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Hands on Drenagem Pluvial - Infraworks 360

Bom dia!
Estou hoje publicando o meu assunto do Hands on praticado ao lado do estande da comunidade de usuários Autodesk Brasil no Autodesk University Brasil 2016 para quem perdeu e para passar mais conteúdo para aqueles que estavam presentes e que pelo tempo curto não foi possível ver tudo.


Lembrando que esse conteúdo também será disponibilizado no site da AU 2016 e lá você poderá conferir o material completo do Hands on.
Os arquivos da aula vocês podem encontrar aqui!


Preparação do terreno – Módulos Infra (Home)
Abra o modelo BR 294.sqlite e acesse o modulo de Infra:
Para contribuir a análise de escoamento superficial e torná-la mais real, iremos converter a rodovia em um projeto de estrada clicando com o botão direito sobre a mesma.

Dica: este passo é importante para que consigamos posteriormente criar os bueiros automaticamente sobre os aterros, de forma que o mesmo seja concebido pelo terreno acabado da melhor forma possível, ou seja, com a geratriz inferior localizada no pé do talude à montante e à jusante. Além disso, o Infraworks também permitirá cria-los em todos os pontos baixos da geometria.
Inicialmente iremos aplicar um estilo de pista dupla da estrada (seção típica gabarito) condizente com a classe de projeto da região e dimensões da rodovia. Para isso importe um catálogo de componentes que já contenha este estilo. Acesse Paleta de estilos em 

Clique no item destacado para importar o catálogo de nome “CATALOGO_ESTRADAS.styles.json”
Selecione na pasta Street/Interstate o nome “pista dupla canteiro” e arraste para o modelo de rodovia vinda do Infraworks na tela.

Após isso, antes de criamos a bacia propriamente dita, vamos projetar inclinações de terraplenagem para que a mesma se torne mais real possível do existente, utilizando projeções de estabilização geotecnicas padrões, lembrando que estas características dependem de características e classificações pedológicas de cada região e de medições locais. O Infraworks é aplicavel apenas para estimativas preliminares.
Portanto, selecione o eixo para editar os nivelamentos laterais com os valores abaixo.

Para contribuir para a análise iremos classificar o terreno por elevações. Para isso, acesse:
Após clica-lo, aparecerá a opção Temas de Terreno.
Clique nesta opção  e defina um nome para o mapa (1), a quantidade de intervalos (2) e transparência (3):
Após identificado o ponto baixo, vamos finalmente à aos elementos de drenagem pluvial.
Drainage module 

1.     Bacia de contribuição e bueiro de talvegue:
Abra o modelo BR 294.sqlite e acesse o modulo de drenagem
Após isso, iremos calcular a bacia de contribuição para o ponto baixo da rodovia para posteriormente projetarmos o tubo na travessia. Clique na opção abaixo:
Dica: o usuário deve estar conectado com a internet e logado no A360, uma vez que o recurso será processado em nuvem.
Selecione o projeto de estrada conforme solicitado na próxima tela.
Quando o software der a opção para que o usuário indique um intervalo de estaca, de ENTER. Desta forma ele irá criar os pontos baixo de todo o trecho, de forma mais otimizada.
Concluido o processo, verifique que ele irá apresentar os pontos baixos do trecho.
Desligue o mapa de elevações e perceba as duas bacias criadas e os fluxos relacionados ao escoamento da água pluvial do ponto onde caiu até onde foi captada ou lançada, relacionado ao período ou tempo de concentração em uma seção hidrográfica.
Clicaremos com o botão direito para analisar a bacia e as suas características hidrológicas. Abaixo, perceba que automaticamente ele encontrou a área pela altimetria topográfica preliminar (30 m de resolução espacial), comprimento do talvegue assim como sua inclinação e sua diferença de nível. Cabe aqui dizer que estes dados são aproximados aos métodos usuais como método de kirpich ou califórnia culverts pois as variáveis trabalhadas são as mesmas.
Vamos escolher conforme destacado abaixo as informações relacionadas ao coeficiente de run-off ou infiltração e intensidade. Cabe aqui dizer que existem várias fórmulas e expressões para o C (do runoff), mas é importante que se faça uma média ponderada de uso e ocupação do solo como forma mais básica (o Autodesk Storm and Sanitary Analysis possui esta opção) para que estas superfícies sejam proporcionais às áreas ocupadas. O I (intesidade) deverá ser com o Tr (tempo de retorno) = 100 anos para concepções deste tipo de projeto, por isso está fixa! O que não irá alterar o resultado do método racional (Q=c.I.A).
A área da bacia também está condizente com o cálculo pois pode se usar método racional até 2km². A partir disso a recomendação é que se utilize o I-PAI-WU em uma planilha e insira o valor final pela opção USER DEFINE na mesma tela. Por esta forma, inserimos o valor da intensidade manualmente, mas ela também pode ser definida pela série histórica ou equação geral IDF pois o Infraworks fornece estes dados, isso será visto depois. Ela também pode vir de uma equação programada em alguma planilha pela equação da chuva do município.
Estimamos um valor de i=250 mm/h e c=0,2 pela área abrangente ser muito permeável e conter muita área verde e cultivo agrícola.

