Engenheiro Plinio Tomaz
1
Introdução: alguns créditos do LEED
2
SS 6.1-Quantidade de águas pluviais
3
SS 6.2- Qualidade das águas pluviais
4
Triângulo do manejo de águas pluviais
5
Ciclo hidrológico básicotentamos manter o ciclo hidrológico: voltar ao que existia
6
Bacia Hidrográfica
7
Conceito de bacia
8
Método Racional
Áreas até 3km2
Q=CIA/360
Sendo:
Q= vazão de pico (m3/s)
C= coeficiente de runoff (adimensional)
I= intensidade da chuva (mm/h)
A= área da bacia (ha) ≤ 3km2
LEED: o método escolhido deve ser aceito e reconhecido.
Cálculos feitos por engenheiro civil de preferência
9
Método do SCS Método do SCS (Soil Conservation Service)
Publicado em 1976 nos Estados Unidos
Bacias de 2 km2 a 5.000 km2
Usado nos Estados Unidos
Conceito de hidrograma unitário
Usa o tempo de concentração tc
Precisa da chuva excedente em um intervalo de tempo.
Escolha da duração da chuva: 2h, 6h, 24h
Difícil de ser aplicado para quem não é dedicado ao assunto
10
Método SCS TR-55 Publicado em 1976
40 há até 65 km2
Duração da chuva: 24h
Bom para determinar a vazão de pico
Não é muito usado no Brasil
Hietograma de chuva: Tipo I, IA, II e III
Precipitações médias mensais
12
Erosãoaltera o ecossistema aquático
13
Impactos devido a impermeabilização do solo: Pesquisas americanas. Não temos pesquisas no Brasil
14
Pluviômetro: chuvas diárias
15
Pluviógrafo: precipitação x tempo
Caçamba basculante; pluviógrafo de peso e pluviógrafo de flutuador
16
Curva dos 100 anos
17
EnchentesPeríodo de retorno de 100anos (Inglaterra: 200anos)
18
Mapa com a inundação chuva de 100anos
19
Como calcular a curva dos 100anos? Primeiro: calcular a vazão de pico na seção escolhida para Tr=100anos.
Segundo: temos a vazão e um perfil da seção no local.
Terceiro: adote uma altura y qualquer e calcular a vazão Q100 calculada usando a equação de Manning.
Q= (1/n) x Ax R (2/3) x S0,5
A= área molhada (m2)
S= declividade (m/m)
Se Q calculado for igual a Q100 OK, caso contrario aumente ou diminua o valor de y até achar a vazão Q100 calculada.
Quarto: o método é feito por tentativas para cada seção.
20
Leito menor Tr=1,5 a 2anos Rio Paraguai/Tucci e Gens, 1991 Tr=1,87anos(afastamento 15m (?), Código Florestal)
Leito maior Tr=100anos(Enchentes)
21
Observação: LEED
LEED define para NC, Schools e CS no SS credit 1:
Não há crédito se a área de pré-desenvolvimento estiver 1,50m (5feet)abaixo da cota dos 100 anos.
.
22
Leed: piso 1,5m acima de Tr=100anos(não há lei e nem normas mundiais)
Tr = 100 anos
>=1,5 m
Eng. Plínio Tomaz 23
Tempo de concentraçãoDefinição:
Tempo que a partícula de água mais distante chega ao ponto escolhido. Geralmente é calculado em minutos.
Várias fórmulas:
24
Tc usando tempo de escoamento superficial
• V= K . S 0,5
Sendo:
V= velocidade média (m/s)
S= declividade média do talvegue (m/m)
K= coeficiente dado pela tabela adiante
25
Tc usando tempo de escoamento superficialUso do solo re gime de
escoamento Coeficiente K
Floresta com muita folham no solo
0,76
Area com pouco cultivo, terraceamento
1,52
Pasto ou grama baixaAreas cultivadas
2,132,74
Solo quase nu sem cultivo 3,05
Caminhos de escoamento em grama, pastoSuperficie pavimentada; pequenas bossor9ocas de nascentes.
4,57
6,10
26
Tc usando tempo de escoamento superficial
Exemplo:
Calcular o tempo de trânsito de um pasto com 150m e 5% de declividade média;
Da Tabela achamos K=2,13
V= K . S 0,5
V= 2,13 . 0,05 0,5
V=0,48m/s
Tempo de trânsito = L/V = 150m/ 0,48m/s=313s=5,2min
27
Tc pela fórmula California culvertspractice
Tc= 57 x L 1,155 x/H 0,385
Sendo:
Tc= tempo de concentração (min)
L= comprimento do talvegue (Km)
H= diferença de cotas entre a saída da bacia e o ponto mais alto do talvegue (m)
Análise:
Áreas rurais maiores que 1km2
Aconselhado pelo DAEE para pequenas barragens
28
Período de retorno Período de retorno (Tr) é o período de tempo médio que
um determinado evento hidrológico é igualado ou superado pelo menos uma vez.
Tr= 1anos ou 2anos para evitar erosão a jusante ( correto é usar entre 1,5anos e 2,0nos)
Tr= 25anos para enchentes
Tr= 100anos
Período de retorno do Vertedor: H≤ 5m Tr=100anos
5<H≤15m Tr=1.000anos
H>15m Tr=10.000anos
29
Probabilidade (p) e período de retorno (T)
P= 1/T Exemplo: T=100anos
P= 1/100= 0,01 (1%) Há 1% de probabilidade em um ano de termos uma chuva
superior a aquela que estimamos.
Exemplo: T= 2anos
P= 1/T=½= 0,5 (50%) Há 50% de probabilidade em um ano de termos chuvas
superior a aquela que estimamos
30
Tc Federal Aviation Agency É válida para pequenas bacias onde o escoamento superficial sobre o
solo predomina. O comprimento, declividade e o coeficiente de runoffsão para o escoamento principal do talvegue.
tc= 0,69 . (1,1– C). L 0,5 . S –0,33
Sendo: tc= tempo de concentração (min); C= coeficiente de runoff do método racional L= comprimento (m) máximo do talvegue deverá ser de 150m; S= declividade média (m/m) Nota: talvegue é o fundo do vale por onde escoa as águas pluviais
quando chove ou por onde passa um córrego ou rio. Usado no Aeroporto Internacional de Guarulhos
31
Tempo de concentração(entrada)
Urban Storm Drainage Criteria Manual, Denver, Colorado, 1999 (USDM).
Para microdrenagem (áreas até 120ha?)
tc= L / 45 + 10 Sendo:
tc= tempo de concentração (min)
L= comprimento (m)
Exemplo:
L= 100m
tc= 100/45+10= 12min ( o valor calculado não pode ser maior que 12min)
tc do ponto mais longe até uma boca de lobo
32
,
Conceito de Impacto Zero Vazão
infiltração
33
Teoria do Impacto Zero (invariância hidráulica-Itália)vazão
A vazão de pós-desenvolvimento deverá ser igual a de pré-desenvolvimento.
Pré-desenvolvimento: é o terreno natural sem compactação do solo (estradas, máquinas, pessoas, pisoteio bovino, etc). Consideramos 5% a 10% de área fica impermeabilizada (Plinio)
Nota: A) existem regiões que adotam a vazão de pré-desenvolvimento por ha.
Exemplo: 24 L/sxha
Itália: 20 L/sxha ou 40 L/sxha
Paris 10 L/sxha (350km de canais unitários) e 2 L/sxha (Rio Sena e afluentes)
São Paulo: 25 L/s x ha
B) Existem obras ou canais já construídos que servem como limitador
de vazão no pré-desenvolvimento.
