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Universidade Federal do Piauí Centro de Tecnologia - DRHGA Curso de Engenharia
Departamento de Recursos Hídricos e Geologia Aplicada HIDROLOGIA
HIDROLOGIA Décima Aula Sistema de Drenagem
Conseqüências da urbanização na drenagem da bacia:
O comportamento do escoamento superficial direto sofre alterações substanciais em decorrência do processo de urbanização de uma bacia, principalmente como conseqüência da impermeabilização da superfície, o que produz maiores picos e vazões.
Conseqüências da urbanização na drenagem da bacia:
Já na primeira fase de implantação de uma cidade, o desmatamento pode causar um aumento dos picos e volumes e, conseqüentemente, da erosão do solo;
Conseqüências da urbanização na drenagem da bacia: Se o desenvolvimento urbano posterior ocorrer de forma desordenada, estes resultados deploráveis podem ser agravados com o assoreamento em canais e galerias, diminuindo suas capacidades de condução do excesso de água.
Conseqüências da urbanização na drenagem da bacia: Além de degradar a qualidade da água e possibilitar a veiculação de moléstias, a deficiência de redes de esgoto contribui também para aumentar a possibilidade de ocorrência de inundações.
Conseqüências da urbanização na drenagem da bacia:
Uma coleta de lixo ineficiente, somada a um comportamento indisciplinado dos cidadãos, acaba por entupir bueiros e galerias e deteriorar ainda mais a qualidade da água.
Conseqüências da urbanização na drenagem da bacia: A estes problemas soma-se a ocupação indisciplinada das várzeas, que também produz maiores picos, aumentando os custos gerais de utilidade pública e causando maiores prejuízos.
Conseqüências da urbanização na drenagem da bacia:
Os problemas advindos de um mal planejamento não se restringem ao local de estudo, uma vez que a introdução de redes de drenagem ocasiona uma diminuição considerável no tempo de concentração e maiores picos a jusante.
Estes processos estão interrelacionados de forma bastante complexa, resultando em problemas que se referem não somente às inundações, como também à poluição, ao clima e aos recursos hídricos de uma maneira geral.
Os problemas que dizem respeito ao controle de inundações são decorrentes da elevação dos picos das cheias, ocasionada tanto pela intensificação do volume do escoamento superficial direto (causado pelo aumento da densidade das construções, e conseqüente impermeabilização da superfície), como pela diminuição dos tempos de concentração e de recessão.
Esta diminuição é também oriunda do acréscimo na velocidade de escoamento devido à alteração do sistema de drenagem existente, exigida por este aumento da densidade de construções.
Ocupação da bacia hidrografica
• Principais fatores que agravam as inundações urbanas –
impermeabilização do solo;
–
urbanização sem o devido cuidado com a drenagem;
–
falta de planejamento urbano;
–
ocupação das áreas marginais;
–
traçado de avenidas, ruas, etc.
–
problema habitacional: ocupação de áreas marginais e morros (áreas de risco) por favelas
–
grande produção de sedimentos (solos) provenientes de loteamentos e outros tipos de movimento de terra;
–
grande quantidade de lixo (resíduos de todos os tramanhos: carros, utensílios domésticos, pneus, sacos de lixo, plásticos, restos vegetais, etc ...)
–
qualidade das águas (esgoto, poluição difusa, etc.)
–
obras de drenagem mal projetadas;
–
obras de drenagem com problemas de execução;
–
canalização de córregos sem a devida análise de impactos a jusante (transferência de inundações de um ponto a outros);
–
soluções impróprias de canalização;
–
participação da sociedade (lixo, educação ambiental, etc...)
Os problemas de controle de poluição diretamente relacionados à drenagem urbana têm sua origem na deterioração da qualidade dos cursos receptores das águas pluviais.
Eutrofização •Excesso de nutrientes: N, P e K nos corpos hídricos •Causa deterioração dos corpos d água
Degradação dos corpos dágua
Além de aumentar o volume do escoamento superficial direto, a impermeabilização da superfície também faz com que a recarga subterrânea, já reduzida pelo aumento do volume das águas servidas (conseqüência do aumento da densidade populacional), diminua ainda mais.
Segundo Uehara (1985), as precipitações totais podem aumentar em até 10% em relação à zona rural. Segundo a mesma fonte, a umidade relativa do ar pode sofrer um acréscimo de até 8% e pode chegar a haver um aumento de 1oC na temperatura do ar, enquanto o aumento da nebulosidade pode atingir até 100%.
Os problemas relacionados aos recursos hídricos são uma conseqüência direta do aumento da demanda de água, decorrente do aumento da densidade populacional.
Estes problemas são inerentes ao aumento das densidades populacional e de construções ou, em outras palavras, ao processo de urbanização em si, formando um emaranhado complexo de causas e efeitos, relacionados de forma não biunívoca.
Tal complexidade não permite que possa haver soluções eficientes e sustentáveis que não abranjam todos os processos e suas inter-relações, o que exige que se atue sobre suas causas.
Sistema de Drenagem ...é o termo empregado na designação de conjunto de instalações destinadas a escoar o excesso de água, seja em rodovias, na zona rural, ou na malha urbana.
Sistemas Urbanos de Drenagem Prof. Antonio Cardoso Neto .
A drenagem urbana não se restringe aos aspectos puramente técnicos, impostos pelos limites da engenharia.
Compreende o conjunto de todas as medidas a serem tomadas que visem à atenuação dos riscos e dos prejuízos decorrentes de inundações aos quais as cidades e sociedades estão sujeitas.
Sistemas Urbanos de Drenagem Prof. Antonio Cardoso Neto .
A drenagem urbana não se restringe aos aspectos puramente técnicos, impostos pelos limites da engenharia.
Compreende o conjunto de todas as medidas a serem tomadas que visem à atenuação dos riscos e dos prejuízos decorrentes de inundações aos quais as cidades e sociedades estão sujeitas.
Sistema de Drenagem
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Prof. Antonio Cardoso Neto
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O caminho percorrido pela água da chuva sobre uma superfície pode ser topograficamente bem definido, ou não.
Sistema de Drenagem
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Prof. Antonio Cardoso Neto
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Após a implantação de uma cidade, o percurso caótico das enxurradas passa a ser determinado pelo traçado das ruas e acaba se comportando, tanto quantitativa como qualitativamente, de maneira bem diferente de seu comportamento original.
Sistema de Drenagem
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Prof. Antonio Cardoso Neto
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•Após a implantação de uma cidade, o percurso caótico das enxurradas passa a ser determinado pelo traçado das ruas e acaba se comportando, tanto quantitativa como qualitativamente, de maneira bem diferente de seu comportamento original.
As torrentes originadas pela precipitação direta sobre as vias públicas desembocam nos bueiros situados nas sarjetas.
Estas torrentes (somadas à água da rede pública proveniente dos coletores localizados nos pátios e das calhas situadas nos topos das edificações) são escoadas por tubulações que alimentam condutos secundários, a partir dos quais atingem o fundo do vale, onde o escoamento é topograficamente bem definido, mesmo que não haja um curso d’água perene.
