21 - Hidrologia_Tucci (Cap21)

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804 lIl," "I
REFERÊNCIAS
1- De WIEST, R. J. M. 1965. Geohydrology. New York: John Wlh'vl
2- FETTER, C. W. Jr. 1980. Applied hydrogeology. Bell: ItuwrIl, 1I
3- FREEZE, A; CHERRY, J. ]979. Groundwater. Englewood ('1111
Hall, Inc. 604p.
4- LOHMAN, S. W. 1977. Hidráulica subterrãnea. Baroeltut« Ilili
Ariel, 191 p.
5- Me WHORTER, B.; SUNADA, D. K. ]977. Groundwatrt
hydraulics. Water Resourccs Publications, 290p.
6- TODO, D. K. 1959. Ground water hydrology. New York: J
7- WALTON, W.C.1970.Groundwaterresource evaluation.Sis«
Hill, 664p.
Capítulo 21
DRENAGEM URBANA
Rubem Porto, Kamel Zahed F., Carlos Tuccí e Francisco Bidone
L I Conceitos
I lurante muito tempo o objetivo principal da drenagem urbana foi remover
IIIIS pluviais em excesso da forma mais eficiente possível para evitar
IIIIllIilOS, prejuízos e riscos de inundações. A partir de tal enfoque as
I • concentraram-se na execução de projetos e obras e na análise econômica
ltencffcios e custos dessas medidas, ditas estruturais.
Medidas estruturais são necessárias e mesmo essenciais para a solução de
mude número de problemas de inundações urbanas. A experiência nacional e
I 1I1110lonal mostra, entretanto, que tais medidas, além de onerosas, não
I'IIIn1lltl\m por si só solução eficaz e sustentável dos problemas mais
1III'Iuxos de drenagem urbana.
íhores soluções para esses problemas são alcançadas a partir de uma
1lIl'llll\IlSllo mais integrada do ambiente urbano e das relações entre os
I '11 IIIIUIque o compõem. Dependem também de uma atuação mais abrangente por
'11 dll~ responsáveis pelo setor que necessariamente deve envolver aspectos
IIhl [nstltucionais, tccnolõgícos e sociológicos. Em outras palavras, o
111'11111 do que se entende por drenagem urbana extravasou o campo restrito da
• 1IIIIIIIn para se tomar um problema gerencial, com componentes políticos e
I dl'/l,lllos.
II ILI"1110 drenagem urbana é entendido aqui, no seu sentido mais amplo,
!til " conjunto de medidas que tenham por objetivo minimizar os riscos a que
1'''I,,,h\~'ôos estão sujeitas, diminuir os prejuízos causados por inundações e
,1111111111o desenvolvimento urbano de forma harmônica, articulada e
"11\V~'1.
dlll'I'\(:S eficazes de drenagem urbana dependem dos seguintes fatores:
para o setor que defina objetivos a serem
ais, institucionais, técnicos e financeiros)
upução do solo urbano devidamente
lpalmcntc no que se
,ulO, m~(1I0 o lons
806
Hidrollllll
prazos em toda a bacia, e integre as medidas de drenagem d
pluviais no complexo maior do ambiente urbano;
-existêncla de entidade eficiente que domine as tecnologias ne
implante obras e medidas, desenvolva atividades de comunicaç
promova a participação pública, estabeleça critérios, apliqu
normas e, enfim, exerça, de forma positiva, a liderança do setor:
-domínio da tecnologia adequada para planejamento, projeto, COJlHIIUl'R ••
operação das obras; e
-organização de campanhas de educação e esclarecimento dn 111'1111
pública.
21.1.1 Impactos da urbanização
As conseqüências da urbanização que mais diretamente intcrfOrtlll1
drenagem urbana são as alterações do escoamento superficial dhullI I
alterações podem ser dramáticas como mostra a figura 21.1 que 1'1'1111 11111
crescimento das vazões máximas de cheia, com a área urbanizada dll 11111I
área servida por obras de drenagem. Para os casos extremos, vorlfluu '." '1"
pico da cheia numa bacia urbanizada pode chegar a ser 6 vezes mntrn dll '111
pico desta mesma bacia em condições naturais.
Vazão
R=~Vazao
tOO
lIto..
::I
~ 60
ou
E
8 60
c:J
eu•..
'c:J
c:J 40
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~ 20
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u"-euo.. 1--1
O 20 ".o no '10 1r'l!1~
"11rll Z1.1. IU"lm tllI Ulhllllll,lllllllI 101110 1\ VlI'rnll 1I111~1l1111 (l,IJ('llltlíi
Drenagem Urbana 807
A Figura 21.2 mostra como se inter-relacionam os diversos processos que
correm em uma área urbana e a tabela 21.1. explícita melhor as relações de
ousa e efeito. Verifica-se que os problemas resultantes desses processos
referem-se principalmente ao aproveitamento de recursos hídricos, controle de
poluição e controle de inundações. Soluções eficientes e sustentáveis para
ses problemas são aquelas que atuam sobre as causas e abrangem todas as
relações entre os diversos processos.
As conseqüências da urbanização sobre o clima, contrariamente aos im-
pnctos hidrológicos, são de pequena escala (tabela 21.2) mas podem, a longo
pI'OZO, introduzir alterações significativas no balanço hídrico, com impactos in-
rlusive sobre a qualidade das águas devido, por exemplo, a alterações da qual i-
rlndc das águas de chuva, diminuição de vazões mínimas, etc. A variação do
uticroclima de áreas urbanas tem sido objeto de pesquisas nas últimas décadas.
quantificação dessas variações é bastante difícil, pois os processos se desen-
volvem de forma lenta e contínua.
Tabela 21.1. Causas e efeitos da urbanização sobre as inundações urbanas.
CAUSAS EFEITOS
Impermeabilização Maiores picos e vazões
Redes de Drenagem Maiores picos a jusante
Lixo Degradação da qualidade da água
Entupimento de bueiros e galerias
Redes de esgotos deficientes Degradação da qualidade da água;
Moléstias de veiculação hídrica;
Inundações.conseqüências mais sérias
Desmatamento e
Desenvolvimento Indisciplinado Maiores picos e volumes;
Mais erosão;
Assoreamento em canais e galerias.
Ocupação das várzeas Maiores prejuízos;
Maiores picos
Maiores custos de utilidades públicas
.ICUIJI\<lI\CI ,111 lIullll de lotcamcntos
808
Hidrologia
executados sem condições técnicas adequadas; b) ocupação de áreas impróprin
(principalmente várzeas de inundação e cabeceiras íngremes); c) proliferaç
de favelas e invasões e d) ocupação extensa e adensada dificultando 11
construção de canalizações e eliminando áreas de armazenamento.
Figura 21.2. Processos que ocorreram numa área urbano (I (,,11, III/( I)
Tabela 21.2. Alteração de parârnetros clirnãticos devido " \ldll\lll/ll~'nll
(Landbcrg, 1970, citado por U;"1I1\1'II, 19R5).
Elemento /VarlaçãO em rclllçlto ~ I'l"llli 1111111-
I 10/1'11
I.r ., 1,0 O...,
II H%
I()()%
lllalOi
1111111"
01111111'
1111\111I
J
Drenagem Urbana 809
Conseqüências do comportamento político e administrativo: a) o crescimento
acelerado acirra a disputa por recursos entre os diversos setores da
administração urbana e faz prevalecer a tendência de atuar corretivamente em
pontos isolados; b) medidas para disciplinar a ocupação do solo são
dificultadas por conflitos de interesses e c) políticas de médio e longo
prazos são invariavelmente relegadas a segundo plano.
o impacto da urbanização tende a aumentar a necessidade de ampliar a
capacidade dos condutos com conseqüente aumento de custo. Normalmente este
processo evolui a partir das pequenas áreas dentro de um contexto de
aprovação de loteamentos. A drenagem secundária, que são os principais
condutos pluviais são sobrecarregadas pelo aumento do fluxo, mas os impactos
maiores ocorrem sobre a macrodrenagem.
A ocupação da bacia hidrográfica tende a ocorrer no sentido de jusante
para montante, devido às características do relevo. Quando o poder público não
xmtrola a urbanização indisciplinada das cabeceiras da bacia ou não amplia a
.apacidadc de macrodrenagem, a freqüência das enchentes aumenta significati-
vamente, provocando a desvalorização de propriedades e prejuízos periódicos.
Nesse processo, a população localizada a jusante, sofre as piores conseqüênci-
IIS, em razão da ocupação a montante.
As questões básicas neste caso são: a) os custos de ampliação da macro
drenagem devem ser pagos por toda a comunidade?; b) será factívcl impedir a
ocupação dessas áreas? As pressões para ocupação do espaço urhano e as inva-
õcs tornam difícil esse controle. Portanto, dentro da realidade hrasileira essas
questões não parecem ter respostas, já que dificilmente será possível impedir o
lotcamento ou ocupaçãode áreas vazias, se o poder público não desapropriá-Ias
, ocupá-Ias de forma adequada.
A resposta técnica a esse processo é o disciplinamento da ocupação ur-
hnna através de uma densificação compatível com os riscos de inundação.
