Canal - Memorial de Calculo
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ENGENHARIA CIVIL – Portos, Rios e Canais Professor/Orientador: Engº Paulo Vaz Filho
Aluno: Alexandre Belardinuci Scache
1 – Apresentação
Este relatório apresenta os estudos desenvolvidos para elaboração do Projeto
Básico de um canal no Município de Araraquara, Estado de São Paulo. Desenvolvido
por alunos do Curso de Graduação em Engenharia Civil das Faculdades Integradas de
Araraquara – Logatti, o local em questão é a micro-bacia do Córrego Marivan.
O Córrego do Marivan, local izado a Noroeste do Município com
1,421 km de extensão, integra à Bacia do Ribeirão das Cruzes, com uma
micro bacia de aproximadamente 1,9 km² e perímetro de 5,549 km.
A Bacia do Córrego marivan, atualmente com 70% de sua área
urbanizada e impermeabil izada é potencialmente caracterizada por uma
ocupação de f ins comerciais e residenciais e parte restante ocupada por
parcelas de uso rural e áreas de proteção permanentes.
Este potencial urbanização e consequentemente impermeabil ização
do solo, imprimiram à Bacia e ao Córrego do Marivan uma situação
clássica porem ameaçadora de alteração ciclo hidrológica, de
transferência de impactos pluviais às regiões baixas, aumento da
velocidade do escoamento superfic ial, redução do tempo de
concentração do deflúvio, erosão, assoreamento e poluição do Córrego
das Cruzes, manancial superf ic ial responsável por 30% do
abastecimento público municipal.
2 – Introdução
Com sua fundação ocorr ida em 22 de Agosto de 1817, o Município
de Araraquara está local izado na região central do Estado de São Paulo,
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distante 270 km da capital. Ocupando uma área de aproximadamente
1.006 km², lat itude de 21º48’21”e longitude de 48º10’52”, apenas 76,5
km² (76.559.770,67m²) cerca de 7,6 % do seu terr itór io é ocupado por
sua área urbana. Possui cl ima “Tropical de Alti tude” CWA pela
classif icação Köppen, tendo como característ icas duas estações bem
definidas, com verão apresentando temperaturas e pluviosidade
elevadas e com inverno de baixa pluviosidade e temperaturas amenas.
Geologicamente situa-se em uma área integrante do planalto Ocidental
formado pelos derrames de lavas processadas durante o período
triássico ou jurássico. Seu relevo é levemente ondulado com alt itude
média de 646 m acima do nível do mar. Sua vegetação primária
apresentava espécies do t ipo peroba, pau d’alho, f igueira branca, entre
outras, vegetação cujas característ icas pertence à áreas de solo t ipo
Latossolo Roxo.
Em relação à sua hidrografia, o Município de Araraquara está
local izado em duas Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos, a
do Mogi-Guaçú – UGRHI 9 e a do Tietê – Jacaré – UGRHI 13 criadas
através da Lei Estadual nº 9.034/94 .
Figura 1: Unidades de Gerenciamento de Recursos Hídricos- 2 -
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Araraquara apresenta um perfi l moderno em seu desenvolvimento
urbano, caracterizado pela qual idade de vida oferecida aos seus
moradores. Sua urbanização, arborização, jardins e praças, além de um
alto IDH (Índice de Desenvolvimento Humano), são algumas de suas
característ icas que merecem ser relevadas.
Porém, todo este desenvolvimento não foi capaz de conter um
crescimento urbano desordenado que inf luenciou de forma negativa em
sua preservação ambiental. Com uma superfíc ie de drenagem
aproximada de 1,9 km² (1.906.431,08 m²), a micro-bacia do Córrego
Marivan está local izada à noroeste da zona urbana do Município de
Araraquara, em uma região de grande concentração populacional, o que
torna sua preservação ainda mais dif íci l de ser mantida.
3 – Objetivo
Este trabalho tem por objetivo caracterizar a micro-bacia do
Córrego Marivan com a proposta de implantação de um canal de
drenagem superfic ial naquele local, visando sua preservação e
minimizando os efeitos nocivos da urbanização desordenada, devido a
importância de sua contr ibuição ao sistema de abastecimento de água
ao Município de Araraquara.