O escoamento no fundo do vale é denominado: Sistema de Macro-Drenagem.
As obras e instalações responsável pela captação da água pluvial e sua condução até o sistema de macro-drenagem é chamado: Sistema de Micro-drenagem. Este será o objeto do nosso estudo.
Sistemas de microdrenagem •
•
•
•
Os sistemas de microdrenagem incluem a coleta e afastamento das águas superficiais ou subterrâneas através de pequenas e médias galerias, fazendo ainda parte do sistema todos os componentes do projeto para que tal ocorra. Tradicionalmente são obras em cujo projeto são adotadas vazões produzidas por eventos hidrológicos com 2, 5 e, no máximo, 10 anos de período de retorno. São calculados para que funcionem a partir de pré determinados limites. As áreas envolvidas, na sua maioria com menos de um quilômetro quadrado ou cem hectares, são trechos de ruas, quarteirões, etc., e as unidades mais comuns são metro quadrado (m2) e hectares (ha). Seu traçado é função da arquitetura urbana, ou seja, a malha resultante de seus condutos depende do projetista e da disposição dos arruamentos. Sendo assim, as vazões são conduzidas de acordo com as ruas da área de projeto, obedecendo ao alinhamento arquitetônico das fachadas dos quarteirões, criando-se mini-cursos artificiais.
Sistemas de macrodrenagem • Destina-se ao escoamento final das águas escoadas superficialmente, inclusive as captadas pelas estruturas de microdrenagem; São compostos dos seguintes itens: sistema de microdrenagem, galerias de grande porte, canais e rios canalizados (Gois, 1998); Sendo assim, a macrodrenagem compreende a rede de drenagem natural, existente antes da ocupação; São obras de retificação ou de embutimento dos corpos aquático, são de grande vulto, dimensionadas para grande vazões e com maiores velocidades de escoamento.
De maneira geral, as águas decorrentes da chuva (normalmente coletadas nas vias públicas em bocas-de-lobo e descarregadas em galerias ou condutos subterrâneos) são lançadas em cursos d’água naturais, no oceano, em lagos ou, no caso de solos bastante permeáveis, esparramadas sobre o terreno por onde infiltram no subsolo.
É desnecessário dizer que a escolha do destino da água pluvial deve ser feita segundo critérios éticos e econômicos, após análise técnica cuidadosa e criteriosa das opções existentes.
De qualquer maneira, é recomendável que o sistema de drenagem seja tal que o percurso da água entre sua origem e seu destino seja o mínimo possível. Além disso, é conveniente que esta água seja escoada por gravidade. Porém, se não houver possibilidade, pode-se projetar estações de bombeamento para esta finalidade.
Há, além disso, a necessidade de que as realidades complexas de longo prazo em toda a bacia sejam levadas em consideração durante o processo de planejamento das medidas locais de curto e médio prazos. Por fim, mas não menos importante, a opinião pública deve ser esclarecida através da organização de campanhas educativas.
• “Soluções” para inundações urbanas:
– Intervenções Estruturais
– Intervenções Não-Estruturais
• Soluções Estruturais: atacam os efeitos • Obras de Engenharia: • canalizações • barragens
• galerias • retificação de córregos e rios
• outras melhorias em córregos e rios • dragagem (desassoreamento)
• obras de retenção (reservatórios) • drenagem forçada em áreas baixas
• bombeamento • túneis
• micro drenagem
Micro e Macrodrenagem
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• Soluções Não-Estruturais: atacam as causas • Planejamento de Macro e Micro Drenagem Urbana • Leis de Uso e Ocupação do Solo (preservação das áreas marginais, manutenção de áreas
verdes, disciplinamento da ocupação urbana, etc.) • Integração da drenagem urbana com outras intervenções urbanas
• Regras Operativas de Obras Hidráulicas para Controle de Cheias • Detenção do escoamento superficial gerado pela ocupação (parcela de solo impermeável)
no próprio lote • Adoção de pavimentos permeáveis
• Fiscalização Intensa • Educação Ambiental
• Sistema de coleta de lixo adequado • Sistema eficiente de manutenção de obras de drenagem • Participação da sociedade • Sistema de Ações Civis para Minimizar os Impactos das Inundações (Defesa Civil, Polícia, Trânsito, Serviço Social, Abrigos, Hospitais, Engenharia, etc)
Obras de macrodrenagem •Macrodrenagem •Conceito: rede de drenagem natural pré-existente nos terrenos antes da ocupação (riachos e rios localizados nos talvegues e vales ) •Estruturas de macrodrenagem – destinação das águas captadas pela drenagem primária, dando prosseguimento ao escoamento dos elementos de microdrenagem (ruas, sarjetas, valas, galerias)
•Necessidade de interferências na macrodrenagem: 1.
Aumento dos volumes impermeabilização
escoados
devido
à
2.
Obras de microdrenagem aumentam as vazões de pico devido à redução dos tempos de concentração
3.
Ocupação dos leitos secundários de riachos e rios
4.
Assoreamento dos corpos d’água devido ao desmatamento e manejo inadequado dos terrenos
5.
Necessidade de ampliação da malha viária em vales ocupados
6.
