[30268-143430]230313_Aula_4_Drenagem_Urbana

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DRENAGEM URBANA 
Prof.: Edwin Fabiano 
Aula 4 – 23/03/13 
 
PERÍODO DE RETORNO NA 
BACIA DE DRENAGEM 
 Para se decidir o grau de proteção conferido à população com a 
construção das obras de drenagem, deve-se determinar a vazão 
de projeto. 
 
 Deve-se também conhecer a probabilidade P do valor de uma 
determinada razão ser igualado ou superado em um ano 
qualquer. 
 
 A vazão de projeto é imposta de tal forma que sua probabilidade 
P não exceda um determinado valor pré-estabelecido. 
 
PERÍODO DE RETORNO NA 
BACIA DE DRENAGEM 
 A sociedade através de seus representantes, é que deve decidir o 
risco aceitável pela comunidade e o quanto ela está disposta a 
pagar pela proteção conferida pelas obras. 
 
 A escolha do período de retorno é um critério definido em esferas 
políticas. 
 
 É difícil avaliar os danos resultantes de uma inundação, 
principalmente quando esses danos não passam de mero 
transtorno. 
 
PERÍODO DE RETORNO NA 
BACIA DE DRENAGEM 
 
 Os prejuízos decorrentes de inundações (mesmo que frequentes) de 
sarjetas e cruzamentos em áreas residenciais, podem até mesmo 
ser desprezíveis. Já em uma zona comercial, esse mesmo tipo de 
ocorrência pode causar transtornos mensuráveis. 
 
 A aplicação de métodos puramente econômicos para o 
estabelecimento do período de retorno é limitada pela 
impossibilidade de levar em conta aspectos que não podem ser 
expressos em termos monetários, por motivos éticos. 
 
PERÍODO DE RETORNO NA 
 BACIA DE DRENAGEM 
 Quanto maior o período de retorno adotado, maior será a 
proteção conferida à população; por outro lado não só o custo, 
como também o porte das obras e sua interferência no ambiente 
urbano serão maiores. 
 
 Tal fato, comumente, leva os poderes decisórios a escolher 
períodos de retorno pequenos, imprimindo uma falsa sensação 
de segurança na população, encorajando-a, de certa forma, a 
ocupar áreas impróprias. 
 
PERÍODO DE RETORNO NA 
 BACIA DE DRENAGEM 
 Devido a essas dificuldades em estabelecer o período de retorno 
de forma objetiva, sua escolha acaba recaindo sobre critérios 
técnicos. 
 
 Os projetistas acabam sendo os responsáveis pela definição do 
período de retorno adotado nos projetos de drenagem. 
 
PERÍODO DE RETORNO NA 
 BACIA DE DRENAGEM 
Os valores mais praticados e aceitos pelos projetistas são: 
Tipo de obra Tipo de ocupação 
Período de retorno 
(anos) 
Microdrenagem Residencial 2 
Microdrenagem Comercial 5 
Microdrenagem Edifícios de serviços ao público 5 
Microdrenagem Aeroportos 2 - 5 
Microdrenagem Áreas comerciais e artérias de tráfego 5 - 10 
Macrodrenagem Áreas comerciais e residenciais 50 - 100 
Macrodrenagem Áreas de importância específica 500 
 
PERÍODO DE RETORNO NA 
 BACIA DE DRENAGEM 
 Para que se possa escolher o valor desejado, é fundamental a 
distinção entre risco e período de retorno. 
 
 A probabilidade P da vazão de projeto ser igualada ou superada 
durante a vida útil da obra (N anos) é o inverso do período de 
retorno T, ou seja: P=1/T. 
 
 Há portanto, a cada ano, uma probabilidade de que a obra não 
falhe igual a 1-1/T. Portanto, a possibilidade de que ela não 
venha a falhar em toda sua vida útil é (1-1/T)N, o que implica 
que o risco, ou probabilidade de que a obra falhe pelo menos 
uma vez durante sua vida útil é R=1-(1-1/T)N. 
 
 Uma vez obtido o período de retorno, conhece-se a tormenta de 
projeto e a chuva excedente. 
 
DETERMINAÇÃO DA VAZÃO 
NA BACIA DE DRENAGEM 
 Uma tarefa importante da hidrologia é a quantificação das vazões 
de cheia resultantes do excesso de chuva sobre uma bacia. 
 
