Aula 04 - Estudo Vazão

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VAZÃO NAS OBRAS DE ARTE
UNIVERSIDADE CEUMA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DISCIPLINA: PONTES II
Por que é necessário estudar VAZÃO?
Universidade Ceuma
Trecho da BR-316 (Araguanã – Zé Doca) Piqui (São Mateus do MA)
Riacho Tuntum (Tuntum)
Trecho da BR-222 (Miranda do Norte – Arari)
Por que é necessário estudar VAZÃO?
❖ A água é considerada o maior agente destrutivo da construção
civil.
❖ Em particular na infraestrutura dos transportes, seja em
rodovias, ferrovias, portos, aeroportos, a água é considerada como
a maior causadora de problemas.
DRENAGEM
Universidade Ceuma
CICLO HIDROLÓGICO
Universidade Ceuma
O QUE É DRENAGEM?
❖ Pode-se definir, DRENAGEM como a ciência que tem como
objetivo, através de um Sistema de Drenagem eficaz,
remover e ou impedir tecnicamente o excesso das águas
superficiais e profundas, a fim de proteger e melhorar tudo
sobre que possam elas influir (Jabôr, 2014).
❖ TIPOS:
❖Transposição de Talvegues
❖Superficial
❖ Pavimento
❖ Profunda/Subsuperficial
❖Urbana
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CAPTAÇÃO das águas
CONDUÇÃO das águas
LANÇAMENTO em local 
adequado
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CAPTAÇÃO das águas
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CONDUÇÃO das águas
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LANÇAMENTO em local adequado
O QUE É DRENAGEM?
❖ Em sua função primordial, a drenagem de uma rodovia
deve eliminar a água que, sob qualquer forma, atinge
o corpo estradal, captando-a e conduzindo-a para
locais em que menos afete a segurança e durabilidade
da via (DNIT, 2006).
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Drenagem de Transposição de 
Talvegues
Drenagem de Transposição de Talvegues
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Ponte desabou na Br- 316, no quilômetro 415 entre o município de Alto Alegre do Maranhão e o 
povoado Livramento – abril/ 2017
Drenagem de Transposição de Talvegues
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Rompimento da BR-316 entre Zé Doca e Nova Olinda no Maranhão – março/2019
Drenagem de Transposição de Talvegues
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BR- 222, próximo ao município de Igarapé do Meio (MA) – abril/ 2017
Drenagem de Transposição de Talvegues
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BR- 222, Povoado Pequiá de Baixo no município de Açailândia (MA) – março/ 2020
ESTUDOS HIDROLÓGICOS
❖ IMPORTÂNCIA DOS ESTUDOS HIDROLOGICOS
Obras ou Empreendimento:
❖Super Dimensionadas – custos desnecessários;
❖Sub Dimensionadas – prejuízos materiais, humanos,
patrimoniais, ambientais e outros.
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ESTUDOS HIDROLÓGICOS
❖Tem como objetivo obter elementos e estabelecer
critérios para:
❖Determinar as vazões para o dimensionamento das
novas obras;
❖Verificar a suficiência das obras existentes.
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HIDROLOGIA
❖ É a ciência que trata da água da terra, sua
ocorrência, circulação e distribuição, suas
propriedades físicas e químicas, e suas reações com o
meio ambiente, incluindo suas relações com a vida.
(definição recomendada pelo United States Federal Council of Science and Technology, Committee for Scientific
Hydrology, 1962, apud Jabôr, 2014)
Universidade Ceuma
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cenário sem urbanização
cenário com urbanização
EFEITOS DA URBANIZAÇÃO 
SOBRE O COMPORTAMENTO 
HIDROLÓGICO
ESTUDOS HIDROLOGICOS
Desenvolvidos em 2 fases:
• Fase Preliminar
• Fase Conclusiva/Anteprojeto
Fase Preliminar
❖ Coleta de dados hidrológicos junto aos órgãos oficiais
(ANA, INPE, INMET, etc.);
❖ Reconhecimento da bacia;
❖ Informações junto aos moradores mais próximos das
obras sobre histórico de ocorrências mais
significativas (máxima cheia), áreas críticas de
acumulação, etc.