Saneamento de áreas alagadiças
•Medidas de controle de enchentes •Medidas estruturais – obras de engenharia, caracterizadas como medidas intensivas ou extensivas •Medidas intensivas 1. Aceleração do escoamento (canalizações) 2. Retardamento de fluxo (reservatórios, restauração de calhas naturais) 3. Desvio de escoamento (canais / túneis de desvio) 4. Edificações à prova de enchentes •Medidas extensivas – pequenos armazenamentos na bacia, recomposição da cobertura vegetal, controle de erosão do solo •Medidas não-estruturais – disciplinamento da ocupação territorial (custos mais baixos e horizontes de atuação mais longos) 1. Regulamenta do uso e ocupação do solo (zoneamento) 2. Educação ambiental (controle da poluição difusa) 3. Sistema de alerta e previsão de enchentes
• Medidas estruturais – Canalização (solução mais frequente) – Processo de urbanização • Ocupação das margens de rios / assoreamento redução da capacidade da rede de drenagem natural (rios e riachos) • Impermeabilização aumento do volume / redução do tempo de concentração (aumento da vazão de pico)
– Canalização – aumento da capacidade de riachos e rios / construção de canais – Melhoria localizada das condições de escoamento – Transferência de vazões para jusante
• Canalização – Medida estrutural intensiva para aumento da capacidade de rios e canais / construção de canais – Vantagens: • Intervenção localizada • Necessidade de pouca manutenção
• Melhoria das condições de escoamento
– Desvantagens: • Aumento das vazões de pico a jusante (transferência do problema!) • Transporte de toda a carga poluente para o corpo hídrico receptor
• Medidas estruturais – Reservação (solução “inovadora”) – Manutenção das condições originais na bacia hidrográfica • Retardamento dos escoamentos • Aumento dos tempos de concentração • Redução das vazões máximas • Redução dos volumes de enchentes (retenção em reservatórios) • Redução do escoamento (melhoria das condições de infiltração)
• Reservação – Medida estrutural intensiva para retardamento do escoamento - construção de bacias (reservatórios) de detenção – Vantagens:
• Reconstituição das condições naturais de vazão nos corpos hídricos • Solução “definitiva” – não propagação do problema das inundações para jusante • Melhoria da qualidade do efluente – retirada do material flutuante e sedimentável nas bacias de detenção
– Desvantagens: • Custos possivelmente elevados com desapropriações para implantação dos reservatórios • Intervenção em vários locais da bacia hidrográfica
• Necessidade de manutenção (limpeza) periódica
– Além do controle de enchentes, as obras de detenção para outros usos • Recreação e lazer • Melhoria da qualidade da água • Criação de mananciais urbanos • Evolução da utilização de obras de detenção
Característica Função Componentes principais Aplicabilidade Impacto a jusante (quantidade) Impacto a jusante (qualidade) Manutenção / operação Estudos hidrológicos
Canalização
Reservação Contenção temporária para Remoção rápica dos escoamentos subsequente liberação Canais abertos Reservatórios Galerias Retenção sub-superficial Instalação em áreas novas Implantação em áreas novas Construção por fases Construção por fases Ampliação de capacidade (difícil) Áreas existentes Aumento das vazões de pico em relação Dimensionamento pode tornar as à condição anterior vazões de jusante compatíveis com a Maiores obras a jusante capacidade disponível Facilita remoção de material flutuante Transporta para o corpo receptor toda a (reservatórios) e dos sólidos em carga poluente afluente suspensão (decantação) Pouco frequente (acúmulo de Necessidade de limpeza periódica e sedimento e ilxo) fiscalização Dificultado em galerias Desinfecção eventual (insetos) Definição dos hidrogramas (volumes das Definição das vazões de pico enchentes)
1. Partes Constitutivas da microdrenagem
•Galerias •Poço de Visita •Trechos •Bocas-de-lobo •Tubos de ligação •Meios-fios •Sarjetas •Sarjetões •Condutos forçados •Estações de bombeamento
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•78
Partes constitutivas
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•79
Bocas de lobo – Dispositivos localizados em pontos convenientes, nas sarjetas para captação de águas puviais.
Sarjetas – Faixas da via pública, paralelas e vizinhas ao meio fio. A calha formada é a receptora das águas pluviais que incidem sobre as vias publicas e que para elas escoam. Tubos de ligação – Canalizações destinadas a conduzir as águas pluviais captadas nas bocas de lobo para as galerias ou poços de visita.
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•80
Galerias
na teoria...
Alinhamento dos condutos
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•81
Galeria – Canalizações públicas usadas para conduzir as águas pluviais provenientes das bocas de lobo e das ligações públicas.
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•82
Galerias
na prática...
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•83
Galerias •Diametro minimo =0,30 m •D comerciais = 0,30; 0,40; 0,50; 0,60; 0,80; 1,00; 1,20 e 1,50 m. •Projetadas para funcionamento à seção plena com a vazão de projeto. •Velocidade máxima para tubos de concreto = 5m/s •Vel. minima = 0,60m/s
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•84
Poço de Visita
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•85
Poços de visita – Dispositivos localizados em pontos convenientes do sistema de galerias para permitirem mudanças de direção, mudanças de declividade, mudanças de diâmetro e inspeção e limpeza das canalizações.
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•86
Poços de visita •Devem atender ás mudanças de direção, de diâmetro, declividade à ligação das bocas de lobo, ao entrocamento dos diversos trechos e ao afastamento máximo admissível. •Quando a diferença de nível entre o tubo afluente e efluente for superior a 0,70m, o poço de visita será denominado de queda.
Diâmetro (m)
Espaçamento (m)
O,30
120
0,50 – 0,90
150
1,00 ou mais
180
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•87
Bocas-de-lobo
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•88
Bocas de lobo •Devem ser localizadas de maneira a conduzir a água, a vazão superficial para as galerias. •Nos pontos mais baixos do sistema viário devem ser colocadas bocas de lobo com vistas a se evitar a criação de zonas mortas com alagamentos e águas paradas. •Recomenda-se adotar um espaçamento máximo de 60 m entre as bocas-de-lobo, caso não seja analisada a capacidade de escoamento da sarjeta.
•Micro e Macrodrenagem (out/2001)
•89
Existem muitos métodos e fórmulas, definidas em todo o mundo, para cálculo de micro e macro drenagens .
Na Engenharia Brasileira são utilizados três enfoques básicos: 1. O Método Racional;
2. Método do Hidrograma Unitário Sintético; 3. Análise Estatística.
Método Racional Este método é recomendado para o dimensionamento de galerias e avaliação do escoamento superficial em bacias tributárias com áreas de drenagem inferiores a 1 km2. É aplicável para avaliação do deflúvio superficial direto, tanto para a chuva inicial como para a chuva máxima de projeto. Alguns autores utilizam até 20 km2.
Método do Hidrograma Unitário Sintético
Recomendado para o dimensionamento de pontos de despejo e grandes galerias principais, quando a área de drenagem envolvida excede 1 km2, e para análise e avaliação dos benefícios de armazenamentos artificiais. É também aplicável em áreas que poderão sofrer significativa urbanização no futuro.
Análise Estatística É recomendada para estimativa das descargas de cheias, em determinado período de retorno, para cursos de água de grande porte fluindo através de áreas urbanas, e em pequenos cursos de água nos quais uma futura urbanização não importará em efeitos significativos, com relação às características de seus deflúvios.
Veremos apenas: O
Método Racional.
MÉTODO RACIONAL O Método Racional para estimativa de vazões de enchente resume-se fundamentalmente no emprego de chamada “fórmula racional”: Q = CIA
MÉTODO RACIONAL
Q = CIA Q = vazão da enchente (m3/s) A = área da bacia drenada (ha) C = coeficiente de deflúvio (ad.) definido como: relação entre quantidade de água que passa na área de estudo e a quantidade de chuva realmente precipitada.(adimensional)
I = intensidade média de chuva sobre a área drenada, de duração igual ao tempo de concentração. (m3/s/ha)
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO: É o tempo gasto pela água para escoar desde o ponto mais afastado da bacia de drenagem, até o ponto do projeto.
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO: É a soma do tempo de entrada e dos tempos de escoamento: • nos córregos (área não urbanizadas);
• nas sarjetas e galerias (áreas urbanas).
MÉTODO RACIONAL Cálculo do tempo de concentração Função de: Comprimento do percurso em córregos e canais ou em sarjetas e galerias, e da diferença de cotas inicial e final.
Tc
3 (0,385) =57*(L^ /Δh)^
MÉTODO RACIONAL Cálculo do tempo de concentração
Tc
Sendo:
3 (0,385) =57*(L^ /Δh)^
Tc, em minutos; L, em quilômetros; ∆H, em metros.
