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Universidade Regional do Cariri – URCAPró – Reitoria de Ensino de GraduaçãoPró – Reitoria de Ensino de Graduação
Coordenação da Construção Civil_______________________________________________________________________
Estimativa da Chuva e Vazão de Projeto Introdução
Prof. Me. Renato de Oliveira FernandesProfessor Assistente
Dep. de Construção Civil/[email protected]
Áreas do conhecimentosÁreas do conhecimentos• Climatologia de chuva da região• Climatologia de chuva da região• Geração e propagação de vazões • Água superficial, subsuperficial e Hidrologia g p , psubterrânea (escoamento)
Hidrologia
• Dimensionamentos de canais (galerias , bueiros e sarjetas)Hidráulica (g , j )
• Dimensionamento de boca de lobo
Hidráulica
Drenagem SuperficialDrenagem Superficial
Chuva de projeto Vazão de ProjetoDimensionamento dos dispositivo de
drenagemdrenagem
• Obtenção e Á •Dimensionamento de
processamento de dados de chuva;•Período de retorno;
•Área de drenagem;•Propagação de vazão;•Método Racional;Mét d SCS
Dimensionamento de bueiros;•Dimensionamento de galerias;
•Eq. De chuva intensa;•Curva IDF
•Método SCS; g ;•Dimensionamento de sarjetas de corte e aterro;
Drenagem Subsuperficial e ProfundaDrenagem Subsuperficial e Profunda
Fluxo Subterrâneo Vazão de projeto Dimensionamento de Drenos
•Escoamento em meio poroso
•Drenos profundos horizontais;•Camada drenante;
•Lei de Darcy;•Coeficiente de permeabilidade; ;p
Fonte: Adaptado do Material de Hidrologia Urbana, FCTH
Universidade Regional do Cariri – URCAPró – Reitoria de Ensino de GraduaçãoPró – Reitoria de Ensino de Graduação
Coordenação da Construção Civil_______________________________________________________________________
CIA
LER
FIC
Drenagem de RodoviasSUPE
Drenagem de RodoviasChuva de ProjetoEM
S
Prof. Me. Renato de Oliveira FernandesProfessor AssistenteN
AG
Professor Assistente Dep. de Construção Civil/URCA
DR
END
Chuva
Chuva
Chuvaógico
droló
o Hid
Ciclo
1 mm de chuva1 mm de chuva...
Série Histórica de PrecipitaçãoSérie Histórica de Precipitação
• Olhando para o passado para projetar as obras do futuro...
160180 Chuva máxima mensal no Crato‐CE (1912‐2011)
100120140160
mm)
406080100
Chuva (m
02040
1912
1916
1921
1926
1931
1936
1941
1945
1950
1955
1960
1965
1970
1974
1979
1984
1989
1994
1999
2003
2008
Mês/Ano Fonte: http://hidroweb.ana.gov.br/
Obtenção e tratamento de dados de chuva
Fonte: http://hidroweb.ana.gov.br/
Chuva de ProjetoChuva de Projeto
• A chuva de projeto (chuva máxima) está associado ao um período de retorno. p
–A escolha do período de retorno (T) serve para compatibilizar os fatores de segurançapara compatibilizar os fatores de segurança (risco de falha) com os fatores econômicos ( í l(períodos de retorno altos estão associados com chuva de projeto de grande intensidade e conseqüentemente obras superdimensionadas – onerosasuperdimensionadas onerosa financeiramente).
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 p qa vazão gerada por essa chuva tenha o mesmo período de retornoperíodo 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.
Período de Retorno da Chuva de Projeto (ou chuva máxima) í d d d d d• O período de retorno depende 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 p j p jelevados, deve‐se adotar um período de retorno alto, em caso contrário deve‐se adotarretorno alto, em caso contrário deve se adotar um tempo de retorno baixo
Equação de chuva intensa no BrasilEquação de chuva intensa no Brasil
• Equação geral (Otto Pfafstetter, 1982)
TK a
)(.btTKim
a
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
Parâmetros da equação de chuvas intensas com o uso do software Plúvio (DEA ‐ UFV)
.TKia
)( btim c
http://www.ufv.br/dea/gprh/index.htm
C IDFCurvas IDF (Intensidade, Duração ( , ç
e Frequência)
26,734.(Tr-2,90)0,098I = (t+10,14)0,798I
5 min< t<240 min
Curva geradas a partir da metodologia de: SOBRINHO, Vicente Fechine. Universidade Federal doCeará, Novembro 2011. Aplicação do Método das Isozonas na Obtenção das Equações IDF de ChuvasIntensas dos Municípios de Juazeiro do Norte, Barbalha e Crato – CE.
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)
Períodos de Retorno UsadosPeríodos de Retorno Usados
Distribuição da chuva no tempo.Método dos Blocos Alternados
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Drenagem de RodoviasSUPE
Drenagem de RodoviasVazão de ProjetoEM
S
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Professor Assistente Dep. de Construção Civil/URCA
DR
END
Área de Drenagem (Bacia Hidráulica)
Gráfico da Vazão Gerada
Geração de escoamentoGeração de escoamento
• Capacidade de infiltração do solo (escoamento Hortoniano)
• Umidade do solo (condição inicial do solo)
A i Silt A ilAreia Silte Argila
Divisor de ÁguaDivisor de Água
Métodos mais usados para estimativa da vazão de projeto
Área (Km2) Método5 R i l i l<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 p p ç g pcom áreas superiores a 10 km2 não se aplica o método racional.