Pura tanto, é necessária a quantificação do impacto das diferentes condições
dl.l urbanização sobre o escoamento. No planejamento do espaço, existem várias
medidas de controle que podem ser adotadas, antes que o espaço seja ocu-
pude, para minimizar as enchentes. Algumas dessas medidas são o uso de
pequenos reservatórios em parques e o controle sobre a impermeabilização
Ii IS lotes, ruas e passeios. Esse tipo de controle pode ser exercido nos estágios
uiciais de desenvolvimento urbano com recursos relativamente limitados. No
-ntnnto, se as nçõcs forem retardadas e a população ocupar os espaços, as
1111\(,ÔCS terão custos muito nlros. As soluções estruturais como ampliação
1111cnlh» Llos riw'l, litltlVÓ~d/I /-Ie11 uprofundnmcnto ou alargamento, construção
.111 II~N~I'VIl161.iOMII /lIqllllti, 1'IIII'l' IlIltros, suo s()lu,ocs tlllC podem ser evitadas
"11111 () plllllujl11l1llllt/1 rln 1111111111;'1/1 \1111111111. IhlVl' !-lor c,ollllldonldo ainda que
111/\\111111. dnHHIIH '1111111,(1111. li"IIIIIIIIIiIM ""1,11111111111 ('NI'(!llllIl'llllll' podt'lIlll?,rtlVllf
I'" 11111111111\;11\1" I1I1 11111111'1 1'"1111111I ,111 111\1 lu
810 Hidrologla
21.1.2 Planos diretores de drenagem urbana
A elaboração de planos diretores de drenagem urbana é medida altamcnt
recomendável e constitui estratégia essencial para a obtenção de bon
soluções de drenagem urbana. Planos bem elaborados possibilitam:
-estudar a bacia hidrográfica como um todo e, conseqüentemente, chegar
soluções de grande alcance no espaço e no tempo, evitando medidas d
caráter restrito que não raro apenas deslocam e mesmo agravam 1\
inundações em outros locais;
-estabelecer normas e critérios de projeto uniformes para toda a bllt111l,
tais como o período de retomo a ser adotado, gabaritos de pont
travessias, etc;
-identificar áreas que possam ser preservadas ou adquiridas peIOI)(Jlh',
público antes que sejam ocupadas ou seus preços se tomem proibltlvrn;
-elaborar o zoneamento da várzea de inundação;
-estabelecer o escalonamento da implantação das medidas necessãrlns 11,
forma tecnicamente correta e de acordo com os recursos disponívcls:
-possibilitar o desenvolvimento urbano de forma harmônica )11·1
articulação do plano de drenagem com outros existentes na região (plllllll
viários, de transporte público, de abastecimento de água, etc);
-esclarecer a comunidade a respeito da natureza e magnitude ,til
problemas e formas de solução propostas;
-dar respaldo técnico e político à solicitação de recursos c
-privilegiar a adoção de medidas preventivas de menor custo ti nHlIlJ
alcance.
I! I
I
Etapas
o processo de planejamento de uma bacia urbana é constituído ~llIl\lliU'11l
das seguintes etapas: a) determinação das características da hlllllll. h
simulação do comportamento hidrol6gico da bacia para condições 11111111
futuras; c) identificação das possíveis medidas estruturais c nftO"U"III11I111l1
cabíveis; d) elaboração de cenários que quantitiquem os "I,l~IlIII\"". ti
diferentes políticas de atuação; e) delineação da várzea de ItlluHhll,n, I
quantificação dos efeitos da aplicação do plano em tOflllO/I til
benefícios e eficiência da consecução dos seus objetivos.
Princípios
Alguns princípio
de drenagem urbana
fU~O/l do IJJ:'O(lOSP/O, ~M
Drenagem Urbana 811
- o subsistema de drenagem é parte de um ambiente urbano muito mais
complexo e deve ser articulado com os outros subsistemas. O subsistema
de drenagem não deve ser um fim por si sõ, mas um meio que possibilite a
melhoria do ambiente urbano de forma mais ampla;
- várzeas de inundação são áreas de escoamento e armazenamento naturais
cuja conformação foi delineada pelo pr6prio rio. Nenhuma ocupação da
várzea pode ser feita sem que se tenha de adotar medidas compensat6rias
muito onerosas. A preservação da várzea é invariavelmente a solução mais
barata para os problemas de inundação, além de oferecer outras vantagens
como preservar o ecossistema, criar áreas verdes e oportunidades de
recreação;
- águas pluviais requerem espaço. Uma vez sobre o solo, a água irá
escoar exista ou não um sistema de drenagem adequado. Sempre que se
elimina o armazenamento natural sem que se adotem medidas
compensat6rias, o volume eliminado será exigido em outro local. Canais,
galerias, desvios e reversões deslocam a necessidade de espaço e devem
ser projetados tendo esse fato em vista. Em síntese, todo o problema de
drenagem é um problema de alocação de espaço e
- quantidade e qualidade da água são variáveis do mesmo problema e devem
ser consideradas em conjunto. Em áreas onde a qualidade da água está
deteriorada, as conseqüências das inundações são mais graves e medidas
como, por exemplo, a construção de reservatórios de amortecimento podem-
se se tomar ínviãveís. Ao contrário, águas pluviais de boa qualidade
constituem recursos potencialmente utilizáveis para irrigação,
abastecimento industrial, recarga de aqüíferos, reservat6rios de
recreação, combate a incêndios, etc.
Um plano diretor de drenagem urbana é, em princípio, uma peça técnica e,
portanto, deve ser elaborado por equipes competentes que utilizarão as
ferramentas tecnol6gicas mais adequadas a cada caso. Constitui também um
documento de valor político importante e, portanto, é essencial que conte com
11 apoio da comunidade e dos poderes decis6rios. Diversas estratégias podem
r utilizadas para conferir peso político ao plano. Entre outras pode-se,
pur exemplo, atribuir força de lei ao planejamento, obter o apoio da
uruunídade através de campanhas de comunicação social e constituir fundos
Ilunncciros para garantir fluxo estável de recursos.
t.2 Hldroloala urbana
812 Hidrologia
ser bastante simplificado e geralmente se limita ao estudo das cheias.
A figura 21.3, adaptada de Ha11 (1984) ilustra o procedimento padrão de
um estudo de drenagem urbana em 5 passos. Estes passos constituem uma
metodologia de projeto que deve estar necessariamente subordinada à política
do setor, conforme visto anteriormente.
Nessa figura a determinação da tormenta de projeto, da chuva excedente
do hidrograma de projeto pertencem ao campo da hidrologia urbana. O passo I,
escolha do período de retorno, situa-se em um contexto socioeconômico,
enquanto o passo 5, dimensionamento de estruturas hidráulicas e/ou definição
de outras ações, referem-se à fase de projeto das medidas a serem implantada
na bacia.
Os processos hidrol6gicos contidos nos passos 2, 3 e 4 forno I
apresentados em outras partes deste livro, principalmente nos capítulos 5, I),
11, 14 e 16 e, portanto, o texto seguinte se limitar-se-á a discutir
aspectos. de interesse específico da drenagem urbana.
21.2.1 Bacias pequenas e médias
As técnicas hidrol6gicas de estudos de drenagem urbana aplicam-ao 11
bacias hidrográficas de pequeno ou médio porte e, portanto, é importnnu
dispor de algum critério de distinção entre essas bacias para poder cscnlhn
os métodos e os parâmetros hidrol6gicos mais adequados a cada tipo de blH 111
A distinção entre esses tipos de bacia será sempre imprcclsr, I
dependente de certo grau de subjetividade, dada a natural variuçrto du
parâmetros que influem no comportamento hidro16gico da bacia. Os odt~dll
.mais comuns, entretanto, classificam como bacia pequena aquela cu]a ,fiOU lI!
drenagem seja inferior a 2,5 km2 ou o tempo de concentração seja infodw 11 t
hora. Para bacias médias os limites superiores são, respectivamente, JOOO ~ 111:
e 12 horas.
As principais conseqüências dessa classificação referem-se à eSQol"" d,
método para cálculo das vazões cheia e à forma de determinar os plllOIlH'flll
hidrol6gicos utilizados nesses métodos. Em bacias pequenas usa-se o l'It~llIIt,!
racional (capítulo 14), porque aship6teses deste método ndequn
características de comportamento hidrol6gico dessas bncras. M »11111IIlh II
médias normalmente se utilizam técnicas baseadas na tcorlu do IIhhll"IHIII
unitário, porque estas permitem considerar a variação dl\ intul\sltllldu dl\ 11111\II
no tempo e o amortecimento na bacia. A apllcação do método l'Hulolllll II 11111 I"
médias não é recomendável, porque supcrcstlma 115 Vtli'.OUII(10 1
A tabela 21.3 auxilia fi cscothu cio Inétod() de oI11t'ul() (I
aponta os atributos que elevem tlNlnr 1'''O~CllltOIl 110 lIlólodn tJa~lnlh
da classificação dn br'('(11 C'() 1110 p(.1'1l1t11l1l 011 11I~«III1.
Drenagem Urbana 813
Pol (t ic a: Propósitos, Estratégia, Planejamento
Aspectos
Sociais e
Econõmicos
PASSO
Escolha do
Período de
Retorno
I L---
I~ .. o'·. _._____~==========~·I
Determinação da
Tormenta de
Projeto
Figura 21.3. Seqüência de passos de um estudo de drenagem urbana.
, ,-----I I .I; Meteorot oqio PASSO 2
Hidrologia
Pedologia
Uso do Solo
PASSO 3
PASSO 4
Hidrologia
PASSO 5
Hidráulica
1.2.2 Escolha do período de retorno
Determinação do
Escocrne nto
Superficial Direto
Período de retorno 6
Determinação das
Vazões de Projeto
Dimensionamento
das Estrut uros
H idróulicas
814 Hidrologia
qual o risco aceitável pela comunidade. Evidentemente este é um critério a
ser definido em esferas políticas, uma vez que, pelo menos teoricamente, é a
pr6pria comunidade e seus representantes que deverão decidir o grau de
proteção desejável e o quanto estão dispostos a pagar por ele.
Tabela 21.3. Classificação de bacias (ponce,1989).
Característica [Bacia pequena [Bacia média
Variação da intensidade da IConstante
chuva ao longo do tempo
Variável
Uniformiuadc da chuva no IUniforme
r spaço
Uniforme
Escoamento superficial Predominante em lem superfícies e
superfícies canais
desprezívelArmazenamento na rede de Idesprezível
canais
Estudos econômicos podem orientar a escolha do período de retomo, IIIl'N 1\
necessidade de considerar custos e benefícios de difícil quantificação, I
ainda mais, a impossibilidade de levar em conta uma série de aspectos li"
eticamente não devem ser expressos em termos monetários, limitam baSlnnlu 1\
aplicação de métodos puramente econômicos para o estabelecimento do pljl'lllIll
de retomo. Em áreas urbanas a situação é ainda mais complexa, uma ve'/, qll
quanto maior o período de retomo maior será o porte das obras c, pell 11111111,
não s6 o custo será maior mas também a interferência no ambiente urbun«
Por interferência no ambiente urbano devem ser entendidos aspectos l'lllIlIl
relocação de populações, desapropriações de imóveis, interrupções UIJ !1M 111111
prejuízos ao comércio durante as obras e uma série de outras pcrturbnçoo« 1
ses fatores significam custos adicionais e também têm impl ícaçõcs poli! li '11'1 11
difícil tratamento. É comum, portanto, o equívoco em escolher perfodoN di 11
torno pequenos para minimizar custos e interferência. Tal atitude (em I!lVIIII.I
velmente conseqüências adversas, pois encoraja a ocupação de tírllllll 1111111111'1111
devido à falsa sensação de segurança.
