Estimativa da Chuva e Vazão de Projeto Introdução

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1 Universidade Regional do Cariri URCA Pró Reitoriade Ensino de Graduação Coordenação da Construção Civil Estimativa da Chuva e Vazão de Projeto Introdução Prof. Me. Renato de Oliveira Fernandes Professor Assistente Dep. de Construção Civil/URCA renatodeof@gmail.com

2 Áreas do conhecimentos Climatologia de chuva da região Geração e propagação de vazões Água superficial, subsuperficial e subterrânea (escoamento) Hidrologia g p, p Dimensionamentos de canais (galerias, bueiros e sarjetas) Dimensionamento de boca de lobo Hidráulica (g, j )

3 Drenagem Superficial Chuva de projeto Vazão de Projeto Dimensionamento dos dispositivo de drenagem Obtenção e processamento de dados de chuva; Período de retorno; Eq. De chuva intensa; Curva IDF Área de drenagem; Propagação de vazão; Método Racional; Método SCS; Dimensionamento de bueiros; Dimensionamento de galerias; Dimensionamento de sarjetas de corte e aterro;

4 Drenagem Subsuperficial e Profunda Fluxo Subterrâneo Vazão de projeto Dimensionamento de Drenos Escoamento em meio poroso Lei de Darcy; Drenos profundos Coeficiente de horizontais; permeabilidade; Camada drenante;

5 Fonte: Adaptado do Material de Hidrologia Urbana, FCTH

6 EM SUPE ERFIC CIAL Universidade Regional do Cariri URCA Pró Reitoriade Ensino de Graduação Coordenação da Construção Civil Drenagem de Rodovias Chuva de Projeto DREN NAG Prof. Me. Renato de Oliveira Fernandes Professor Assistente Dep. de Construção Civil/URCA

7 Ciclo o Hid droló ógico Chuva Chuva

8 1 mm de chuva...

9 Série Histórica de Precipitação Olhando para o passado para projetar as obras do futuro... Chuva (m mm) 180 Chuva máxima mensal no Crato CE ( ) Mês/Ano Fonte:

10 Obtenção e tratamento de dados de chuva Fonte:

11 Chuva de Projeto A chuva de projeto (chuva máxima) está associado ao um período de retorno. A escolha do período de retorno (T) serve para compatibilizar os fatores de segurança (risco de falha) com os fatores econômicos (períodos de retorno altos estão associados com chuva de projeto de grande intensidade e conseqüentemente obras superdimensionadas onerosa financeiramente).

12 Período de Retorno da Chuva de Projeto (ou chuva máxima) Ao adotar um período de retorno (T) associado a uma chuva máxima, supõe se que a vazão gerada por essa chuva tenha o mesmo período de retorno. T = 1/P Observerve que na série histórica de chuva máxima do Crato CE, a chuva de 162 mm ocorrido em 2011, teve uma probalidade (P) de 1% (1/100 anos). Assim, T=100 anos.

13 Período de Retorno da Chuva de Projeto (ou chuva máxima) O período de retorno depende d das características do projeto e dos potenciais prejuízos que traria uma eventual falha, em que a vazão superasse a vazão utilizada no dimensionamento. Caso os prejuízos potenciais sejam elevados, deve se adotar um período de retorno alto, em caso contrário deve se adotar um tempo de retorno baixo

14 Equação de chuva intensa no Brasil Equação geral (Otto Pfafstetter, 1982) i m (K a K. T t b ) c i intensidade máxima da chuva (mm/h) T período de retorno (anos) t duração da chuva (min.) a, b, K e c são parâmetros locais

15 Parâmetros da equação de chuvas intensas com o uso do software Plúvio (DEA UFV) i m a K.T ( t b) c

16 Curvas IDF (Intensidade, Duração e Frequência)

17 I = 26,734.(Tr-2,90) 0,098 (t+10,14) 0,798 5 min< t<240 min Curva geradas a partir da metodologia de: SOBRINHO, Vicente Fechine. Universidade Federal do Ceará, Novembro Aplicação do Método das Isozonas na Obtenção das Equações IDF de Chuvas Intensas dos Municípios de Juazeiro do Norte, Barbalha e Crato CE.