34
Teoria do Impacto Zero (invariância hidráulica- Itália)infiltração
Volume infiltrado no pré-desenvolvimento= Vpré
Volume infiltrado no pós-desenvolvimento =Vpós
Volume de pós= Volume de pré
35
Balanço hídrico: pré e pós desenvolvimentoTeoria do Impacto ZeroQuantidade
36
37
38
Áreas de inundaçãopré e pós desenvolvimentoQuantidade
39
Período de retorno de vertedor de barragem
40
BarramentosPeríodo de retorno Tr para dimensionamento do vertedorDAEE, Instrução DPO 02/2007
41
Maior altura do barramento H
(m)
Sem risco para habitações ou
pessoas a jusante
Com risco para habitações ou
pessoas a jusante
H≤ 5 100 500
5<H≤ 10 500 1.000
H>10 1.000 10.000
Instrução DPO 002/ 2007 DAEE
42
Obra hidráulicaFolga (freeboard) f
(m)
Canalização aberta ou fechada e galerias
f≥ 0,20 h
Pontes f≥ 0,20 h com f ≥ 0,40m
Barramento f≥ 0,10 h com f ≥ 0,50m
Bueiro Não tem recomendação
Inicio do exemplo 1
Caso 1
Opção 1
43
Exemplo 1 Dados:
Area= 3ha
Talvegue=L= 260m
Declividade média do talvegue= 0,03m/m (%)
Area impermeável pré= 10% (Nota: AI < 50%)
Area impermeável pós= 60%
Município: Santa Bárbara do Oeste/SP
Opçao 1= vazão de pos= vazão de pre
44
Coeficiente C= Rv Rv=0,05+0,009.AI
Pré: AI= 10%
Rv=0,05+ 0,009 x 10= 0,14
Cpre= 0,14
Pós= AI= 60%
Rv= 0,05+ 0,009 x 60= 0,59
Cpos=0,59
45
Tempo de concentração tc tc= 0,69 . (1,1– C). L 0,5 . S –0,33
L=260m
S=0,03m/m
Pré:
Cpre=0,14
tc pré= 0,69 . (1,1– 0,14). 260 0,5 . 0,03 –0,33 = 34min
Pós:
Cpós=0,59
tc pós= 0,69 . (1,1– 0,59). 260 0,5 . 0,03 –0,33 = 18min
46
Intensidade de chuva
1912,174 x Tr0,141
I =------------------------
( t + 19,154)0,857
Tr=1ano e Tr=2anos
t=tempo de duração da chuva= tempo de concentração (min)
47
Intensidade de chuva para Tr=1ano Tr=1 ano ; t= tcpre= 34min
1912,174 x 1,000,141
Ipre (1ano) =------------------------ = 63,5mm/h
( 34 + 19,154)0,857
Tr=1 ano ; t= tcpos= 18min
1912,174 x 1,000,141
Ipre (1ano) =------------------------ =86,3mm/h
( 18 + 19,154)0,857
48
Vazão de pico para Tr=1ano Tr=1ano
Qpre
C=0,14 I=63,5mm/h A=3ha
Qpre= CIA/360 = 0,14 x 63,5 x 3/360= 0,074m3/s
Qpos
C=0,59 I=86,3mm/h A=3ha
Qpos= CIA/360 = 0,59 x 86,3 x 3/360= 0,424m3/s
49
Dimensionamento pelo método Racional
V= (Qós- Qpré) . Td. 60
Sendo:
V= volume de detenção (m3)
Qpós= vazão de pós-desenvolvimento (m3/s)
Qpré= vazão de pré-desenvolvimento (m3/s)
Td= tempo de concentração no pós-desenvolvimento (min)
50
Vazão de pico para Tr=2ano Tr=2anos
Qpré
C=0,14 I=70,01mm/h A=3ha
Qpre= CIA/360 = 0,14 x 70,01 x 3/360= 0,082m3/s
Qpós
C=0,59x95,17 x 3/360= 0,468m3/s
51
Volume de detenção para Tr=1ano
V= (Qpós- Qpré) . Td
V1ano= (0,424- 0,074) x 18min x 60= 378 m3
52
Intensidade de chuva para Tr=2anos Tr=2 anos ; t= tcpré= 34min
1912,174 x 2,000,141
Ipre (2anos) =------------------------ = 70,01mm/h
( 34 + 19,154)0,857
Tr=2 anos ; t= tcpos= 18min
1912,174 x 2,000,141
Ipre (2anos) =------------------------ =95,17mm/h
( 18 + 19,154)0,857
53
Dimensionamento pelo método Racional
McCuen, 1998
V= (Qós- Qpré) . Td. 60
Sendo:
V= volume de detenção (m3)
Qpós= vazão de pós-desenvolvimento (m3/s)
Qpré= vazao de pré-desenvolvimento (m3/s)
Td= tempo de concentração no pós-desenvolvimento (min)
54
Volume de detenção para Tr=2anos
V= (Qpós- Qpré) . Td
V2anos= (0,468- 0,082) x 18min x 60= 417 m3
55
Conceito de proteção a erosão a jusante
Área de pré-desenvolvimento ≤50%
Opção 1: Qpós=Qpré
A) Tr=1anos
V= 378m3
B) Tr= 2anos
V= 417m3
Escolhemos o maior: Tr=2anos V=417 m3
56
Leis das piscininhas
Lei das piscinhas
Somente para detenção de enchente
57
Lei 12.526/07 Estado de São Pauloenchente
V=0,15 x Ai x IP x t
Sendo:
V= volume em m3
Ai= área impermeável em m2
IP= índice pluviométrico =0,06m/h
t= tempo de duração da chuva=1 h
V=0,15 . Ai . IP . t
Exemplo
V=0,15 x (30000x0,60) x 0,06 x 1= 162m3
58
Continuação do Exemplo 1 Tr=2anos V=417m3
Dimensionamento do reservatório retangular W= largura Comprimento = 2.W Profundidade adotada= H=1,60m V= W x 2W x H 417= 2 x 1,60 W2
W= 11,42 m Comprimento= 2 x W= 2 x11,42=22,84m As= área da superfície= 11,42 x 22,84= 260,83m2
59
Cálculo do vertedor de emergência
Usa-se o vertedor de emergência para Tr=100anos (altura da barragem < 5,00m)
60
Vazão centenária Vazão centenária (Tr=100anos)
1912,174 x 1000,141
I100 =------------------------ ( t + 19,154)0,857
tcpós= 18min 3660,39 I 100=------------------------ = 165,2mm/h ( 18 + 19,154)0,857
Q100= CIA/360= 0,59 x 165,2 x 3 /360= 0,81m3/s
61
Cálculo da largura do vertedor de emergência com vazão Qs
Q= 0,81 m3/s para Tr=100anos
Q= 1,55 x L x H 1,5
Foi adotado H=0,60m
0,81=1,55 x L x 0,6 1,5
L= 0,81/0,72=1,13 m
Portanto, o vertedor de emergência para Tr=100anos terá largura de 1,13m e altura de 0,60m
62
Dimensionamento do orifício Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5
Cd= 0,62= coeficiente de descarga
g=9,81m/s2
h= 1,60m/2= 0,80m
Qpré Tr=2anos= 0,082m3/s
Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5
0,082= 0,62 x Ao x (2x9,81x 0,80)0,5
Ao= 0,082/2,456= 0,03339m2
D= (4 x 0,0339/ PI) 0,5
D=0,21m Adoto: D=0,20m (200mm/ 8”)
63
Exemplo 1- Opção 1 Qpós=Qpré
0,50m
0,60m
1,60m
Tr=2anos V=417 m3
0,20m
0,60mx1,13m
Vazão de pós=– vazão de pré= 0,082m3/s
Folga
64
Término do exemplo 1
65
Exemplo 2-
Inicio do Exemplo 2 Mesmos dados anteriores só que queremos fazer
proteção do canal a jusante
Caso 1
Opção 2
66
Exemplo 2- Opção 2Diâmetro do orifício Vcpv= Qpós x tcpós x 60= 0,468 x 18 x 60= 505m3
Q= Vcpv/86400= 505 / 86400= 0,00584m3/s Equação do orifício Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5
Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81m/s2
h= 1,60m/2= 0,80m Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5
0,00584= 0,62 x Ao x (2x9,81x 0,80)0,5
Ao= 0,00584/2,456= 0,00238m2
D= (4 x 0,00238/ PI) 0,5
D=0,06m Adoto: D=0,075m (75mm/ 3”)
67
Exemplo 2- só erosão a jusante com esvaziamento em 24h
0,50m
0,60m
1,60m
Tr=2anos Vcpv=505 m3
Evitar erosão a jusante
0,075m
0,60mx 1,13m
Esvaziamento em 24h
68
SS 6.1
69
Conversões de unidades
1 ft= 0,3048m
1 ft3/s= cfs= 0,028317 m3/s = 28,317 L/s
1 acre-foot= 1.233,489 m3
1 ft/s= 0,3048 m/s
70
Inicio do Exemplo 3
71
Coeficiente C de runoffcalculado
Rv= coeficiente volumétrico de Schueler
Rv=C
Rv=0,05 + 0,009 x AI
AI= área impermeável (%)
Pré-desenvolvimento
AI= 100%
Rv= 0,05 +0,009 x 100= 0,95
72
tc= 0,69 . (1,1– C). L 0,5 . S –0,33
C=0,95
L=260m
S=0,03m/m
tc pós= 0,69 . (1,1– 0,95). 260 0,5 . 0,03 –0,33 = 10,31min
73
Exemplo 3
Caso 2- Area original superior a 50%
74
Exemplo 3- AI pre>50% Usa SOMENTE Tr=2anosPre=100 % e pos=60% impermeável
Caso 2- AI pre>50% Usa somente Tr=2anos
Pré-desenvolvimento Pós- desenvolvimento
AI= 100 AI= 60%
Rv= 0,95 Q(m3/s)= 0,473
tc(min)= 10,31 tc=(min) 18
Tr (anos)= 2 Volume runoff (m3)= 0,473x18x60= 511
I (mm/h)= 116,09 Volume (m3)= 427
A(há)= 3 427= Qpos xtcpos x 60= Qposx18 x 60
Q(m3/s)= 0,92 Qpos=427/(18x60) 0,395
Volume (m3)= 0,92 x 10,31x 60= 569 511- 427= 84
25% menos
V x 0,75=569x0,75= 427
Q x 0,75= 0,69
75
Diâmetro do orifício do Exemplo 3 CPv= 84 m3
Q= 0,395m3/s Equação do orifício
Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5
Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81m/s2
h= 1,60m 0,395= 0,62 x Ao x (2 x 9,81x1,60)0,5
Ao= 0,395/3,47= 0,1138 m2
D= (4 x 0,1138/ PI) 0,5
D=0,38m Adoto: D=0,40m
76
Exemplo 3- AI>50%
0,50m
0,60m
1,60m
Tr=2anos CPv=84 m3
Evitar erosão a jusanteQ=0,395m3/s
0,40m
0,60mx 1,13m
77
Melhoria da qualidade das águas pluviais
Quantidade (enchentes ou e controle da erosão a jusante)
Qualidade
Ecosistema aquático (ecologia)
78
BMPs São as melhores práticas para resolver o problema da
poluição difusa Nota: podemos usar várias BMPs
USEPA catalogou 130 BMPs
Podemos trabalhar com volume WQv ou com áreas (filtro gramado e vala gramada)
79
Procedimentos da ASCE, 1998 conforme Akan, 2003
C=0,858 i3 – 0,78 i2 +0,774.i + 0,04
Po= (a.C). P6
Sendo:
C= coeficiente de runoff
i= área impermeável em fração
Po= volume a ser capturado na bacia (mm)
P6= média das precipitações das chuvas (mm). Nota:
USA: há mapa.
