Hidrológico

O dimensionamento hidrológico parte da escolha do período de retorno e em posse dos dados de precipitação e do levantamento das características da bacia hidrográfica. Com isso, é realizada a determinação da chuva crítica de projeto e do escoamento superficial direto. Em seguida, são calculadas as vazões de projeto, que servirão para posterior dimensionamento hidráulico.

Em projetos de drenagem urbana é comum a adoção de uma chuva de projeto para a determinação das vazões máximas a serem suportadas pela estrutura hidráulica a ser projetada (item 4.2.2.2). Com o objetivo de determinar os caudais de ponta que servirão de base ao dimensionamento das bacias de retenção, a fórmula racional é reconhecidamente a de maior utilização e divulgação à escala mundial. Desde que se tomem em consideração as suas limitações, a adequação dos seus parâmetros de base e a correta definição dos procedimentos da sua aplicação, é seguramente muito útil (BICHANÇA, 2006).

No hidrograma concebido através do método racional considera- se que o tempo para o pico é igual ao tempo de concentração da bacia. A utilização da fórmula racional requer o conhecimento da área e tipo de ocupação do solo da bacia hidrográfica, do tempo de concentração e das curvas IDF (intensidade- duração – frequência) para um dado período de retorno. A expressão de cálculo do método racional é apresentada na Equação 1:

Q=

CIA

360

Em que:

Q - Caudal de pico (m³ /s)

C - Coeficiente de escoamento médio superficial ponderado I - Intensidade de precipitação (mm/h)

A - Área da bacia (ha)

O método racional não leva em consideração a umidade antecedente no solo e não considera o efeito da intensidade da chuva no coeficiente C. Para que esse método de cálculo seja válido, a área de contribuição deve ser pequena, entretanto, há muita discordância quanto ao valor limite entre diferentes autores.

A intensidade (I) deve ser obtida a partir da equação IDF do local de estudo, levando em consideração um tempo de concentração (tc) e um período de retorno (T). Para a estimativa da intensidade da precipitação, é necessário conhecer o tempo de concentração da bacia, já que o

mesmo é considerado igual à duração da precipitação máxima (PÊGO, 2018). Observa-se a figura 16 a influência da forma da bacia no valor de Q.

Figura 16: Geometrias de bacias hidrográficas e respectiva influência nos caudais

Fonte: Adaptado de Martins (2004).

Como pode ser observado na figura acima, quanto maior o comprimento da bacia em relação a sua largura (bacias alongadas), maior será o amortecimento do pico da vazão (Q). Ou seja, quanto mais comprida for a bacia, maior será o tc.

Por sua vez, o período de retorno (T) representa o tempo, em média, que o evento de cheia tem chance de se repetir. O risco de uma vazão ou precipitação é entendido como a probabilidade (p) de ocorrência de um valor igual ou superior num ano qualquer. Conforme pode ser visto na equação 2, o período de retorno (T) é o inverso da probabilidade p (PORTO ALEGRE, 2015).

T= 1

p

De acordo com Tucci (2013) as estimativas de probabilidade de cheia de um determinado local podem ser realizadas com base em: (a) série observada de vazões; (b) regionalização de vazões; e (c) precipitação e uso de modelo precipitação – vazão. Na tabela 3 observa-se os valores mais usuais adotados para o valor de T.

Tabela 3: Períodos de retorno usuais

TIPO DE OBRAS POTENCIAIS DANO DE INUNDAÇÃO T em anos

Coletor de águas

pluviais Impede o tráfego. 2 a 5

Coletor urbano nas

ruas Impede acessos de emergência. 10 a 25

Controle rural de inundação

Danos a estradas de rodagem.

20 a 50 Danos as plantações Controle urbano de inundação Danos às propriedades. 100 Danos à infraestrutura.

Fonte: Adaptado de Chin (2013).

Conforme Chin (2013) na prática da engenharia é comum utilizar-se do termo “inundação de 100 anos”, entretanto, o uso dessa expressão deve ser evitado pois induz a um entendimento de que o evento ocorrerá 1 vez a cada 100 anos. A ASCE (1992) recomenda que para divulgação pública deve ser mencionada a probabilidade anual: deve-se dizer que a inundação tem probabilidade de 1% de acontecer em cada ano.

Finalmente, conforme Paraná (2002), o coeficiente de escoamento superficial C de uma bacia pode ser estimado pela ponderação dos coeficientes das diferentes superfícies da área contribuinte. Considerando uma bacia urbana onde podem existir dois tipos de superfícies, permeável e impermeável, é possível estabelecer que o valor de C pela equação 3:

C= 𝐶𝑝𝐴𝑝 +𝐶𝑖𝐴𝑖

𝐴

Onde:

Cp é o coeficiente de escoamento de área permeável da bacia; Ap é a área da bacia com superfície permeável;

Ai é a somatória das áreas impermeáveis e At = Ap+ Ai, a área total.

Os coeficientes de escoamento recomendados para as superfícies urbanas estão apresentados na tabela 4. Na tabela 5 são apresentados coeficientes de escoamento com base em superfícies em áreas agrícolas.

Tabela 4: Valores médios do coeficiente C da fórmula racional – Áreas urbanas

Tipo de ocupação Coeficiente C

Zonas verdes:

Relvados em solos arenosos 0,05-0,20 Relvados em solos pesados 0,15-0,35

Parques e cemitérios 0,10-0,25 Campos desportivos 0,20-0,35 Zonas comerciais: Centro da cidade 0,70-0,95 Periferia 0,50-0,70 Zonas residenciais:

Vivendas no centro da cidade 0,30-0,50

Vivendas na periferia 0,25-0,40 Prédio multifamiliar 0,50-0,70 Zonas industriais: Indústria dispersa 0,50-0,80 Indústria concentrada 0,60-0,90 Vias férreas 0,20-0,40 Ruas e estradas: Asfaltadas 0,70-0,95 De concreto 0,80-0,95 De tijolos 0,70-0,85 Passeios 0,75-0,85 Telhados 0,75-0,95 Baldios 0,10-0,30

Fonte: adaptado de Chow (2016).

O coeficiente de escoamento de área com superfícies variáveis pode ser estimado através de uma ponderação de valores de C. O coeficiente de escoamento, embora muito tabelado, tem o inconveniente de não levar em conta a variação temporal da chuva, e não é adequado para cálculo de volumes (TUCCI, 2013).

Tabela 5: Valores médios do coeficiente C da fórmula racional – Áreas agrícolas

Tipo de solos

Cobertura da bacia

Culturas Pastagens Bosques e florestas Coeficiente C Capacidade de infiltração superior à média, geralmente arenosos. 0,20 0,15 0,10 Capacidade de infiltração média,

sem camadas de argila.

0,40 0,35 0,30

Capacidade de infiltração inferior à média, solos argilosos, solos delgados

sobre rocha impermeável.

0,50 0,45 0,40

Fonte: adaptado de Chow (2016).

Os valores para o coeficiente de escoamento C, apresentados nas tabelas 4 e 5 correspondem a um período de retorno T entre 5 e 10 anos. Para outros valores de T é necessário a correção através do coeficiente K1 de ajustamento apresentado na tabela 6.

Tabela 6: Coeficiente de ajustamento em função do período de retorno

Período de retorno (anos) K1

25 1,1

50 1,2

100 1,25

Fonte: adaptado de JAE (1998).

Quando o local estudado possui dados históricos de vazão confiáveis e as características da bacia permanecem inalteradas, uma distribuição estatística, geralmente o método de Gumbel, pode ser aplicada para produzir hidrograma para diferentes períodos de retorno (PÊGO,2018).