18 Para locais desprovidos de IDF ou de dados registrados por pluviográfos Relações de altura de chuva entre durações sugeridas pela CETESB para o Brasil, segundo Tucci (1993)

19 Períodos de Retorno Usados

20 Distribuição da chuva no tempo. Método dos Blocos Alternados

21 EM SUPE ERFIC CIAL Universidade Regional do Cariri URCA Pró Reitoriade Ensino de Graduação Coordenação da Construção Civil Drenagem de Rodovias Vazão de Projeto DREN NAG Prof. Me. Renato de Oliveira Fernandes Professor Assistente Dep. de Construção Civil/URCA

22 Gráfico da Vazão Gerada Área de Drenagem (Bacia Hidráulica)

23 Geração de escoamento Capacidade de infiltração do solo (escoamento Hortoniano) Umidade do solo (condição inicial do solo) Areia Silte Argila

24 Divisor de Água

25 Métodos mais usados para estimativa da vazão de projeto Área (Km 2 ) Método <5 Racional simples 5 A 10 Racional modificado > 10 Hidrograma Triangular Sintético SCS Não existe um consenso entre os autores sobre o tamanho máximo da bacia para aplicação de cada método, mas em geral para bacias com áreas superiores a 10 km 2 não se aplica o método racional.

26 Seleção de metodologias para estimativa de vazões Vazões Máximas Sim Dados Observado Não Série maior 10 km 2 >10 km Área da Bacia 2 que 30 anos Ajustar a uma distribuição de probabilidade Método Racional e Racional Modificado Método do Hidrograma Triangular Sintético (SCS)

27 Método Racional 360 Onde: Q vazão de cheia (m 3 /s); C coeficiente de escoamento superficial; i intensidade da chuva de projeto (mm/hora); A área da bacia hidrográfica de contribuição (ha).

28 Valores de C de acordo com a ocupação Fonte: W. C O L L I S C H O N N

29 Valores de C para diferentes usos (Bastos, 2009)

30 Fonte: W. C O L L I S C H O N N Valores de C para diferentes superfícies

31 Propagação de vazão

32 Propagação de vazão Tp=tr/2 + tp Fonte: LabSid (

33 Propagação de Vazões L=20km 2,0

34 Determinação do tempo de Equação de Kirpich: concentração tc = tempo de concentração (min); L = comprimento do rio principal (km); D = declividade média do rio (adimensional): L = comprimento total do rio (km) L i = comprimento de um trecho do rio (km); D i = declividade de um trecho do rio (adimensional) k = número de trechos

35 Determinação do tempo de concentração Equação California Culverts Practice Observação: caso tc < 10 min, adotar 10 min

36 Resumo de tempos de conce entração Fonte: Bastos, 2009

37 Resumo de tempos de conce entração Fonte: Bastos, 2009

38 Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS) t p =0,6.t c t b =2,67.T p T p =D/2+t c Fonte: W. C O L L I S C H O N N

39 Tipos de Solos

40 Número de deflúvio CN Curva Núm mero (CN) (Fonte: WILKEN, 1978)

41 Bacias Urbanas Curva Número (CN)

42 Bacias Rurais Curva Número (CN)

43 Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS) Estimativa da vazão de projeto (vazão máxima) Qp 0,20836 A km 2 Tp tr / 2 0,6. tc P. Pe h tr: duração da chuva (h) Tp tc tempo de concentração (h) Em que: Q p vazão de projeto (m 3 /s); A área de drenagem (km 2 ); T p tempo de pico do hidrograma (horas); Pe precipitação efetiva acumulada (mm) Obs. Alguns autores sugerem tr=tc (bacias pequenas. A < 5 km 2 ) tr=2.tc 0.5 (bacias pequenas e grandes) tr=24 h (A > 5 km 2 )

44 Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS) P 0,2 S 2 Pe, P 0, 2 S P 0,8 S S mm 254 CN Observe que para P< 0.2.S (abstração inicial) P e =0 mm e Q p =0 m 3 /s. Não existe escoamento! P precipitação acumulada (mm) CN valor na curva número (ver tabelas Tipos de Solos e Curva Número )

45 Umidade do solo e escoamento Fonte: FCTH/DAEE

46 Condição inicial de umidade (Os CN s especificado anteriormente são pra a condição II) Condição I Condição II solos secos: as chuvas nos últimos 5 dias não ultrapassaram 15mm situação média na época das cheias: as chuvas nos últimos 5 dias totalizaram entre 15 e 40mm solo úmido (próximo da saturação): as chuvas nos últimos 5 dias foram superiores a 40mm e as condições meteorológicas foram Condição III desfavoráveis a altas taxas de evaporação Para converte para as outras condições de umidade. 4,2 CN II CN I 10 0, CN II CN III 10 0,13 CN II CN II

47 Exemplos 1. Determinar a vazão de projeto para o dimensionamento de um bueiro que será construído em uma cidade próxima a Quixeramobim CE em uma bacia de drenagem com 11 km 2 localizada em uma área de floresta normal com solo do tipo D. O comprimento do rio principal p é de 7 km e sua declividade é de 1,7%. 2. Determinar o valor da vazão de projeto do exemplo 1 considerando a área da bacia como sendo 8 km 2.