APLICAÇÃO DE METODOLOGIAS NA DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE PROJETO DE DRENAGEM PLUVIAL URBANA CÓRREGO PORTINHO PACHE

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA E TRANSPORTES APLICAÇÃO DE METODOLOGIAS NA DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE PROJETO DE DRENAGEM PLUVIAL URBANA CÓRREGO PORTINHO PACHE MATHEUS MUSSI RODRIGUES Trabalho de Conclusão de Curso submetido ao Curso de Engenharia Ambiental do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, como requisito parcial para conclusão da Graduação em Engenharia Ambiental. ORIENTADOR: Prof. MSc. Manoel Afonso da Costa Rondon Campo Grande MS, Setembro de 2009

2 ii DEDICATÓRIA Á minha mãe, quem sempre me ajudou em tudo. Á minha vó, quem eu gostaria que estivesse aqui nesse momento. ii

3 iii AGRADECIMENTOS A Deus. Ao Professor Mestre Manoel Afonso da Costa Rondon, pela ótima orientação, tanto na solução de problemas quanto no compartilhamento de idéias que ajudaram no desenvolvimento do trabalho. Ao amigo e companheiro de república, Luis Antônio Rodrigues Silva, pela ajuda na digitalização das figuras presentes no trabalho. Ao amigo, Alex Thiago S. do Nascimento, pela ajuda no processamento das cartas utilizadas no trabalho. Ao amigo, Renato Souza Lima Sant Anna, pela ajuda nos levantamentos de campo. À minha namorada, Thaísa Ferreira, pela ajuda na correção ortográfica do trabalho. Á minha família, que mesmo longe, me deu apoio e forças para concluir o trabalho. iii

4 iv SUMÁRIO DEDICATÓRIA ii AGRADECIMENTOS iii SUMÁRIO iv LISTA DE FIGURAS vi LISTA DE TABELAS viii RESUMO x ABSTRACT xi 1. INTRODUÇÃO 1 2. OBJETIVOS 2 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA HIDROLOGIA CICLO HIDROLÓGICO BACIA HIDROGRÁFICA DRENAGEM URBANA IMPACTOS DA URBANIZAÇÃO VAZÃO DE PROJETO MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE PROJETO MÉTODO RACIONAL MODIFICADO Coeficiente de escoamento superficial Intensidade de chuva Tempo de concentração Tempo de concentração adicional Declividade Período de retorno MÉTODO RACIONAL UTILIZANDO O CRITÉRIO DE FANTOLLI Coeficiente de deflúvio Coeficiente de impermeabilização Coeficiente de distribuição MÉTODO DE I-PAI-WU MÉTODO DO HIDROGRAMA UNITÁRIO SINTÉTICO DO SCS Hidrograma unitário Princípios básicos do hidrograma unitário 29 iv

5 v Princípio da constância do tempo de base Princípio da proporcionalidade das descargas Princípio da interdependência dos deflúvios simultâneos Hidrograma unitário sintético Hidrograma unitário sintético do SCS Tempo de retardamento Curva número MÉTODO DO ABC Fórmula de Horton Método de Santa Bárbara MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS E DISCUSSÕES CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO EM ESTUDO LOCALIZAÇÃO OCUPAÇÃO LITOLOGIA SOLOS GEOTECNIA VEGETAÇÃO CLIMATOLOGIA ÁREA DA BACIA RELEVO CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS CÁLCULO DA VAZÃO MÉTODO RACIONAL MODIFICADO MÉTODO RACIONAL UTILIZANDO O CRITÉRIO DE FANTOLLI MÉTODO DE I-PAI-WU MÉTODO DO HIDROGRAMA UNITÁRIO SINTÉTICO DO SCS MÉTODO DO ABC CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 71 v