Procedimentos da ASCE, 1998 conforme Akan, 2003
Po= (a.C). P6
Para reservatório de detenção estendido
a=1,109 para esvaziamento em 12h
a=1,299 para esvaziamento em 24h
a=1,545 para esvaziamento em 48 h
Procedimentos da ASCE, 1998 conforme Akan, 2003
Exemplo 4:
São Paulo P6=33mm (95% das precipitações)
Nota: difícil de conseguir !. Em USA há mapas
AI=70%=i=0,70
C=0,858 i3 – 0,78 i2 +0,774.i + 0,04
C=0,50
Po= (a.C). P6
Po= (1,299x0,50)x33=21,2mm
Po= 21,2mm
Vc= (Po/1000) x Area (m2)
A= 8ha x 10000m2
Vc= (21,2/1000) x 8x10000= 1.696 m3
Schueler, 1987
AI= 70% A=8ha=8 x10.000m2 P=25mm
Rv= 0,05 + 0,009x AI = 0,68
WQv= (P/1000) X Rv x A
WQv= (25/1000) x 0,68 x 8 x 10000m2 =1.360 m3
First flush/ Reino Unido
CIRIA C 697, 2007 Londres
The SUDS manual.
Usa os primeiros 10 mm de precipitação para o firstflush
BMPs International Stormwater BMP database
400 BMP ano 1996
ASCE, USEPA, FHWA, AWWA, WERF
www.bmpdatabase.org
BMPs vem se tornando uma norma para tratamento do runoff em volume e qualidade.
BMP, ASCE, 2006
Recomendado: tratamento em série (trem)
Trenzinho das BMPs, Aukland,2000Controle na fonte (dentro do lote, BMP-LID) como evitar lançamento de
resíduos perigosos a serem levados pelas águas pluviaisNo outro vagão temos as práticas de infiltração, seguido pelo vagão da
filtração e o último vagão são as lagoas
86
BMPs
EPA-SWMM5 (Stormwater Management Model )de abril de 2004 identifica várias BMPs. Software free.
USEPA: UWMRP (Urban Watershed Management Research Program ): state-of- the-practice
BMPs
BMP podem ser:
Estruturais: vala de infiltração, etc
Não estruturais: planejamento, etc
88
BMPs
EPA (Environmental Protection Agency)
Pesquisas constante sobre o assunto
URBAN WATERSHED MANAGEMENT RESEARCH PROGRAM (UWMRP)
Há conhecimento limitado sobre o assunto.
Mas são usadas em todo o mundo
89
Amostradores de águas pluviais
90
BMPTeoria do first flush
P=25mmFrequência das precipitações diárias
(1958-1995) Mairiporã- RMSP
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80 100
Porcentagem do runoff produzido pelas precipitações (%)
Pre
cip
itaçao d
iari
a
que p
rodu
z ru
noff
(m
m)
91
90%
25mm
Melhoria da qualidade das águas pluviais
Teoria de Schueler, 1987 90% das precipitações que produzem runoff eque ocasionará depósito de 80% de TSS (sólidos totais em suspensão).
WQv= (P/1000) x Rv x A
Sendo: WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3) P= 25mm= first flush a ser adotado no Brasil = precipitação média para
Tr=0,5 anos= 6meses A= área da bacia em m2
Segundo o LEED P=25mm em locais de climas úmidos P= 19mm em locais de climas semi-áridos P= 13mm valor mínimo a ser adotado
92
Exemplo 5
93
Exemplo 5-Volume WQv Rv=0,05 + 0,009 x AI
Rv= coeficiente volumétrico
Rv=0,05 + 0,009 x 60=0,59
Rv=0,59 A=3ha P=25mm
WQv= (P/1000) x Rv x A
WQv= (25mm/1000) x 0,59 x 30.000 m2= 443m3
94
Reservatório somente para melhoria da qualidade das águas pluviais WQv= 443m3
Adotando dimensões da área em projeção já usadas
As= área da superfície= 13 x 26= 338m2
H= WQv/ As= 443/338= 1,31 m
Tempo para esvaziar= 24h = 86.400s
Vazão média de escoamento em 24h
Vazão = 443m3/ 86400s= 0,00513m3/s
95
Diâmetro do orifício do Exemplo 5 Deverá passar em 24 horas Vazão = 443m3/ 86400s= Q= 0,00513m3/s Equação do orifício
Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5
Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81m/s2
h= 1,31/ 2= 0,66m TRUQUE Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5
0,00513= 0,62 x Ao x (2x9,81x0,66)0,5
Ao= 0,00513/2,23= 0,0023m2
D= (4 x 0,0023/ PI) 0,5
D=0,054m Adoto: D=0,05m= 50mm= 2”
96
Exemplo 5- Reservatório somente para melhoria da qualidade da águas pluviais usando WQvNotar tubo de 0,05m para escoamento em 24horas.
0,5m
1,31m
0,60m
WQv 24h 443m 3
Vertedor
Folga
0,05m
0,60 x 1,13m
97
Exemplo 6
Junto: quantidade e qualidade
98
Exemplo 6- Reservatório para melhoria da qualidade da águas pluviais usando WQv e enchente TR=2anosNotar tubo de 0,05m para escoamento em 24horas.
0,5m
1,31m
0,60m
WQv 24h 443m 3
Vertedor
Folga
0,05m
0,60 x 1,13m
99
1,60m
Enchente Tr=2anos V= 417m3
Esvazia em 24h
Vazão de pré 0,082m3/s
No Exemplo 6
Juntamos SS6.1 caso 1 opção 1 com SS6.2
Fazendo reservatório WQv para melhoria da qualidade das águas pluviais.
100
Recarga de aquíferos
101
Recarga de aquífero Método semelhante ao de Horsley aplicado ao Brasil.
F=fator de recarga
Grupo de solo A F=0,30
Grupo de solo B F=0,20
Grupo de solo C F=0,10
Grupo de solo D F=0,03
102
Recarga de aquífero Método do Volume de recarga
Rev= F x WQv
Rev= volume de água necessário para recarga (m3) Nota: não é todo o volume WQv que precisamos para a recarga.
Método da Área para recarga
Rea= F x A x Rv
A= área da bacia (m2)
Rv= coeficiente volumétrico Rv=0,05+0,009 x AI
103
Recarga de aquíferos Exemplo 6:
A= 3ha, AI=60% P=25mm Solo tipo B do SCS
Rv=0,05+0,009 x 60=0,59
WQv= (25/1000) x 0,59 x 3 x 10.000= 443m3
Em volume:
Rev= F . WQv= 0,20 x 443= 89m3
Para fazer trincheira de infiltração ou bacia de infiltração.
Em área:
Rea= F x A x Rv == 0,20 x (3 x 10000) x 0,59= 3.540m2
para fazer faixa de filtro gramada ou vala gramada
104
Reservatório de detenção estendido
105
Reservatório de detenção estendido
106
Reservatório de detenção estendido(enchente+melhoria da qualidade das aguas pluviais)
107
Reservatório de detenção estendido
108
Reservatório de detenção estendido
109
Reservatório de detenção estendido
110
Reservatório de detenção estendido
111
Origem do método de cálculo SCS
Qpós
Qpré
tb=2,67tc
Area volume hachurado
Tempo
Q (m3/s)
112
Origem do método de cálculoSCS
Existe o triângulo com vazão de pico Qpós e outro com vazão Qpré. Temos que achar o volume V hachurado.