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
❖ Conclusão e apresentação dos Estudos Hidrológicos.
❖ Informações Utilizadas:
❖Atlas Climatológicos;
❖ Cartas Geográficas – IBGE / Ministério do Exercito;
❖ Classificação climática (Wladimir Koppen);
❖Dados Pluviométricos – ANA;
❖ Inspeção de Campo;
❖Diretrizes básicas para elaboração de estudos e Projetos
(DER / DNIT, VALE, VALEC, e outros).
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
❖Dados Pluviométricos – Coleta e Processamento;
❖ Equação de Chuvas;
❖Determinação da precipitação média;
❖ Calculo das Vazões.
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Dados Pluviométricos
Coleta e Processamento
❖ Pluviômetro
❖ Pluviógrafo
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Dados Pluviométricos
Coleta e Processamento
❖ Plataforma de Coleta de Dados Meteorológicos (PCD)
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
COLETA DOS DADOS PLUVIMETRICOS
❖ Escolha do posto representativo para o local de
estudo e elaboração do projeto:
❖Deverá possuir um numero de observações (serie histórica)
igual ou superior a 15 anos.
❖ Agência Nacional de Águas – www.ana.gov.br
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http://www.ana.gov.br/
Fase Conclusiva/Anteprojeto
COLETA DOS DADOS PLUVIMETRICOS
❖ Agência Nacional de Águas – www.ana.gov.br
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http://www.ana.gov.br/
Fase Conclusiva/Anteprojeto
COLETA DOS DADOS PLUVIMETRICOS
❖ Agência Nacional de Águas – www.ana.gov.br
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Amorim et all, 2016
http://www.ana.gov.br/
Fase Conclusiva/Anteprojeto
PROCESSAMENTO DOS DADOS
❖Obter a intensidade pluviométrica relacionada com o
tempo de recorrência (Tr) adotado no projeto e o
tempo de concentração das bacias (tc);
❖Apresentar os quadros resumos, histogramas e
Curvas I-D-F
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
PROCESSAMENTO DOS DADOS
❖ “RESUMO”: Exemplo: Posto – São Luís - MA
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
PROCESSAMENTO DOS DADOS
❖ “RESUMO”: Exemplo: Posto – São Luís - MA
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
EQUAÇÃO DAS CHUVAS
❖ Equação de chuvas Intensidade Pluviométrica e
Precipitação
❖Equações das Chuvas – Otto Pfafstetter;
❖Denardin e Freitas;
❖Método das Isozonas – Jose Jaime Taborga Torrico.
❖Método da Desagregação
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
EQUAÇÃO DAS CHUVAS
❖ Equações das Chuvas – Método do Eng. Otto
Pfafstetter
CHUVAS INTENSAS NO BRASIL - DNOS
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
EQUAÇÃO DAS CHUVAS
❖ Equações das Chuvas – Método do Eng. Otto
Pfafstetter
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Fase Conclusiva/Anteprojeto
EQUAÇÃO DAS CHUVAS
❖ Equações das Chuvas – Denardin e Freitas
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ESTUDOS HIDROLÓGICOS
❖Tem como objetivo obter elementos e estabelecer
critérios para:
DETERMINAR AS VAZÕES
❖ Cálculo das vazões
❖ Planta cartográfica - Área da bacia de contribuição;
❖Tempo de Recorrência
❖Tempo de Concentração
❖ Coeficiente de Deflúvio
❖Métodos de Dimensionamento
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CÁLCULO DAS VAZÕES
❖ Planta cartográfica - Área da bacia de contribuição
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CÁLCULO DAS VAZÕES
Planta cartográfica 
❖ BACIA HIDROGRÁFICA
❖ É a área geográfica coletora de águas precipitadas, necessariamente
contornada por um divisor, que representa o lugar geométrico de pontos
de máxima cota entre bacias. (A = Ha, Km²)
❖ O estudo pode ser feito utilizando cartas do IBGE: www.ibge.gov.br
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http://www.ibge.gov.br/
CÁLCULO DAS VAZÕES
❖Tempo de Recorrência
ou período de retorno
Segurança e durabilidade
❖ Espaço de tempo em anos onde
provavelmente ocorrerá um
fenômeno de grande magnitude
(intensidade e duração), pelo menos
uma vez;
❖ Quanto maior for o Tr, maiores
serão os valores das vazões
calculadas e, consequentemente
mais segura e mais cara será a
obra.
