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/URCArenatodeof@gmail.com

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

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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

renatodeof@gmail.com

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 RodoviasVazão de ProjetoEM

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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.