HIDRÁULICA APLICADA II

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1 HIDRÁULICA APLICADA II PARTE II 1 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. MÉTODO RACIONAL 3. MÉTODO DE HAUFF 4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) 5. MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA 6. MÉTODO DE MARTINO 7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS 2 1

2 INTRODUÇÃO Objectivo dos dispositivos de drenagem pluvial: Conduzir as águas de lugares em que não são desejadas até locais de descarga considerados aceitáveis para o efeito, com a finalidade de impedir que os escoamentos superficiais causem prejuízos e inconvenientes sensíveis como: - Danos produzidos pelo arraste superficial de terrenos e pavimentos; - Interrupções de trânsito; - Inundação de pisos térreos e estabelecimentos comerciais; - Alagamento de viaturas, etc. 3 INTRODUÇÃO O processo físico de transformação da precipitação em escoamento depende de numerosos factores de ordem climática, de ordem fisiográfica e referentes ao modo como se processa o escoamento na rede de colectores. Conduziu ao aparecimento de diversas metodologias para o cálculo de caudais de cheia, sendo de referir: Os métodos empíricos; Os métodos volumétricos; Os métodos cinemáticos; A simulação numérica. 4 2

3 INTRODUÇÃO Os métodos empíricos têm a grande desvantagem de serem de difícil extrapolação para fora do seu domínio experimental de ajustamento. Os métodos volumétricos entram em linha de conta com o armazenamento no sistema de drenagem, fenómeno que não é contemplado noutros métodos. Os métodos cinemáticos partem da precipitação e, através de dados sobre o modo como a água se move na bacia, chegam às características dos caudais de cheia correspondentes ao longo do tempo. 5 INTRODUÇÃO Todos os métodos referidos, à excepção dos cinemáticos, apenas permitem determinar um único valor da onda de cheia - o caudal de ponta. Estes métodos estão hoje a ser substituídos por modelos precipitação-caudal mais complexos que têm em conta de forma directa os efeitos dinâmicos, cinemáticos, de armazenamento e de regolfo na rede de colectores. 6 3

4 INTRODUÇÃO Numa rede hidrográfica urbana devem ter-se em consideração: - Existência de uma rede natural de escoamento superficial que, pelo menos nas cabeceiras, pode dispensar a instalação de colectores; - Estabelecimento de redes de colectores só quando a rede natural, dentro dos condicionamentos impostos, se mostrar insuficiente; - Fixação da frequência de cálculo (período de retorno) para a chuvada a considerar, tendo em conta os custos-benefícios; - Verificação do que acontece para chuvadas de frequência inferior à adoptada no cálculo, com a entrada dos colectores em carga e o aumento do escoamento superficial; 7 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. MÉTODO RACIONAL 3. MÉTODO DE HAUFF 4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) 5. MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA 6. MÉTODO DE MARTINO 7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS 8 4

5 MÉTODO RACIONAL Foi apresentado por Mulvaney em 1851 e definido por Q=CIA com C=Q/IA. A racionalidade do método consiste em supor que o caudal máximo no extremo jusante de uma bacia se verifica quando toda a bacia está a contribuir, o que acontece quando a duração da chuvada iguala o tempo de concentração. O coeficiente de escoamento varia, para uma mesma bacia e para uma mesma chuvada, com o instante em que este é medido. Os valores de C crescem com o aumento da intensidade pluviométrica e da duração da chuvada. Chuvadas com determinado tempo de recorrência não implicam necessariamente caudais com igual tempo de recorrência. No entanto, os resultados fornecidos pelo método racional são lógicos, consistentes e coerentes, quase forçando a sua adopção por projectistas e entidades de planeamento e apreciação de projectos. 9 MÉTODO RACIONAL Bacias com A<15 Km 2 - bons resultados. Bacias com A>15 Km 2 - valores por defeito, sendo os caudais de ponta para chuvadas de curta duração e alta intensidade superiores aos caudais de ponta para chuvadas de duração igual ao tempo de concentração e intensidade inferior. 10 5