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CÁLCULO DAS VAZÕES
Período de Recorrência - DNIT
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CÁLCULO DAS VAZÕES
Período de Recorrência - DNIT
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Ferrovias
CÁLCULO DAS VAZÕES
❖Tempo de Concentração
❖É o intervalo de tempo em minutos ou horas contado a
partir do inicio da precipitação, para que todos os pontos
da bacia passe a contribuir para uma dada seção de
estudo.
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CÁLCULO DAS VAZÕES
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (tc)
❖ Existem algumas fórmulas empíricas para o cálculo
do tempo de concentração. Dentre elas podemos
citar a de Kirpich, que leva em consideração
características físicas da bacia.
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CÁLCULO DAS VAZÕES
❖ Coeficientede Deflúvio (C)
❖ Coeficiente de deflúvio ou coeficiente de escoamento
superficial, ou ainda, coeficiente de “run-off”, é a relação
entre o volume escoado superficialmente e o volume
precipitado.
❖Esse coeficiente representa, de maneira simples, a relação
entre a vazão e a precipitação que lhe deu origem,
envolvendo não só o volume da precipitação vertida, mas
também o efeito das perdas por retenção e infiltração do
solo durante a tempestade de projeto.
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CÁLCULO DAS VAZÕES
Coeficiente de Escoamento Superficial (C)
❖Denomina-se coeficiente de escoamento superficial
ou “Runoff” como sendo a relação entre os volumes
totais de escoamento superficial e de precipitação.
❖ É função da taxa de impermeabilização do terreno,
resultado do uso e ocupação do solo urbano.
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CÁLCULO DAS VAZÕES
Coeficiente de Escoamento Superficial (C)
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CÁLCULO DAS VAZÕES
Coeficiente de Escoamento Superficial (C)
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❖ Exemplo de bacia com subáreas de características
diferentes
Métodos de Dimensionamento
❖VAZÃO DE PROJETO
❖ Como exposto anteriormente, o dimensionamento de uma
estrutura de drenagem está sempre condicionada ao
conhecimento da vazão máxima prevista para o local de
estudo.
❖ Para se prever essas vazões, são utilizadas os método
diretos e os indiretos.
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Métodos de Dimensionamento
❖Métodos Diretos: baseiam-se em dados obtidos
através de resultados observados no próprio local
de estudo. A dificuldade em se empregar esses
métodos está em que nem sempre é possível se
lançar mão dos registros de vazão de uma bacia.
❖Métodos Indiretos: determina-se a vazão máxima
através das precipitações e das características do
escoamento superficial.