Portanto, temos:
V= (2,67tcpos) x Qpós/2 – (2,67tcpos) x Qpré/2
V= 2,67tcpos. 0,5(Qpós-Qpré)
V= 0,5 . (Qpós-Qpré) . 2,67 . tcpos . 60
Deixar passar: Qpré
113
Reservatório de detenção estendido
Finalidades mais usadas: Enchente (Tr=25 anos)
Qualidade (WQv)
Menos usada: Controle da erosão a jusante usando o volume CPv
para Tr=2 anos e volume WQv
114
Eficiência do reservatório de detenção estendido
115
TSS TP TN Metais pesados
Reservatório de detenção estendido
61% 19% 31% 26 a 54%
Exemplo 8-Vazão Tr=25anos Vazão (Tr=25anos)
1912,174 x 250,141
I25 =------------------------ ( t + 19,154)0,857
tcpos= 18min 3010,43 I 25 =------------------------ = 135,87mm/h ( 18 + 19,154)0,857
Q25 pos= CIA/360= 0,59 x 135,87 x 3 /360= 0,67m3/s
116
Vazão Tr=25anos Vazão (Tr=25anos)
1912,174 x 250,141
I25 =------------------------ ( t + 19,154)0,857
tcpre= 34 min 3010,43 I 25 =------------------------ = 99,96 mm/h ( 34 + 19,154)0,857
Q25 pre= CIA/360= 0,14 x 99,96 x 3 /360= 0,12 m3/s
117
Reservatório de detenção estendido Tr=25anos
V= 0,5 . (Qpós-Qpré) . 2,67 . tc . 60
Deixar passar: Qpré
V= 0,5 x (0,67-0,12) x 2,67 x 18 x 60 = 891 m3
Deixar passar: Qpré =0,12m3/s
As= 338m2
891m3/ 338 m2 = 2,64 m (altura)
118
Diâmetro do orifício CPv =505m3
Deverá passar em 24 horas para Tr=2 anos Vcpv= Qpos x tc x 60= 0,468 x 18 x 60= 505m3 As= 338 m2
WQv= 443 m3
Entre os volumes 505 m3 e 443 m3 adoto 505m3 para esvaziar em 24 h Altura= 505/ 338 m2= 1,49 m Vazão = 505/86400 s= Q= 0,00584 m3/s Equação do orifício
Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5
Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81 m/s2
h= 1,49/ 2= 0,745m TRUQUE Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5
0,00584= 0,62 x Ao x (2x9,81x0,745)0,5
Ao= 0,00584/2,37= 0,00246m2
D= (4 x 0,00246/ PI) 0,5
D=0,056m Adoto: D=0,075 m= 75 mm=3”
119
Diâmetro do orifício detenção estendido Qpré=0,12 m3/s Qpré= 0,12 m3/s
Equação do orifício Q= Cd . Ao . (2.g.h)0,5
Cd= 0,62= coeficiente de descarga
g=9,81 m/s2
891 m3 /338m2 = h= 2,64 TRUQUE
Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5
0,12= 0,62 . Ao x (2.9,81. 2,64)0,5
Ao= 0,12/4,46 = 0,0269 m2
D= (4 x 0,0269/ PI) 0,5
D=0,185m Adoto: D=0,20m= 200 mm= 8”
120
LEED -Reservatório de detenção estendidoProteção do canal a jusante SS6.1-Quantidade e SS6.2 QualidadeVazão de pré e pós-desenvolvimento SS6.1 case 1- Option 1Melhor e mais usado: quantidade (tubo de 0,20m) e qualidade (tubo de 0,075m). Reservatório ficará seco depois de 24hExemplo 8-
0,50m
2,64m
1,49mWQv 443m3
Tr=2anos Cpv=505 m3
0,075m
0,60m x 1,13m
CPv= 511 m3 Vale o maior
Detenção estendida Tr=25anos 891 m3
0,20m
Esvazia em 24h
121
Reservatório de retenção
(wet pond) Volume permanente (1 WQv) 2WQv ou 3 WQv
Bigger is better (Schueler, 1987)
Volume temporário (1 WQv )
122
Eficiência do reservatório de retenção
123
TSS TP TN Metais pesados
Reservatório de retenção
68% +-10%
55% +- 7% 32 +- 11% 36% a 65%
Reservatório de retençãonunca fica seco: precisa de uma certa área da bacia (mínimo 10ha); impermeabilização do fundo com argila ou geotêxtil impermeável
124
Reservatório de retençãoFazer balanço hídrico para ver se o reservatório não ficará seco durante alguns meses por ano.
125
Reservatório de retenção(Wet Pond)
(valoriza os imóveis em até 28%)
126
Reservatório de retenção(wet pond)
Pode ser construída:
On line: WQv permanente e WQv temporário + volume para enchentes
Off line: WQv permanente e WQv temporário
127
Reservatório de retenção(wet pond) Muito eficiente para a remoção dos poluentes
Alguns dizem que é mais eficiente que wetland
TSS remove 80%
TP remove 50%
TN remove 35%
Metais remove 60%
Bactérias remove 70%
128
Reservatório de retenção(wet pond)
Area mínima de 10ha e máxima de 60 ha.
Cuidado com a vazão base (Plinio: mínimo 10 ha)
Profundidade mínima =0,90m
Profundidade máxima= 0,90 a 1,80m
Talude laterais: 1:3
Relação comprimento/largura: 3:1
129
Reservatório de retenção(wet pond) Esvaziamento do reservatório temporário em 24
horas
Vertedor de emergência: Tr=100 anos
Pernilongos (Culex): usar inseticidas
Aedes aegypti (dengue): buscar animais que se alimentem deles, mas não resolve totalmente o problema.
130
Reservatório de retenção (wet pond) off lineVolume PermanenteVolume TemporárioExemplo 9- Atendimento SS6.2NOTA: posso fazer em cima o reservatório para Tr=2anos para proteção de erosão a jusante
0,60m
1,11m
1,11m
WQv 443m3 Temporário
0,075m
0,60mx 1,13m
NA máximo maximorum Vertedor de
emergência
WQv 443m3 Permanente
0,50m folga
Esvazia em 24 h
131
Gráfico para Wet Pond para achar a remoção de TSS entrando com relação volume do reservatório permanente/ WQv(Bigger is better: Schueler, 1987)
Denver recomenda: 1,00 a 1,5California Stare water control board: 3 a 5
132
Trash Rack
133
Proteção contra entupimentos
134
Trash rack ( ≤ 0,15m)(Há cálculos da área da grade e da perda de carga)
135
Cálculo do trash rack A= área do trash rack (m2)
Ao= área da tubulação (m2)
A/Ao = 77 / e -0,00488.D
Exemplo 10: D= 100 até 500mm
A/Ao= 77 / e -0,00488x100 = 47,27
Ao= PI x D2/4= 0,00785m2
A= 0,00785 x 47,27= 0,37m2
136
Trash Rack
137
Trash rack
Acima de 600mm
At/Ao= 4
138
Infiltração
Melhoria da Qualidade das águas pluviais (WQv) e Recarga do aquífero subterrâneo (Rev)
FimInicio InfiltraçãoBMP
K>>7mm/h
K<7mm/h
K>7mm/h
Routing
WQv
Rev≤ recarga
Rev>>recarga
Pavimento permeável A) pavimento modular
B) pavimento poroso (concreto ou asfalto)
141
Pavimento permeávelpavimento poroso de concretoBMP
142
Pavimento poroso de concreto
143
Pavimento permeável pavimento poroso de asfaltosem agregados finos ≤ 600µm
144
Pavimento permeável Clogging: entupimento. É o grande problema.
Clogging se inicia com sujeira e poeira entre 1,4kg/m2 a 3,0 kg/m2 (Pesquisa Canadá)
Pesquisas: em 3 anos entope 50%
Pavimento modular é menos sensível ao cloggingdo que o pavimento poroso.
Percolação no pavimento poroso: 4000mm/h
Juntas do pavimento modular: 14.000mm/h
145
Pavimento permeável
Alemanha- pavimentos permeáveis devem ter capacidade mínima para 270 L/s x ha. Brasil (?)
Vida útil de um pavimento permeável de 20anos.
Manutenção: 4 vezes por anos: Equipamentos de vácuo e jato de água (caro)
146
Pavimento modular (concreto ou PVC)
147
Pavimento modularBMP
148
Pavimento modular
149
Pavimento modular
150
Pavimento modular
151
Pavimento modular
152
Pavimento modularBMP
153
Pavimento modularArea ≤ 2ha S ≤ 5%Lençol freático: 1,20m K≥3,6mm/h (CIRIA)
154
Eficiência do pavimento modular
155
TSS TP TN Metais pesados
Pavimento modular
82% a 95% 65% 80 a 85% 98 a 99%
Pavimento modular Abaixam a temperatura cerca de 9ºC
Alternativas para diminuir os efeitos da ilha de calor:
árvores, pintar o telhado de branco, telhado verdes e pavimentos permeáveis.
156
Pavimento modular Há três tipos básicos;
Tipo A - Quando toda a água é infiltrada
Tipo B - Somente parte da água é infiltrada
Tipo C - Nada é infiltrado
Pavimento modularTipo A-Quando toda a água é infiltrada
Dimensionar um pavimento modular(Tipo A) Porosidade específica da brita britada=0,32
Área = 100m2
K= 7mm/h (condutividade hidráulica)=0,007m/h
H= (D/n) x (I- K)
Duração da chuva=D=60min= 1h Tr=25anos RMSP
Intensidade da chuva =I=70,5mm/h=0,0705m/h
H= (1,00h/0,32) x (0,0705 – 0,007m/h)=0,20m
Adoto: espessura H= 0,25m
Bidim Tempo de esvaziamento = (n x H)/K= (0,32 x 250)/7= 11,4 (12h)
Modelo simplificado Exemplo:
WQv= 443 m3 para A=3ha AI=60% K= 7mm/h
d= WQv/ (A x n)
A= área do pavimento modular= 1000m2 (hipótese)
d= espessura da camada de pedra (m)
n= porosidade específica da pedra britada= 0,30
d= 443/ (3000 x0,30) =0,49m
Tempo de esvaziamento
T= d .n/ K= 490 x 0,30/ 7 =21h (ideal entre 24h e 72h)
160
Pavimento modularTipo B – quando parte da água se infiltraDifícil de calcular
Pavimento modular Tipo C – nada se infiltraA água toda é drenada
Pavimento modularTipo C Temos que achar o diâmetro do tubo de drenagem e o
espaçamento.