6 vi LISTA DE FIGURAS Figura 3.1 O ciclo hidrológico 4 Figura 3.2 Sequência de passos de projeto de drenagem urbana 6 Figura 3.3 Impacto da urbanização no balanço hídrico 8 Figura 3.4 Diagrama das metodologias adotadas para a estimativa de vazões de enchentes 10 Figura 3.5 Gráfico utilizado para obtenção do coeficiente K 26 Figura 3.6 O hidrograma unitário 28 Figura 3.7 Princípio da constância do tempo de base 29 Figura 3.8 Princípio da proporcionalidade de descargas 30 Figura 3.9 Princípio da interdependência dos deflúvios 30 Figura 3.10 O hidrograma unitário sintético do colorado 31 Figura 3.11 Hidrogramas unitário sintético e o triangular do SCS 32 Figura 3.12 Tela principal do ABC 6 37 Figura 3.13 Fluxograma do ABC 6 38 Figura 4.1 Cartas utilizadas no trabalho 43 Figura 5.1 Rede hidrográfica de Campo Grande 44 Figura 5.2 Bacias urbanas de Campo Grande 45 Figura 5.3 Bacia do Córrego Bandeira 45 Figura 5.4 Vegetação no trecho próximo a Av. Rita Vieira de Andrade 48 Figura 5.5 Córrego Portinho Pache, próximo ao Córrego Bandeira 48 Figura 5.6 Seção de estudo (Córrego Bandeira) 50 Figura 5.7 Área da bacia do Córrego Portinho Pache 51 Figura 5.8 Divisor de águas da bacia do Córrego Portinho Pache 52 Figura 5.9 Vista lateral do trecho junto a Avenida Rita Vieira de Andrade 53 Figura 5.10 Vista de cima do trecho junto a Rua Luiz Charbel 53 Figura 5.11 Perfil longitudinal do talvegue e declividades da bacia em estudo 55 Figura 5.12 Coeficientes de escoamento da bacia 56 Figura 5.13 Hidrogramas adimensional e triangular 61 Figura 5.14 Determinação de valores e métodos a serem utilizados (primeira etapa) 64 Figura 5.15 Determinação dos parâmetros fisiográficos (segunda etapa) 65 vi

7 vii Figura 5.16 Determinação do tempo de concentração (terceira etapa) 65 Figura 5.17 Dados da chuva de projeto (terceira etapa) 66 Figura 5.18 Dados da infiltração de Horton (quarta etapa) 66 Figura 5.19 Hietograma de projeto 67 Figura 5.20 Hidrograma de projeto 68 vii

8 viii LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 Causas e efeitos da urbanização sobre as inundações urbanas 8 Tabela 3.2 Valores do coeficiente C com base em superfícies 13 Tabela 3.3 Valores de C por tipo de ocupação 13 Tabela 3.4 Valores de C com base em superfície e tipo de ocupação 14 Tabela 3.5 Valores de C adotados pela Prefeitura de São Paulo 14 Tabela 3.6 Parâmetros de ajuste das relações IDF 16 Tabela 3.7 Tempo de percurso t p 19 Tabela 3.8 Valores do coeficiente n 20 Tabela 3.9 Períodos de retorno para diferentes ocupações 22 Tabela 3.10 Valores de m 23 Tabela 3.11 Valores do coeficiente de impermeabilização 23 Tabela 3.12 Valores do coeficiente de distribuição 23 Tabela 3.13 Grau de impermeabilidade do solo e coeficiente volumétrico de escoamento segundo cobertura e uso do solo. 27 Tabela 3.14 Hidrograma unitário do SCS 32 Tabela 3.15 Valores de X e t a 33 Tabela 3.16 Condições de umidade antecedente no solo 34 Tabela 3.17 Valores de CN, em função da cobertura e do tipo hidrológico de solo, para condições de umidade II 35 Tabela 3.18 Tipos de solo e condições de ocupação 36 Tabela 3.19 Conversão das curvas CN para as diferentes condições de umidade no solo 36 Tabela 3.20 Parâmetros de Horton para diferentes tipos de solo 39 Tabela 5.1 Precipitação acumulada, segundo PCD IAGRO ( ) 49 Tabela 5.2 Características fisiográficas da bacia do Córrego Portinho Pache 54 Tabela 5.3 Coeficientes de escoamento obtidos 57 Tabela 5.4 Hidrograma unitário sintético adimensional 60 Tabela 5.5 Resultado dos blocos alternados 61 Tabela 5.6 Precipitação efetiva 62 Tabela 5.7 Determinação da vazão de projeto do SCS 63 viii

