HIDRÁULICA APLICADA II

(1)

1

IPB - L. E.Civil - Hidráulica Aplicada II José L. S. Pinho - Univ. Minho

HIDR

Á

ULICA APLICADA II

PARTE II

HIDROLOGIA URBANA

SUM

Á

RIO

HIDROLOGIA URBANA

1.

1. INTRODU

INTRODU

Ç

ÃO

2.

2. M

M

É

TODO RACIONAL

3.

3. M

M

É

TODO DE HAUFF

4.

4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

5.

5. M

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

6.

6. M

M

É

TODO DE MARTINO

7.

(2)

3

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.

INTRODU

Ç

ÃO

_{HIDROLOGIA URBANA}

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:

nOs métodos emp íricos;

nOs métodos volumétricos;

nOs métodos cinemáticos;

nA simulação numérica.

INTRODU

(3)

5

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.

INTRODU

Ç

ÃO

_{HIDROLOGIA URBANA}

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.

INTRODU

(4)

7

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;

INTRODU

Ç

ÃO

_{HIDROLOGIA URBANA}

SUM

Á

RIO

HIDROLOGIA URBANA

1.

1. INTRODU

INTRODU

Ç

ÃO

2.

2. M

M

É

TODO RACIONAL

3.

3. M

M

É

TODO DE HAUFF

4.

4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

5.

5. M

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

6.

6. M

M

É

TODO DE MARTINO

7.

(5)

9

IPB - L. E.Civil - Hidráulica Aplicada II José L. S. Pinho - Univ. Minho 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.

HIDROLOGIA URBANA

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

M

É

TODO RACIONAL

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

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.

(6)

11

( )d c r b t T a I + =

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

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% 5 7.5 10

Áreas impermeáveis (<50%) 5 10 15

Em terrenos livres, o tempo de concentração poderá ser determinado por métodos empíricos, nomeadamente:

Fórmula de Ayres: Tc= 2.24 A0.57

Fórmula de Kirpich: Tc= 0.0195 L0.77S-0.385 com S=H/L Fórmula de Chow: Tc= 0.07 (L/S)0.64

Aplicação do método

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

2– Intensidade de precipitação (pode obter-se através das curvas de intensidade -dura

ção-frequência, para o tempo de recorrência que se pretende para o caudal). Fórmula geral:

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 ca ída, com descriminação suficiente, para se poderem fazer leituras com pelo menos 10 minutos de intervalo.

(

)

d c r b t T a I + =

Aplicação do método

(7)

13

Figura

Figura --Curvas de intensidadeCurvas de intensidade--duraduraççãoão--frequência de Lisboafrequência de Lisboa

Para aplicação a todo o continente recomendam-se acréscimos da ordem dos 20 a 25% para as regiões montanhosas.

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Aplicação do método

3 – Área da bacia e caudal de ponta

A determina ção 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.

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

(8)

15

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

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.

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).

∑

i

C

i

A

i

A

C

1 M

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

Aplicação do método

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

O coeficiente de escoamento pode ser determinado:

- Através dos Quadros 4, 5 e 6, onde se encontram valores de C

usualmente aceites.

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

(9)

17

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Quadro 4 - Coeficientes de escoamento usualmente aceites

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

Aplicação do método

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Quadro 5 - Coeficientes de escoamento segundo Kuichling

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

(10)

19

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Quadro 6 - Valores do coeficiente de escoamento em função do tipo

de solo, sua ocupação e inclinação

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

Aplicação do método

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

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.

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

(11)

21

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

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.

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

Aplicação do método

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Exemplo:

C=0.60

I (10 anos; 10 min) =216 L/s/ha

A=3 ha

**Q=CIA=0.602163= 388.8 L/s**

M

É

TODO RACIONAL

_{HIDROLOGIA URBANA}

(12)

23

SUM

Á

RIO

HIDROLOGIA URBANA

1.

1. INTRODU

INTRODU

Ç

ÃO

2.

2. M

M

É

TODO RACIONAL

3.