Seleção de metodologias para estimativa de vazões
Vazões MáximasVazões Máximas
Sim NãoDados
Série maior >10 km2
Dados Observado
≤10 km2Série maior que 30 anos
Área da Bacia>10 km≤10 km
Ajustar a uma distribuição de probabilidadeprobabilidade
Método Racional e Racional Modificado
Método do HidrogramaTriangular Sintético
(SCS)(SCS)
Método RacionalMétodo Racional
360
Onde:
Q ‐ vazão de cheia (m3/s);
C coeficiente de escoamento superficial;C ‐ coeficiente de escoamento superficial;
i ‐ intensidade da chuva de projeto (mm/hora);
A ‐ área da bacia hidrográfica de contribuição (ha).
Valores de C de acordo com a ocupaçãoValores de C de acordo com a ocupação
Fonte: W . C O L L I S C H O N N
Valores de C para diferentes usos (Bastos 2009)Valores de C para diferentes usos (Bastos, 2009)
Valores de C para diferentes superfíciesValores de C para diferentes superfícies
Fonte: W . C O L L I S C H O N N
Propagação de vazãoPropagação de vazão
Propagação de vazãoPropagação de vazão
T t /2 tTp=tr/2 + tp
Fonte: LabSid (http://www.daee.sp.gov.br/outorgatreinamento)
Propagação de VazõesPropagação de Vazões
L = 2 0 kmL = 2,0 km
Determinação do tempo de concentração
• Equação de Kirpich:
tc = tempo de concentração (min);
L = comprimento do rio principal (km);
D = declividade média do rio (adimensional):D = declividade média do rio (adimensional):
L = comprimento total do rio (km)p ( )
Li = comprimento de um trecho do rio (km);
Di = declividade de um trecho do rio (adimensional)
k = número de trechos
Determinação do tempo de concentração
• Equação “California Culverts Practice”
• Observação: caso tc < 10 min, adotar 10 min
ção
entraç
conce
os de c
empo
o de
tesumo
Res
Fonte: Bastos, 2009
ção
entraç
conce
os de c
empo
o de
tesumo
Res
Fonte: Bastos, 2009
Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS)Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS)
tp=0,6.tc
tb=2,67.Tp
T = D/2 + tTp= D/2 + tc
Fonte: W . C O L L I S C H O N N
los
e So
los
de
Tip
Número de deflúvio “CN”)
o (C
Nm
ero
a N
úmC
urva
C
(Fonte: WILKEN, 1978)
Bacias UrbanasBacias Urbanas)
o (C
Nm
ero
a N
úmC
urva
C
Bacias RuraisBacias Rurais)
o (C
Nm
ero
a N
úmC
urva
C
Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS)Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS)
• Estimativa da vazão de projeto (vazão máxima)
PkA208360 2 tctrTp .6,02/ hTp
PekmAQp .20836,0 2 • tr: duração da chuva (h)
tc – tempo de concentração (h)
tctrTp .6,02/
hTp p ç ( )
Obs. Alguns autores sugerem tr=tc (bacias pequenas A < 5 km2)Em que:
Qp – vazão de projeto (m3/s);2
tr=tc (bacias pequenas. A < 5 km2)tr=2.tc0.5 (bacias pequenas e grandes)tr=24 h (A > 5 km2)
A‐ área de drenagem (km2);
Tp‐ tempo de pico do hidrograma (horas);
Pe ‐precipitação efetiva acumulada (mm)
Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS)Hidrograma Triangular Sintético (USA SCS)
SP 20 2 SPSPSPPe
2,0,8,02,0
25425400mmS
,Observe que para P< 0.2.S (abstração inicial) Pe=0 mm e Q 0 3/
254CN
mmS Qp=0 m3/s. Não existe escoamento!
P – precipitação acumulada (mm)
CN – valor na curva número (ver tabelas “Tiposde Solos” e “Curva Número”)de Solos e Curva Número )
Umidade do solo e escoamentoUmidade do solo e escoamento
Fonte: FCTH/DAEE
Condição inicial de umidadeç(Os CN’s especificado anteriormente são pra a condição II)
Condição I solos secos: as chuvas nos últimos 5 dias não ultrapassaram 15mm
Condição IIsituação média na época das cheias: as chuvas nos últimos 5 dias totalizaram entre 15 e 40mm
Condição IIIsolo úmido (próximo da saturação): as chuvas nos últimos 5 dias foram superiores a 40mm e as condições meteorológicas foram Condição IIIdesfavoráveis a altas taxas de evaporação
IICN24 P t
IICN23IIICN
IICN058,010IICN2,4ICN
Para converte para as outras condições de
IICN13,010
IIICN
umidade.
ExemplosExemplos
1. Determinar a vazão de projeto para o dimensionamento deum bueiro que será construído em uma cidade próxima aQuixeramobim CE em uma bacia de drenagem com 11 km2Quixeramobim‐CE em uma bacia de drenagem com 11 kmlocalizada em uma área de floresta normal com solo do tipoD. O comprimento do rio principal é de 7 km e suap p pdeclividade é de 1,7%.
2. Determinar o valor da vazão de projeto do exemplo 1considerando a área da bacia como sendo 8 km2.