 A complexidade do processo de transformação da chuva em 
vazão tem sido simplificada teoricamente por meio de modelos 
matemáticos. 
 
 Os modelos matemáticos têm a finalidade de representar o 
processo de maneira relativamente simples, fornecendo 
resultados compatíveis com os observados através de medições 
de precipitações e de vazões. 
 
DETERMINAÇÃO DA VAZÃO 
NA BACIA DE DRENAGEM 
 Numa bacia hidrográfica, o deflúvio superficial é um fenômeno 
muito complexo em razão principalmente da topografia da 
microdrenagem. 
 
 Em geral, apenas em áreas pequenas e em situações 
topograficamente simples é possível expressar matematicamente 
o fenômeno a partir de leis físicas. 
 
DETERMINAÇÃO DA VAZÃO 
NA BACIA DE DRENAGEM 
 O deflúvio superficial é composto de escoamentos de superfície, 
distribuídos espacialmente em pequenas áreas. Esses 
escoamentos representam contribuições laterais aos micro canais 
existentes na bacia, os quais alimentam os pequenos canais da 
bacia e estes, por sua vez, transportam as águas pluviais da 
bacia para os córregos e cursos d'água do sistema fluvial. 
 
DEFLÚVIOS SUPERFICIAIS 
TIPOS DE ESCOAMENTO 
 Escoamento hortoniano direto: 
 
 O escoamento de superfície ocorre nos locais onde a 
intensidade de chuva excede a taxa de infiltração de água no 
solo. 
 
 Essa situação é verificada em parte de uma bacia onde o teor 
de umidade do solo é alto ou a superfície do terreno é 
relativamente impermeável, como é o caso de áreas urbanas e 
áreas rurais com baixa capacidade de infiltração de água no 
solo. 
 
DEFLÚVIOS SUPERFICIAIS 
TIPOS DE ESCOAMENTO 
 Escoamento hortoniano atrasado: 
 
 O escoamento de superfície ocorre quando a intensidade de 
chuva excede a taxa de infiltração, após um certo período de 
tempo inicial. 
 
 Neste caso, inicialmente o terreno tem grande capacidade de 
infiltração e não há escoamento superficial. Entretanto, após 
esse intervalo de tempo inicial, a capacidade de infiltração do 
solo torna-se inferior à intensidade de chuva, surgindo, então, o 
escoamento de superfície. 
 
DEFLÚVIOS SUPERFICIAIS 
TIPOS DE ESCOAMENTO 
 Escoamento sobre o solo superficial saturado: 
 
 O deflúvio superficial ocorre quando abaixo da camada 
superficial de solo permeável existe um solo relativamente 
impermeável. 
 
 Neste caso, o solo superficial rapidamente torna-se saturado, 
oferecendo condições para a ocorrência do escoamento de 
superfície. 
 
DEFLÚVIOS SUPERFICIAIS 
TIPOS DE ESCOAMENTO 
 Escoamento sobre lençol freático: 
 
 O deflúvio superficial ocorre em regiões da bacia onde o lençol 
de agua subterrânea é aflorante. 
 
 Neste caso, a infiltração é bloqueada e toda a água precipitada 
é armazenada na superfície e escoada. 
 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
DA VAZÃO 
Os métodos de cálculo de vazão podem ser: 
• Métodos diretos – baseados em fórmulas empíricas e em estudos 
estatísticos. 
• Métodos indiretos – baseados em considerações relativas à velocidade do 
escoamento. 
 
Os métodos indiretos tiveram seu surgimento baseados na denominada 
“teoria racional”, que define uma relação direta entre a chuva e o deflúvio. 
 
Q = CiA (Equação Racional) 
Q = Deflúvio (Vazão) 
C = coeficiente menor que uma unidade, leva em consideração as 
características da bacia (área, permeabilidade do solo, forma e declividades) 
i = intensidade da chuva 
A = área da bacia 
 
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
DA VAZÃO 
 
HIDROGRAMA 
 A distribuição da vazão em função do tempo numa dada seção 
de um curso d'agua é usualmente chamada de hidrograma e é 
interpretada como sendo a resposta da bacia ou área de 
drenagem quando estimulada pelas chuvas que caem sobre essa 
área. 
 
 As características de um hidrograma refletem vários aspectos da 
bacia, tais como sua área de drenagem, grau de permeabilidade, 
profundidade do lençol freático, porosidade do solo e também o 
tipo de precipitaçãoque ocorreu sobre a bacia. 
 