6 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método A aplicação da fórmula racional poderá obedecer ao seguinte esquema: 1 Tempo de concentração (determinado através de fórmulas empíricas ou através de medição directa) Tempo de concentração (minutos) Áreas urbanas Muito inclinadas (>8%) Inclinadas (1,5% a 8%) Médias e planas (>1.5%) Áreas impermeáveis (>50% Áreas impermeáveis (<50%) Em terrenos livres, o tempo de concentração poderá ser determinado por métodos empíricos, nomeadamente: Fórmula de Ayres: T c = 2.24 A 0.57 Fórmula de Kirpich: T c = L 0.77 S com S=H/L Fórmula de Chow: T c = 0.07 (L/S) 0.64 c T r I = a ( t + b) d 11 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método 2 Intensidade de precipitação (pode obter-se através das curvas de intensidade-duraçãofrequência, para o tempo de recorrência que se pretende para o caudal). Fórmula geral: I = a ( t + b) d Os parâmetros a, b, c e d deverão ser determinados para cada caso a partir de udógrafos que nos dêem um registo contínuo da precipita ção caída, com descriminação suficiente, para se poderem fazer leituras com pelo menos 10 minutos de intervalo. T c r 12 6

7 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método Figura - Curvas de intensidade-duração-frequência de Lisboa Para aplicação a todo o continente recomendam-se acréscimos da ordem dos 20 a 25% para as regiões montanhosas. 13 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método 3 Área da bacia e caudal de ponta A determinação da área da bacia deverá ser feita com o auxílio de cartas topográficas a uma escala conveniente. O caudal de ponta da bacia obtém-se por substituição directa de C, A e I na fórmula racional. 14 7

8 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método 4 Coeficiente de escoamento (C) Depende: - Dos tipos de revestimento e urbanização; - Das características geométricas (declive, por exemplo); - Das características de permeabilidade da bacia; - Do estado de satura ção do terreno (dependência das chuvadas anteriores); - Do tempo de recorrência e de dura ção da chuvada. Em áreas mistas deve calcular-se o coeficiente de escoamento médio ponderado. i C i A i C 1 A Deve colocar-se especial cuidado na escolha do coeficiente de escoamento (uma pequena variação na escolha deste coeficiente poderá traduzir-se em grandes diferenças dos valores finais dos caudais de cheia). 15 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método O coeficiente de escoamento pode ser determinado: - Através dos Quadros 4, 5 e 6, onde se encontram valores de C usualmente aceites. 16 8

9 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método Quadro 4 - Coeficientes de escoamento usualmente aceites 17 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método Quadro 5 - Coeficientes de escoamento segundo Kuichling 18 9

10 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método Quadro 6 - Valores do coeficiente de escoamento em função do tipo de solo, sua ocupação e inclinação 19 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método O coeficiente de escoamento pode ser determinado: Em função da percentagem de áreas impermeáveis e das características físicas da bacia. O coeficiente de escoamento, C, será então o produto de três factores: C1 - coeficiente volumétrico que exprime a relação entre a precipitação útil e a precipitação total; C2 - coeficiente de assimetria que exprime a assimetria do hidrograma representativo da bacia; C3 - coeficiente de atraso que exprime o desfasamento entre o fim da precipitação e o instante em que se regista o caudal de ponta

11 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método O coeficiente de escoamento pode ser determinado: Pelo produto de outros três factores a, b e c sendo: a - coeficiente de dispersão que leva em conta a desigualdade de distribuição da precipitação na bacia; b coeficiente de atraso que exprime o atraso na contribuição de determinados sectores da bacia; c coeficiente de impermeabilização que leva em conta a natureza das superfícies de escoamento. 21 MÉTODO RACIONAL Aplicação do método Exemplo: C=0.60 I (10 anos; 10 min) =216 L/s/ha A=3 ha Q=CIA=0.60*216*3= L/s 22 11

12 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. MÉTODO RACIONAL 3. MÉTODO DE HAUFF 4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) 5. MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA 6. MÉTODO DE MARTINO 7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS 23 MÉTODO DE HAUFF Também chamado método dos planos de atraso. - É um método gráfico; - Aplica-se a bacias urbanas de grande área; - Consiste essencialmente no traçado de diagramas, desfasados, da variação do caudal com o tempo para todos os colectores

13 MÉTODO DE HAUFF Aplicação do método 1 - Faz-se uma decomposição da bacia urbana em várias sub-bacias correspondentes às diversas áreas que alimentam determinado colector. 25 MÉTODO DE HAUFF Aplicação do método 2 - Com os caudais obtidos aplica-se o método racional às várias sub-bacias e traça-se um gráfico com os diagramas, devidamente desfasados, da variação dos caudais respectivos com o tempo