E= 2x h/(q/K)0,5
Sendo:
E= espaçamento dos tubos em paralelo (m)
h= altura da camada de pedra (m) K= condutividade hidráulica da pedra (m/s)= 0,001m/s
q= intensidade da chuva (m/s). Vários Tr
Pavimento modularTipo C- nada se infiltra Exemplo 11:
Área do pavimento modular= 3.540m2
Solo impermeável
Pavimento modular Tipo C com drenos
Pavimento modularTipo C Exemplo continuação
Superfície plana adotada
Altura de pedra adotada= h=0,40m
Intensidade da chuva q (m/s)
Q= 53mm/h para RMSP Tr=5anos 1hora
Q= 53mm/h=0,00001444m/s
Pavimento modular Exemplo continuação
E= 2x h/(q/K)0,5
E= 2x 0,40/(0,00001444/ 0,001)0,5
E= 6,7m= espaçamento
Escolha: tubo 150mm, 1% de declividade, seção plena: 0,013m3/s (nota: poderíamos escolher y=2/3D ou y=0,8D)
Vazão total de drenagem= A x q= 4271m2 x 0,0000144m/s=0,061m3/s
Numero de tubos= 0,061m3/s/ 0,013m3/s=4,7 tubos
Adotamos 5 tubos em paralelo
Pavimento poroso (concreto ou asfalto)
167
Pavimento poroso (concreto ou asfalto)
A= WQv/ [n . d + (K/1000) x T + np . dp] Sendo:
A= área da superfície do pavimento poroso de concreto ou asfalto (m2)
WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3)
n=porosidade média da pedra britada =0,32
d= espessura da camada de pedra britada (0,25m≤d≤1,20m)
K= condutividade hidráulica (mm/h) ≥ 7mm/h
T= tempo para encher o reservatório de pedra britada (h). T=2h
np= porosidade efetiva do concreto ou asfalto poroso=0,18 (entre 0,15 a 0,22)
dp=espessura do concreto ou asfalto poroso (0,05m <dp<0,10m)
168
Pavimento poroso (concreto ou asfalto)
Tempo de esvaziamento Td
Td= (d . n) / (K/1000)
Sendo:
d= altura da camada de pedra (m)
n= porosidade efetiva da pedra
K= condutividade hidráulica (mm/h)
Td= tempo de esvaziamento (h) Td≥12
169
Pavimento poroso(exemplo de pavimento poroso de concreto)
Exemplo 12: Estacionamento com 6.000m2 irá despejar as águas pluviais em pavimento poroso de concreto.
Solo tem K= 26mm/h, lençol freático 1,50m abaixo do fundo. Achar a a área de pavimento poroso de concreto usando o volume WQv.
Rv= 0,05+0,009 x 100= 0,95
WQv= (P/1000) x Rv x A= (25/1000) x 0,95 x 6000= 143m3
Portanto, deverá ser infiltrado 143m3 no pavimento poroso de concreto.
170
Pavimento poroso de concreto(exemplo) A= WQv/ [n . d + (K/1000) x T + np . dp] WQv= 143m3
n=0,32 (pedra britada)
d= 0,90m (adotado)
K= 26mm/h
T= 2h (enchimento)
np= 0,18 (concreto)
dp=0,075 (espessura do concreto)
A= 143/ [0,32 x 0,90 + (26/1000) x 2 + 0,18x 0,075] =403m2
Portanto teremos uma área de pavimento poroso de concreto com 403m2 de superfície.
171
Pavimento poroso Tempo de esvaziamento
Td= (d . n) / (K/1000)
Td= (0,90 x 0,32) / (26/1000)= 11h
Ideal seria maior que 12h
172
Telhado verde Leed 1 ponto 50% da área telhado
Veremos: como executar
173
Telhado Verde(Projeto de lei na prefeitura do município de São Paulo
174
Telhado verde
175
Telhado verde em indústria
176
Telhado verde
177
Telhado verde Mais antigo: jardins suspensos da Babilônia.
1936 prédio do MEC Roberto Burle Max (paisagista paulista)
1988: Banco Safra em São Paulo
Arquiteta Rosa Grená Kliass
Walter Kolb (Munich e Hannover)
178
Telhado verde Camada de solo: 150mm a 300mm
Plantas nativas resistente ao sol e vento
Vantagem:
Diminui ilha de calor
Menores custos de ar condicionado
Reduz pico de vazão
179
Telhado verde Vegetação extensiva: gramado. Solo de 50mm a
150mm. Plantas nativas
Vegetação intensiva: solo 200mm a 2000mm. Plantas e árvores. Altura de 1m a 5m. Prever as cargas de 300kg/m2 a 1.000kg/m2.
180
Telhado Verde Agricultura urbana
Locais: Rússia, Tailândia, Colômbia, Haiti e Canadá.
Hotel Fairmont, Vancouver, Canadá: alimentos no telhado economiza 35.000 dólares canadenses por ano.
Problema: regiões com ar poluído
181
Telhado Verde Em aprovação na CMSP (Câmara Municipal de São
Paulo)
Método Delfos
Elaboração de projeto de norma de telhados verdes
Aprovado pela ABNT em novembro 2011
Aguardando Comissão de norma técnica
182
Trincheira de infiltração
183
Eficiência da trincheira de infiltração
184
TSS TP TN Metais pesados
Trincheirade infiltração
75% 60% a 70% 55 a 60% 85 a 90%
Trincheira de infiltraçãodura 15anos; lençol freatico: 1,20m ou 1,50m;
185
Trincheira de infiltraçãoCusto C (US$)=1317 x V 0,63
186
Trincheira de infiltraçãosolo tipo A ou Bpedra britada 3 (25mm a 35mm)Infiltração : 7mm/h a 60mm/h
187
Trincheira de infiltração
188
Trincheira de infiltraçãoExemplo 13- Dados: A= 3ha=30.000m2 AI=60%
K= 13mm/h (condutividade hidráulica do solo)
Pedra britada com n=0,40
Rv=0,05 + 0,009 x AI=0,05+0,009 x 60= 0,59
WQv= (P/1000) x Rv x A=
=(25/1000) x 0,59 x 30.000= 443m3
189
Trincheira de infiltraçãoExemplo
dmax= (K . Ts) /n
dmax= profundidade máxima permissível (mm)
K=13mm/h
Ts= máximo tempo permitido entre 24h a 48h
(esvaziamento). Adotamos Ts=48h
n=0,4
dmax= (13 x 48 )/0,40=1560mm=1,56m (dmax <= 2,40m)
190
Trincheira de infiltraçãoExemplo
At= WQv/ (n . d + K.T)
At= área da superfície da trincheira (m2)
WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3)
n= vazios da pedra britada =0,40
K= condutividade hidráulica do solo= 13mm/h
T= tempo de enchimento = 2h (prática)
191
Trincheira de infiltraçãoExemplo
At= WQv/ (n . d + K.T)
At= 443/ [0,40 x1,56 + (13/1000)x 2h]
At= 682m2
Adotando comprimento L=300m
Teremos 682m2/ 300m= 2,27m
Largura da trincheira = 2,27m
Profundidade = 1,56m
192
Exemplo com Rev= 89m3
At= WQv/ (n . d + K.T)
At= 89/ [0,40 x1,56 + (13/1000)x 2h]
At= 137m2
Adotando comprimento L=50m
Teremos 137m2/ 50m= 2,74m
Largura da trincheira = 2,74m
Profundidade = 1,56m
193
Soakaway
194
Infiltração da água de chuva do telhado
(é uma trincheira de infiltração)Inglaterra: Soakaway (muito usado conforme CIRIA)Pode ser: circular ou retangular quando Area <100m2
Trincheira de infiltração quando A> 100m2
195
Soakaway Exemplo 14: telhado com 500m2
Condutividade hidráulica k=f = 20mm/h
Porosidade efetiva da pedra britada=0,40
Tempo de retenção =Ts=24h
Profundidade máxima da caixa de pedra “d”
d= f. Ts/ n= 20 x 24h/ 0,40=1200mm=1,20m
196
Soakaway At= WQv/ (n .d + f. T)
At= área longitudinal da caixa (m2)
WQv= volume de água (m3)
n=0,40 pedra britada
d=1,20m (já calculado)
T= 2h= tempo de enchimento (<2h)
WQv= (P/1000) x Rv x A= (25/1000) x 0,95 x 500=12m3
WQv= 12m3
197
Soakaway At= WQv/ (n .d + f. T)
At= 12/ (0,4x 1,2 + (20/1000) x2)= 23m2
Largura=2,00m
Comprimento= 23/2= 11,5m
Profundidade= 1,20m
198
Rain Garden (bioretenção)
199
Eficiência do rain garden
200
TSS TP TN Metais pesados
Rain garden 80% 65% a 87% 49% 43% a 97%
Rain Garden
201
Rain Garden Profundidade típica= 0,10m a 0,15m
Dimensões usuais: 4m x 12m
Infiltra em 4 a 5 dias
202
Rain Garden
203
Rain Garden Exemplo 15 Achar o volume para melhoria da qualidade das águas pluviais WQv
para área A=1000m2 e área impermeável AI= 30%.