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4 – Metodologia de Cálculos
Para a formulação do projeto de implantação do canal de
drenagem superfic ial do Córrego Marivan, foram real izados os seguintes
trabalhos:
Levantamento de informações, tais como a equação de chuvas
para Araraquara, junto aos órgãos públicos;
Consultas a materiais didáticos de hidrologia, juntamente com a
execução dos cálculos necessários;
Trabalhos de campo;
Visita técnica ao local proposto para implantação do canal.
4.1 – Caracterização da Micro-Bacia do Córrego Marivan
A caracterização da micro-bacia hidrográfica quanto à sua
local ização no Município de Araraquara, com a f inal idade de aval iar a
importância da sua contr ibuição ao sistema de abastecimento de água
do município, juntamente com a necessidade de sua preservação
ambiental, foi real izada uti l izando as informações obtidas junto ao
Departamento Autônomo de Água e Esgoto de Araraquara (DAAE) e
Departamento de Águas e Energia Elétr ica do Estado de São Paulo
(DAEE “s ite”).
4.2 – Caracterização Hidrológica
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Todas as informações hidrológicas, tais como área de contribuição
da micro-bacia hidrográfica, coordenadas geográficas do ponto de
estudo, tempo de concentração, índice pluviométrico, vazões media e
mínima, entre outras informações, foram obtidas através de cálculos
real izados conforme o Manual de Cálculo das Vazões Máximas, Médias e
Mínimas nas Bacias Hidrográficas do Estado de São Paulo.
4.3 – Área de Contribuição da micro-bacia do Córrego Marivan
A área de contr ibuição da micro-bacia hidrográfica do Córrego
Marivan foi calculada uti l izando mapa fornecido pelo DAAE elaborado
através de levantamento feito em 2.003, por foto aérea na escala
1:2.000, pela empresa AEROCARTA.
Figura 2: Foto aérea do local de projeto integrante das 128 fotos do levantamento (DAAE).
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4.4 – Densidade de Drenagem (Dd)
Para o cálculo da densidade de drenagem foi calculada uti l izando
a equação à seguir:
AL
Dd ∑= (1)
Onde:
Dd = Densidade de drenagem (km/km2)
∑ L = Comprimento total de todos os cursos d’água (km)
A = Área de contr ibuição da bacia (km2)
4.5 – Declividade Equivalente Constante
A decl ividade equivalente constante foi calculada através da média
das várias decl ividades ao longo do curso d’água.
LCCI⋅
−=%75
%10%852 (2)
Onde:
%85C = Cota de montante a 85% do comprimento do curso d’água.
%10C = Cota de jusante a 10% do comprimento do curso d’água.
L = Comprimento do curso d’água.
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4.6 - Tempo de Concentração (Tc)
O cálculo do tempo de concentração foi real izado através da equação à
seguir:
385,02
*57
=
SLiTc
(3)
Onde:
Tc = Tempo de concentração (min)
L = Comprimento do talvegue do r io (km)
S = Decl ividade equivalente (m/km)
4.7 – Intensidade da Chuva (I )
A intensidade da chuva foi calculada uti l izando a Equação de
Chuvas de Araraquara “DAEE – FCTH” (Martinez e Magni) “Posto do
Chibarro”– C5-017.
( )[ ] ( )[ ]
−−−+++= −−
1**9010,04772,0*151429,215*4618,32 5482,08684,0
TTInInTcTcI
(4)
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Onde:
I = Intensidade da chuva (mm/h)
Tc = Tempo de concentração (min)
T = Período de retorno em (anos)
4.8 – Vazão de projeto (Qproj)
O cálculo da vazão de projeto foi real izado através do Método
Racional, devido à bacia possui uma área inferior a 2 km².