MÉTODO RACIONAL Em função das unidades utilizadas podemos ter: Q = CIA ou 0,278*CIA 3,6 Onde: Q = vazão em m3/s; I = precipitação em mm/h; A = área da bacia em Km2; C = coeficiente adimensional;
MÉTODO RACIONAL
Em função das unidades utilizadas podemos ter: Q = 1.000*C*I*A, ou 6 Onde:
Q = 166,67*C*I*A,
Q = vazão em L/s; I = precipitação em mm/min; A = área da bacia em ha; C = coeficiente adimensional;
MÉTODO RACIONAL Em função das unidades utilizadas ainda podemos ter: Q = 1/6 *C*I*A, Onde:
ou
Q = 0,167*C*I*A,
Q = vazão em m3/s; I = precipitação em mm/min; A = área da bacia em ha; C = coeficiente adimensional;
PREMISSAS BÁSICAS LIMITAÇÕES DO MÉTODO RACIONAL As seguintes premissas básicas são adotadas quando se aplica método racional:
• A intensidade de precipitação é . constante enquanto perdurar a . chuva; • A impermeabilidade superficial . permanece constante durante a . chuva;
PREMISSAS BÁSICAS LIMITAÇÕES DO MÉTODO RACIONAL • As velocidades de escoamento nas . galerias e canais são as previstas . para funcionamento a plena seção; • O tempo de duração da chuva é . igual ao tempo de concentração, . para a vazão considerada.
PREMISSAS BÁSICAS LIMITAÇÕES DO MÉTODO RACIONAL
Como limitação, o método racional somente é recomendado para bacias que não apresentam complexidade e cuja área seja, no máximo, 1km2 ( 100 ha ). Outros autores definem o limite como 500 ha e até 2.000 ha.
DETERMINAÇÃO DAS VARIÁVEIS UTILIZADAS NO MÉTODO COEFICIENTE DE ESCOAMENTO “C” A escolha desse coeficiente depende muito do julgamento pessoal do engenheiro projetista. Em geral, as superfícies não são homogêneas, não sendo, por isso, conveniente adotar um único valor tirado da tabela para toda área da bacia de drenagem.
TÍTULO DE ÁREA DE DRENAGEM OU COBERTURA VEGETAL
COEFICIENTE MÍNIMO
MÁXIMO
01
Pavimentos de concreto ou concreto betuminoso
0,75
0,95
02
Pavimentos de asfalto
0,65
0,80
03
Solo arenoso, vegetação cultivada ou leve
0,15
0,25
04
Solo arenoso, mata ou vegetação rasteira densa
0,20
0,30
05
Cascalho desprovido de vegetação ou vegetação rala
0,20
0,40
06
Cascalho, mata, vegetação densa
0,15
0,35
07
Solo argiloso, desprovido de vegetação
0,35
0,75
08
Solo Argiloso. Mata ou vegetação densa
0,25
0,60
09
Canteiro Central, grama
0,20
0,35
10
Áreas comerciais, zonas do centro da cidade
0,70
0,95
Zona planas com 30% de área impermeável
0,35
0,45
Zona planas com 60% de área impermeável
0,50
0,60
Zona moderadamente inclinadas com 50% de área impermeável
0,70
0,80
Zonas moderadamente inclinada com 70% de área impermeável
0,75
0,85
12
Área de edifícios de apartamentos
0,50
0,70
13
Área industrial
Unidade esparsas
0,50
0,80
Unidade concentradas
0,60
0,90
Parque, cemitérios e praças
0,10
0,25
Áreas residenciais:
11
14
PERÍODO DE RETORNO Em engenharia, nem sempre interessa construir uma obra que seja adequada para escoar qualquer vazão possível de ocorrer.
PERÍODO DE RETORNO Normalmente, pode-se correr um risco, assumido após considerações de ordem econômica, de que a estrutura venha a falhar durante a sua vida útil, sendo necessário, então, conhecer este risco.
PERÍODO DE RETORNO A freqüência de uma vazão Q em uma seção de um curso d’água é o número de ocorrências da mesma em dado intervalo de tempo.
PERÍODO DE RETORNO Em geral, ela é expressa em termos de período de retorno ( T ), com o significado de que, na seção considerada, ocorrerão valores iguais ou superiores ao valor Q apenas uma vez em cada T anos.
PERÍODO DE RETORNO Escolha e justificativa de determinado período de retorno
Quanto maior for o período de retorno, maiores serão os valores das vazões de pico encontradas e, conseqüentemente, mais segura e cara será a obra.
PERÍODO DE RETORNO
Infelizmente, é quase sempre impossível fazer uma comparação realista entre o custo da obra e o prejuízo provável, de modo a se obter uma solução, economicamente, conveniente.
PERÍODO DE RETORNO
O período de retorno tem que ser avaliado com base em obras existentes, na experiência do profissional e, sobretudo, no seu bom senso.
PERÍODO DE RETORNO
Para cálculo de rede de drenagem urbana, geralmente se adota nos Estados Unidos valores que variam de 2 a 10 anos para área residenciais e de 10 a 50 anos para comerciais.
PERÍODO DE RETORNO
No Brasil adota-se para período de recorrência, ou retorno, os seguinte valores:
UTILIZAÇÃO DA ÁREA
PERÍODO DE RETORNO ( T ANOS )
Residencial
2 anos
Comercial
5 anos
Áreas com edifícios
5 anos
Aeroportos
2 – 5 anos
Áreas Comerciais muito valorizadas e Terminais aeroportuários
5 – 10 anos
Ajustes para tormentas infreqüentes: Q = 166,67*C*I*A*Cf
onde:
Cf = coeficiente adimensional; sendo: C*Cf <= 1.0 Período de Retorno (Anos)
Cf
2 a 10
1,00
25
1,1
50
1,2
100
1,25
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL
Em planta topográfica na escala adequada, definir os limites de todas as bacias de drenagem relevantes;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL
Verificação das definições acima e investigações complementares de cada bacia “in loco”, p. ex, contribuições de bacias entre si ou contribuição de outras bacias para as anteriormente definidas;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL
Definir “in loco” ponto de saída da bacia, cotas e coordenadas;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL
Verificar “in loco” as condições definidoras de C, para trechos específicos das bacias;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL
Definir as áreas dos trechos específicos destas bacias;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL Verificar as projeções de investimentos, programas, projetos, obras e urbanizações futuras para cada trecho específico das bacias;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL
Definir coeficiente C para trechos específicos;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL Definição dos percursos das água nos trechos das bacias, com o traçado, em planta, dos trechos principais, com comprimentos e diferenças de cotas;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL
Definir o Tempo de concentração das bacias a serem estudadas;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL
Definir: curva de intensidade, duração e freqüência a ser utilizada para o conjunto de sub bacias;
APLICAÇÃO DO MÉTODO RACIONAL Calcular a Descarga
ou Colocar as informações em tabela Excel e calcular a Descarga.