HIDROGRAMA 
 Precipitações uniformes sobre toda a bacia correspondem a 
hidrogramas com pico suave em relação ao hidrograma 
resultante de uma chuva concentrada próxima a seção onde são 
observadas as vazões Q(t). 
 
HIDROGRAMA 
 Escoamentos superficiais, subsuperficiais e subterrâneos que compõem o 
hidrograma de vazões do curso d'agua. 
 
HIDROGRAMA 
ta - tempo de ascenção 
tp - tempo do pico 
tb - tempo de base 
tc - tempo de concentração 
 Escoamentos superficiais, subsuperficiais e subterrâneos que compõem o 
hidrograma de vazões do curso d'agua. 
 
ESCOAMENTO SUPERFICIAL DIRETO 
Hietograma 
Hidrograma 
 
VARIAÇÕES DE VAZÃO 
 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
 Todos parâmetros de tempo observados no hidrograma estão 
inter-relacionados através de fórmulas empíricas o que torna 
suficiente o conhecimento apenas do tempo de concentração. 
 
 A grande quantidade de fórmulas que fornecem o valor do tempo 
de concentração em função das características da bacia e da 
intensidade de precipitação se originam de estudos 
experimentais e devem ser aplicadas em condições aproximadas 
aquelas para as quais foram determinadas. 
 
Cada fórmula procura representar um tipo diferente de escoamento, 
que podem ser classificados em três grupos: 
 
1. Escoamentos em superfícies: 
 
 Prevalecem em bacias diminutas e são constituídos de lâminas 
que escoam à baixa velocidade sobre planos. Dependem 
sobretudo da intensidade da chuva e da rugosidade e declividade 
da superfície. 
 
 A extensão deste tipo de escoamento é raramente superior a 100 
metros e, portanto, as fórmulas que os refletem podem ser 
aplicadas a aeroportos, parques de estacionamento, etc. 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
 
2. Escoamentos em canais naturais: 
 
• As velocidades são maiores que no escoamento em superfícies, 
pois, prevalecem em bacias de maior porte, nas quais os canais 
são bem delineados, implicando em um escoamento mais 
eficiente. 
 
• Escoamentos que se encaixam nesta categoria dependem menos 
da intensidade da chuva e da rugosidade do terreno, pois, o 
tempo que a água demora para escoar no canal é maior que na 
superfície. 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
 
3. Escoamentos em canais artificiais e galerias: 
 
• As velocidades são ainda mais altas, pois, este tipo de 
escoamento ocorre em bacias que tiveram suas condições 
primitivas modificadas por obras de drenagem, de maneira 
significativa. 
 
• Com maior ou menor predominância, as três categorias de 
escoamento ocorrem simultaneamente em uma mesma bacia, 
dependendo das características da mesma. 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
As fórmulas mais usuais para o cálculo do tempo de concentração são: 
 
1. Fórmula de Kirpich. 
 
Para ser utilizada em bacias não maiores que 0,5 km² e declividades entre 3 a10%. 
Esta fórmula foi obtida para bacias com canais bem definidos e declividades altas. No 
entanto, o fato de ter sido desenvolvida para bacias tão pequenas, parece indicar que 
reflete o escoamento em superfícies. 
Tc = tempo de concentração (min) S = declividade da bacia (m/km) 
L = comprimento do talvegue (km) 
Todas as fórmulas apresentam resultados semelhantes para L ≤ 10 km, a partir do qual passam a 
divergir. 
 
2. Fórmula da Federal Aviation Agency 
 
Usada em bacias pequenas, com predominância de escoamento de superfície, pois foi 
especificamente desenvolvida para drenagem de aeroportos, onde C é o coeficiente de 
escoamento do Método Racional. 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
3. Fórmula da Onda Cinemática 
 
Deduzida teoricamente a partir da equação de Chézy com coeficiente de Manning sob a 
suposição de precipitação de intensidade constante com duração igual ao tempo de 
concentração. É aplicável a bacias pequenas nas quais o escoamento sobre a superfície 
é predominante. Onde n é o coeficiente de rugosidade de Manning e I é a intensidade 
de precipitação. 
 