14 MÉTODO DE HAUFF Aplicação do método 3 - Por último obtém-se o hidrograma de cheia a partir do gráfico já referido. 27 MÉTODO DE HAUFF Exemplo de cálculo 1- Determina-se o coeficiente de escoamento e o tempo de concentração para cada subbacia; 2- Estima-se o tempo de concentração para cada um dos colectores em função do seu comprimento e da velocidade de escoamento; 3 - Calcula-se a Intensidade de precipitação para a duração crítica; 4 - Calculam-se os caudais de ponta para cada sub-bacia; 5 - Traçam-se os gráficos desfasados e por fim o hidrograma de cheia. Rede de colectores da Bacia 28 14

15 MÉTODO DE HAUFF Exemplo de cálculo Curva IDF Colector L (m) A (ha) C (T c =L/V (min) I (l/s/ha) Q=CIA (l/s) AS BA CA DA ED FD MÉTODO DE HAUFF Exemplo de cálculo Gráfico de diagramas Hidrograma de cheia 30 15

16 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. MÉTODO RACIONAL 3. MÉTODO DE HAUFF 4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) 5. MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA 6. MÉTODO DE MARTINO 7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS 31 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS O Soil Conservation Service do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos desenvolveu um conjunto de técnicas para o cálculo de caudais de cheia em pequenas bacias naturais e urbanas em que não se dispõe de registos hidrométricos 32 16

17 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Número de escoamento (CN -"curve number") Parâmetro que procura descrever: - O tipo de solo; - A utilização que lhe é dada; - A condição da sua superfície, no que diz respeito à potencialidade de se gerar escoamento superficial. 33 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Número de escoamento (CN -"curve number") 0<CN<100 zero - bacia de condutividade hidráulica infinita cem - bacia totalmente impermeável. CN está tabelado nos Quadros 8 e 9 para os 4 tipos distintos de solos do Quadro 11 e para uma situação média da condição antecedente de humidade (AMC II - Antecedent moisture condition) 34 17

18 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Número de escoamento (CN -"curve number") QUADRO 11 Tipos de solos 35 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Número de escoamento (CN -"curve number") QUADRO 10 Condição antecedente de humidade em função da precipitação total nos cinco dias antecedentes 36 18

19 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Número de escoamento (CN -"curve number") QUADRO 8 Regiões urbanas e sub-urbanas 37 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Número de escoamento (CN -"curve number") QUADRO 9 Regiões rurais 38 19

20 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Número de escoamento (CN -"curve number") QUADRO 12 Valores corrigidos do número de escoamento para AMCI e para AMCIII em função dos valores de escoamento para AMCII 39 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Capacidade máxima de retenção - S Potencial maximum retention Este conceito procura exprimir a capacidade potencial máxima da bacia para "absorver" água, que se torna assim não utilizável para a geração do escoamento superficial. O valor de S depende apenas de CN, pela expressão: CN = S 40 20

21 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Perdas iniciais Ia Initial abstraction Ia - altura de água precipitada até ao início da formação do escoamento superficial (correspondente às perdas por intercepção, retenção e infiltração até à saturação da camada superficial do solo). Precipitação útil (Q) I a = 0.2 S Responsável pela formação do escoamento superficial. Inicia-se quando as perdas iniciais estão satisfeitas. 41 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Precipitação útil (Q) A relação entre a precipitação útil (Q) e a precipitação total (R) apresenta -se na Figura 7. Para valores de precipitação crescentes a curva vai aproximar-se assimptoticamente da linha a tracejado que intercepta o eixo dos RR, segundo um ângulo de 45, a uma distância da origem de S. Figura 7 Relação entre a precipitação útil e a precipitação total 42 21

22 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Precipitação útil (Q) Para definir a forma da curva da Figura 7 temos a relação: R Q Q I a = R S I a Que conduz a: ( R 0.2S) Q = R + 0.8S 2 43 PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS Conceitos Precipitação útil (Q) Resolução gráfica ( R 0.2S) Q = R + 0.8S

23 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. MÉTODO RACIONAL 3. MÉTODO DE HAUFF 4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) 5. MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA 6. MÉTODO DE MARTINO 7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS 45 MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA Com base na análise de um grande número de bacias hidrográficas, o Soil Conservation Service propõe a utilização do hidrograma unitário sintético adimensional representado na Figura 9. Este hidrograma unitário sintético é relativo a uma precipitação útil de valor unitário, ocorrida uniformemente sobre toda a bacia, com a duração de Tc 46 23

24 MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA Com vista a reduzir o número de parâmetros do problema a um único dado, o S.C.S. faz uso do hidrograma triangular equivalente da Figura 10. Figura 10 - Hidrograma triangular do S.C.S. Como tr = 1.67 ta, vem ta + t r Q = q p 2 q = p Q t a 47 MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA Se entrarmos com a área da bacia em Km 2, a precipitação útil em mm, q p em m 3 /s e t em horas, chegamos à expressão simplificada: q = p AQ t O tempo de ascensão, ta, tempo que decorre desde o início do hidrograma até ao seu valor máximo, pode ser estimado em função do tempo de concentração da bacia, tc através da relação empírica: a ta = 0. 7t c 48 24