Rv= 0,05 + 0,009 x AI = 0,05+0,009 x 30= 0,32
Volume WQv
WQv= (P/1000) x Rv x A= (25/1000) x 0,32 x 1000m2 = 8 m3
Dimensão : 4m x 12m= 48m2
Altura= 8/48= 0,17m
204
Canal gramado Nota: a área conta como BMP
205
Eficiência do canal gramado
206
TSS TP TN Metais pesados
Canal gramado
38% +- 31% 14 +-23% 14% +- 41% 9% a 62%
Canal gramado: capítulo 21
Com modelo do Akan, 2010 ficou fácil
Depende:
declividade,
tipo de grama: batatais, bermuda, esmeralda, Santo Agostinho, São Carlos, etc
n coeficiente de Manning: depende da velocidade, altura da grama, densidade da grama em pedúnculos/m2, índice da curva de retardo.
tensão trativa máxima que depende do coeficiente de retardo do SCS,1969 (A,B,C,D,E) conforme pesquisa do SCS.
207
Vários tipos de gramas usados no Brasil
208
Canal gramado
209
Canal gramadoFórmula de Chen e Cotton, 1988 (Akan)
n= (3,28. R) 1/6 /[ Cn+19,97 log(3,28.R) 1,4 So 0,4] Sendo:
n= rugosidade de Manning
R= raio hidráulico (m).
R= A/P
A= área molhada (m2)
P=perímetro molhado (m)
Cn= coeficiente de retardo adimensional escolhido na Tabela (21.16)
So= declividade do fundo do canal (m/m)
210
Coeficientes de retardo Cn de gramas em canais gramados
211
Velocidades máximas conforme classe de retardo
212
Exemplo 16baseado em Akan, 2010 Dimensionar canal gramado com grama esmeralda em
um canal trapezoidal com base b=2,00m, declividade So= 0,001m/m, talude m=2,5 e vazão Q=0,85m3/s.
Da Tabela anterior para grama esmeralda que é da classe de retardo D achamos Cn=34,6
A= (b+my)y P=b+2y(1+m2)0,5 R= A/P
213
A cada valor de y achamos Q até Qcalculado= Qprojeto
214
Filter Strip (faixa de filtro gramada)
Nota: a área conta como BMP
215
Eficiência do pavimento modular
216
TSS TP TN Metais pesados
Faixa de filtro gramada
54% a 84% 20%
Faixa de filtro gramada (filter strip)(filtra as águas pluviais)Não tem nada a haver com enchentes e sim com melhoria da qualidade das águas pluviais
217
Faixa de filtro gramada (filter strip)
218
Faixa de filtro gramada
219
Faixa de filtro gramada
220
Faixa de filtro gramada(faixa+canal gramado)
221
Eficiência da faixa de filtro gramada
TSS (sólidos totais em suspensão): 50%
PT (fósforo total): 20%
Metais pesados: 40%
222
Faixa de filtro gramada(estimativas)
223
Parâmetro Area impermeável à montante Area permeável à montante(jardins, etc)
Comprimento paralelo ao fluxo da aguamaximo(entrada)
11 m 23 m 23 m30m
(45,7 m FHWA)
Declividade maxima <2% >2% <2% >2% <2% >2% <2% >2%
Comprimento minimo da faixa paralelo ao fluxo de água
3,00 4,5 6,00 7,5 3,0 3,6 4,5 5,4
Fonte: Estado da Georgia, 2001
Faixa de filtro gramada Exemplo 17
Calcular a largura da faixa de filtro gramada para areaimpermeável a montante com 20m e declividade dafaixa de filtro gramado >2%.
Vendo a tabela escolhemos faixa com 7,5m decomprimento.
224
Reservatório de infiltração (Área da bacia ≤ 6ha)
recarga
225
Reservatório de infiltração(recarga do aquífero)lençol freático ideal: mínimo de 3,00mProblemas em projetos: 50% falhamManutenção: 5% ao ano
226
Reservatório de infiltraçãoCusto C(US$)=162,6x V 0,69
Profundidade: 0,30m a 1,80mTempo de infiltração: 48h e máximo de 72hImportante: pré-tratamento
227
Reservatório de infiltração Exemplo 18: AI=60% A=6ha Rv=0,59
WQv=(P/1000) . Rv . A= (25/1000) x 0,59x6x10.000=885m3
As= SF . WQv / (T . K)
As= área do fundo do reservatório (m2)
SF= fator de segurança=2
WQv= volume do volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3)
T=tempo de infiltração da água no solo entre 24h a 72h
K=condutividade hidráulica do solo (m/h)
d=WQv/ As
d= profundidade do reservatório (m) entre 0,30 a 1,80m
228
Reservatório de infiltração (exemplo)
As= SF . WQv/ (K . T)
T=48h (adoto) K=13mm/h=0,013m/h
As= 2 x 885m3/ (0,013m/h x 48h)=2837m2
d=profundidade do reservatório (m)
d=WQv/ As
d=885m3/ 2837m2= 0,31m
229
Filtro de areia (área da bacia ≤ 4ha)
230
Eficiência do filtro de areia
231
TSS TP TN Metais pesados
Filtro deareia
66% a 95% 4% a 51% 44 a 47% 34 a 88%
Filtro de areia(não infiltra no solo, melhoria da qualidade das águas pluviais)
232
Filtro de areia
233
Filtro de areia
234
Filtro de areia de superfície
235
Perfil de um filtro de areia
236
Tubos perfurados ≤ 150mm
300mm sobre a geratriz superior
Pedras: 100mm a 150mm (pedra 1,2, e 3)
Distância máxima entre tubos= 3,00m
Declividade minima = 1%
Geotêxtil
Buraco: 3/8” (9,53mm)
Camada mínima de areia de 0,45m
237
Filtro de areiaExemplo 19 A=2ha (<4ha) AI=70%
Kareia= 0,45m/dia (19mm/h)
Altura da água=hf= 0,50m
Tempo de escoamento =1,67dias
Altura do filtro de areia df= 0,60m
Rv=0,05+0,009 x 70=0,68
WQv= (25/1000) x 0,68 x 2ha x 10.000m2= 340m3
238
Filtro de areia: exemplo Af= (WQv . df)/ [K . (hf + df) . tf]
Af= área do filtro de areia (m2)
df= altura do filtro de areia =0,60m
K= 0,45m/dia
hf=0,50m (altura da água)
tf= 1,67 dias (tempo para dreno da água na areia entre 1 dia a 1,67dias)
239
Filtro de areia Af= (WQv . df)/ [K . (hf + df) . tf]
Af= (340 x 0,60)/ [ 0,45 x (0,50 +0,60) x 1,67]
Af= 247m2
240
Pré-tratamento em filtro de areia Particularidades do pré-tratamento
Volume do pré-tratamento= 0,25xWQv
Nota: outras BMPs é 0,1xWQv
Vazão que chega ao pré-tratamento
Qo = WQv/ 86.400s
241
Pré-tratamento em filtro de areia(toma-se para sedimentação partículas menos de 20 a 40µm)
As= - (Qo / vs) . Ln (1-E/100) As=
= - (Qo / vs) . Ln (1-E/100)
Para E=90% (eficiência de deposição)
As= 2,3 x Qo/ vs
AI ≤75% 20μm vs= 0,000355 m/s
AI >75% 40 μm vs= 0,001422m/s
242
Pré-tratamento (Forebay)
243
Regulador de fluxo
244
Exigências do Leed nas BMPs Relacionar as BMPs
Porcentagem do site tratado pela BMP
Eficiência de cada BMP em %
Fonte de dados sobre eficiência da remoção de TSS (sólidos totais em suspensão)
Plano de manutenção e operação das BMPs
245
BMPs não estruturais Leed considera: rain garden, valas gramadas e
filter strip onde é feita a filtração
246
BMP não estruturalLID: Low Impact Development( BMP LID : na fonte): rain garden
247
LID não estrutural
Reduzir superfícies impermeáveis
Deixar vegetação junto ao rios (área ripariana)
Proteger os caminhos naturais das águas pluviais
Minimizar a compactação do solo
Evitar de fazer muitas escavações
248
Planejamento e uso do solo(Espanha,Portugal, Alphaville, etc)
249
Planejamento e uso do solo
250
Planejamento e uso do solo
251
Remoção de TSS, TP e TN TSS= sólidos totais em suspensãoTP= fósforo totalTN= niltrogênio total
Tipo de BMP TSS TP TN
Bacia de infiltração 80% 60% 50%
Canal gramado 70% 30% 30%
Filtro de areia 82% 46% 35%
Rain garden 90% 72% 58%
Reservatório de retenção 75% 52% 30%
Reservatório de detenção estendido 53% 25% 30%
Trincheira de infiltração 75% 55% 58%
Vala gramada 48% 30% 30%
Manutenção e operação anualTipo de BMP Manutenção e operação anual
Reservatório de detenção seco 3 a 6%
Trincheira de infiltração 3 a 20%
Pavimento poroso de concreto 5%
Vala gramada 5% a 7%
Reservatório de retenção 3 a 5%
Wetland construída 1 a 5%
Faixa de filtro gramada US$ 250/ha a US$ 3.500/ha
Consumo relativo da BMP da área impermeável da BaciaTipo de BMP Porcentagem de área impermeável
da bacia
Res. detenção 2 as 3%
Wetland construída 3 a 5%
Trincheira de infiltração 2 a 3%
Reservatório de infiltração 2 a 3%
Filtros de areia 0 a 3%
Custos das BMPs em dezembro de 2010.