3. M

M

É

TODO DE HAUFF

4.

4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

5.

5. M

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

6.

6. M

M

É

TODO DE MARTINO

7.

7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE

SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE

Á

GUAS PLUVIAIS

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

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.

M

(13)

25

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

1 - Faz-se uma decomposição da bacia urbana em várias sub-bacias correspondentes às diversas áreas que alimentam determinado colector.

M

É

TODO DE HAUFF

_{HIDROLOGIA URBANA}

Aplicação do método

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

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.

M

É

TODO DE HAUFF

_{HIDROLOGIA URBANA}

(14)

27

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

3 - Por último obtém-se o hidrograma de cheia a partir do gráfico já referido.

M

É

TODO DE HAUFF

_{HIDROLOGIA URBANA}

Aplicação do método

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Rede de colectores da Bacia

M

É

TODO DE HAUFF

_{HIDROLOGIA URBANA}

Exemplo de cálculo

1- Determina-se o coeficiente de escoamento e o tempo de concentração para cada sub-bacia;

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;

(15)

29

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Exemplo de cálculo

229.5 340 85 306 340 340 85 85 85 85 85 85 15 10 7.5 10 20 25 0.6 0.5 0.5 0.6 0.5 0.4 4.5 8 2 6 8 10 900 600 450 600 1200 1500 AS BA CA DA ED FD Q=CIA (l/s) I (l/s/ ha) (Tc= L/V (min) C A (ha) L (m) Colector

M

É

TODO DE HAUFF

_{HIDROLOGIA URBANA}

Curva IDF

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Exemplo de cálculo

M

É

TODO DE HAUFF

_{HIDROLOGIA URBANA}

Gráfico de diagramas

(16)

31

SUM

Á

RIO

HIDROLOGIA URBANA

1.

1. INTRODU

INTRODU

Ç

ÃO

2.

2. M

M

É

TODO RACIONAL

3.

3. M

M

É

TODO DE HAUFF

4.

4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

5.

5. M

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

6.

6. M

M

É

TODO DE MARTINO

7.

7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE

SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE

Á

GUAS PLUVIAIS

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

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

C

(17)

33

Número de escoamento (CN -"curve number")

P

arâmetro 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.

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

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

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

(18)

35

Número de escoamento (CN -"curve number")

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

QUADRO 11

Tipos de solos

Número de escoamento (CN -"curve number")

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

QUADRO 10

Condição antecedente de humidade em função

da precipita ção total nos cinco dias

(19)

37

Número de escoamento (CN -"curve number")

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

QUADRO 8

Regiões urbanas e sub-urbanas

Número de escoamento (CN -"curve number")

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

QUADRO 9

(20)

39

Número de escoamento (CN -"curve number")

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

QUADRO 12

Valores corrigidos do número de escoamento

para AMCI e para AMCIII em função dos valores de escoamento

para AMCII

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:

S CN + = 254 25400

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

(21)

41

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 satura ção da camada superficial do solo).

I

a

= 0.2 S

Precipitação útil (Q)

Responsável pela formação do escoamento superficial. Inicia-se quando as perdas iniciais estão satisfeitas.

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Conceitos

Precipitação útil (Q)

A relação entre a precipita ção útil (Q) e a precipita ção 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.

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

C

(22)

43

Precipitação útil (Q)

Para definir a forma da curva da Figura 7 temos a relação:

Que conduz a:

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

a a

I

R

S

Q

I

Q

R

−

=

−

S

R

S

R

Q

8 .

0 )

2 .

0 (

2

+

−

=

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Precipitação útil (Q)

Resolução gráfica

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SCS

HIDROLOGIA URBANA

Conceitos

S

R

S

R

Q

8 .

0 )

2 .

0 (

2

+

−

=

C

(23)

45

SUM

Á

RIO

HIDROLOGIA URBANA

1.

1. INTRODU

INTRODU

Ç

ÃO

2.

2. M

M

É

TODO RACIONAL

3.

3. M

M

É

TODO DE HAUFF

4.