4. SCS Lag Fórmula 
 
Desenvolvida para bacias rurais com áreas de drenagem inferiores a 8 km². Onde CN é 
o número da curva (curve number) do método desenvolvido pelo Soil Conservation 
Service. Deve-se ajustar o valor de CN para bacias urbanas em função da parcela dos 
canais que foram modificados e da área impermeabilizada. Para uma ocupação não-
homogênea do solo urbano, o SCS recomenda que seja feita uma média ponderada dos 
números da curva. 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
Como as velocidades de escoamento também se alteram, o SCS propõe que o tempo 
de concentração seja ajustado através da seguinte expressão: 
Onde Fa é o fator de correção e PRCT é a porcentagem impermeabilizada da bacia. 
 
5. Método Cinemático do SCS 
Para bacias compostas de trechos de declividades variáveis, esta fórmula se baseia no 
fato de que a somatória dos tempos de trânsito em cada trecho nada mais é que o 
tempo de concentração. 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
Do ponto de vista conceitual, este método é o mais correto, pois permite que se leve 
em conta as características específicas da bacia. O SCS propõe que se use a tabela 
abaixo para o cálculo das velocidades na parte superior da bacia onde há 
predominância de escoamento em superfície. 
Velocidades médias (m/s) 
 
6. Fórmula de Dooge 
 
Foi determinada para bacias rurais com áreas de drenagem variando de 140 a 930km², 
servindo para escoamento em superfícies, em canais naturais, canais artificiais e 
galerias, embora seja mais apropriada para escoamentos em canais. 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
É recomendável que se calcule a velocidade média e compare o valor encontrado com 
os da tabela anterior. Também se recomenda que seja feita uma análise de 
sensibilidade do hidrograma de projeto com relação à rugosidade, número da curva e 
outros parâmetros que são determinados com alto grau de incerteza. 
A = área da bacia (km²) 
 
MÉTODO RACIONAL 
 O nome do método deve-se por ser o primeiro derivado da 
equação racional. 
 
 Esse método foi introduzido em 1889 e é largamente aplicado em 
vários países. Ao longo dos anos sofreu várias críticas 
acadêmicas por sua simplicidade, porém, adequadamente 
aplicado pode conduzir a resultados satisfatórios em projetos de 
drenagem urbana. 
 
 A sua aplicação deve ser em bacias com áreas de 
aproximadamente 1km² (até 3 km²), em geral é utilizado para o 
dimensionamento de galerias e áreas desprovidas de obras de 
drenagem. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Premissas básicas do método: 
 
1. O pico do deflúvio superficial direto, relativo a um dado ponto de 
projeto, é em função do tempo de concentração respectivo, 
assim como da intensidade da chuva, cuja duração é suposta 
como sendo igual ao tempo de concentração em questão. 
 
2. As condições de permeabilidade das superfícies permanecem 
constantes durante a ocorrência da chuva. 
 
3. O pico do deflúvio superficial direto ocorre quando toda área de 
drenagem, montante do ponto de projeto, passa a contribuir no 
escoamento. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Limitações do método: 
 
1. O método racional é adequado para a estimativa da descarga do 
pico do deflúvio superficial direto, resultante de uma tormenta 
sobre uma determinada bacia. É um método muito criticado pelo 
fato de que as respostas obtidas através de sua aplicação 
representam apenas aproximações. 
 
2. A grande desvantagem do método é que normalmente ele 
fornece somente um ponto do hidrograma. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Limitações do método: 
 
3. Se aplicado em grandes bacias, ou seja, quando a mesma se 
torna mais complexa, com váriassub bacias, tende a 
superestimar as descargas, resultando em obras de drenagem 
superdimensionadas. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Fórmula do método racional 
𝑄 =
𝐶𝑖𝐴
3,6
 
 
Q = caudal que deflui sobre a superfície do solo em m³/s 
C = coeficiente de escoamento superficial – é a relação entre o pico de 
vazão (deflúvio superficial direto máximo) e a chuva sobre a área 
i = intensidade média da chuva em mm/h 
A = área da bacia receptora em km² 
 
MÉTODO RACIONAL 
Tempo de Concentração - tc 
 
 Como premissa básica do método racional o deflúvio superficial 
direto depende da intensidade da chuva, durante o tempo 
requerido pela água para escoar desde o ponto mais distante da 
bacia até o ponto de interesse (ponto de concentração). 
 
 Na aplicação do método o tempo de concentração deve ser 
estimado a fim de que a intensidade da chuva, de uma duração 
correspondente, possa ser estimado a partir das curvas de 
intensidade-duração-frequência elaboradas para área em 
consideração. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Tempo de Concentração - tc 
 
 Define-se tempo de concentração como sendo o tempo em 
minutos que leva uma gota de água teórica para ir do ponto mais 
afastado da bacia até o ponto de concentração. 
 