As dificuldades em estabelecer objetivamente o período (lu I'llllllllll 111. I 111
com que a escolha recaia sobre valores aceitos do rOI 1\11\ mllls ou IIltlllll" .11111,1"
pelo meio técnico. Muitas entidades fixnru os pcr(odoN <lu renunn juuu dlvll""
tipos de obra como cr ité: io de prn.lultl, Os VHIOltlN dllllllllllll .' I ,1lllhlll 11111111111ilj
cnconundos 11I1Illcl':IIIII'11 It~('III('1I 11)I\Ui\/( 'H'J'HSII, IIIHO! ti dotll I 1l111iI1til 11111
'OIlNCWHI 11\1 tll 11111'1110/11
Drenagem Urbana 815
Tabela 21.4. Períodos de retomo para diferentes ocupações da área
(DAEE/CETESB.1980).
Tipo de Obra Tipo de ocupação da área T (anos)
Microdrenagem -Residencial 2
Comercial 5
Áreas com edifícios de serviços ao público 5
Aeroportos 2-5
Áreas comerciais e artérias de tráfego 5 - 10
Macrodrenagem Áreas comerciais e residenciais 50-100
Áreas de importância específica 500
A diferença entre os conceitos de período de retomo e risco é
importante' para a escolha do valor desejado. Entende-se por risco a
probabilidade de uma determinada obra vir a falhar pelo menos uma vez durante
ua vida útil. Esse conceito leva em conta que uma obra projetada para um
período de retomo T expõe-se todo o ano a uma probabilidade lff de vir a
falhar. É intuitivo que ao longo de sua duração essa obra terá um risco de
falha maior do que lff. porque se exporá repetidamente a essa probabilidade.
risco é (capítulo 4)
1 N
R = 100 [ 1 - (1 - - )
T
(21.1)
inde R = risco em porcentagem; T = período de retomo; N = vida útil da obra
manos.
Como se observa na tabela 21.5, as obras de drenagem urbana buscam
loduzir a freqüência de inundação ao longo de sua vida útil. Para uma obra de
vida útil de 50 anos (normal para obras de drenagem urbana) os riscos são
prnrlcamente de 100%. Portanto. observa-se que: - o objetivo principal das
hrus de microdrenagem é esgotar as vazões oriundas das chuvas mais
hcqücntes e implicitamente admite-se a ocorrência de alagamentos eom
11~'qUencia razoavelmente alta; - as obras de macrodrenagem não constituem
IIluçno definitiva para os problemas de inundações e é conveniente que sejam
r umplcmcntadas por outras medidas que visem aumentar a proteção oferecida
11t'l11\~obras.
1.2,3 Cálculo dQ tempo de concentração
.111 I
111III!
1\ chuva excedente (passos 2 c 3
ID ploo ou do IlldroRfnmll do projeto
11111111111 nOIl c.H\pfl1lll1lA II n 111,
816 Hidrologia
Essas técnicas transformam um hietograma de chuva excedente (entrada no
sistema) em um hidrograma de vazões pela alteração da forma do hietograma de
entrada.
Tabela 21.5. Risco R em % para diferentes valores de T e N.
T (anos) Vida útil da obra (anos)
2 5 25 50 100
2 75 97 99,9 99,9 99,9
5 36 67 99,6 99,9 99,9
10 19 41 93 99 99,9
25 8 18 64 87 98
50 4 10 40 64 87
100 2 5 22 39 63
500 0,4 1 5 9 18
Os parâmetros que controlam a forma do hidrograma têm dimensão dó Il'lIlll1'
e os mais comuns são o tempo de concentração, te, o tempo de retardnnu-uíu
ti, e tempo para o pico, tp, que foram descritos no capítulo 11. Uma VIJ'I, 1111I
estes parâmetros estão relacionados entre si (equações 11.24 11 11.' 11
tratar-se-á aqui apenas do tempo de concentração.
Existe uma grande quantidade de fórmulas que fornecem o valor {lu 11 "li
função de características da bacia (área, declívidadc, comprimeutn di
talvegue, rugosidade das superfícies e outras) e, eventualrucntn, 11
intensidade da chuva. Essas fórmulas têm origem em estudos expcrlmentnls 1\1
campo ou de laborat6rio e, portanto, devem ser aplicadas em condiçOl'" IJIl
aproximem daquelas para as quais foram determinadas.
A dispersão de resultados entre elas pode ser muito grttnd •.•,
(1982) mostra um exemplo no qual, para a mesma bacia urbann, 1\
f6rmulas mostraram valores variando entre 9 e 36 mino As VHZ
correspondentes (T = 25 anos) variaram entre 3,3 e 1,8 O13/s. A doi
do tempo de concentração por meio de fórmulas cmpírious 0111I
imprecisões e incertezas significativas que se devem ao tipo ri
que cada fórmula procura representar. Nesse aspecto dist il1gl1l.l11l
de escoamento:
- escoamento em supcrffcics, o
do água escoando sobro plano:
vclocldud
dcp(.ll1(klll tlll dccllvldnd
hlltlllSldllllo da olnivn. 0111111 I'
Drenagem Urbana 817
~,u
maior do que 50 a 100 metros as fórmulas que refletem este tipo de
escoamento são aplicáveis a parques de estacionamento, aeroportos e
bacias urbanas muito pequenas. F6rmulas desse tipo geralmente apresentam
o valor de te em função dos fatores acima relacionados;
- escoamento em canais naturais, prevalecem em bacias de maior porte em
que os canais são bem definidos. As velocidades são maiores que nos
casos acima, pois os canais conduzem a água de forma mais eficiente.
Nessas bacias o valor de te dependemenos da rugas idade da superfície e
da intensidade da chuva, pois o tempo em que o escoamento ocorre sobre a
superfície é menor que no canal. Usualmente as f6rmulas que representam
esse tipo de escoamento apresentam o valor de tc em função do
comprimento do curso de água e de sua declividade, e
- escoamento em galerias e canais artificiais, prevalecem em bacias
cujas condições naturais foram significativamente modificadas por obras
de drenagem e as velocidades são evidentemente mais altas que nos casos
anteriores. Além dos já citados, o valor de te é normalmente expresso
também em função de parâmetros que refletem as alterações introduzidas
tais: como a parcela da bacia que conta com sistemas de drenagem ou a
extensão dos cursos de água canalizados.
/}
Em uma bacia urbana normalmente estão presentes os três tipos de escoa-
mentos com maior ou menor significado, dependendo das características da ba-
ia, A seguir são apresentadas algumas das fórmulas mais utilizadas (Kibler,
1982) acompanhadas de comentários para orientar a escolha adequada. Nas equa-
-ões a seguir te é obtido em minutos.
Klrpich:
te = 3,989 L0,77 S -0,385 (21.2)
nde L = comprimento do talvcgue em km; S = declividade do talvegue em m/km.
A equação foi desenvolvida com dados de 7 pequenas bacias rurais do
'lenessee com declividades variando de 3 a 10% e áreas de no máximo 0,5 krn".
llmbora as informações que a fórmula necessita (L e S) sejam uma indicação de
11110 ela reflete o escoamento em canais, o fato de ter sido desenvolvida para
IlIlciu1.l tão pequenas é uma indicação que os parâmetros devem representar o
;(IIlJ11CnlO em superfícies. Ou ando o valor L é superior a 10 km a fórmula
11l1l'ÚCO subestimar o vulor de te,
c 'nllfurnla ()ulvi'I'(1I 11l'lu'H,'
r 1.1,155 li -0,38 (21.3)
818 Hidrologia
onde H = diferença de cotas entre a saída da bacia e o ponto mais alto do
talvegue em m. Essa equação é uma modificação da anterior, substituindo-se
S= L/H.
Federal Aviation Agency:
te = 22,73 ( 1,1 - C) L°.sO S·0,33 (21.4)
onde C = coeficiente de escoamento do método Racional. Desenvolvida par"
drenagem de aeroportos, é válida provavelmente para os casos que predomina O
escoamento em superfícies de pequenas bacias.
Onda Cinemática:
te = 447 (n L)O,6 S 0,3 I ·0,4 (2U)
onde n = rugosidade de Manning; I= intensidade da precipitação em mm/h. BUlI
equação foi deduzida a partir das equações de onda cinemática aplicadn 1\
superfícies, baseando-se na hip6tese de precipitação constante igual ao tOl)lPl1
de concentração e na equação de Manning. Essa equação é adequada 11111
pequenas bacias onde o método racional pode ser aplicado e a supcrff
predominante.
SCS Lag fórmula:
1000
te = 3,42 L0,8 ( __ 9 )0.7 S·O,5
CN
,L("
onde CN = número da curva (método SCS); te em mino L em krn c S 0111111/111
fórmula do SCS foi desenvolvida em bacias rurais com áreas de drenllgolll dll 1111 !
km2 e reflete fundamentalmente o escoamento em superfícies. PaI'H nplH'llI,nll1111
bacias urbanas o SCS sugere procedimentos para ajuste em função <lu ~1t'1I 11111"1
meabilizada e da parcela dos canais que sofreram modificações, E"lslI r6l1l1nlll"'lI'
restima o valor de te em comparação com as expressões de Kirpich e I)()( '11.1
SCS - método cinemático:
te = 1000 \:-
O LV
'lU
trech
Drenagem Urbana 819
em que predomina o escoamento em superfícies ou em canais mal definidos, a
velocidade pode ser determinada por meio da tabela 21.6. Em canais bem
definidos e galerias deve ser usada a f6rmula de Manning.
Tabela 21.6. Velocidade médias para cálculo de te em mls
Descrição do Declividade em %.
escoamento 0-3 4-7 8-11 12 -
-Em superfície
florestas 0-0,5 0,5-0,8 0,8-1,0 1,0-
pastos 0-0,8 0,8-1,1 1,1-1,3 1,3-
áreas cultivadas 0-0,9 0,9-1,4 1,4-1,7 1,7-
pavimentos 0-2,6 2,6-4,0 4,0-5,2 5,2-
-em canais
mal definidos 0-0,6 0,6-1,2 1,2-2,1
bem definidos calcular pela f6rmula de Manning
Oooge:
te = 21,88 A0,41 S·O,17 (21.8)
Foi determinada com dados de 10 bacias rurais com áreas na faixa de 140
II 930km2, Seus parârnetros refletem o comportamento de bacias médias e
coamcnto predominante em canais.
Das equações apresentadas pode-se concluir. o seguinte:
. a fórmula de Kirpich foi obtida em pequenas bacias rurais com canais
bem definidos e declividades altas. É de se esperar, portanto, que forneça
bons resultados nestas condições. Canais bem definidos indicam que os
escoamentos ao longo de seu curso prevalecem sobre os escoamentos em
superfícies. Indicam também que as bacias não são muito pequenas (prova-
velmente A> 2,5 km-). Entretanto, à medida que o parâmetro L cresce, a
velocidade média de escoamento atinge valores grandes e pouco realistas.