4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

5.

5. M

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

6.

6. M

M

É

TODO DE MARTINO

7.

7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE

SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE

Á

GUAS PLUVIAIS

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.

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

HIDROLOGIA URBANA

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Este hidrograma unitário

sintético é relativo a uma precipitação útil de valor unitário, ocorrida uniformemente sobre toda a bacia, com a duração de 0.133 Tc

(24)

47

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

a p

t

Q

q

=

0 .

75 M

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

HIDROLOGIA URBANA

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

2 r a p t t q Q= +

Se entrarmos com a área da bacia em Km2_{, a precipitação útil em mm, q}

pem m3/s e t em horas, chegamos à expressão simplificada:

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:

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

HIDROLOGIA URBANA

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

c a

t

=

0 .

7

a p

t

AQ

q

=

0 .

208

(25)

49

Dados:

- Zona florestal bastante densa; - Solos pouco perme áveis (solo tipo C). - Forma aproximada de uma pêra; - Área - 2590 ha

- Comprimento da linha do vale - 7600 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.

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

HIDROLOGIA URBANA

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

Exemplo de cálculo

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

HIDROLOGIA URBANA

C

á

lculo dos caudais de cheias nas redes

(26)

51

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, tt' desde a sub-bacia até à

secção de interesse.

HIDROLOGIA URBANA

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

DETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE CHEIA EM BACIAS URBANAS

HIDROLOGIA URBANA

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

PROGRAMA DUFLOW

PREPARA

PREPARAÇÇÃO DE DADOSÃO DE DADOS

2

2 ––NUMERANUMERAÇÇÃO DOS NÃO DOS NÓÓSS

6 6 3 344 5 5 7 7 8 8 6 6 3

3 ––NUMERANUMERAÇÇÃO DOS TRECHOSÃO DOS TRECHOS

4 4 5 5 7 7 1

(27)

53

DETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE CHEIA EM BACIAS URBANAS

HIDROLOGIA URBANA

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

PREPARA

PREPARAÇÇÃO DE DADOSÃO DE DADOS

1

1 22 33 44 55 66 77 88

1

1 22 33 44 55 66 77

4

4 ––SECSECÇÇÕES TRANSVERSAISÕES TRANSVERSAIS

5

5––CONDICONDIÇÇÕES DE FRONTEIRAÕES DE FRONTEIRA

Q(t Q(t)) Q(t Q(t)) H(t H(t)) H(t H(t))

DETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE CHEIA EM BACIAS URBANAS

HIDROLOGIA URBANA

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

PROGRAMA DUFLOW

(28)

55

SUM

Á

RIO

HIDROLOGIA URBANA

1.

1. INTRODU

INTRODU

Ç

ÃO

2.

2. M

M

É

TODO RACIONAL

3.

3. M

M

É

TODO DE HAUFF

4.

4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

5.

5. M

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

6.

6. M

M

É

TODO DE MARTINO

7.

7. SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE

SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE

Á

GUAS PLUVIAIS

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

:

intensidade média correspondente ao valor máximo da precipitação para determinada frequência de ocorrência com tc de 15 minutos

M

É

TODO DE MARTINO

_{HIDROLOGIA URBANA}

A

i

C

Q

_p

=

ϕ

(29)

57

O coeficiente de armazenamento (ϕ), ou de atraso, é função das inclinações médias, dos coeficientes de escoamento e das áreas drenadas.

M

É

TODO DE MARTINO

_{HIDROLOGIA URBANA}

SUM

Á

RIO

HIDROLOGIA URBANA

1.

1. INTRODU

INTRODU

Ç

ÃO

2.

2. M

M

É

TODO RACIONAL

3.

3. M

M

É

TODO DE HAUFF

4.

4. PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

PROCEDIMENTOS ADOPTADOS PELO SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS)

5.

5. M

M

É

TODO PARA O C

Á

LCULO DO HIDROGRAMA DE CHEIA

6.

6. M

M

É

TODO DE MARTINO

7.