Lista de Controle Projeto:
Data:
ELABORAÇÃO DE PROJETO DE SISTEMA DE ÁGUAS PLUVIAIS ROTEIRO BÁSICO I – Estudos Preliminares 1) Determinação da bacia contribuinte à área a ser drenada. 2) Elaboração da planta geral da bacia contribuinte em escala adequada. (1:25.000 a 1:100.000) 3) Coleta de dados e elementos disponíveis: a) Elementos topográficos: planta atualizada da bacia em escala conveniente- (1:1.000); b) Dados ou informações sobre projetos urbanísticos ou de melhoramento previstos pela entidade urbanizadora competente. A saber: Canalização de córregos; avenidas; obras de artes especiais; modificações no sistema viário; etc.; c) Levantamento planialtimétrico - cadastral de faixas de implantação de coletores principais (vielas) e dos canais para os cursos de água existentes, pontes, viadutos, etc.;
4) 5)
d) Dados cadastrais do sistema de drenagem de águas luviais existente na área de estudo; e) Cadastro dos sistemas de água, esgoto sanitário, eletricidade, gás e telefone, eventualmente existentes na área (instalações subterrâneas); f) Curvas características ou equações de intensidade – duração – freqüência das precipitações (quando existentes); g) Dados pluviométricos na área de estudo e suas imediações; h) Dados fluviométricos de cursos de água situados na área de projeto e suas imediações (estudos de correlação); Determinação da área de atendimento do projeto;
Reconhecimento minucioso da bacia contribuinte com atenção especial para os seguintes pontos: a) Índice de ocupação urbana; b) Índice de impermeabilização da bacia e suas tendências; c) Características da vegetação existente; d) Natureza dos solos encontrados na bacia. 6) Programação para obtenção de novos dados necessários à elaboração dos trabalhos, inclusive topográficos (quando necessários);
/
/
Controle 1
2
3
Lista de Controle Projeto:
Data:
ELABORAÇÃO DE PROJETO DE SISTEMA DE ÁGUAS PLUVIAIS ROTEIRO BÁSICO 7) Execução de levantamento topográfico (quando inexistente), devendo constar basicamente de: a) Levantamento planimétrico de todas as vias existentes na área de projeto, com desenhos em escala 1:2000ou 1:1000 se a área for muito pequena; b) Nivelamento de todos os pontos de cruzamento e de mudança de greide e de direção dos logradouros existentes na área, assim como de todos os pontos notáveis, por exemplo: cotas do fundo dos cursos de água existentes, pontes, viadutos, etc.; c) Levantamento cadastral de instalações subterrâneas, que eventualmente possam interferir com a implantação das obras a serem implantadas. 8) Análise e compilação dos dados e elementos coletados. 9) Estudo detalhado da bacia contribuinte e da área a ser drenada. 10) Demarcação da bacia e das sub-bacias de drenagem, indicando, mediante setas, os sentidos de escoamento das águas pluviais nas vias contidas na área. Cada sub-bacia deverá ser identificada, sendo que a sua área deverá ser avaliada com bom grau de precisão. 11) Fixação de critérios e parâmetros a serem obedecidos na concepção geral das obras a serem projetadas. Deverão ser fixados: a) Chuva critica a ser considerada; b) Tempo de recorrência a ser adotado; c) Critérios para determinação da intensidade média de precipitação; d) Índice de impermeabilização da bacia; e) Critérios para avaliação do coeficiente de escoamento superficial; f) Método a ser utilizado na avaliação das vazões de dimensionamento; g) Fórmulas e processos a serem utilizados no dimensionamento do sistema; h) Cursos de água receptores do efluente do sistema coletor. 12) Elaboração do memorial descritivo e justificativo contendo os resultados estudos efetuados.
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Controle
1
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3
Lista de Controle Projeto:
Data:
ELABORAÇÃO DE PROJETO DE SISTEMA DE ÁGUAS PLUVIAIS ROTEIRO BÁSICO
II – Anteprojeto das Obras 1) Avaliação das vazões de dimensionamento para o sistema, com base nos estudos de intensidade – duração – freqüência utilizáveis em problemas técnicos conexos ao esgotamento de águas pluviais para a área de projeto. Confronto dos valores encontrados com os já verificados em medições ou estudos já efetuados para a mesma área ou suas imediações. 2) Estudos de um número conveniente de alternativas para o traçado dos sistemas coletores principal e secundários e dos canais para os cursos de água existentes na área e para os cursos de água receptores. Escolha da melhor alternativa do ponto de vista técnico econômico. 3) Estudo das obras complementares necessárias, como obras de proteção e de dissipação de energia, obras de arte especiais, etc. 4) Dimensionamento do sistema de galerias, levando-se em consideração os fatores: a) Diâmetro mínimo = 0,30 m; altura mínima da secção retangular = 0,50 m; b) Recobrimento mínimo = 1,0 metro; c) Altura de lâmina de água na galeria = 0,9 * H, sendo H a altura da seção retangular; ou 0,95 * D, sendo D o diâmetro da seção circular; d) Velocidade mínima = 0,75 m/s; e) Velocidade máxima = 5m/s; 5) Dimensionamento das obras complementares necessárias. 6) Elaboração de memorial descritivo e justificativo das soluções adotadas em cada caso, contendo: a) Caracterização e descrição da área do estudo; b) Critérios e parâmetros do projeto; c) Avaliação das vazões a serem escoadas; d) Dimensionamento das diversas partes; conclusões. 7) Elaboração de desenhos e demais peças gráficas em escala adequada à perfeita compreensão do sistema proposto. Recomenda-se que as plantas do sistema coletor sejam apresentadas em escala 1: 2 000 e os perfis em escala H = 1: 1000 e V = 1: 100.
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Controle 1
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Lista de Controle Projeto:
Data:
ELABORAÇÃO DE PROJETO DE SISTEMA DE ÁGUAS PLUVIAIS ROTEIRO BÁSICO III - Projeto executivo do sistema proposto 1) Calculo e projeto estrutural das diversas partes; 2) Elaboração das especificações de materiais e serviços; 3) Elaboração das especificações para construção do sistema; 4) Cômputo das quantidades de materiais e serviços necessários à implantação do sistema. 5) Orçamento estimativo das obras a serem empreendidas.
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Controle 1
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Exemplo.
Implantação de Loteamento para residências isoladas em lotes com média de 800 m2, em área nobre, afastada do centro.
ESCALA 1: 10.000
A = 1,40 km
ESCALA 1: 10.000
Duração da Chuva • para bacias pequenas (até 5 km2) adota-se uma chuva com duração igual ao tempo de concentração da bacia
Tc =57*(L^3 /Δh)^(0,385) • para bacias maiores usualmente adota-se uma chuva com duração igual a 24 horas
A = 1,40 km L = 15,0 cm = 1,50 km ESCALA 1: 10.000
A = 1,40 km2 L = 15,0 cm = 1,50 km
∆H = 702 – 652 = 50 m
ESCALA 1: 10.000
Método Racional A = 1,40 km2
Área < 5 km2
Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2
Q=0,278 C I A
t = Tc
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q=0,278 C I A I=?
POSTO
ESTADO
Teresina
Piauí
LATITUDE: 5 GR
LONGITUDE:
5 MIN
42 GR
49 MIN
I(MM/MIN) - INTENSIDADE DA CHUVA PERÍODO DE RETORNO (ANOS)
DURAÇÃO
2.
5.
10.
15.
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25.
50.