Para uma dcclividadc de 0,003 mim a velocidade chega a 3,12 mls para um
.omprirnonro I,do 100 krn.
• a f6rmuln dl\ ondn cinemãtlca é 1\ solução te6rica das equações que
I'CaCI1l o CHOOlllllf1I1I() IIIlIIIll..,nlo em um plano e 6 de se esperar que funcione
bem em Jl~'qlloIHII hllL'IIII, lum VI:'1.que, neste caso, prevalece esse tipo de
'M~()IIIII()1I10, A 'flllIl~lIllll\ ~ do (1110H VII)M (to 10 SiJJII supcrcstímndo, ~
820 Hidrologia
medida em que a bacia aumenta.
- a f6rmula da FAA - Federal Aviation Agency deve representar bem os
escoamentos em superfície, uma vez que foi desenvolvida para situações
em que prevalece este escoamento.
- a f6rmula do SCS parece superestimar o valor de te para valores baixos
de CN. De fato, essa f6rmula s6 apresenta resultados compatíveis com as
outras para CN pr6ximo .de 100 e para valores de L menores do que 10 km,
o que geralmente corresponde a bacias com área de drenagem inferiores a
15 km-. O termo [(1000/CN) - 9]°,7 é um fator de ajuste que varia de 'I,
para CN = 100, até 5,3, para CN = 50. Para CN = 100 a equação fica'
te = 3,42 L0,8 S-o,s (21.
que fornece valores de tc pr6ximos aos fornecidos pela f6rmula de Do
para L até 10 km. Verifica-se que o tempo de concentração é multo
sensível ao valor de CN e, como este parâmetro é um indicador dn
condições da superfície do solo, a f6rmula do SCS aplica-se a situaçõr
em que o escoamento em superfícies é predominante.
- de maneira geral as f6rmulas analisadas apresentam comportamento
semelhantes até L = 10krn e, a partir daí, passam a divergir. H
comportamento é esperado, uma vez que os estudos que as originunun
referem- se, de forma geral, a bacias desse porte.
- o método cinemático é o mais correto do ponto de vista conceltnnl,
pois permite levar em consideração as características específlcua dll
escoamento da bacia em estudo. É também o mais trabalhoso, pojs cx
divisão dos canais em trechos uniformes e a determinação do MIIII
características hidráulicas para a aplicação da fórmula de Mann1118.
- a fórmula de Dooge foi determinada a partir de dados obtidos do I
de maior porte que as demais. É de se supor, portanto. <1\1
parâmetros reflitam melhor as condições de escoamento em caJlIII~.
Tendo em vista as discrepâncias apontadas, recomenda-se o seguhu« 11)
sempre conveniente calcular a velocidade média do escoamento 1111 11m 11
compará-Ia com os valores fornecidos pela tabela 21.6, a vclceklade 11".111..
obtida por V = L/te; b) alguns parârnetros da bacia, rnís como () oOI·lh 11111
de escoamento superficial direto, rugosldadc, (, o nõmcro ti" OUI VI\,
determinados com grau de incerteza relativamente alto. Ú convenlcuro PIIIII''':'
à análise de sensibilidade do hidrograma do projeto Q()Il\ rehWno 1I 11.1.
parârnetros,
21.2.4 nrtlltoll dI' ur hlllll:t.II,'n!I
0111U 1\ VII1 num.lxllll ,11111, lJl1ll\1ll"I"1I1) rl/'ohn I\(' 11
Drenagem Urbana 821
obtido através das equações do método do SCS (capítulo 11). O método do Soil
Conservation Service recomenda que o valor de CN, para uma ocupação mista
do solo, seja calculado pela média ponderada dos CNs, adotando como fator de
ponderação as áreas correspondentes a cada valor de CN. A expressão usada
parauma bacia urbana é:
CNm = p CNp + i CNi (21.10)
onde CNm = número da curva para ocup-ação mista; CNp = número da curva da
parcela permeável da bacia; CNi = número da curva da parte impermeável da
bacia. Admite-se CNi = 95; p = fração permeável da bacia; i = fração
impermeável da bacia i = 1 - p.
Os parâmetros de forma de hidrograma (te, tp, etc.) devem também ser
ajustados, pois as velocidades do escoamento na bacia também se alteram. O
SCS propõe a seguinte f6rmula para ajuste de te (Me Cuen, 1982).
FA = 1 - PRCT(-6789 +335CN - 0,4298CN2 - 0,02185CN3) 10.6 (21.11:
onde PRCf = a porcentagem do comprimento do talveguemodificado ou então
a porcentagem da bacia impermeável. Essa equação foi ajustada às figuras apre-
sentadas no capítulo 11. Caso Ocorram ambas as modificações o fator é calcula-
do duas vezes, uma vez para PRCf = PLM( onde PLM é a porcentagem do
comprimento modificado) e outra para PRCf = PI (em que PI é a porcentagem
impermeabilizada da bacia). O fator de ajuste final, FA, é obtido pela multipli-
cação dos dois valores anteriormente calculados. Segundo o método do SCS, na
fórmula acima deve constar o valor de CN correspondente à bacia modificada e
não o valor de CN da bacia rural.
Exemplo n.i. Uma bacia de 3 km2 tem declividade 2%, comprimento de 3,5 km e
010 tipo B. Atualmente é toda ocupada com pastagem, mas os planos de
desenvolvimento da bacia prevêem que 33% da bacia ficará impermeabilizada e
que 700m do cõrrego serão canalizados. Estime o valor de CN e te para as
condições futuras da bacia.
SOlução - a) condições atuais: para solo do tipo B, ocupado com pastagens,
tem-se CN = 59 c da f6rmula do SCS para o tempo de concentração:
IC • 3,42 X 3,f'tl' ((1000/59) - 9)]°,7/0,02°,5 = 281 min
1111 Il'oRpond smcoro 1111 bncla de
822 Hlllwllll'
v = 3,5/(281 x 60) = 0,21 m/s
que é muito baixa.
b) ajuste para condições futuras: - no ajuste de CN a condição p,
33% impermeável (CN = 95); 67% continuarão como pastagens (CN
portanto, a média ponderada será
CNf = 0,67 x 59 + 0,33 x 95 = 71
No ajuste de te, aplicando a fórmula do SCS para o novo ('N, 1i]1!!
te = 3,42 x 3,5°'!! [(1000nO - 9]°.7/0•02°,5 = 206 min
A velocidade média do escoamento será
v = 3,5/(3,43 x 3600) = 0,28 m/s
Entretanto, conforme recomenda a metodologia do SCS, 11111I111 11fi 1\ 111
dade de aplicar os fatores de ajuste para PLM e PI, pois só ti t'( 111 ('\;/11' ,10.1 t
para CN = 71 não reflete totalmente os efeitos do desenvolvimenf I ,I" 1 ,,1, !
tc. A porcentagem do canal que será modificado é PLM, '/00/ \'11111 [! ,'I
20%. Portanto, os fatores de ajuste serão:
2FAc=1 - 20(-6789 + 335 x 71 - 0,4298 x 71 - 0,021H '/1'11 il
FAi=1 -33(-6789 + 335 x 71 - 0,4298 x 7]2 - O,02IH'I~?I
Ajustando o valor de te= 205 min para as (1I1\1fll
tcf= te li: FAc X FAi = 205 x 0,86 X 0.77
A velocidade média de escoamento fica: V • J!I()O/V, \
que é mais compatível com os valores da Inbtll\ ?I,(I,
baixa, confirmando as observações feitas nntcrlonucn!
do SCS.
21.3 Características da drenagem urbnna
m urbnnn lnlclu
11l1b11ou, 1111 di Mil
Drenagem Urbana 823
purcela superficial das ruas, calçadas, pátios e outras áreas impermeáveis ou
Iltlrlneáveis que geraram escoamento superficial. O escoamento proveniente das
nrjctas, que entra na rede através dos bueiros, e o proveniente dos coletores
IUllidcnciais são drenados pelos condutos pluviais que alimentam os condutos
I\('undários até os principais sistemas compostos de pequenos rios (arroios, ria-
I Imll ou ribeirões) que compõem a macrodrenagem urbana.
A drenagem urbana é dimensionada em dois níveis principais: macrodre-
llil/'.cm e microdrenagem. A distinção das duas situações nem sempre é clara,
11111/1 pode-se caracterizar como macrodrenagem os escoamentos em fundos de
1110 que normalmente são bem definidos mesmo que não correspondam a um
, IIINo dc água perene. Essas bacias possuem área de pelo menos 5 km-, depen-
dtll\llo da cidade e do grau de urbanização. O termo microdrenagem aplica-se a
I tlliN onde o escoamento natural não é bem definido e, portanto, acaba sendo
til 1(11 minado pela ocupação do solo. Em uma área urbana, a microdrenagem é
l'II(,:iu.1mentedefinida pelo traçado das ruas.
Nos itens seguintes deste capítulo serão abordados separadamente as
1111' tndotogias para tratamento da micro e macrodrenagem. Enquanto na
11\111 rodrcnagern são utilizados indicadores macros da ocupação e do escoamento,
1\ tulcrodrenagem são considerados detalhadamente a topografia, quadras,
II'IIIN, buciros e os condutos.
Mlcrodrenagem urbana
,j Terminologia dos elementos básicos do sistema pluvial
()~ principais termos utilizados no dimensionamento de um sistema pluvial
11
824 Hidrologia
cruzamentos de vias públicas, formadas pela sua própria pavimentação e desti-
nadas a orientar o fluxo das águas que escoam pelas sarjetas; Condutos força-
dos: obras destinadas à condução das águas superficiais coletadas de maneira
segura e eficiente, sem preencher completamente a seção transversal dos con-
dutos; Estações de bombeamento: conjunto de obras e equipamentos destina-
dos a retirar água de um canal de drenagem, quando não mais houver condição
de escoamento por gravidade, para um outro canal em nível mais elevado ou
receptor final da drenagem em estudo.