AICQproj **= (5)
Onde:
Qproj = Vazão de projeto ou de cheia (m3/s)
C = Coeficiente de escoamento superfic ial (adimensional)
I = Intensidade da chuva (mm/h)
A = Área de contr ibuição da bacia (km2)
4.9 – Determinação da Seção do Canal
Para a determinação da seção do canal foi necessário a adoção de
alguns parâmetros mostrados à seguir, sem os quais não seria possível a
real ização dos cálculos.
4.9.1 – Material do Canal
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O material adotado para os cálculos da seção do canal foi o
concreto. O coefic iente de rugosidade para o t ipo de material adotado
foi η = 0,016 para concreto em condições regulares, conforme a tabela
à seguir. Poderia ter sido uti l izado um coefic iente de rugosidade para
um concreto em condições boas ou muito boas, porém, à favor da
segurança, foi uti l izado um coefic iente menos favorável.
Tabela 1 - Valores do Coefic iente de Rugosidade da Equação de Manning
NATUREZA DAS PAREDESCONDIÇÕES
MuitoBoas
Boas Regulares Más
Tubos de ferro fundido sem revestimento .......................................... 0,012 0,013 0,014 0,015Idem, com revestimento de alcatrão ................................................... 0,011 0,012 0,013 -Tubos de ferro galvanizado ................................................................ 0,013 0,014 0,015 0,017Tubos de bronze ou de vidro .............................................................. 0,009 0,010 0,011 0,013Condutos de barro vitrificado, de esgotos .......................................... 0,011 0,013 0,015 0,017Condutos de barro, de drenagem ........................................................ 0,011 0,012 0,014 0,017Alvenaria de tijolos com argamassa de cimento: condutos dede esgoto, de tijolos ............................................................................
0,012 0,013 0,015 0,017
Superfícies de cimento alisado ........................................................... 0,010 0,011 0,012 0,013Superfícies de argamassa de cimento ................................................. 0,011 0,012 0,013 0,015Tubos de concreto .............................................................................. 0,012 0,013 0,015 0,016Condutos de aduelas de madeira ........................................................ 0,010 0,011 0,012 0,013Calhas de pranchas de madeira aplainada .......................................... 0,010 0,012 0,013 0,014Idem, não aplainada ........................................................................... 0,011 0,013 0,014 0,015Idem, com pranchões ......................................................................... 0,012 0,015 0,160 -Canais com revestimento de concreto ............................................ 0,012 0,014 0,016 0,018Alvenaria de pedra argamassada ........................................................ 0,017 0,020 0,025 0,030Alvenaria de pedra seca ..................................................................... 0,025 0,033 0,033 0,035Alvenaria de pedra aparelhada ........................................................... 0,013 0,014 0,015 0,017Calhas metálicas lisas (semicirculares) .............................................. 0,011 0,012 0,013 0,015Idem, corrugadas ................................................................................ 0,023 0,025 0,028 0,030Canas de terra, retilíeos e uniformes .................................................. 0,017 0,020 0,023 0,025Canais abertos em rocha, lisos e uniformes ....................................... 0,025 0,030 0,033 0,035Canais abertos em rocha, irregulares ou de parede de pedrairregulares e mal arrumadas ...............................................................
0,035 0,040 0,045 -
Canais dragados ................................................................................. 0,025 0,028 0,030 0,033Canais curvilíneos e lamosos ............................................................. 0,023 0,025 0,028 0,030Canais com leito pedregoso e vegetação aos taludes ......................... 0,025 0,030 0,035 0,040Canais com fundo de terra e taludes empedrados .............................. 0,028 0,030 0,033 0,035
ARROIOS E RIOS Limpos, retilíneos e uniformes ........................................................... 0,025 0,028 0,030 0,033
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Como em 1, porém com vegetação e pedras ...................................... 0,030 0,033 0,035 0,040Com meandros, bancos e poços poucos profundos, limpos ............... 0,035 0,040 0,045 0,050Como em 2, águas baixas, declividades fracas .................................. 0,040 0,040 0,045 0,050Como em 3. com vegetação e pedras ................................................. 0,033 0,035 0,040 0,045Como em 4, com pedras ..................................................................... 0,045 0,050 0,055 0,060Com margens espraiadas, pouca vegetação ....................................... 0,050 0,060 0,070 0,080com margens espraiadas, muita vegetação ......................................... 0,075 0,100 0,125 0,150
Fonte: Apostila de Canais: Ábacos, Figura e Tabelas do Depto de Hidráulica e Saneamento da FIAR
4.9.2 – Declividade de Fundo do Canal ( I )
Para que não ser ultrapassada a velocidade permit ida para canais
à céu aberto, cujo bom senso recomenda ser no máximo 4 m/s, a
decl ividade de fundo adotada para a real ização dos cálculos foi I =
0,002 m/m.