9 ix Tabela 5.8 Valores referentes ao Hietograma de Projeto 67 Tabela 5.9 Valores referentes ao Hidrograma de Projeto 68 Tabela 6.1 Vazões de projeto obtidas por diferentes métodos 69 ix

10 x RESUMO RODRIGUES, M. M. (2009). Aplicação de metodologias na determinação da vazão de projeto de drenagem pluvial urbana Córrego Portinho Pache. Campo Grande, p. Monografia (Graduação) Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Brasil. Devido à rápida urbanização dos núcleos populacionais e ao planejamento urbano inexistente ou deficitário nas cidades de grande crescimento demográfico, aliados a projetos de drenagem ineficientes, verifica-se a necessidade de realizar uma avaliação das metodologias mais usuais no cálculo de vazões de enchentes. A aplicação de tais metodologias indiretas desenvolve, quando não se dispõe de séries de dados observados, simulações através de cálculos que apresentem resultados que têm influência na segurança da população, nos custos econômicos de obras e importância nos impactos ambientais ocasionados. Portanto, objetivou-se com este trabalho a aplicação de cinco metodologias diferentes para o cálculo da vazão de projeto da bacia do Córrego Portinho Pache. A bacia em questão está localizada na sub-bacia do Córrego Bandeira, sendo que o Córrego Portinho Pache é afluente de margem direita do mesmo. A área de drenagem da bacia é de 1,43 Km², sendo que a seção considerada para estudo localizase no desaguamento do Córrego Portinho Pache no Córrego Bandeira. As metodologias selecionadas para a estimativa foram: Método Racional Modificado; Método Racional utilizando o critério de Fantolli; Método de I-Pai-Wu; Método do Hidrograma Unitário Sintético do Soil Conservation Service e; Método do ABC 6. Para um período de retorno de 10 anos, os resultados foram, respectivamente, 9,96 m³/s; 7,77 m³/s; 13,95 m³/s; 10,25 m³/s e 9,47 m³/s. Após a análise comparativa dos resultados, verificou-se a importância da escolha criteriosa de coeficientes, parâmetros e fórmulas ao se adotar métodos indiretos para cálculo de vazão de projeto. Palavras-Chave: Vazão de projeto, Drenagem Urbana, Córrego Portinho Pache x

11 xi ABSTRACT On the account of the rapid urbanization and deficient or otherwise inexistent urban planning in cities with major population growth, linked with inefficient urban draining systems, confirms the necessity to do evaluation studies of the most usual methods of rain-flood measurements. These indirect methods of measurement, when there are no existing data series, develop simulations by calculations that present us with results close to reality, since these results influence on the safety of the population, expenses of constructions and important on evaluating environmental accidents. Therefore, this work has as its objective the application of five different methods of rain-flood measurements on the watershed of Córrego Portinho Pache. This watershed is localized in the sub-watershed of Córrego Bandeira, knowing that Córrego Portinho Pache is an affluent of the right bank. The draining area is of 1,43 km², and the area of study is situated at the junction point of Córrego Portinho Pache and Córrego Bandeira. The chosen methods of measurement were: Racional Modified Method; Racional Method using the Fantolli criteria; I-Pai-Wu Method; Unitary Hidrogram Synthetic Method of Soil Conservation Service and; ABC 6 Method. For a return time of 10 years, the respective results were: 9,96 m³/s; 7,77m³/s; 13,95m³/s; 10,25m³/s and 9,47m³/s. After analyzing the results, it was verified the important of a criterias evaluation of the parameters, coefficients and formula upon choosing an indirect method of measurement. Key-Words: Project Flow Rate, Urban Draining Systems, Córrego Portinho Pache xi