21.4.2 Elementos físicos do projeto
Os principais dados necessários à elaboração de um projeto de rede pluvi-
ai de microdrenagem são os seguintes:
Plantas - a) planta de situação da localização dentro do Estado; b) planta
geral da bacia contribuinte: escalas 1:5.000 ou 1:10.000. No caso de nno
existir planta plani-altirnétrica da bacia deverá ser delimitado o divisot
topográfico por poligonal de campo nivelada; c) planta plani-altirnétrica <111
área do projeto na escala 1:2.000 ou 1:1000, com pontos cotados nas esquio
e em pontos notáveis;
Levantamento topográfico: O nivelamento geométrico em todas as esquinua,
mudança de direção e mudança de greides das vias péblicas;
Cadastro: de redes existentes de esgotos pluviais ou de outros serviços qu
possam interferir na área de projeto;
Urbanização: Os seguintes elementos relativos à urbanização du I1l1t:11I 1'111
tribuinte, na situação atual e previstas em plano diretor: tipo de OCUpllt.;nll 11111
áreas (residências, comércio, praças, etc.); porcentagem de ocupnção dllM 1I1
tes; ocupação e recobrimento do solo nas áreas não urbanizadas pOrlCl1l'lllll1
à bacia;
Dados relativos ao curso de úgua receptor: As informuçõcs fino H.
indicações sobre níveis de água máximo do curso de IígUII qllu li [I u
lançamento final; levantamento topográfico do local tle. deNt'Hlgo 1'111111.
21.4.3 Definição do esquema geral do projeto
oumento ~1II1(·lflC'IIII. I\IUIIIIIIU ltWIII~ IlIlMlt'lI~ 1111111 tI IIl1l'1Ul11 t111 Ir'lIr lilll
.unll1l
Drenagem Urbana 825
os divisores de bacias e as áreas contribuintes a cada trecho deverão ficar conve-
nientemente assinalados nas plantas; os trechos em que o escoamento se dê
apenas pelas sarjetas devem ficar identificados por meio de setas; as galerias
pluviais, sempre que possível, deverão ser lançadas sob os passeios;
o sistema coletor em uma determinada via poderá constar de uma rede úniea
recebendo ligações de bocas de lobo de ambos os passeios; a solução mais ade-
quada deverá ser estabelecida economicamente em cada rua em função da sua
largura e condições de pavimentação.
Bocas de Lobo - As bocas de lobo devem ser localizadas de maneira a conduzir
adequadamente as vazões superficiais para as galerias, Nos pontos mais baixos
do sistema viário deverão ser necessariamente colocadas bocas de lobo com
vistas a evitar a criação de zonas mortas com alagamentos e águas paradas.
Poços de Visita - Os poços de visita devem atender às mudanças de direção, de
diâmetro e de declividade, à ligação das bocas de lobo, ao entroncamento dos
diversos trechos e ao afastamento máximo admissível.Galerias circulares - O diâmetro mínimo das galerias de seção circular deve
ser de 0,30 m. Os diâmetros comerciais correntes são os seguintes: 0,30;
0,40; 0,50; 0,60; 1,00; 1,20; e 1,50 m. Alguns dos critérios básicos de pro-
jeto são os seguintes: as galerias pluviais são projetadas para funcionamen-
10 à seção plena para a vazão de projeto. A velocidade máxima admissível é
função do material a ser empregado na rede. Para tubo de concreto a velo-
idade máxima admissível é de 5,0 m/s e 0,60 m/s para a velocidade míni-
ma; o recobrimento mínimo da rede deverá ser de 1,00 m, quando forem em-
pregadas tubulações sem estrutura especial. Quando por condições topográ-
l'icas forem utilizados recobrimentos menores, as canalizações deverão ser
specialmente dimensionadas do ponto de vista estrutural; nas mudanças de
diâmetro os tubos deverão ser alinhados pela geratriz superior, como é in-
dicado na figura 21.4.
I)Isposlção dos componentes
'l'ruçado preliminar - Através de critérios usuais de drenagem urbana, devem
r estudados diversos traçados da rede de galerias. considerando os dados
lopográficos existentes, o pré-dimcnsionamento hidrol6gieo e hidráulico. A
inccpção inicial que for escolhida como a mais interessante será mais
IllpOI'LlIoto puru 11coonornlu 810uIII do sistorna do que os estudos posteriores de
tlutnlhumento do Pl'OJóto, t1C1 OMJl~olfiol\9lto do materiais, ctc.
Hsl'Il,l 11'1111111111I duve '.u (Ionl.lll VIII VL,r si 111\1Ituncnmcutc
II.I·IHlr:lIll'u (11l1! 1111I1 r IIII~ qlll\\hWI, IHII:1 l'JlIIO OOI1II'I~lio fi
Imllll!lu CllOIIlHII'III, 1I1~111~'nl,' IIII! kVI\l11 ~(.'III\llJ() 1\ UlI\IIII
826 Hidrologia
de galerias deve ser planejado de forma homogênea, proporcionando a todas as
áreas condições adequadas de drenagem.
~-:"'O ":~:~,:-.'~:.~. '.:: •• ::. •.• ~: ::-.~ ~'" s•.•........,...,./~//...•-v//~//.:::.
d2
I·- .0."." ..•... ( ..• '111-- - - - - _.~~i ..O",~""':" .",.. ·0 0, ..• , •...~
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••....:, o: :.: :.:é.':~~'(-r!'.."0.'.~4.~:~~·.;d.~~·~·:":"'·!'.';.::·~~:'~'''·f·:<.°4t~,:r;••~.
PV
Figura 21.4. Alinhamento dos condutos.
Coletores - Existem duas hipóteses para a locação da rede coletora de ~aul\
pluviais: a primeira sob a guia (meio-fio) e a segunda, a mais utilizada sob
o eixo da via pública (figura 21.5). O recobrimento mínimo é de 1,0 m. solu.
a geratriz superior do tubo. Além disso deve possibilitar a ligação dll
canalizações de escoamento (recobrimento mínimo de 0,60m) das bocas de (oho
Bocas de Lobo - A locação das bocas de lobo oferece as scgutu«
recomendações: a) serão locadas em ambos os lados da rua, quando a sutlU'lI~n'l
da sarjeta o requerer ou quando forem ultrapassadas as suas capacldudos 11
engolimento; b) serão locadas nos pontos baixos da quadra; c) rccOn)('ndll'~'
adotar um espaçamento máximo de 60 m entre as bocas de lobo, caso nno .11 I"
analisada a capacidade de escoamento da sarjeta; d) a melhor solução pllnl 1\
instalação de bocas de lobo é em pontos pouco a montante de cudu fulxlI ti
cruzamento usada pelos pedestres, junto às esquinas; e) não 6 oonvculoutn 11
sua localização junto ao vértice de ângulo de interseção das SI\rJ()tll~ (10 111111
ruas convergentes pelos seguintes motivos: os pedestres para C1'l17'.111<:ill 1111111
rua, teriam que saltar a torrente num trecho de máxima vazão SUJlm111,1111, "
torrentes convergentes pelas diferentes sarjetas teriam como rcsultuuu 1111
escoamento de velocidade em sentido contrário ao da "OuCnClll puw " Irlll 11m
da boca de lobo.
Poços de visita e d
permitir o aCC!lS
que se pOSI:IIt11 ruun t
~
Drenagem Urbana 827
=Yt~ =?Jl~SENTIDO OE•ESCOAMENTO
~l ri 1'1~ri
Siluaça'o recomendado Si'uaçc!'o neTo recomendado
O ) Rede coletora no eixo do via público
~J~+iL B L - Boca d. Lobo
IIL'" - Boco d. Lobo d. MOlltant.
B L,J - Boca d. Loto d. JUIGII'.--..
9~rF
Situação usual
b) Rede coletoro sob o gUIo
Figura 21.5. Rede Coletora.
Sua locação é sugerida nos pontos de mudanças de direção, cruzamento de
IlIllS (reunião de vários coletores), mudanças de declividade e mudança de
cllnmctro. O cspaçarncnto máximo recomendado para os poços de visita é
"llrcscntado na tabela 21.7. Quando a diferença de nível entre o tubo afluente
() cflucnte for superior a O,70m, o poço de visita é denominado de quebra.
1l1l(U rh~ Lll-lu~·n(, AN 1'llIx IIH deI IIgllçüo sâo utilizadas quando se faz ne-
111/1/111/ Irl li 1()1'1l~111I di I" 11 11" .llI 10110 illl('/wudifll ill~ ou pura evitar-se ache-
/li 11111 !I11I 11111 "IOMIII'I 1'11I,'1 I1I 1.I1•• le/l do IlllliN dll qlllllll) Ilihlllll~C)(,·M. SlIlI fUII-
tllll 11Nllldlfli' 1111 dll "111,11 1/1 ~ ,,,Ie,, II diI'L'llIlllllIlll·HII dl'/'lIIIN 1")/ uno /WII'1ll
828 Hidrologia
visitáveis. Na figura 21.6 são apresentados exemplos de localização de caixa
de ligação.
Tabela 21.7. Espaçamentos dos poços de visita (DAEE/CETESB,1980).
Diâmetro Espaçarnento
(ou altura do conduto)
(m) (m)
0,30 120
0,50 - 0,90 150
1,00 ou mais 18Q
21.4.4 Vazões de projeto
No capítulo 14, foram descritos os métodos para determinação de Vlmll
de projetos em bacias hidrográficas. Para bacias pequenas de até 2 ha, que ('1111\1
terizam as bacias da microdrenagem, é utilizado o método Racional. O 111«11111"
Racional, como descrito anteriormente, depende da intensidade de prcclpltucn«
máxima (capítulo 5), do tempo de concentração, da área da bacia e de UIIl 1'111 I
ciente de escoamento.
O tempo de concentração em bacias urbanas é determinado pela soum dll
tempos de concentração dos diferentes trechos. O tempo de concentração dl\ mil"
determinada seção é composto por duas parcelas
tei = tc(i-l) + tpi ULIJ.I
onde te(i-l) = tempo de concentração do trecho anterior; tpl= tClIlpll li,
concentração-do trecho i. O tempo de concentração inicial (ts) nos trcclm ti,
cabeceira de rede, que corresponde ao tempo de escoamento supcrflclul 1" 111
quarteirões, vias e sarjetas, é muitas vezes adotado como de 10 11I11111111' r I••
entanto, esse valor pode estar superestimado, se a bacia fUI HII1IItI
impermeável e com grande declividade. Em caso de dúvida deve-se l'llI, 11111111
tempo detalhado.
Quando vários trechos de rede, ou seja, várias bacia .•,
concentração diferentes afluem a um determinado trecho d
diversos valores de tc(i-I). Neste caso, utiliza-se o mnl
afluentes de montante.