4.9.3 – Determinação do Talude
A relação adotada entre as dimensões horizontais e vert icais do
talude da seção transversal do canal foi de 2H : 1V.
4.9.4 – Seção de Máxima Eficiência
Para a obtenção da seção transversal trapezoidal do canal de
drenagem com o menor custo possível, a mesma foi calculada como uma
seção de máxima eficiência, para tanto foi ut i l izado o Método de
Dimensionamento de Canais do Prof. Bandini (EESC/USP) através
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equação à seguir, que garante a condição para que ocorra o M.P.M.
(Mínimo Perímetro Molhado).
( )zzyobm −+== 21*2 (6)
Onde:
b = Largura da base do canal trapezoidal (m)
yo = Altura da lâmina d’agua (m)
z = Relação H:V do talude (m)
4.9.5 – Determinação do Coeficiente Dinâmico (M)
A determinação do Coeficiente Dimânico foi obtida através da
seguinte equação:
83
*
=
IQM η (7)
Onde: M = Coeficiente dinâmico
Q = Vazão (m³/s)
η = Coefic iente de rugosidade
I = Decl ividade de fundo (m/m)
4.9.6 – Determinação da Altura da Lâmina d’Água (yo)
A determinação da lâmina d’agua foi obtida através da seguinte
equação, cujo coefic iente de forma K é dada pela tabela abaixo:
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KMyo = (8)
Onde:
yo = Altura da lâmina d’agua (m)
M = Coefic iente dinâmico
K = Coefic iente de forma
Tabela 2 - Valores do Coeficiente de Forma K
b/yo Z=0,00 Z=0,50 Z=1,00 Z=1,25 Z=1,50 Z=1,75 Z=2,000,00 - 0,530 0,771 0,859 0,935 1,001 1,0610,25 0,343 0,665 0,868 0,945 1,102 1,072 1,1260,50 0,516 0,778 0,954 1,023 1,083 1,138 1,1870,75 0,649 0,875 1,032 1,093 1,149 1,199 1,2451,00 0,760 0,961 1,103 1,159 1,210 1,257 1,2991,25 0,856 1,038 1,168 1,221 1,268 1,311 1,3511,50 0,942 1,109 1,229 1,278 1,322 1,362 1,4001,75 1,020 1,175 1,586 1,332 1,373 1,411 1,4462,00 1,091 1,236 1,340 1,383 1,422 1,458 1,4912,25 1,156 1,293 1,392 1,432 1,469 1,502 1,5342,50 1,217 1,347 1,440 1,478 1,513 1,545 1,5752,75 1,275 1,398 1,486 1,523 1,556 1,586 1,6153,00 1,329 1,446 1,531 1,565 1,597 1,626 1,6543,25 1,380 1,493 1,573 1,606 1,637 1,665 1,6913,50 1,429 1,537 1,614 1,646 1,675 1,702 1,7273,75 1,475 1,579 1,653 1,684 1,712 1,738 1,7624,00 1,520 1,620 1,692 1,721 1,748 1,773 1,7964,25 1,562 1,659 1,728 1,757 1,782 1,806 1,8294,50 1,603 1,697 1,764 1,791 1,816 1,839 1,8614,75 1,643 1,734 1,798 1,825 1,849 1,871 1,8935,00 1,681 1,770 1,832 1,858 1,881 1,903 1,9235,25 1,718 1,804 1,865 1,889 1,912 1,933 