AvazoQexpressapelasequaes(4.27a)e(4.27b),sendoqueLo comprimento da abertura na guia. 54se y/h 1, opera como vertedor, sendo: 2 / 3703 , 1 Ly Q = (4.27a) se y/h > 2, opera como orifcio e, 2 / 1 / 101 , 32 / 3 = h y Lh Q (4.27b) nocasoemque1