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MÉTODOS RECOMENDADOS PELO 
“DNIT” EM FUNÇÃO DA ÁREA DA BACIA
❖Método Racional: 𝐴 10𝑘𝑚²
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MÉTODO RACIONAL
❖A vazão é calculada pela equação:
𝑄 =
𝐶. 𝐼. 𝐴
6
Onde:
❖ Q – vazão de pico em m³/s
❖ A – área drenada da bacia (ha)
❖ I – intensidade de chuva (mm/min.),
❖ C – coeficiente de escoamento superficial (adimensional)
Obs.: C = Cmed
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𝑪𝒎é𝒅 =
σ𝑨𝒊 × 𝑪𝒊
𝑨𝑻
MÉTODO RACIONAL CORRIGIDO
❖A vazão é calculada pela equação original e ajustada
pelo coeficiente de distribuição “n”:
𝑄 =
𝐶. 𝐼. 𝐴
6
× 𝑛
Onde:
❖ 𝑛 = 𝐴−0,15 − 𝑝𝑎𝑟𝑎 á𝑟𝑒𝑎 𝑢𝑟𝑏𝑎𝑛𝑎 (𝐴, 𝑘𝑚2)
❖ 𝑛 = 𝐴−0,10 − 𝑝𝑎𝑟𝑎 á𝑟𝑒𝑎 𝑟𝑢𝑟𝑎𝑙 (𝐴, ℎ𝑎)
Sendo:
❖ n – coeficiente de distribuição adimensional
❖ A – área da bacia (há ou km²)
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MÉTODO HIDROGRAMA UNITÁRIO
TRIANGULAR - HUT
❖Hidrograma Unitário é o gráfico que representa a
variação da vazão no decorrer do tempo, conforme
apresentado a seguir:
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MÉTODO HIDROGRAMA UNITÁRIO
TRIANGULAR - HUT
❖ Como pode observar, esse hidrograma é composto
por parâmetros que são calculados pelas
expressões:
❖Onde:
❖ ∆𝒕 – 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒖𝒏𝒊𝒕á𝒓𝒊𝒐 𝒅𝒆 𝒅𝒖𝒓𝒂çã𝒐 𝒅𝒆 𝒄𝒉𝒖𝒗𝒂 (h)
❖ 𝑡𝑐 – 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒐 de duração de chuva (h)
❖ 𝑡𝑝 – 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒐 de pico (h)
❖ 𝑡𝑟 – 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒐 de descida ou retorno (h)
❖ 𝑡𝑏 – 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒐 de base (h)
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∆𝒕 =
𝒕𝒄
𝟓
𝒕𝒑 =
∆𝒕
𝟐
+ 𝟎, 𝟔. 𝒕𝒄 𝒕𝒓 = 𝟏, 𝟔𝟕. 𝒕𝒑 𝒕𝒃 = 𝟐, 𝟔𝟕. 𝒕𝒑
MÉTODO HIDROGRAMA UNITÁRIO
TRIANGULAR - HUT
❖ Como pode observar, esse hidrograma é composto
por parâmetros que são calculados pelas
expressões:
❖Onde:
❖ 𝒒𝒑 – descarga de piso unitária (m³/s)
❖ 𝑡𝑝 – 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒐 de pico (h)
❖ 𝐴 – área da bacia (km²)
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𝒒𝒑 =
𝟐, 𝟎𝟖. 𝑨
𝒕𝒑
MÉTODO HIDROGRAMA UNITÁRIO
TRIANGULAR - HUT
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MÉTODO HIDROGRAMA UNITÁRIO
TRIANGULAR - HUT
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MÉTODO HIDROGRAMA UNITÁRIO
TRIANGULAR - HUT
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MÉTODO HIDROGRAMA UNITÁRIO
TRIANGULAR - HUT
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MÉTODO HIDROGRAMA UNITÁRIO
TRIANGULAR - HUT
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APLICAÇÃO
❖ EXERCÍCIO 01:
❖ Em uma avenida de uma área residencial com unidades múltiplas
conjugadas, em São Luís (MA), deseja-se implantar um bueiro
que receberá a contribuição de uma área com dimensões
aproximadas de 1,50 km de comprimento por 0,80 km de largura.
Sabe-se que a maior distância da bacia até o ponto considerado
da obra é de 1.600,00 m, para ΔH = 14,80 m. Determinar a vazão
de projeto.
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