1,9535,50 1,754 1,837 1,896 1,921 1,942 1,963 1,9835,75 1,788 1,870 1,927 1,951 1,972 1,992 2,0116,00 1,822 1,902 1,958 1,980 2,001 2,021 2,0396,25 1,855 1,933 1,987 2,009 2,030 2,048 2,0666,50 1,887 1,963 2,016 2,038 2,057 2,076 2,0936,75 1,918 1,992 2,044 2,065 2,084 2,102 2,1207,00 1,948 2,021 2,072 2,092 2,111 2,129 2,1457,25 1,978 2,049 2,099 2,119 2,137 2,154 2,1717,50 2,007 2,077 2,125 2,145 2,163 2,180 2,1967,75 2,035 2,103 2,151 2,145 2,188 2,204 2,2208,00 2,063 2,130 2,177 2,195 2,213 2,229 2,2448,25 2,090 2,156 2,202 2,220 2,237 2,253 2,2688,50 2,116 2,181 2,226 2,244 2,261 2,276 2,2918,75 2,412 2,206 2,250 2,268 2,284 2,299 2,3149,00 2,168 2,231 2,274 2,291 2,307 2,322 2,3369,25 2,193 2,255 2,297 2,314 2,330 2,345 2,3589,50 2,218 2,278 2,320 2,337 2,352 2,367 2,3809,75 2,242 2,302 2,343 2,359 2,374 2,388 2,402
10,00 2,266 2,325 2,365 2,381 2,396 2,410 2,42310,25 2,289 2,347 2,387 2,403 2,418 2,431 2,444
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10,50 2,312 2,369 2,408 2,424 2,439 2,452 2,46510,75 2,335 2,391 2,430 2,445 2,459 2,473 2,48511,00 2,357 2,413 2,451 2,446 2,480 2,493 2,50511,25 2,379 2,434 2,471 2,487 2,500 2,513 2,52511,50 2,401 2,455 2,492 2,507 2,520 2,533 2,54511,75 2,422 2,475 2,512 2,527 2,540 2,552 2,56412,00 2,443 2,496 2,532 2,546 2,559 2,572 2,58312,25 2,464 2,516 2,552 2,566 2,790 2,561 2,60212,50 2,484 2,536 2,571 2,585 2,598 2,610 2,621
Fonte: Apostila de Canais: Ábacos, Figura e Tabelas do Depto de Hidráulica e Saneamento da FIAR
5 – Memória de Cálculo
5.1 – Área de Contribuição da micro-bacia do Córrego Marivan (A)
A área da micro-bacia do Córrego Marivan é de 1,9 km².
5.2 – Densidade de Drenagem (Dd)
A densidade de drenagem foi calculada uti l izando a equação 1.
275,09,1
421,1kmkm
AL
Dd === ∑
Onde:
∑L = 1,421 km (comprimento do curso)
5.3 – Declividade Equivalente Constante
LCCI⋅
−=%75
%10%852 => mmI /02439,0
42,421.1%7500,63700,663
2 =⋅
−=
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5.4 - Tempo de Concentração (Tc)
O tempo de concentração foi calculado uti l izando a equação 3.
min30,2739,24
898,1*57*57385,02385,02
=
=
=
SLiTc
5.5 – Intensidade da Chuva
A intensidade da chuva crí t ica foi calculada uti l izando a equação 4
e Tempo de Retorno (T) de 100 anos, segundo a orientação contida no
Manual de Cálculo das Vazões Máximas, Médias e Mínimas nas Bacias
Hidrográficas do Estado de São Paulo conforme mostra a tabela à
seguir.