25 MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA Exemplo de cálculo Dados: - Zona florestal bastante densa; - Solos pouco permeáveis (solo tipo C). - Forma aproximada de uma pêra; - Área ha - Comprimento da linha do vale m - Diferença de elevação entre os pontos extremos 25 m - Precipitação de 69 mm, com a duração de 3 horas correspondente a um tempo de recorrência de 10 anos Determinar o caudal de ponta na bacia para: - Chuvada de 3 horas; - Tempo de recorrência de 10 anos; - Condições antecedentes de humidade médias. 49 MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA Resolução 50 25

26 MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA DETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE CHEIA EM BACIAS URBANAS - Decomposição da bacia em várias sub-bacias com características aproximadamente homogéneas. - O hidrograma de cheia originado em cada sub-bacia é calculado e propagado ao longo da linha de água principal. - Na secção de interesse é feita a soma dos hidrogramas relativos a cada sub-bacia, devidamente atenuados pelo efeito da propagação. - Para aplicar este método é necessário, em primeiro lugar, definir para cada sub-bacia a respectiva área, A, o número de escoamento, CN, o tempo de concentração, tc, e o tempo de escoamento, t t ' desde a sub-bacia até à secção de interesse. 51 MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA DETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE CHEIA EM BACIAS URBANAS PROGRAMA DUFLOW PREPARAÇÃO DE DADOS 1 DISCRETIZAÇÃO ESPACIAL NUMERAÇÃO DOS NÓS 3 NUMERAÇÃO DOS TRECHOS 52 26

27 MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA DETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE CHEIA EM BACIAS URBANAS PREPARAÇÃO DE DADOS H(t) Q(t) 4 SECÇÕES TRANSVERSAIS 5 CONDIÇÕES DE FRONTEIRA Q(t) H(t) MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA DETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE CHEIA EM BACIAS URBANAS PROGRAMA DUFLOW 54 27

28 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. MÉTODO RACIONAL 3. MÉTODO DE HAUFF 4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) 5. MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA 6. MÉTODO DE MARTINO 7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS 55 MÉTODO DE MARTINO O método de Martino tem uma estrutura semelhante ao método racional, mas procura também atender ao efeito de armazenamento na rede. A sua expressão é a seguinte: Q p = ϕ C i A intensidade média correspondente ao valor máximo da precipitação para determinada frequência de ocorrência com tc de 15 minutos 56 28

29 MÉTODO DE MARTINO O coeficiente de armazenamento (j), ou de atraso, é função das inclinações médias, dos coeficientes de escoamento e das áreas drenadas. 57 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. MÉTODO RACIONAL 3. MÉTODO DE HAUFF 4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) 5. MÉTODO PARA O CÁLCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA 6. MÉTODO DE MARTINO 7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS 58 29

30 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Tempos de recorrência de 10 e 15 anos dá origem: - A colectores de grandes dimensões; - Funcionamento frequente com secção parcialmente cheia. Diminuição do custo dos colectores pluviais e da sua subutilização através da criação de reservatórios temporários de acumulação das águas pluviais em determinados pontos da rede. (Para amortecer os caudais de ponta, e consequentemente conduzir a diâmetros inferiores para os colectores) 59 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Práticas utilizadas - Prática que Interfere com o sistema de drenagem. Utilização de bacias de retenção. - Prática que não Interfere com o sistema de drenagem, reduzindo e/ou atrasando o escoamento pluvial afluente à rede através de: Aumento do volume de infiltração; Aumento do volume de água retida e interceptada em depressões e na vegetação; Armazenamento temporário das águas; Criação de uma altura de escoamento superficial nos passeios, arruamentos e parques de estacionamento, durante a ocorrência de precipitações intensas

31 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Estrutura que se destina a: - Regularizar os caudais pluviais afluentes; - Restituir a jusante caudais compatíveis com um limite previamente fixado ou imposto pela capacidade de escoamento de uma rede ou curso de água existente. - Constituir pólos de interesse recreativo e turístico, reserva de incêndio, reserva para fins de rega, etc. 61 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Quanto à sua localização podem situar-se: A jusante de sub-bacias que constituam a bacia principal; A jusante da bacia principal