Os trechos em condutos sno
uniforme, ou seja t a l/V, onde L dlN/llm'ill /10
velocidade no conduto. ('011\(111 VII1,1n ,iludI! 111\/1 1'11
flll!11Udo.
q\lllt:fW d(1 1111IvlllllIill
IOlll\u (10 11I11dlllll,
l'ul( 111111111, ("111 \',11
Drenagem Urbana 829
8Ll
CL
IoIEIO fiO"" DI... BL
~
CALÇADA
I ( I I í
Figura 21.6. Locação da caixa de ligação.
As áreas contribuintes a cada trecho de rede são determinadas pela
análise das plantas de projeto. Essas áreas são medidas em .Janta. Nos demais
trechos as áreas são adicionadas progressivamente pelas áreas locais de
contribuição. As áreas locais correspondem às parcelas contribuintes dos
quarteirões adjacentes.
21.4.S Dimensionamento hidráulico
opacidade de condução hidráulica de ruas e sarjetas
As águas, ao caírem nas áreas urbanas, escoam inicialmente pelos terrenos
\lé chegarem às ruas. Sendo as ruas abauladas (declividade transversal) e tendo
. ncl inação longitudinal, as águas escoarão rapidamente para as sarjetas e destas,
I\IUI> abaixo. Se a vazão for excessiva, ocorrerá: alagamento e seus reflexos;
nundação de calçadas; velocidades exageradas,_ com erosão do pavimento.
A capacidade de condução da rua ou da sarjeta, pode ser calculada a
IIIHtir de duas hip6teses: a) a água escoando por toda a ealha da rua; e b) a
ua escoando sõ pelas sarjetas.
Para a primeira hipótese, admite-se a declividade da rua (seção transver-
111) de 3% (figura 21.7) e altura de água na sarjeta hl= 0,15 m. Para a segunda
IIIJl(~ICSC, admite-se dcclividadc também dc 3% e h2= 0,10 m.dimcnalonamcnto hidráulico pode ser realizado pela expressão de
ler-Mannlnu:
V '1 I' 1'.../'\ ",I!l (2 I.J 3)
830 Hidrologia
{Eli')•..o":c:
Figura 21.7. Seção da sarjeta.
onde V = velocidade na sarjeta em m/s; S = declividade da rua em mim; K
coeficiente de rugosidade, adotado igual a 60 para pavimento comum de via,
públicas; Raio hidráulico em m (R = NP; A = área e P = perímetro molhado).
Exemplo 21.1. Calcule a vazão máxima que escoa pela sarjeta e por toda a ruu,
segundo os parârnetros normais de via pública, para uma declividade longitudl
nal da, via de 0,005 mim quais são as vazões?
Solução « a) capacidade total da calha da rua: Nesse caso, a largura de CI\<11\
lado fica 0,15/0,03= 5m. A área da seção pode ser aproximada por um triângulu
e fica A=(O,15 . 5,0)/2 = 0,375 m2• O perímetro é obtido pela altura no IIIb10
fio 0,15, somado da hipotenusa do triângulo [(0,15/ + (5,0)2]1/2, O qu
resulta P = 5,15m. A vazão fica
Q = V A = K A SI/2 R2/3 = 60. 0,375.(0,005)1/2(0,375/5,15)2/3 = 0,277 11I~\1,
Para os dois lados da rua resulta Q = 0,554 m3/s.
b) capacidade das sarjetas, h2 = 10m. O procedimento é semelhante, f(;II\l1 11I1 11111
A = O,167m2, p:: 3,43 me Q = 0,094 m3/s. Para os dois lados da nll\ 11111
Q = 0,188 m3/s.
Bocas de Lobo
grupos principais: bocas
ralos combinados, Cnd
(rebnlxmucnto) i.1I11 reln
\ 11~1
Drenagem Urbana 831
número (simples ou múltipla) (figura 21.8).
Capacidade de engolimento • Quando a água se acumula sobre a boca de lobo,
gera uma lâmina de água com altura menor do que a abertura da guia. Esse tipo
de boca de lobo pode ser considerado um vertedor e a capacidade engolimento
será
Q = 1,7 L y3fl (21.14)
onde Q = vazão de engolimento em m3/s; y = altura de água prõximo à abertura
na guia em m; L = comprimento da soleira em m. Nas figuras 21.9 e 21.10 são
apresentados gráficos que permitem determinar a vazão total com base na
largura, altura e largura da depressão do bueiro, declividade transversal e
altura projetada de água.
Quando a altura de água sobre o local for maior do que o dobro da
abertura na guia a vazão é calculada por
Q = 3,101 L h3fl (yl/h)lfl (21.15)
onde L = comprimento da abertura em m; h altura da guia em m; yt carga da
abertura da guia em m ( yt = y -h!2). Para cargas entre uma e duas vezes a
altura da abertura da guia ( 1 < yl!h < 2), a opção por um ou outro critério
será definido pelo projetista.
As bocas de lobo com grelha, funcionam como um vertedor de soleira
livre, para profundidade de lâmina até 12 em. Se um dos lados da grelha for
adjacente à guia, este lado deve ser excluído do perímetro L da mesma.A vazão
6 calculada pela equação 21.14, substituindo L por P, onde P é o perímetro do
orifício em m. Para profundidades de lâmina maiores que 42 em, a vazão é
calculada por
Q= 2,91 A /fl (21.16)
nde A = área da grade, excluídas as áreas ocupadas pelas barras, em m2,
iltura de água na sarjeta sobre a grelha.
Na faixa de transição entre 12 e 42cm, a carga a ser adotada é definida
egundo julgamento do projetista.
A capacidade teórica de esgotamento das bocas de lobo combinadas é
prcximadamente igual à sornatõria das vazões pela grelha e pela abertura na
ulu, consideradas lsoladumcntc,
lexIl1l1l>Io 21.2. ))Jlilllmllwio uniu boou de lobo para uma vazão de 94 1/5 na sarjeta
(l, tom,
nhu•.'Rell li) "1111\11 Iflllll\ ,li. 1111111 1111 HIIIH: dI! ('qlllll;rw 21.1 ~ l'odu'/1II IMollII' l ,
832 Hidrologia
O) BOCA DE LOBO DE GUIA
f, i i I, L:22}
-- ..•.
sem depressa'o
blBOCA DE LOBO COM GRELHA
!'.~~~ hld
sem depressõo
c) BOCA DE LOBO COMBINADA
'i ~ I I i)\ii 1 1 i _'~ I)'-.~
sem depressão
o ) BOCA DE LOBO MÚLTIPLA
t tLi+d~ Ji. ....•. --
:.:í/P ," ~
com depressõo
./j""j@
cem depressão
com depressão
, ·t !I' , IIL------ .--
e) BOCA DE LOBO COM FENDA HORIZONTAL LONGITUDINAl
~ , i " "" i:t t' i i ~I II I ! ! I ! I I I ~ I I.· -: ,. I I j :1 1- 7 l' - "OF. -
s ern depr, •• ro'
Jo'Jl,ltn'lI ~I,Il, '1'lpl)/1 dI,) 11('1l11~ tio lU/li, (1IAl!ll(('H'J'lIHIl, IVIJI)I
Drenagem Urbana 833
16001 ' , ' , , ! ! i i I , , ' i I , 1600-1 ' , , , I ! ! ! ! , ! !! i I
i ,
~1400~
~ 1200
o
~1000•..
o
O'
~ 800
W = 90 em
0= 7,5em
1=0,015-0,060
W.30 em
0= 2,5 em
I = 0,01 5 -0,060
0/1
:::: 1400
E
., 1200
o
'g 1000
Õ
O'
~ 800
o
õ600•..
,g 400
N
o
> 200
O
O10 20
1'0 EM cm
30 10 20
'10 EM cm
30
W = largura da depressão em m; a = altura da depressão em m;
1 "" declividade transversal do leito carroçãvel em m/m,
Figura 21.9, Capacidade de engulimento (DAEE/CETESB,1980).
resultando
3(1 3(1
L ==Q 1(1,7 y ) = 0,094 /(1,7 (0,10) = 1,75 m.
Logo, haverá necessidade de um comprimento de 1,75 m de soleira, Pode-
1\ adotar 2 bocas de lobo padrão com L=I,O m cada e guia com h=0,15m. Da
l'Ij',ura 21.10 retira-se (depressão a=5 em, abertura da guia padrão = 0,15 m);
VII/h = 0,10/0,15 ==0,67 e O/L ==55 l/s.m. Como Q ==94 l/s, L ==1,71 m. Serne-
IIIIIIIle ao anterior.
b) Como boca de lobo combinada: b.I) boca de lobo guia padrão (h==0,15 m
111.,,1,0 m) e; b.Z) boca de lobo grelha padrão (a ==0,87 c b = 0,29 m).
b.I) Q = 1,7 L yJ/2 = J, 7 1,0 , (0,10)3/2 = 541/s
b, 1/ 1,7 (0,87 + 2 ' 0,29) , (0,10) ==78l!s= 1,7 I'
11\1 I/~ ( • 1M 1(.
834 Hidrologia
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Cllpncldlldu do I.IIlIIOIIIIIIUI\IO dllR hc)ol\lI du loho 1IIIIIpll'I 111111
0111, (1111 plllltO'1 ItllllWN(111/I WII1t1II1U (I )t\liIt/( '11'1111111, IUIIIII
Drenagem Urbana 835
Fatores de redução da capacidade de escoamento- As capacidades de escoamento
anteriormente citadas podem, segundo alguns autores, sofrer redução no valor
calculado, a fim de aproximar o resultado teórico das limitações existentes
nos casos reais.
No caso das sarjetas, uma vez calculada a capacidade' teõríca,
multiplica-se o seu valor por um fator de redução que leva em conta a possi-
bilidade de obstrução de sarjetas de pequenas declividadepor sedimentos. Na
tabela 21.8 são apresentados valores recomendados de fatores de redução,
A capacidade de esgotamento das bocas de lobo é menor que a calculada
devido a vários fatores, entre os quais: obstrução causadas por detritos,
irregularidades nos pavimentos das ruas junto às sarjetas, alinhamento real.
Na tabela 2l.9 são propostos alguns coeficientes de redução para estimar esta
redução.
T.abela 21.8. Fatores de redução de escoamento das sarjetas
(DAEE/CETESB, 1980).
Declividade da sarjeta Fator de redução
%
0,4 0,50
1-3 0,80
5,0 0,50
6,0 0,40
8,0 0).7
10 0,20
Tabela 21.9. Fator de redução do escoamento para bocas de lobo
(DAEE/CETESB, 1980).