Tabela 3 – Período de Retorno (T) Mínimos
OBRAS DE MICRO DRENAGEM TIPOS DE USO EOCUPAÇÃO DO SOLO T (ANOS)
Galeria e RuasResidencial 2
Comercial, Edif. Públicos 5Comercial, Alta Valorização 5 a 10
OBRAS DE MACRO DRENAGEM TIPO DE REVESTIMENTO T (ANOS)
Canal a céu aberto
TerraGabião
Pedra ArgamassadaRachão
50
Concreto 100Pontes, Bueiros e Estruturas Afins Concreto 100
Canal em galeria Concreto 100Diques marginais (em áreas urbanas) Concreto 100
Fonte: Manual de Cálculo das Vazões Máximas, Médias e Mínimas nas Bacias Hidrográficas do Estado de São Paulo – 1994
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Aluno: Alexandre Belardinuci Scache
( )[ ] ++⋅= − 8684,0, 154618,32 TcI TTc
( )[ ]
−⋅−−⋅+⋅+ −
1lnln9010,04772,0151429,2 5482,0
TTTc
( )[ ] ++⋅= − 8684,0, 1530,274618,32TTcI
( )[ ]
−⋅⋅−−⋅+⋅+ −
1100100lnln9010,04772,01530,271429,2 5482,0
hmmmmI TTc 90,135
min2650,2, ==
5.6 – Vazão de projeto (Qproj)
A vazão de projeto foi calculada uti l izando a equação 5, Método
Racional. Para o cálculo da vazão uti l izaremos o coeficiente de
escoamento superfic ial C = 0,60, fazendo uma média dos dados obtidos
através da tabela à seguir:
Tabela 4 – Coeficiente de Escoamento Superficial
USO DO SOLO OU GRAU VALORESDE URBANIZAÇÃO Mínimos Máximos
Área totalmente urbanizadaUrbanização futura 0,50 0,70
Área parcialmente urbanizadaUrbanização moderada
0,35 0,50
Área predominantemente deplantações, pastos, etc
Urbanização atual0,20 0,35
Fonte: Manual de Cálculo das Vazões Máximas, Médias e Mínimas nas Bacias Hidrográficas do Estado de São Paulo – 1994
smAICQproj ³94,1549,190,13560,0 =⋅⋅=⋅⋅⋅=
5.7 – Determinação da Seção Transversal do Canal
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Para a determinação da seção transversal do canal foram
uti l izados os seguintes dados:
Material do Canal: Concreto em condições regulares (η = 0,016)
Taleudes: 2H : 1V
Decl ividade de Fundo: I = 0,002 m/m
Vazão Máxima de Projeto: Q = 154,94 m³/s
Como o canal é de Mínimo Perímetro Molhado (M.P.M), pela
equação 6 foi obtido:
( ) ( ) 50,0472,02²21*21*2 2 ≅=−+=−+== zzyobm
O cálculo do Coefic iente Dinâmico foi calculado através da equação 7.
51,4002,0
94,154*016,0* 83
83
=
=
=
IQM η
O cálculo da altura da lâmina d’água foi calculado através da equação 8.
mKMyo 00,4799,3
187,151,4 ≅===
Assim, o cálculo da largura da base do canal foi obtido através da
seguinte equação:
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mbbyobm 00,2
00,450,0 =⇒=⇒= ;
Diante dos cálculos efetuados e dos parâmetros adotados para o
cálculo da seção transversal do canal, esta terá as seguintes
característ icas geométricas:
yo
medidas em metros - sem escalaSeção Transversal
4.50
4.00
V=1
H=2
2.00 b
18.00
20.00
Figura 3 – Seção Transversal
Uma vez determinada a área da seção transversal, foi calculado o
valor da velocidade de escoamento, cujo valor não deve exceder 4 m/s.
²00,4000,4*2
00,200,18 mA =
+=
!/87,300,4094,154 OKsm
AQV ⇒===
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6 – Bibl iografia
PORTO, RODRIGO DE MELO Hidráulica Básica. EESC-USP, São Carlos/SP 2004.
Manual de Cálculo das Vazões Máximas, Médias e Mínimas nas Bacias Hidrográficas
do Estado de São Paulo. São Paulo/SP 1994.
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ANEXO 1Fotos
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Foto 1: Início do Canal
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Foto 2: Exutório da Bacia do Córrego Marivam.
Foto 3: Exutório da Bacia do Córrego Marivam (Represa das Cruzes)
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ANEXO 2Desenhos
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