DIMENSIONAMENTO DE BACIAS DE RETENÇÃO DO ESCOAMENTO H. MATA-LIMA
OBJECTIVO Referir a multifuncionalidade das Bacias de Retenção do escoamento; Os critérios de dimensionamento; O papel importante que assumem na gestão do escoamento (quantidade e qualidade), na bacia, evitando Picos superiores a capacidade das estruturas hidráulicas preexistentes.
TÓPICOS A ABORDAR Tipologias de Bacias de Retenção (Detenção?) do Escoamento; Método de Soil Conservation Service vs Método Racional; Métodos Expeditos de Cálculo do Volume da Bacia - Estudo Prévio; Modelo Numérico - Projecto de Execução; Dispositivos de Descarga; Estabilidade dos Taludes da Bacia.
TIPOLOGIA DE BACIAS DE RETENÇÃO DO ESCOAMENTO Bacia de Retenção Permanente (BRP); Bacia de Retenção Temporária (BRT); Seca BRT Húmida
Bacias de Retenção em Série Bacias de Retenção em Paralelo Apresenta vantagens estratégicas
EXEMPLOS DE BACIAS Bacia seca de Liourat, Vitrolles. (Fonte: Manual do IEP) Bacia seca de Chemin de Clères, Rouen, França
Bacia junto a auto-estrada, impermeabilizada com geomembrana
BACIAS HÚMIDAS COM UM VOLUME DE ÁGUA PERMANENTE
Parâmetros Sólido suspenso total Fósforo total Azoto total (Nitrogen) Zinco (Zinc) Eficiência de Remoção (%) 50-70 10-20 10-20 30-60 Chumbo (Lead) 75-90
EXEMPLO DE BACIA ENTERRADA
MÉTODOS DE CÁLCULO DE CAUDAIS R S Q = p = λ C f ( P 0.2S ) P + 0.8S 25400 254 = CN Q = p 2.083RA t p 2 CIA MÉTODO RACIONAL: adequado para o cálculo de caudal de ponta instantâneo importante para o dimensionamento de estruturas hidráulicas urbanas. MÉTODO DE SCS: i) mais versátil que o anterior; ii) permitir estimar a evolução do escoamento ao longo do tempo (hidrograma); iii) adequado para o cálculo de volumes de armazenamento.
CÁLCULO DO VOLUME DA BACIA MÉTODOS EXPEDITOS Estudo Prévio Projecto de Execução - método do Higrograma Triangular Simplificado (HTS); - método de Regressão de Pagan (RP); - método de Wycoff & Singh (WS); MODELO NUMÉRICO - método de Puls ou Level Pool Routing.
MÉTODO DE HTS V - [m 3 ] t - [h] Q - [m 3 /s] L - [m] 1 V = t 2 t 8 3 b ( Q Q ) t b = t p t p = 0.67 t c t c =t lag /0.6 lag 0.8 1000 2.587 L 9 CN = 0.5 1900 i i 0.7 o SCS (1972); SCS (1986); USDA (1997)
MÉTODO DE PAGAN CURVA DO MÉTODO DE PAGAM SP [ft 3 /cfs] 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 SP = -2883,1Ln(Q o /Q i ) + 13408 Os dados ajustaram-se a curva logarítmica 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q o /Q i [%] Vmax = ηspq i ; η= 35.3107 m 3 cfs
MÉTODO DE WYCOFF & SINGH V V E Q 1.291 1 Q = t p t b o i 0.411 0.753 V - volume a armazenar [in] V E - volume do escoamento produzido [in] Q - caudal [cfs] t - [h]
MÉTODO NUMÉRICO V Baseia-se no princípio de conservação da massa = I O t Faz-se um balanço de input e output da bacia V - volume de armazenamento I - caudal afluente (inflow) O - outflow ou caudal efluente (dado pela lei de vazão do dispositivo de descarga) 1) Desc. Soleira espessa 1.5 Q = CLH 2) Orifício com saída livre Q = CA 2gH 3) Combinação de 1 e 2 Esquema de resolução numérica: 2V Δt i+ 1 + O i+ 1 = I i + I i+ 1 + 2V Δt i O O objectivo é estudar a relação O vs i 2V Δt + O
CASO DE ESTUDO SINTÉTICO QUADRO 1 Características da bacia. Área A Perímetro P Comprimento da bacia L Altitudes Máxima Mínima Declive médio i Curve number CN ha km 2 km m m m m/m [ - ] 51 0.51 21.1 1077 380 246 0.124 65 QUADRO 2 Parâmetros a e b da curva I-D-F (Matos, 1987) Período de Retorno, T 10 20 50 100 (anos) a 353.25 416.59 495.54 553.04 b -0.634-0.644-0.653-0.653
RESULTADOS OBTIDOS Métodos Expeditos: 3,0 HTS WYCOFF PAGAN 2,5 Volume, V [10 3 m 3 ] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 10 20 50 100 Período de Retorno, T [anos] Que período de retorno considerar???
Modelo Numérico V de 1000 m 3 (T = 10 anos) Dimensões: Taludes 1V:3H Profundidade = 1.20 m de coluna de água. Dispositivos de descarga
RESULTADOS Decarga da bacia [m 3 /s] 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1, 0 0,5 0,0 Curva de Armazenamento vs Descarg a 0,00 2,38 3,60 4,82 6,05 7,29 8,55 10,42 12,80 2V/ΔT+O [m 3 /s] Ní vel da água na bacia vs Descarga 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.00 0.20 0.31 0.39 0.45 0.51 0.56 1.20 2.33 Descarga [m 3 /s]
ESTABILIDADE DOS TALUDES DA BACIA TALUDE PROTEGIDO COM VEGETAÇÃO - declive máximo de 1V:3H TALUDE PROTEGIDO COM ENROCAMENTO - declive máximo de 1V:2H
RECOMENDAÇÕES FINAIS Taludes com declive acentuado e altura superior a 3 m - avaliação de estabilidade geotécnica O comprimento (L) da bacia dever ser L > 2B Os métodos expeditos usados na fase de estudo prévio devem ser validados pelo modelo numérico - projecto de execução Deve considerar um factor de segurança de 1.2 para prevenir a acumulação de sedimentos ou