Reservatório de detenção estendido C= 251,42. V 0,76
Reservatório de retenção C=415,65. V 0,71
Wetland construída C=519,14 .V 0,71
Trincheira de infiltração C=2206,71. V0,63
Reservatório de infiltração C=267,00 .V 0,69
Filtros de areia C= K x A em ha K varia de 6.678 a 13.358
Canal gramado US$ 3,74/m2 a US$ 7,49/m2
Pavimento poroso US$ 45,00/m2
Recomendações do Leed nas BMPs
1. Descrever todas as BMPs
2. Porcentagem da área usada pela BMP
3. Eficiência de cada BMP em porcentagem
4. Fonte de dado sobre eficiência da remoção do TSS ( sólidos totais em suspensão)
Nota: apenas 1 pontos em SS6.1 e 1 ponto em SS6.2
256
Quantidade e qualidade das águas pluviais para os créditos do LEED
SS6.1-QUANTIDADE SS6.2 –QUALIDADEBMPs
Site: http://www.pliniotomaz.com.br
E-mail: [email protected]
Livro: Cálculos Hidrológicos e Hidráulicos para Obras Municipais: autor Plinio Tomaz
Livro: Poluição Difusa: autor Plinio Tomaz
CD: distribuído
257
Consumo de água em paisagismo
259
Tanque de evaporação Classe AUS$ 1000
260
Objetivo
Obter a evapotranspiração de referência ETo
Achar método simples de cálculo
Fácil aplicação para qualquer lugar do Brasil
261
Métodos existentesevapotranspiração de referência= ETo
Método de Thornthwaite, 1948
Balanço Hídrico pelo método de Thornthwaite-Mather, 1955
Método de Romanenko, 1961
Método de Turc, 1961 para
Método Método de Penman-Monteith, 1998 FAO
Método de Hargreaves
Método de Penman, 1948 para superfícies livres
Método de Blaney-Criddle, 1975
262
Chuvas mensais Chuvas mensais: Instituto Nacional de Metereologia -
INMET
http://www.inmet.gov.br/
Agrometereologia
Agricultura
Balanço Hídrico
Selecione Estado do Brasil
Selecione estação
263
Evapotranspiração pelo método de Thornthwaite Embrapa- Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
http://www.embrapa.gov.br/
Google: pesquisar-Banco de Dados Climáticos do Brasil
Estado
Cidade
Longitude, Latitude, altura,
precipitações mensais e
evapotranspiração
264
Latitude
265
Valores de f* para a formula de Blaney-Criddle
266
Método de Blaney-Criddle, 1975
H*= f* . (0,46 . T + 8,13)
Sendo:
H*= lâmina de água no perÍodo de um dia (mm)
T= temperatura média do mês (º C)
f*= média da porcentagem diária do fotoperíodo anual em latitudes que variam de 10º N a 35º S
267
Exemplo 1: achar o valor de f Exemplo 1: Guarulhos
Latitude 23,5⁰ Sul, temperatura média de janeiro de 23,7⁰C
H*= f* . (0,46 . T + 8,13)
H*= 0,31 x (0,46 x 23,7 + 8,13)=5,9mm
268
Dada a temperatura média do ar do mês
269
Valores de “a” e “b” da formula de Blaney-Criddle
270
Exemplo 2 Razão de insolação: baixa, média e alta
Exemplo: Guarulhos,
Umidade relativa do ar U=73% >50%,
Velocidade média do vento= u2=1,6m/s <2m/s
Relação de insolação (nebulosidaded) =n/N=0,42 insolação baixa
N= número máxima de luz solar (h)
n= horas de sol a= -1,65 b= 0,98
271
Evapotranspiração de referência pelo Método de Blaney-Criddle, 1975
ETo= a + b . H* Sendo:
ETo= evapotranspiração (mm/dia)
a e b são coeficientes obtidos da Tabela anterior
H*= calculado anteriormente (mm)
Exemplo:
• ETo= a + b . H* =-1,65+0,98 x 5,9= 4,1mm/dia
• Janeiro: 31dias 4,1mm/dia x 31dias= 128mm/mês
272
Método de Blaney-Criddle, 1975
273
274
Irrigação de gramados Objetivo:
Estimativa de consumo de água em:
Jardins
Praças
Campos de futebol
Campos de golfe
275
Consumo de água
276
Triângulo da classificação textural25% areia; 60% silte: 15% argilasolo franco siltoso
277
Aspersão
278
Tensiômetro
279
Tensiômetro US$ 500
280
Tensiômetro de faixassemáforo
281
Fertilizantes: N, P e K
282
Evapotranspiração no paisagismo
ETL= ETo . KL
ETo= evapotranspiração de referência (mm/mês)
KL=coeficiente de paisagismo (gramados e arbustos)
ETL= evapotranspiração do paisagismo (mm/mês)
283
Ks, Kd e Kmc(árvores; arbustos; cobertura; misto; gramado)
284
Coeficiente das espécies: Ks Leva em conta quanto a planta precisa de água.
Plantas podem precisar de pouca água e muita água.
Planta que não consume água Ks=0
Critério subjetivo
Não há tabelas que fornecem o Ks para cada tipo de planta.
Escolha depende experiência do projetista
285
Coeficiente de densidade: Kd Áreas com plantas esparsas possuem menor
evapotranspiração.
Áreas com plantas juntas têm maior evapotranspiração
286
Fator de microclima: Kmc Depende da paisagem, temperatura, vento e umidade.
Valores pequenos de Kmc são para áreas com muitas sombras e protegidas pelo vento.
Valores altos de Kmc são devido a locais que possuem muito vento facilitado pelos prédios existentes.
287
Escolha do mês O LEED nos Estados Unidos adota para os cálculos
somente o mês de JULHO porque é o mês que tem maior evapotranspiração.
No hemisfério sul o equivalente é o mês de JANEIRO que de modo geral no Brasil é o mês com maior evapotranspiração.
Nota: para o Brasil fazer os cálculos para os 12 meses.
288
Exemplo com gramado, arbustos e misto. Observar Ks
289
Tipo de paisagismo Area (m2) Ks Kd Kmc KL IE CE Eto ETL
TPWA
(m3)
Arbustos 112 0,2 1,0 1,3 0,26 0,900 1,0 206,13 53,59 6,0
Misto 363 0,2 1,0 1,4 0,28 0,625 1,0 226,79 63,50 23,1
Gramado 84 0,7 1,0 1,2 0,84 0,625 1,0 206,22 173,23 14,6
Total= 559 Total= 43,6
Tipos de gramas Gramas tolerantes a seca
Batatais
Bermuda
Esmeralda
Gramas pouco tolerantes a seca
Santo Agostinho
Coreana
São Carlos
290
Exemplo 3- IrrigaçãoLocal: São Paulo
Grama bermuda
Área= 575.258m2
Tipo de solo: franco-argiloso
Vento: 3m/s
Calcular volume de irrigação necessário mensalmente usando a precipitação efetiva Pe.
Condutividade hidráulica do solo K em (mm/h)
Tipos de solo
Condutividade hidráulica conforme a declividade do
terreno.