100
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MIN
3,260
3,800
4,220
4,440
4,600
4,740
5,120
5,520
10
MIN
2,440
2,880
3,200
6,780
7,040
7,240
7,880
8,520
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MIN
2,000
2,373
2,653
8,440
8,800
9,060
9,900
10,740
20
MIN
1,715
2,045
2,290
9,740
10,160
10,480
11,500
12,540
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MIN
1,508
1,808
2,036
10,840
11,320
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12,880
14,100
30
MIN
1,357
1,633
1,843
11,820
12,360
12,780
14,120
15,500
1
H
0,873
1,068
1,222
1,315
1,382
1,435
1,605
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2
H
0,538
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0,765
0,826
0,871
0,906
1,021
1,143
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H
0,322
0,400
0,463
0,502
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0,553
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H
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0,415
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H
0,158
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0,247
0,261
0,272
0,308
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H
0,136
0,170
0,197
0,213
0,225
0,235
0,266
0,300
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H
0,120
0,150
0,173
0,188
0,199
0,207
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H
0,078
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POSTO
ESTADO
Teresina
Piauí
LATITUDE: 5 GR
LONGITUDE:
5 MIN
42 GR
49 MIN
I(MM/MIN) - INTENSIDADE DA CHUVA PERÍODO DE RETORNO (ANOS)
DURAÇÃO
2.
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3,260
3,800
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4,440
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MIN
2,440
2,880
3,200
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7,880
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MIN
2,000
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MIN
1,715
2,045
2,290
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10,160
10,480
11,500
12,540
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MIN
1,508
1,808
2,036
10,840
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11,700
12,880
14,100
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MIN
1,357
1,633
1,843
11,820
12,360
12,780
14,120
15,500
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0,873
1,068
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0,415
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H
0,158
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0,247
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H
0,136
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H
0,120
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H
0,078
0,097
0,112
0,121
0,128
0,133
0,150
0,169
UTILIZAÇÃO DA ÁREA
PERÍODO DE RETORNO ( T ANOS )
Residencial
2 anos
Comercial
5 anos
Áreas com edifícios
5 anos
Aeroportos
2 – 5 anos
Áreas Comerciais muito valorizadas e Terminais aeroportuários
5 – 10 anos
UTILIZAÇÃO DA ÁREA
PERÍODO DE RETORNO ( T ANOS )
Residencial
2 anos
Comercial
5 anos
Áreas com edifícios
5 anos
Aeroportos
2 – 5 anos
Áreas Comerciais muito valorizadas e Terminais aeroportuários
5 – 10 anos
UTILIZAÇÃO DA ÁREA
PERÍODO DE RETORNO ( T ANOS )
Residencial
2 anos
Comercial
5 anos
Áreas com edifícios
5 anos
Aeroportos
2 – 5 anos
Áreas Comerciais muito valorizadas e Terminais aeroportuários
5 – 10 anos
POSTO
ESTADO
Teresina
Piauí
LATITUDE: 5 GR
LONGITUDE:
5 MIN
42 GR
49 MIN
I(MM/MIN) - INTENSIDADE DA CHUVA PERÍODO DE RETORNO (ANOS)
DURAÇÃO = Tc
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MIN
3,260
3,800
4,220
4,440
4,600
4,740
5,120
5,520
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MIN
2,440
2,880
3,200
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MIN
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2,653
8,440
8,800
9,060
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MIN
1,715
2,045
2,290
9,740
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10,480
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1,508
1,808
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10,840
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11,700
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12,780
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15,500
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H
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ESTADO
Teresina
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5 MIN
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I(MM/MIN) - INTENSIDADE DA CHUVA PERÍODO DE RETORNO (ANOS)
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POSTO
ESTADO
Teresina
Piauí
LATITUDE: 5 GR
LONGITUDE:
5 MIN
42 GR
49 MIN
I(MM/MIN) - INTENSIDADE DA CHUVA PERÍODO DE RETORNO (ANOS)
DURAÇÃO = Tc
2.
5.
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MIN
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3,800
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2,000
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2,653
8,440
8,800
9,060
9,900
10,740
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2,045
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9,740
10,160
10,480
11,500
12,540
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MIN
1,508
1,808
2,036
10,840
11,320
11,700
12,880
14,100
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1,357
1,633
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Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I=?
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I=? t = Tc =57*(L^3 /Δh)^(0,385)
A = 1,40 km2 L = 15,0 cm = 1,50 km
∆H = 702 – 652 = 50 m
ESCALA 1: 10.000
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I=? t = Tc =57*(L^3 /Δh)^(0,385)
L = 15,0 cm = 1,50 km ∆H = 702 – 652 = 50 m
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I=? t = Tc =57*(L^3 /Δh)^(0,385)
L = 15,0 cm = 1,50 km ∆H = 702 – 652 = 50 m t = Tc =57*(1,5^3 /50)^(0,385)
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I=? t = Tc =57*(L^3 /Δh)^(0,385)
L = 15,0 cm = 1,50 km ∆H = 702 – 652 = 50 m t = Tc =57*(1,5^3 /50)^(0,385) t = Tc =20,2 min
POSTO
ESTADO
Teresina
Piauí
LATITUDE: 5 GR
LONGITUDE:
5 MIN
42 GR
49 MIN
I(MM/MIN) - INTENSIDADE DA CHUVA PERÍODO DE RETORNO (ANOS)
DURAÇÃO = Tc
2.
5.
10.
15.
20.
25.
50.
100
5
MIN
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3,800
4,220
4,440
4,600
4,740
5,120
5,520
10
MIN
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2,880
3,200
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7,040
7,240
7,880
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15
MIN
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2,653
8,440
8,800
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9,900
10,740
20
MIN
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9,740
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10,480
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12,540
25
MIN
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1,808
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11,700
12,880
14,100
30
MIN
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11,820
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12,780
14,120
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1
H
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1,068
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2
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ESTADO
Teresina
Piauí
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2.
5.
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15.
20.
25.
50.
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ESTADO
Teresina
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25.
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0,169
POSTO
ESTADO
Teresina
Piauí
LATITUDE: 5 GR
LONGITUDE:
5 MIN
42 GR
49 MIN
I(MM/MIN) - INTENSIDADE DA CHUVA PERÍODO DE RETORNO (ANOS)
DURAÇÃO = Tc
2.
5.
10.
15.
20.
25.
50.
100
5
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MIN
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10,840
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11,700
12,880
14,100
30
MIN
1,357
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Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I = 2,045 mm/min
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I = 2,045 mm/min ou
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I = 2,045 mm/min ou I = 2,045 mm/ min * 60 min / h = 122,7 mm/h
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A I = 2,045 mm/min ou I = 2,045 mm/ min * 60 min / h = 122,7 mm/h Logo:
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h = 122,7 mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A C=?