(30)

59

SISTEMAS NÃO TRADICIONAIS DE DRENAGEM DE AGUAS PLUVIAIS

HIDROLOGIA URBANA

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)

HIDROLOGIA URBANA

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

(31)

61

HIDROLOGIA URBANA

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.

Bacia de retenção

HIDROLOGIA URBANA

Quanto à sua localização podem situar-se:

A jusante de sub-bacias que constituam a

bacia principal;

A jusante da bacia principal.

(32)

63

HIDROLOGIA URBANA

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.

Bacia de retenção

HIDROLOGIA URBANA

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

Bacia de retenção

(33)

65

HIDROLOGIA URBANA

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

pré-estabelecido.

Bacia de retenção - Dimensionamento

HIDROLOGIA URBANA

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 -1/6

Bacia de retenção - Dimensionamento

(34)

67

HIDROLOGIA URBANA

Bacias de "nível de água permanente"

Altura mínima de água (tempo seco) - 1.50 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).

Bacia de retenção - Dimensionamento

HIDROLOGIA URBANA

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)

69

HIDROLOGIA URBANA

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:

Se para o tempo de recorrência, Tr, a curva de intensidade-duração-frequência for definida pela expressão:

(L/s/ha)

CA

q

s

=

(mm/min)

60

36 .

0 CA

q

s

=

b

t

a

i

=

HIDROLOGIA URBANA

Bacia de retenção – Dimensionamento (método holandês)

O volume de precipitação afluente, expresso em mm, sobre a bacia será:

Por outro lado, o volume efluente será em cada instante e por unidade de área activa da bacia: 1

)

,

(

t

T

r

=

i

t

=

a

t

b+

H

t

q

V

_e

=

_s

(36)

71

HIDROLOGIA URBANA

Bacia de retenção – Dimensionamento (método holandês)

O volume armazenado será dado pela expressão:

O intervalo de tempo ao fim do qual o volume armazenado é máximo, obtém-se anulando a derivada em ordem a t:

t

q

t

a

V

H

V

_a

=

−

_e

=

b

+

1 −

_s

s b a

_a

_b

_t

_q

dt

dV

−

+

=

0 (

1 )

HIDROLOGIA URBANA

Bacia de retenção – Dimensionamento (método holandês)

O volume armazenado máximo, expresso em mm, sobre a área activa da bacia, será: ou b s s b b s máx

b

a

q

b

a

q

a

Va

V

1 1

)

1 (

)

1 (



_









+

−













+

=

+

CA

b

a

q

b

a

q

a

V

b s s b b s 1 1

)

1 (

)

1 (

10 _











+

−

























+

=

+

(37)

73

Na figura pode observar-se um desenho esquemático correspondente ao raciocínio efectuado

HIDROLOGIA URBANA

Bacia de retenção – Dimensionamento (método holandês)

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:

HIDROLOGIA URBANA

Bacia de retenção – Exemplo de cálculo

582 . 0

51 .

4

−

=

t

i

(38)

75

IPB - L. E.Civil - Hidráulica Aplicada II José L. S. Pinho - Univ. Minho Resolução analítica

A=10 ha; a=4.5; b=-0.582; C=0.85

Aplicando a fórmula do volume máximo armazenado, vem

HIDROLOGIA URBANA

Bacia de retenção – Exemplo de cálculo

min

/

42 .

0

60

36 .

0 /

600 mm

CA

q

s

L

q

=

→

s

=

3 1 1

656 )

1 (

)

1 (

10 CA

m

b

a

q

b

a

q

a

V

b s s b b s

=













+

−

























+

=

+ Resolução gráfica

HIDROLOGIA URBANA

Bacia de retenção – Exemplo de cálculo

H (mm) H=4.51t0.418 1º Passo qs=0.42 mm/ min 2º Passo 3º Passo 4º Passo ∆H=8mm V=0.008*0.85*10*10000=680 m3

(39)

77

HIDROLOGIA URBANA

Bacia de retenção – Funcionamento (Duflow)

PROGRAMA DUFLOW