4% 8%8% a
12%
12% a
16%> 16%
mm/h mm/h mm/h mm/h mm/h
1 Areia grossa 31,8 25,4 19,1 12,7 7,9
2 Areia média 26,9 21,6 16,3 10,7 6,9
3 Areia fina 23,9 19,1 14,2 9,7 6,1
4 Areia franca 22,4 17,8 13,5 8,9 5,6
5 Franco arenoso 19,1 15,2 11,4 7,6 4,8
6 Franco arenosa fina 16,0 12,7 9,7 6,4 4,1
7Franco arenosa
muito fina15,0 11,9 8,9 6,1 3,8
8 Franco 13,7 10,9 8,4 5,6 3,6
9 Franco siltoso 12,7 10,2 7,6 5,1 3,3
10 Solo siltoso 11,2 8,9 6,6 4,6 2,8
11 Argila arenosa 7,9 6,4 4,8 3,0 2,0
12 Franco argiloso 6,4 5,1 3,8 2,5 1,5
13 Argila siltosa 4,8 3,8 2,8 2,0 1,3
14 Solo argiloso 3,3 2,5 2,0 1,3 0,8
Fonte: Toro Company, 1986 in AWWA, 1993
Da tabela anterior escolhemos para solo franco argiloso
K=1,3 mm/h
Profundidade das raízes Z
Da Figura anterior adotamos profundidade do gramado
RZ= 300mm
Capacidade de armazenamento no solo AWHC
Textura do solo
Capacidade de
campo
θCC
Ponto de Murcha
Permanente
θPM
AWHC=θCC - θPM
(m3/m3, cm3/cm3, mm/mm)
Areia 0,17 0,07 0,11
Areia franca 0,19 0,10 0,12
Franco arenoso 0,28 0,16 0,15
Franco 0,30 0,17 0,18
Franco siltoso 0,36 0,21 0,19
Silte 0,36 0,22 0,20
Franco argiloso siltoso 0,37 0,24 0,18
Argila siltosa 0,42 0,29 0,19
Argila 0,40 0,20 0,20
Da figura anterior escolhemos para solo franco argiloso-siltoso
AWHC= 0,18mm/mm
Agua disponível para a planta na zona das raízes PAW= AWHC . RZ
PAW= água disponível para a planta na zona das raízes (mm)
RZ= profundidade média das raízes para uma determinada hidrozona (mm)
PAW= 0,18 x 300=54mm
Porcentagem de água que pode ser extraída(MAD= Management Allowable depletion)
Textura do solo
Quantidade de água que pode ser extraída
(MAD)
(%)
Argiloso 30
Franco-argiloso 40
Franco-siltoso 40
Franco 50
Franco-arenoso 50
Arenoso 60
Nota: o máximo de MAD é de 50%
Fonte: Adaptado de The Irrigation Association, março de 2005- Landscape Irrigation Scheduling and Water Management.
Consultando a tabela anterior para tipo de solo franco argilo-siltoso MAD= 40%
Quantidade de água que pode ser extraída pelas plantas (AD)
AD= PAW x (MAD / 100)
AD= 54 x (40/100)=22mm
Precipitação efetiva Pe com percentual fixo da USDA-SCS
Categori
a de solo
Tipo de
solo
Profundidade das raízes em milímetros
150mm 300mm 457mm 610mm
Precipitação média mensal efetiva em
(%) da precipitação mensal
1 Arenoso 44 48 52 55
2Franco-
arenoso47 53 58 63
3 Franco 49 57 63 68
4Franco-
argiloso47 55 60 65
5 Argiloso 45 51 55 59
Fonte: The Irrigation Association, março de 2005- Landscape Irrigation Scheduling and Water Management.
Para solo franco-argiloso e profundidade de raízes 300mm escolhemos: 55%
Dica: para planejamento de irrigação RF, máximo de 50%.
RF= 50%
Precipitação efetiva Pe= P x RF /100
P= 254mm para o mês de janeiro
RF= 50%
Pe= P x RF /100
Pe= 254 x 50 /100= 127mm
Mas Pe deve ser menor que P=254mm e ETc=96,2mm.
Portanto, Pe=96,2mm
Eficiência da Irrigação: IETipo de irrigação Eficiência da irrigação
Sprinkler para irrigar árvores e
arbusto0,90
Gotejamento 0,90
Sprinkler rotor em plantas com
filas maiores que 2,40m de largura0,75
Sprinkler em spray(bocal) em plantas
com
filas maiores que 2,40m de largura
0,625
Sprinkler em plantas com
filas menores que 2,40m de largura0,40
Fonte: Water Efficient Landascape, 1993 AWWA
Uso de sprinkler adotamos rendimento de 62,5%, ou seja, IE =0,625
Fator de controle =CEFator de controle CE Condição
0,85 Existe somente sensor de chuva
0,80 Existe somente o controlador
0,60 Existe controlador e sensor de chuva
CE=1,00 Não existe sensor de chuva e nem controlador
0,4 Existe microestação climatológica
Como não temos sensor de chuva e nem controlador
CE=1,00
TWA= quantidade necessária de água para irrigação no mês (m3) TWA = [(ETL – Pe)/ IE] x CE
Janeiro
TWA = [(96,2 – 96,2)/0,625] x 1,00=0
Abril
TWA = [(65,8 – 29,2) /0,625] x 1,00= 58,5mm
Area verde= A=575.258m2 =57,5258ha
Mês de abril
Volume mensal=V= A x 58,5 /1000=33.681m3/mês
Q (L/s)= V / (dias do mês x 86400 x1000)=
Q= [33,681/ (30 x 86400) ]x 1000=13 L/s
Taxa (L/s x ha)= 13/57,5258= 0,23 L/sxha
Média Estado São Paulo 0,37 L/sxha
janeiro fev março abril maio junh julho ago set out nov dez
31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
Precipitaçao (mm/mês)=P= 254 252 201 58 70 39 31 25 75 137 130 215
Evapotranspiaraçao mm/mês Blaney-Criddle= 128 102 109 88 76 65 64 81 85 105 109 125
Ks= fator das espécies (gasto de água)= 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
Kd=fator da densidade das plantas= 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Kmc=fator de microclima (sombra)= 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Coeficiente de paisagismo KL= Ks x Kd x Kmc 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
Etc= Eto x KL (mm/mes)= 96,2 76,4 81,5 65,8 56,7 48,5 48,2 60,9 63,4 78,6 81,9 93,5
Taxa de infiltraçao no solo (mm/h)=solo argila
siltosa, pouco arenosa, pouco porosam mole e
escura 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3
Capacidade de armazenamento no solo AWHC
para solo franco argilo-siltoso 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
Profundidade das raizes (mm)= 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300
Agua dispon ivel para as plantas PAW (mm)= 54 54 54 54 54 54 54 54 54 54 54 54
Fator de agua que pode ser extraido para solo
franco argilo-siltoso MAD (%)= 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00
Quantidade maxima de agua que pode ser
extraida pelas plantas AD (mm)= 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22
Precipitaçao efetiva Tabela 1.13 para solo
franco argilo- siltoso=RF = 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
Pe= P x RF/100= 127 126 100 29 35 20 15 12 38 69 65 107
Pecipitaçao efetiva deve ser menor que P e Etc 96,2 76,4 81,5 29,2 35,1 19,5 15,4 12,5 37,6 68,7 65,2 93,5
Rendimento da irrigaçao adotado=IE= 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625
Fator de controle - Não tem sensor de chuva e
nem controlador=CE= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
TWA= mm/mês com Pe= [(ETc - Pe)/ IE]xCE= 0,0 0,0 0,0 58,5 34,5 46,5 52,4 77,5 41,4 15,9 26,7 0,0
Area verde (m2) a ser irrigada=A= 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258
Volume mensal (m3) com Pe= 0 0 0 33681 19830 26724 30164 44593 23812 9148 15370 0
Vazao em litros/segundo com Pe 0,0 0,0 0,0 13,0 7,4 10,3 11,3 16,6 9,2 3,4 5,9 0,0
Taxa de l/s x ha com Pe= 0,00 0,00 0,00 0,23 0,13 0,18 0,20 0,29 0,16 0,06 0,10 0,00
TPWA= água necessária para irrigação TPWA= TWA – Água não potável
TPWA= é a água potável necessária para a irrigação descontando-se a água não potável
GWPA= 100 x (TWA linha de base – TWA projetado) / TWA linha de base
GWPA= é a porcentagem da redução de água potável (%)
Água não potável = reúso de esgotos, reúso águas cinzas claras, reúso de águas cinzas escuras e aproveitamento de água de chuva.
TWA linha de base = é aquele sistema de irrigação tradicional em que não há sensor de chuvas e nem controlador da irrigação. São de modo os sistemas antigos e é o total de água necessário para um paisagismo linha de base.
TWA projetado= são os sistemas de irrigação projetados em que há sensor de chuva ou e controlado. Poderá haver também o gotejamento.
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Plano de irrigação
Deverá ser apresentado um plano de irrigação
Frequência de irrigação (dias de irrigação)
Horários de rega (manhã ou e noite)
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Observações sobre irrigação no LEED Não usa a precipitação efetiva Pe
Dá pontos quando se usa água de irrigação de reúso ou aproveitamento de água de chuva
Nota: supõe-se que toda água para irrigação é potável
TPWA = TWA – água não potável
GWPA= porcentagem de redução de água potável
Leed GWPA= ( 1- projetoTPWA/baseline TWA) x 100
Leed: se a economia for maior que 50% teremos 2 pontos
Se a economia for de 100% teremos 4 pontos
Nota: quando calcular o baseline o valor Kmc do coeficiente de paisagismo deverá ser o mesmo no projeto.
Instalar medidores para volume a ser irrigado
Manutenção específica para reúso de água cinza
Bibliografia
Bibliografia:
Evapotranspiração (digital free; Plinio Tomaz)
Livro- Consumo de água no paisagismo (Plínio Tomaz)
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Muito obrigado ! 17 de dezembro de 2013
Créditos LEED SS6.1 ; SS6.2 ; BMPs
Irrigação
Plínio Tomaz
Engenheiro civil
Site: www.pliniotomaz.com
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