TÍTULO DE ÁREA DE DRENAGEM OU COBERTURA VEGETAL
COEFICIENTE MÍNIMO
MÁXIMO
01
Pavimentos de concreto ou concreto betuminoso
0,75
0,95
02
Pavimentos de asfalto
0,65
0,80
03
Solo arenoso, vegetação cultivada ou leve
0,15
0,25
04
Solo arenoso, mata ou vegetação rasteira densa
0,20
0,30
05
Cascalho desprovido de vegetação ou vegetação rala
0,20
0,40
06
Cascalho, mata, vegetação densa
0,15
0,35
07
Solo argiloso, desprovido de vegetação
0,35
0,75
08
Solo Argiloso. Mata ou vegetação densa
0,25
0,60
09
Canteiro Central, grama
0,20
0,35
10
Áreas comerciais, zonas do centro da cidade
0,70
0,95
Zona planas com 30% de área impermeável
0,35
0,45
Zona planas com 60% de área impermeável
0,50
0,60
Zona moderadamente inclinadas com 50% de área impermeável
0,70
0,80
Zonas moderadamente inclinada com 70% de área impermeável
0,75
0,85
12
Área de edifícios de apartamentos
0,50
0,70
13
Área industrial
Unidade esparsas
0,50
0,80
Unidade concentradas
0,60
0,90
Parque, cemitérios e praças
0,10
0,25
Áreas residenciais:
11
14
TÍTULO DE ÁREA DE DRENAGEM OU COBERTURA VEGETAL
COEFICIENTE MÍNIMO
MÁXIMO
01
Pavimentos de concreto ou concreto betuminoso
0,75
0,95
02
Pavimentos de asfalto
0,65
0,80
03
Solo arenoso, vegetação cultivada ou leve
0,15
0,25
04
Solo arenoso, mata ou vegetação rasteira densa
0,20
0,30
05
Cascalho desprovido de vegetação ou vegetação rala
0,20
0,40
06
Cascalho, mata, vegetação densa
0,15
0,35
07
Solo argiloso, desprovido de vegetação
0,35
0,75
08
Solo Argiloso. Mata ou vegetação densa
0,25
0,60
09
Canteiro Central, grama
0,20
0,35
10
Áreas comerciais, zonas do centro da cidade
0,70
0,95
Zona planas com 30% de área impermeável
0,35
0,45
Zona planas com 60% de área impermeável
0,50
0,60
Zona moderadamente inclinadas com 50% de área impermeável
0,70
0,80
Zonas moderadamente inclinada com 70% de área impermeável
0,75
0,85
12
Área de edifícios de apartamentos
0,50
0,70
13
Área industrial
Unidade esparsas
0,50
0,80
Unidade concentradas
0,60
0,90
Parque, cemitérios e praças
0,10
0,25
Áreas residenciais:
11
14
Natureza da Bacia
Mínimo
Máximo
Telhados
0,70
0,95
Asfalto
0,85
0,90
Pavimentos ou Paralelepípedos
0,75
0,85
Estradas não Pavimentadas
0,15
0,30
Terrenos descampados
0,10
0,30
Parques, Jardins, Campinas
0,05
0,20
Pisos cimentados
0,25
0,60
Cálculo do coeficiente de “run off” C = (Σ Ci*Ai)/A Áreas
A Asfalto Calçamento Lagoa Telhados Pisos Gramados Áreas verdes TOTAL
condomínio +
Ai
Ci
4,96 32,58 7,02 17,87 5,96 42,92 17,50 128,80
51,96+3,22 =
55,18
128,8+11,2=
140,00
55,18 / 140,0 =
128,80
0,395
Ai*Ci 0,850 0,750 0,000 0,800 0,500 0,100 0,100
4,21 24,43 0,00 14,30 2,98 4,29 1,75 51,96
Faixa dom BR
Aai 3,72 0 0 0 0 7,48 0 11,20
3,22
Aai *Ci 3,16 0 0 0 0 0,06 0 3,22
C = 0,395 C = 0,40
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h = 122,7 mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A C = 0,40
Q = 0,278 * 0,41 * 122,7 * 1,40 = 19,6 m3/s Q = 19,6 m3/s
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off I: intensidade em mm/h = 122,7 mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A C = 0,40 Ou
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off = 0,40 I: intensidade em mm/h = 122,7 mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A Portanto:
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off = 0,40 I: intensidade em mm/h = 122,7 mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A Portanto: Q = 0,278 * 0,41 * 122,7 * 1,40 = 19,6 m3/s
Método Racional Q: (m3/s) C: coeficiente de run-off = 0,40 I: intensidade em mm/h = 122,7 mm/h A: área em km2 = 1,4 km2 Q = 0,278 C I A Portanto: Q = 0,278 * 0,41 * 122,7 * 1,40 = 19,6 m3/s Q = 19,6 m3/s
Área:
Natureza da Bacia
%
Telhados
5,0
Asfalto
20,0
Pavimentos ou Paralelepípedos
7,0
Estradas não Pavimentadas
15,0
Terrenos descampados
3,0
Parques, Jardins, Campinas
35,0
Pisos cimentados
15,0
GRUPO
ESCALA
• Tempo de concentração da bacia – Definição – tempo necessário para a água 01 ponto mais distante1:11.000 precipitada no da bacia, deslocar-se até o seu exutório 1:12.000 02 – Importância intensidade máxima da chuva 1:13.000 – Cálculo através / cálculo da 03 de equações empíricas velocidade do escoamento: • Fórmula de Kirpich 04 para pequenas bacias rurais:1:14.000
05
1:15.000
06
1:16.000
• Tempo de concentração da bacia – Definição – tempo necessário para a água precipitada no ponto mais distante da bacia, deslocar-se até o seu exutório – Importância intensidade máxima da chuva – Cálculo através de equações empíricas / cálculo da velocidade do escoamento: • Fórmula de Kirpich para pequenas bacias rurais: 3 0 , 385
L tc = 57 H tc – tempo de concentração (min)
L – comprimento do rio principal (km)
H – diferença de cota entre o ponto mais distante e o exutório
v=
R
2 3• Cálculo 0 , 5 do escoamento para bacias urbanas:
S
n
escoamento em condutos (Equação de
Manning) v – velocidade (m/s)
R – raio hidráulico (m) S – declividade (m/m)
n – coeficiente de rugosidade de Manning
v=K S
0,5 %
escoamento em superfície
S% - declividade (%)
n
Li tc = ∑ i=1 vi
Uso da terra e regime de escoamento Floresta com muita folhagem no solo Área com pouco cutivo / terraceamento Pasto ou grama baixa Áreas cultivadas Solo quase nu sem cultivo Caminhos de escoamento em grama, pasto Superfície pavimentada / pequenas voçorocas de nascentes
k 0,076 0,152 0,213 0,274 0,305 0,457 0,610
•Determine a proporção de aumento de vazão de projeto de 5 anos de tempo de retorno com a urbanização residencial. A bacia tem área de 1,3 km2, comprimento principal de 600 m e declividade de 1 %. O plano de escoamento na bacia é em media de 100m, com declividade de 4%. Onde as condições naturais são de pasto. Essa bacia será urbanizada com residencias, onde 65% serão superfícies pavimentadas com materiais como asfalto, concreto e telhados e o restante será formado por solos e áreas verdes. •Solução: •Para o plano de escoamento: • Coeficiente K neste caso é 0,43 (tabela), a velocidade fica.