 Após isso, vamos adicionar as galerias pluviais clicando com o botão direito sobre a pista.
Perceba que automaticamente ele fornece um BSTC dimensionado para um diâmetro não Comercial. Veja que a vazão foi adotada diretamente da bacia, em m³/s (em verde na próxima figura abaixo). Teremos que alterar para o mais próximo em termos de medidas selecionando uma mais superior que a atual. Por exemplo, no nosso caso resultou em um BSTC Ø 2.400 mm, devemos olhar a lista e escolher um nominal superior ao tamanho total deste como o BSCC 1,5m x 1,5m.

Para isso selecione o bueiro e altere para forma de caixa e 2 cilindros em vermelho na tela abaixo.
Ajuste o tamanho das bocas pelo botão esquerdo para que chegue no resultado desejado.
O Infraworks leva em consideração a profundidade crítica pela fórmula (dc+D)/2 onde dc é a profundidade crítica e D é o diâmetro.Pode ser usado uma equação por fora, por USER DEFINE. 
Como temos a vazão da bacia (Q) e o comprimento do bueiro retangular (B), o Infraworks encontra o dc pela fórmula dc = [ (Q/ B)2 / g ] (1/3). Com a profundidade é possível encontrar a cota absoluta a partir da referência do desnível da cota da geratriz inferior do tubo à montate. O Infraworks relaciona a carga da entrada no tubo, as perdas distribuidas ao longo do curso e as características físicas e hidráulicas. Portanto se faz uso das normas FHWA (Federal Highway Administration) americana mas também muito utilizada no Brasil.
Hw= carga na entrada do bueiro devido a seção de controle na saída (m)
H=somatória das perdas de cargas localizadas e distribuídas ao longo do bueiro (m)
L= comprimento do bueiro (m)
S=declividade do bueiro (m/m).
Tw= tailwater.

A linha hidráulica e cinemática está sempre presente em todas as suas análises.

A inclinação do terreno não permite analisarmos se realmente os fluxos estão condizentes com a tabela que demonstra as velocidades e vazões críticas, apenas as dimensões, porém recomendo que os usuários façam os devidos testes. Você verificará que conforme a inclinação longitudinal do tubo vai sendo alterada assim como o diâmetro, maior será a aproximação com os dados lá informados como críticos.

Vamos clicar na opção de relatório para analisar os resultados e mais informações. 
Vamos olhar criticamente os resultados:

 Veja que o Hw (Headwater Elevation – Invertion Elevation Entrance) dividido pelo D (Diâmetro do bueiro) = 1.80. Lembrando que o DER aceita um HW/D à 1.20, diâmetro mínimo de 1,00m em pistas principais e 0,80m em vias marginais ou secundárias. Portanto o nosso estaria fora dos parâmetros e especificações das normas rodoviárias.Além disso, são exibidas também as cotas das linhas hidráulicas de entrada e saída (montante e jusante). Coeficiente de manning que também entrará nas diversas equações de perda de carga, características físicas e hidráulicas, cotas da geratriz inferior à montante e à jusante.
Velocidade à montante e à jusante (m/s), cota do HW (Headwater), cota do TW (Tailwater), capacidade de vazão do tubo (Design Flow) m³/s e vazão por aduela.

Cota do topo do projeto e largura da “barragem”. Além disso, é exibido o perfil com o regime crítico e a curva da HGL. Compare e perceba que as cotas da geratriz inferior de entrada e saída
(Invert Elev Entrance (m) e Invert Elev Exit (m) mais a profundidade Depth é igual as cotas HGLs exibidas):
HGL UP

624.73 m

HGL DOWN

618.52 m



Drainage module
2.     Rede de drenagem urbana:
Iremos desenhar a rede de drenagem. Para isso iremos acessar o modelo Material Zona Sul.sqlite. Faremos a mesma sobre a avenida principal do loteamento de forma manual. Antes de qualquer coisa, devemos converte-la novamente para projeto de rodovia.
Ainda no mesmo menu de drenagem, clique em rede de drenagem.