Lozalização na Tipo de Boca % permitida sobre o valor
sarjeta de lobo teórico
Ponto baixo De guia 80
Com Grelha 50
Combinada 65
Ponto Intermediário De Guia 80
Orelha longitudinal 60
Gclha transversal ou
lonultudlnlll com
blllrll!! tmnsvcrsais 60
IJIIII\II lu 1\(11\ 110% dos valores indicados
purn 11 srclhu corresponcente~ - -- -----VUIIH rllll! 1111I11I111111111. III1U( IIclUN 1111' Jllolhlll ClOlltlHJlflllllnnl"ft,
836 Hidrologia
21.4.6 Galerias
o dimensionamento das galerias é realizado com base nas equações hi
dráulicas de movimento uniforme, como as de Manning (equação 21.13), Ch
zy e outras.O cálculo depende do coeficiente de rugosidade e do tipo de galcrln
adotado. Para maiores detalhes, quanto aos coeficientes de rugosidade, consull
DAEE/CETESB (1980).
Exemplo 21.3. Determine uma galeria circular para escoar a vazão de 94 1/
obtida no exemplo anterior, considerando a declividade longitudinal da 1\111
igual a 0,001 m/m. O conduto é de concreto com K = 0,75 m.
Solução> A área é A = 1t D2/4, substituindo na equação de Manning e isolamln
o diâmetro resulta
D = 1,55 ( ~ )3/8 =
K SI/2
0,094 )3/8 ::: 0,461 m
1,55 ( . 1/2
75 (0,001)
Pode-se adotar D = 0,500 m.
21.5 Macrodrenagem
Entende-se por macrodrenagem as intervenções em fundos de vnlo 'lI
coletam águas pluviais de áreas providas de sistemas de microdrcnagcm ou IInll
Nesses fundos de vale o escoamento é normalmente bem definido, mesmo q\lllllRII
exista um curso de água perene.
Obras de macrodrenagem buscam evitar as enchentes devido à \)(\(.'1/1 1111111
na, isto é, construções de canais, revestidos ou não, com maior capllddllill li,
transporte que o canal natural e bacias de detenção.
Dimensionamento Hidrológico
A canalização projetada deve ser capaz de, conduzir a chamndu VIIJ~II 11
projeto, cuja determinação já foi apresentada em outros clIpfl\1ll1
critérios usualmente recomendados para a dctcrrninnção dllS Vtli'.Oc~ til' li!! III I
são.-os cálculos hidrolégicos devem considerar 11 OCUpOÇn() 1\11111'11dll lllH 1.11
período de retorno recomendado é 100 MOS.
Como as 'baclas passfvcis de 01lf'HIl de 11111('1Illh tll\lll',lllll 11111dl1l1'lI1
de porto mõdlo, uor mnlmcnto Ilt\ 111 ilil'llIll ll\~llIdl 1M dll 1'1111'1111' til' 1'i1\111I
no tendo do h 1111'01'.1'1111111\11111(\1111. A 1IIIII!t'"l'1li 1\1111111' \'1111.1VI''1 IIld·
Drenagem Urbana 837
no sentido da utilização de modelos de simulação matemática em face das
inúmeras vantagens que esses métodos apresentam, conforme será visto no item
21.7.
Etapas de Projeto
É sempre conveniente que o projeto se desenvolva de forma sistemática em
uma sucessão de etapas:
projeto preliminar - a partir dos dados disponíveis e das informações coleta-
das, com visitas à bacia, são levantadas as possíveis alternativas de solução,
detectam-se eventuais interferências e elabora-se um estudo hidrológico pre-
liminar. Com esses elementos, é possível determinar as principais característi-
cas da obra. É importante manter contato com todas as entidades públicas e
privadas que possam ter relação com o projeto, não só para a obtenção de
informações técnicas, mas também para antecipar e solucionar eventuais pro-
blemas futuros de interferências diversas, que poderão dificultar a execução da
obra. Nesta etapa são descartadas apenas as alternativas que se demonstrem
laramente inviáveis.
projeto básico - aqui a atenção concentra-se sobre um número reduzido de
alternativas não eliminadas na primeira fase. Especificam-se e executam-se os
levantamentos topográficos e geológicos necessários" Os levantamentos de
ampo permitirão aprofundar os estudos das alternativas e, por. comparação
mtre elas, escolher-se a melhor. A alternativa escolhida é então detalhada.
lltuboram-se desenhos, memoriais de cálculo, especificações técnicas,
íctcrminarn-se quantidades e métodos construtivos. Ao final desta fase, devem
:stM prontos os documentos .que permitam licitar a obra, ou seja, estarão
disponíveis todas as informações necessárias para a cotação de preços.
llxccutam-sc também os estudos hidrológicos e hidráulicos definitívos.
IIl'ojeto executivo - uma série de aspectos não podem ser resolvidos na fase de
1'1 ojcto básico por diversas razões. Entre elas incluem-se, por exemplo, aspectos
1j110 dependem dos métodos construtivos escolhidos pela construtora, detalhes
Iibrc singularidades e interferências não previstas, ele. Esses problemas usual-
IIlenle só são resolvidos durante a obra. Nesta fase serão elaborados cálculos
1~/lII uturais, desenhos de formas e documentos necessários para a execução das
IiIl'd içucs.
uma fase de projeto, é
laborudos os desenhos
wll!,lnlll o OQ detulh
Iv IllU' ti
838 Hidrologia
manutenção e reforma dos canais, além de poder orientar futuras obras na
área.
Dlmenslonamento Hidráulico
o dimensionamento hidráulico pode ser feito, considerando os regimes d
escoamento: regime fluvial e uniforme; regime fluvial gradualmente variado,
regime não-permanente.
O primeiro tipo de regime não permite considerar as possível
influências do nível de água de jusante e os efeitos de singularidades sobr
a linha de água. Como esse regime s6 se estabelece em trechos longos
uniformes, é necessário certificar-se de que essas condições são válidas
que não existem efeitos de remanso, o que é raro em áreas urbanas. Usualment
utiliza-se o regime uniforme na fase de projeto preliminar.
O regime gradualmente variado é o mais utilizado, pois permite doll'l
minar a linha de água, considerando a presença de singularidades e mudnu
ças de vazão ao lon&o trecho, além de remanso causado por condições di
contorno a jusante. E fundamental sua utilização em casos de galerias ('li
bertas, pois elevações da linha de água poderão causar afogamento com cuu
seqüências graves.
No regime não-permanente, é possível considerar alterações das VIII
veis de interesse no espaço e no tempo. O tratamento matemático é considni fi
velmente mais complexo. Essa alternativa é adotada em casos especiais t', 11111 '.
por exemplo, para prever afogamento de rede de galerias sujeitas ti 01'111111
hidrodinâmicos, levar em conta efeitos de maré, operação de compounx I
outros.
21.6 Reservatórios de Detenção
O armazenamento natural do escoamento superficial existe em VIII
formas. como: armazenamento na vegetação; infiltração e armazcnamonl« 1I1t
subsolo; armazenamento em pequenas depressões superficiais; armazcnumrur«
dinâmico nos cursos de água e nas várzeas de inundação.
O desenvolvimento de uma bacia hidrográfica provoca o aumento dOA )111'11
dos hidrogramas de cheias. em face do aumento da área impermc"blll~IHIIl1I
bacia. da redução de seu tempo de concentração, o da ollmltllwnll I
armazenamentos naturais. Para contomar o problema criado oom a \I~hllulJ
das bacias sobre o comportamento das cheias, que causam lnundll9nOl 1111' ••
ribeirinhas, diversas medidas estruturais c nl'{o·ostruturul. 1)/l11.,,,1
adotadas. Entre as primeiras, dlecute-se aqui QUilO do bnolM .do tllllfl.
que silo rescrvatõries do Ilrrnnr.onrtrt\onto do ourtOI PCr(O(I,OII, qllo u'll 1111'I1
vazões do plco dOI hldro~TI,nu\" (lIu oboh,~, .\\101ol1tlll)(\o (I 10\1 tl11l1111l 11
OCl'l\lltlc:mtu, ." hll,oll"l tIo ItotelloKu lIrtrl U1lhl~Olll (J \'olllmo dn .'('11 ••111
Drenagem Urbana 839
direto. apenas redistribuem as vazões ao longo de um tempo maior. formando um
volume útil temporário, com parte do escoamento direto. Esse volume
corresponde à área compreendida entre os hidrogramas afluente e efluente da
bacia.
O efeito de um reservat6rio de detenção sobre um hidrograma de cheia
pode ser visto na figura 21.11. Os reservat6rios de detenção são totalmente
drenados. em geral, em menos de um dia. A sua área de ocupação. normalmente,
é seca e pode ser utilizada para fins recreacionais. O armazenamento do
escoamento superficial nos reservat6rios de detenção, tem o potencial de
produzir os seguintes benefícios: reduzir problemas de inundações
localizadas; reduzir os custos de um sistema de galerias de drenagem, devido
à redução das dimensões das galerias; melhorar a qualidade da água; minorar
problemas de erosão nos pequenos tributários, devido à redução das vazões; -
aumentar o tempo de resposta do escoamento superficial; melhorar as condições
para reuso da água e recarga dos aqüíferos; reduzir as vazões máximas de
inundação a jusante.
200
, , i I i , , i , • , i
10 ti lI! 13 1~ H5 I~ 17 18 19 20 2'
TUlPO (11)
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Condiçlle. futuro.
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'"•.•.....e-.g
Ho 100
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50
o~....--tI'Jlljlun\
840 Hidrologia
Critérios de dimensionamento
Os critérios de dimensionamento das bacias de detenção são normalmente
os seguintes:
controlar a vazão máxima efluente - fixando a vazão máxima efluente em um
valor igual a 85% ou menos da vazão correspondente às condições da bacia
antes do desenvolvimento da bacia hidrográfica.
garantir segurança contra rompimento - dimensionando um extravasor para
garantir o escoamento de vazões extremas. Quando o reservat6rio é formado pOI
um barramento, prever proteção para rápidos galgamentos.
garantir operação sem manutenção - evitando válvulas manuais ou automãticna,
Evitar que fique uma lâmina de água constante muito rasa, que proporciona I1
crescimento de vegetação e o afloramento de camadas de lama.
considerar eventos freqüentes - garantindo que a bacia seja eficaz tambéiu
para as vazões de baixo período de retomo.
As bacias de detenção são projetad as , em geral, para controlar I1
conseqüências de chuvas locais, de curta duração e alta intensidade, plI
estas são as causadoras das inundações dos pequenos cursos de água. O ófL'l11l
da redução dos pico do hidrograma de uma cheia é sentido com maior efioIOu!'!"
logo a jusante da estrutura, diminuindo seu efeito para jus ante.