32 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Quanto ao sistema de drenagem podem situar-se: No seu alinhamento recto (todo o escoamento afluente passa pela bacia) Em paralelo (nem todo o escoamento de montante aflui à bacia, sendo a passagem feita através de um descarregador lateral. 63 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Quanto ao comportamento hidráulico podem ser: Secas - permanecem com água em períodos relativamente curtos; nível máximo da toalha freática abaixo da cota do fundo da bacia. De "nível de água permanente" - permanecem com água mesmo em períodos secos de longa duração. No projecto de bacias com nível de água permanente é essencial um estudo do balanço entre as afluências e efluências, para que se garanta um nível de água permanente e satisfatório sob o ponto de vista quantitativo e qualitativo

33 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção - Dimensionamento O dimensionamento hidráulico de uma bacia de retenção reduz-se, na maioria dos casos, ao cálculo do volume necessário, para que o caudal máximo efluente não ultrapasse determinado valor préestabelecido. 65 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção - Dimensionamento Bacias secas - Inclinação mínima do fundo - 5/100 - Inclinação máxima dos taludes das bermas:. bacia não acessível ao público -1/2. bacia acessível ao público -1/

34 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção - Dimensionamento Bacias de "nível de água permanente" Altura mínima de água (tempo seco) m; Inclinação máxima do talude relvado -1/60 Paramento vertical de 0.75 m (ao longo do qual se exercem as variações de nível de água; aconselha-se uma variação de aproximadamente 0.50 m). Passadeira horizontal de 2 a 4 metros de largura no fim do paramento vertical (por razões de segurança). 67 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Dimensionamento (método holandês) Baseia-se no conhecimento das curvas de intensidade-duração-frequência Permite calcular o volume necessário para armazenar o caudal afluente, resultante da precipitação de tempo de recorrência Tr e para evacuar um caudal constante q (L/s) correspondente à capacidade máxima de escoamento do colector ou caudal de jusante

35 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Dimensionamento (método holandês) Seja uma bacia hidrográfica de área A (ha), de coeficiente de escoamento C. O caudal específico efluente (qs) é dado por: q s = q CA (L/s/ha) q 0.36 q s = CA 60 (mm/min) Se para o tempo de recorrência, Tr, a curva de intensidade-duração-frequência for definida pela expressão: b i = at 69 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Dimensionamento (método holandês) O volume de precipitação afluente, expresso em mm, sobre a bacia será: H( t, T ) = it = r at b+ 1 Por outro lado, o volume efluente será em cada instante e por unidade de área activa da bacia: V e = qt s 70 35

36 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Dimensionamento (método holandês) O volume armazenado será dado pela expressão: V a = H V = at e b+1 q t O intervalo de tempo ao fim do qual o volume armazenado é máximo, obtém-se anulando a derivada em ordem a t: s dv dt a = 0 = a( b + 1) t b q s 71 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Dimensionamento (método holandês) O volume armazenado máximo, expresso em mm, sobre a área activa da bacia, será: b+ 1 1 q b b s qs V = Vamáx = a qs a( b 1) + a( b 1) + ou b+ 1 q b s qs V = 10 a qs a( b 1) a( b 1) b CA com: V (m3); A (ha); qs (mm/min) 72 36

37 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Dimensionamento (método holandês) Na figura pode observar-se um desenho esquemático correspondente ao raciocínio efectuado 73 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Exemplo de cálculo Pretende-se calcular para uma dada bacia urbana, com cerca de 10 ha de área e com um coeficiente de escoamento médio estimado em 0.85, o volume de uma bacia de retenção capaz de regularizar os caudais afluentes correspondentes a um tempo de recorrência de 5 anos, por forma a que o caudal evacuado para jusante não seja superior a 600 L/s. A curva de intensidade-duração-frequência estimada para a bacia para T = 5 anos é dada pela expressão: i = 4.51 t

38 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Exemplo de cálculo Resolução analítica A=10 ha; a=4.5; b=-0.582; C=0.85 q 0.36 q = 600 L / s q s = = 0.42 mm CA 60 Aplicando a fórmula do volume máximo armazenado, vem b+ 1 1 b q b s s qs CA= / min q V = 10 a 656m a( b 1) a( b 1) SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Exemplo de cálculo Resolução gráfica H (mm) 1º Passo 2º Passo 3º Passo 4º Passo DH=8mm H=4.51t qs=0.42 mm/min V=0.008*0.85*10*10000=680 m 3 T (min) 76 38

39 SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS Bacia de retenção Funcionamento (Duflow) PROGRAMA DUFLOW 77 39