V = kS 0,5 V = 0,43 × 0,040,5 = 0,086m / s
•O tempo de concentração fica:
L 100 Tc = = = 1162s = 19,37 min V 0,086 •Para o canal natural: com k = 0,457 e comprimento igual a 600m
V = kS 0,5 V = 0,457 × 0,010,5 = 0,0457m / s
L 600 Tc = = = 13129s = 218 min V 0,0457 •Somando os dois TC temos. Tc = 19,37+218=238min
•Utilizando-se a equação de intensidade, duração e freqüência, resulta I =1,162 mm/min. •Adotando um coeficiente de escoamento de 0,3, temos. Q = 0,278 CIA = 0,278 x 0,30 x 1,162 x 60 x 1,3 = 7,56m3/s Condições urbanas. •Nesse caso, o tempo de concentração se altera,para a superfície urbana, K= 0,61. Considerando-se um canal com n = 0,013 (concreto) e raio hidraulico de 1 metro, temos a velocidade: 2 3
1 2
2 3
1 2
R S 1 0,01 V= = n 0,013 V = 7,69m / s
•O tempo de conc. novo seria:
L 600 Tc = = = 78s = 1,3 min V 7,69 •A intensidade de precipitação para esse Tc é de 2239 mm/min. O coef. de escoamento adotado para uma area residencial com residências. A nova vazão seria: • Q = 0,278 CIA = 0,278 x 0,50 x 2,239 x 60 x 1,3 = 24,28m3/s •Ou 3,21 vezes a vazão anterior.
Capacidade de condução hidráulica de ruas e sarjetas
•A capacidade de condução da rua ou sarjeta pode ser calculada a partir de duas hipoteses. •A água escoando por toda calha da rua •Admiti-se a decividade da rua de 3% e altura de água na sarjeta h1 = 0,15m •Água escoando somente pelas sarjetas •Admiti-se a decividade de 3% e h2 = 0,10m
Capacidade de condução hidráulica de ruas e sarjetas •O dimensionamento hidráulico pode ser obtido pela equação de Manning. 2 3
AR S Q= n
1 2
Onde: •A = Área de drenagem •R = raio hidraulico •S =declividade do fundo •n = coeficiente de rugosidade (para vias publicas costuma ser (0,017)
Ex: Calcular a vazão máxima que escoa pela sarjeta e por toda rua seguindo os parâmetros normais da via publica. •a. Capacidade total da calha na rua: Neste caso, a largura de cada lado fica: • 0,15/0,03 = 5 m
•A área da seção pode ser aproximada por um triangulo e fica •A = (0,15 x 5)/2 = 0,375m2 • O perímetro é obtido pela altura no meio fio, 0,15 m, somado da hipotenusa do triangulo (0,15+5,0), logo p = 0,15+5,0 = 5,15 m
•
•A vazão fica •:
2 3
AR S Q= n
1 2
2 3
0,375 × (0,375 / 5,15) × 0,005 Q= 0,017 Q = 0,272m / s 3
•Para os dois lados da rua, Q = 2 x 0,272 = 0,54m3/s
1 2
•Capacidade das sarjetas, com H = 0,10m •Neste caso, a largura de cada lado fica: • 0,10/0,03 = 3,33 m •A área da seção pode ser aproximada por um triangulo e fica •A = (0,10 x 3,33)/2 = 0,167m2 • O perímetro é obtido pela altura no meio fio, 0,10 m, somado da hipotenusa do triangulo (0,10+3,33), logo p = 0,10+3,33 = 3,43 m
•A vazão fica •:
2 3
AR S Q= n
1 2
2 3
0,167 × (0,167 / 3,43) × 0,005 Q= 0,017 Q = 0,092m / s 3
•Para os dois lados da rua, Q = 2 x 0,09 = 0,18m3/s
1 2
Galerias •O dimensionamento das galerias é realizado com base nas equações hidraulicas do movimento uniforme, como a de Manning, Chezy e outras. •O calculo depende do coeficiente de rugosidade e do tipo de galeria adotado.
Galerias •Determine uma galeria circular para escoar a vazão de 94 l/s, considerando a declividade longitudinal da rua igual a 0,001 m/m. Conduto de concreto com n = 0,013. •Com o uso da equação de Manning, com R = D/4, desduz-se a expressão para o diâmetro.
ΠD D Q= × 4n 4 2
D = 1,44
Qn S
1 2
3 8
2 3
×S
1 2
Determine uma galeria circular para escoar a vazão de 94l/s, considerando a declividade da rua igual a 0,001 m/m. O conduto e de concreto, com n =0,013
•Com o uso da equação de Manning, com R = D/4 (seção plena), desduz-se a expressão p o diâmetro.
ΠD D Q= × 4n 4 2
D = 1,44
Qn S
D = 1,44
2 3
×S
1 2
3 8
1 2
0,094 × 0,013 1 2
0,001
3 8
= 0,425m
Rede de pluviais
•Áreas de contribuição
Dimensione a rede de pluviais. •Foi utilizado o posto da cidade de Alegrete/RS. A precipitação foi de 10 min e o TR de 10 anos.
•O coeficiente de escoamento adotado foi igual a 0,60 para o tipo de uso da área. •Dimensionamento hidraulico: Utilizando-se a equação de Manning para calculo da velocidade e n = 0,013 para tubos de concreto. 2 1 2 1 R3 ×S 2 V= = 76,9 R 3 S 2 0,013
•A equação do método racional utilizada foi convertida para área em ha, e vazão em l/s para facilidade de uso nesse caso:
Q = 2,78CIA Considerando-se que a precipitação origina-se no limite físico do loteamento, adotou-se tc = 10 min, que é então o tc de partida. Estabeleceram-se os percursos da rede e delimitaram-se as áreas contribuintes a cada trecho. Uma planilha auxiliar de calculo é apresentada, e procede-se ao cálculo em sequencia.
•Para o trecho entre PV1 e PV2: • Q = 2,78CIA = 2,78 x 0,60 x 197,46 x 0,30 = 98,8 l/s •D(m) = 0,30 m (D minimo) •S (m/m) = (98,50 -98,80)/50 = 0,014 m/m (declividade do terreno) •Testando D: D = 1,55
Qn S
1 2
3 8
= 1,55
0,0988 × 0,013 0,014
3 8
1 2
D = 0,284
•Como D = 0,30 é maior que D = 0,284m calculado, o trecho esta correto. Se ao contrario, Dcal fosse maior que Dadotado, remanejarse-ia a declividade ou o diâmetro do conduto.
•Considerando o tubo funcionado com seção plena •O tempo de escoamento é obtido pela equação do movimento uniforme:
dis tan cia Te = = 150 ,82 = 27,5s = 0,46 min Velocidade •Para os trechos subsequentes,, o tempo de conc. Seráo o Tempo inicial de 10 min mais o Tempo de escoamento Te. Para PV2-PV3 fica, Tc = 10+0,46 = 10,46min •Quando tivermos mais de um Tc c para um trecho, devemos utilizar o maior Tc.