Abrirá uma tela para selecionarmos as bocas de lobo ou similares, poços de visitas ou similares e ramais tubulares, além de critérios da mesma forma que funcionam no Civil 3D. Selecione os dispositivos Retangular Inlet Strcuture M1, Circular Acess Structure M01 e mantenha Pipeline/Concrete Pipe e Material (bueiros simples tubulares de concreto). As regras (critérios) também pode manter.

Para desenhar após ter definido as informações clique com o botão direito:

Dica: é possível também mostrar os pontos altos e baixos do terreno, conforme mostrarei durante o
treinamento.
Clique com o botão esquerdo do mouse para ir distribuindo os PVs com a ligação automática dos tubos.

Clique novamente com o botão direito e finalize o trecho.


Repita os mesmos passos para fazer agora as bocas de lobo e tubulações para cada PV apenas para meio pista.


Selecione a boca de lobo de veja o resultado.


Para cálculo de espalhamento da água na seção transversal, usa-se a equação de manning.



Para o nosso caso considere todos os valores em m e m³/s.
O Q vem da vazão do método racional, onde a infiltração é encontrada pelas tabelas de conteúdo de drenagem dentro do Infraworks.
Esta formula vai fornecer o espalhamento permissível (T). Ele compara com o método racional de cada meia pista e então subtrai o valor de vazão do método racional pela capacidade de boca de leão e interrelaciona a altura da guia encontrada pela fórmula acima. Esta fórmula é mais sofisticado do que a que usamos aqui no Brasil pois considera-se o excendente transferido de uma bacia de meia pista para outra que não foi interceptado.
  1. Q = 0,375 x I 1/2 x Z / n x Y8/3
onde:
I é a declividade longitudinal da rua;
Z é a tangente do ângulo que a sarjeta faz com a guia;
n é o Coeficiente de Manning para a rugosidade que no caso de sarjeta de concreto alisado à mão é 0,016;
Y é a altura da lâmina d´água.
Como informação de afluente o software entende uma influência de uma bacia externa com base em equação geral de Intensidade-Duração e Frequência (IDF)
Para ver todo o conteúdo disponível selecione:
Sobre a equação IDF, as variáveis Tr (10 anos) e t (5 min) podem ser estimadas pelo padrão de projeto e os coeficientes K, m e n são dados pluviométricos onde cada município possui o seu. Este tipo de cálculo podemos encontrar na tabela BDE.Sample.
Sendo B = K*Tr^m e o D e E, a e b respectivamente. Abaixo, marque usar como padrão.

Para coleta de chuvas intensas, existe a série histórica que pode ser aplicada na tabela ANZ.Polynomial.Sample com variáveis de “a” à “k”, abaixo.
Math.log é logarítimo e math.pow é exponencial com o valor depois da vírgula.

Os dados são apresentados selecionando a primeira BL.


Crie um ponto externo de captação e inspecione a rede pelo tempo de retorno de 10 anos e insira os valores abaixo:


Selecione os dois elementos e de um ENTER
Use a opção dimensionar a rede para corrigir.
Perceba que ele estabeleceu alguns degraus e ajustou hidraulicamente o tubo de forma adequada após nova inspeção.
Veja que temos um lançamento de água na bacia de detenção como faremos em aula.

Para dimensionar vertedouro e orifício é necessário utilizar o Autodesk Storm and Sanitary Analysis para abrigar para controle de reservatório. Pela cota-área-volume e equações específicas incluindo L, H e C(coeficiente).


Onde: L = Largura da crista do vertedor (ou L’ caso existam contrações). (m)
H = Altura da lâmina de água. (m)
Q = Vazão (m³/s)

Dica, ao final do trabalho pode ser usado o Quantities para ter uma estimativa de quantificação dos tubos e um orçamento inicial que será composto com os demais itens de custos. Importe todo o trabalho no Infraworks para o Civil 3D e se necessário exporte .stm e faça o projeto executivo com as planilhas de dimensionamento no Autodesk Storm and Sanitary Analysis.


Bibliografia:

Francisco Piza – Condutos Livres – Apostila de Hidráulica
Engenheiro Plínio Tomaz – Curso de Manejo de águas pluviais, Cap.7-Bueiro ou travessia, 2015
Aparecido Vanderlei Festi – Coletânea das equações de chuva do BrasilAutor desconhecido – Obras de artes correntes – Aula 04
North carolina division of highways - guidelines for drainage studies and hydraulic design - a. L. Hankins, jr., p.e., state hydraulics engineer, 1999
State of florida department of transportation - Drainage handbook - Storm drains -Office of design, drainage section, October 2014 - Tallahassee, florida
Endereço eletrônico: http://www.ebanataw.com.br/drenagem/sarjeta.htm

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