As bacias de detenção dimensionadas para controlar apenas uma oholu
extrema com grande período de retomo exige um volume de armazcnuumu«
relativamente pequeno. Entretanto, são muito ineficazes para os l'1I1,1;1
menores e também para reduzir as cheias mais a jusante. As bacias proJl'IlIdn
para controlar apenas as cheias menores, podem eventualmente rodUi'11 11
máximas descargas das cheias maiores, dependendo do efeito da lamlnn~nll !lu
cheia no vertedor de segurança. Uma bacia de detenção pode ter uma uu 11111
estruturas de descarga normais, além do vertedor de emergência, CJlH.l 11(111I111
passar cheias maiores que aquelas do projeto da bacia.
A figura 21.12 apresenta um esquema representativo de UIllI\ "I\(!III ,-'
detenção com descargas múltiplas. Do ponto de vista construtivo, II~ hlll,llI' I1
detenção podem ser criadas pelo barramento de um rio, de uma 1"l\vlI\11 11\1 1111 11I11
canal, escavando-se uma bacia no solo existente ou por \JI1I1\COIIlItII1I\\ nll I!
escavação e barramento. Devem dispor de um vertcdor, cujo PI'OI)(~liltlld 11 ti
garantir a segurança do barramcnto, evitnndo um rornnlmemo (1111'111110 1\ \l1tII~'I~I'1iI
de urna onda de cheia cxccpclonul. Hm 111/'11119 C lI/lCl R , 6 flct'~N'I~df) 1111111111 1111
bacia de dissipnção fi [uannte 1I11 (!(\I'I<'IIIj!1\ 01\ (10 Vtlll(~(ItIl', 11'111\ rvluu
lncnlivndn. 1111\ (11111'10 Illdfllll li' I'I\~O", ti i10mIIlNI{,I,1 11I1I111t1l \11111\ 1111\11
Drenagem Urbana 841
retenção, para evitar que a descarga seja obstruída por folhas ou detritos.
Para se efetuar um projeto mais conservativo, deve-se especificar um
certo grau de controle para um número de cheias de diferentes portes, não se
permitindo que em nenhuma delas, se tenha a vazão máxima descarregada
superior à vazão que ocorria na bacia hidrográfica correspondente na condição
prévia ao desenvolvimento. Neste critério, para se obter um projeto mais
econômico, deve-se prever descargas múltiplas em diversos níveis. Nas
estruturas de descargas múltiplas, a descarga inferior é menor e é utilizada
para retardar as cheias menores e , em alguns casos para forçar o depósito de
sedimentos. A descarga superior é utilizada nas grandes cheias.
Enlrada
do caAol
Saída superior
Saído inferior
Elevaçlio
do verteder
Bacia de
diuipaçllo
........-.,_._ ..... '
ELEVACÃO
Entrado
do canal
" Exl.nsao da bacia
"Rip r~ j":"~ pora cheia de projeto
L__ ,._______..:~----------I
PLANO
"Escovoç50 extra poro o reservatório
Figura 21.12. Bacia de detenção.
1,7 Modelol! MI\(C1I1I1tkcul ~111Drenagem Urbana
1I/l0 <I
ru 1111111\ ('OUI
1 \1111))1111111011
842 Hidrologia
simular processos hidrol6gicos. Desde então, os meios técnicos presenciaram o
aparecimento de grande número de modelos, dos mais simples aos mais
complexos.
É interessante notar que, em termos de aplicação prática, a evolução tem
sido no sentido de utilizar modelos simples, deixando de lado a complexidade
dos primeiros modelos que surgiram. A espantosa evolução da tecnologia de
computadores, tanto na área de equipamentos, como de programação tem
contribuído para tomar esses modelos mais acessíveis em termos de custo e
facilidade de uso.
A quantidade de modelos é tão grande e o custo dos computadores vem
caindo tanto, que é conseqüência natural que mais e mais pessoas se
aproveitem das possibilidades oferecidas pela modelagem matemática. Analisar
a enorme quantidade de modelos existentes e aprofundar-se nas técnicas de
simulação hidrol6gica seria impraticável em apenas um capítulo. Neste item
pretende-se apenas mostrar em que os modelos de simulação hidrológica podem
auxiliar o engenheiro de drenagem urbana e quais são suas limitações. Atravé
de exemplos, procurar-se-ã ilustrar a aplicação de alguns modelos.
enfatizando a potencialidade dessas técnicas. Os modelos citados com
exemplos foram desenvolvidos por entidades públicas e podem ser obtidos junt
a essas instituições.
A apresentação desse item deve responder a uma questão básica : Por qu
utilizar um modelo, se diversos sistemas complexos de drenagem urbana foram
construídos no passado, sem a sua ajuda ?
Fundamentos do modelo ABC
o modelo ABC (porto et al., 1992) é um conjunto de métodos hidrolõgico
clássicos que funcionam articuladamente e são apoiados por interfaccs (I
diálogo com o usuário, rotinas gráficas e um banco de dados de relaç
intensidade-duração-freqüência de todo o Brasil. É apresentado neste texto, II
título de exemplo para demonstrar a aplicação de modelos matemático
hidrologia urbana. O modelo ABC aplica-se a problemas de drenagem urbana, (.1111
especial aos que podem ser classificados como sendo de macrodrenagcrn.
Sua aplicação apresenta vantagens sobre o conhecido método raclouul,
pois se aplica sem restrições a bacias com áreas de drenagem superiores u t()(I
ha. Não obstante, o modelo ABC se aplica a bacias com ãreas inferiores, DOIII
como a grandes bacias urbanas (superiores a 50 km2), segmentando-ao 1\ bnelu,
para considerar a diversidade de distribuição da chuva o ocupação do aclo,
O modelo está escrito em linguagem Quick Baslc, versão 4.5. Pod
executado em computadores compatíveis com o lBM-PC, em SlIlIOOnnJ.l\ll'llUn/l
mínima. Os principais m6dulos do modelo stto /l 801.l1llr d()~orlt
Bacln - Neste; mõdulo, o IIR\I~dn dolllltJ 1111IJHI'I\OI!-.(lIIluUIl dll huulu oru tl"'lIdll
Drenagem Urbana 843
O modelo calcula o tempo de concentração.
Chuvas - Módulo para escolha da chuva de projeto. O modelo permite que se
defina um hietograma, ou calcula a partir de urna das 114 equações de curvas
intensidade-duração-freqüência disponíveis. O hietograma é gerado pelo pro-
cesso dos blocos alternados.
Infiltração - Este m6dulo objetiva calcular a chuva excedente, a partir de
três processos alternativos de análise de infiltração: Horton, SCS e índice
41.
Geração de um hidrograma - Esse m6dulo gera um hidrograma de escoamento
superficial direto para a bacia escolhida, por três processos alternativos de
hidrograma unitário: método de Clark, método de Santa Bárbara e método do
SCS.
Amortecimento de ondas de cheia em reservatórios - Neste modulo, pode-se
obter o hidrograma efluente de um reservat6rio, a partir do conhecimento de
um hidrograma afluente e das características das equações das curvas cota-
volume do reservatório e da curva de descarga do vertedor.
Amortecimento de ondas de cheias em canais - Esse modulo permite calcular o
hldrograma transladado e amortecido em um trecho de canal, pelo método de
Muskingum.
Composição de hidrogramas - Neste modulo, pode-se somar hidrogramas de subo
hncias diferentes.
J~xcmplo 21.4. Modelo ABC - Para exemplificaro uso de um modelo de simulação
cio evento de cheias, propõe-se discutir um exemplo hipotético. Suponha uma
hnclu A (figura 21.13), que se encontra em processo de alteração de sua
uobertura vegetal. Na situação atual, o valor de CN referente à cobertura do
010 atual é 67.
Para uma chuva com duração de 4 horas, com intensidade uniforme de 20
111m/h, foi verificada uma vazão na seção P, que corresponde à capacidade do
1111\1. Com a alteração da cobertura vegetal da bacia A, o valor de CN passará
HO, com aumento da vazão máxima do hidrograma. Foi projetada uma barragem
111 ponto P, para criar um reservat6rio de regularização. Pretende-se
.1I11lonlllonara largura do vertedor dessa barragem, para reduzir a nova vazio
Iln 1>100 ti capaoldadc (\0 01111111.
restnnte do. c!1It!1'1 .~() resumídoe a seguir e na tabela 21.10:
klude <lu
h
,\moUl
846 Hidrolo 11.111
350
300
250-11I....•
"'e 200-.3 150
N
O> 100
50
O
O
Tabela 21.12. Característica do extravasor.
Largura do Vazão máxima Lâmina máxima sobre
vertedor (m) vertida (m3/s) o vertedor (m)
20 152 2,30
22 158 2,21
25 166 2,11
30 177 1,95
Hidrograma futuro
Hidrograma atual
5 25 3010 15 20
Tempo (horos)
REFERÊNCIAS
Figura 21.14. Resultados da bacia do exemplo 21.4.
1 - DAEE/CETESB 1980. Drenagem Urbana 2 ed. São Paulo.
2 - HALL, MJ. 1984. Urban Hydrology. Essex: Elsevler.
3 - KIBLER, O.F. ed. 1982. Urban Stormwater
American Geophisícal Union.
4 - LEOPOLD, L.B. Jlydro!oHY for Urlmn U/1uJ 1'I(1I/~11"1l, WIIHhhll.f.111I1 1J
Govt. Prtnt, OU. (OcolOlllcllI ~\II'vt'y olroulllr ~~I\),
Drenagem Urbana 847
5 - McCUEN, R.H. 1982. A Cuide to Hydrologic Analysis using SCS
Methods. Englewood Cliffs: Prentice-Hall.
6 - PONCE, V.M. 1989. Englneering Hydrology: Principles and Practice.
Englewood Cliffs: Prentice-Hall,
7 - PORTO, R., ZAHED PC, K., e GIKAS, A.N. 1993. ABC3- Análise de
cheias complexas Manual do Usuário, São Paulo: Fundação Centro
tecno16gico de Hidráulica.
8 - UEHARA, K. 1985. Necessidade de estudos de novos critérios de
planejamento de drenagem de várzea de regiões metropolitanas. In:
SIMPÓSIO BRASILEIRO DE HIDROLOGIA E RECURSOS HfoRICOS.
6., 1985, São Paulo. Anais. São Paulo: ABRH. v.3, p.I11-119.