 Para as galerias de drenagem urbana o tempo de concentração 
compreende um tempo inicial de entrada, ou o tempo 
requerido pelo escoamento superficial para fluir, sobre a 
superfície, até atingir a primeira boca de lobo de montante, e um 
tempo de percurso na galeria até o ponto de estudo. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Tempo de Concentração - tc 
 
 O tempo de entrada pode variar com a declividade da superfície, 
armazenamento em depressões, cobertura do solo, chuva 
antecedente e capacidade de infiltração do solo, assim como o 
comprimento da superfície de escoamento. 
 
 Quanto maior a intensidade da chuva, menor será o tempo de 
entrada. Em geral nos projetos são adotados tempo de entrada 
de 10 a 30 minutos. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Intensidade - i 
 
 A intensidade é quantidade de precipitação que ocorre em uma 
unidade de tempo (mm/h), para uma chuva de uma dada 
frequência e com duração igual ao tempo de concentração. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Coeficiente de Escoamento Superficial - C 
 
• É um coeficiente volumétrico, sendo representado pela relação 
entre os volumes totais de escoamento superficial e de 
precipitação. 
 
• Este coeficiente reúne todos os elementos necessários para se 
calcular o caudal que deve ser esgotado pelos condutos, levando 
em conta a impermeabilidade do solo, a retenção pelas 
desigualdades das superfícies receptoras e a desuniformidade da 
distribuição da chuva e do retardamento. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Coeficiente de Escoamento Superficial 
 
PERÍODO DE RETORNO 
Exercício 1 
 
Calcular o risco de uma determinada obra falhar durante sua vida útil 
considerando os seguintes dados: 
1. Período de retorno – T (anos) = 2, 5, 10, 25, 50, 100 e 500 anos. 
2. Vida útil – N (anos) = 2, 5, 25, 50 e 100 anos. 
 
COEFICIENTE DE DEFLÚVIO 
Exercício 2 - Cálculo do Coeficiente de Escoamento Superficial 
 
𝐶 = 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑎𝑑𝑜
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑑𝑎𝑑𝑜
 
 
𝐴 = 320𝑘𝑚² 
Dados de Chuva e Vazão 
Dia Hora Altura da Chuva 
(mm) 
Q medida 
(m³/s) 
Qb 
(m³/s) 
18/ago 
18 3,85 8,00 8,00 
21 14,00 78,50 9,00 
24 15,15 92,50 10,00 
19/ago 
3 14,20 102,75 11,10 
6 15,95 117,75 12,20 
9 1,10 114,00 13,20 
12 1,95 111,00 14,20 
15 5,65 113,00 15,20 
18 3,15 107,00 16,20 
21 88,90 17,20 
24 66,00 18,20 
20/ago 
3 45,00 20,00 
6 34,00 21,00 
9 27,00 22,00 
12 24,50 23,00 
15 24,00 24,00 
exercício 
 
MÉTODO RACIONAL 
Exercício 3 
 
O escoamento superficial proveniente do estacionamento abaixo representado, escoa 
unicamente na direção indicada e contribui diretamente ao canal. O tempo de 
concentração é de 30 min e o coeficiente de deflúvio para a superfície do pavimento é 
0,80. Desprezando-se a velocidade no canal, determinar as vazões de pico 
correspondentes: 
a) a uma chuva com 120 mm/h de intensidade e duração de 10 minutos; 
b) a uma chuva com 30 mm/h e duração de 40 min. 
 
MÉTODO RACIONAL 
Exercício 4 
 
A bacia hidrográfica de um córrego tem uma área de 150 ha, o coeficiente 
de deflúvio desta bacia é C = 0,4 e o tempo de concentração da bacia até o 
ponto P é de 30 minutos. Conhecendo-se a equação de chuvas da região de 
Florianópolis, qual a duração da chuva que produzirá o máximo caudal no 
ponto P sendo consideradas três chuvas A, B e C, com durações respectivas 
de 20, 30 e 60 minutos? 
Considerar T = 5 anos 
A = 150ha 
C = 0,4 
Córrego 
P 
exercício 
 
OBRIGADO! 
 
 
DRENAGEM URBANA 
Prof. Edwin Fabiano 
edwin.alves@unisul.br