Importância da Hidrologia na Engenharia

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15/12/2016
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Aula 7
Importância e Função da hidrologia na engenharia e 
seus conceitos básicos.
O Ciclo Hidrológico e sua importância na engenharia.
Formação e tipos de Precipitações.
Infiltração e sua influência para engenharia.
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A água é encontrada em toda parte: nos mares, nos rios, 
nos lagos, nas nuvens, nos lençóis subterrâneos, no ar, nos 
animais, nas plantas, no ser humano. 
Temos basicamente três tipos de águas disponíveis em 
nosso planeta. A água salgada 
é aquela que apresenta alta 
concentração de sal. Ela é o 
principal tipo de água 
encontrado no planeta, 
representando cerca de 
97,5% do total.
A hidrologia é a ciência que estuda a água na terra e 
procura responder a perguntas, como o que ocorre 
com a água da chuva quando chega a superfície da 
terra. Os autores ainda afirmam que á engenharia 
hidrológica é a aplicação dos 
conhecimentos da hidrologia 
para resolver problemas 
relacionados aos usos da 
água.
É importante frisar duas características em relação ao 
uso da água, sendo o uso não-consuntivo, aquele que 
não altera a quantidade de água disponível no rio ou 
lago ao ser utilizado (navegação, uso para movimentar 
turbina...), e o uso consuntivo 
apenas parte retorna na 
forma de escoamento 
(irrigação). 
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Vale lembrar que as leis estão cada vez mais rígidas, e 
devem ser consideradas como um ponto de debate 
importante na engenharia
Para trabalhar o modelo de gestão dos recursos 
hídricos no Brasil é 
necessário, entender as 
bases que instituíram a 
Política Nacional de Recursos 
Hídricos- PNRH, instituída 
pela Lei 9.433/97.
Com relação a projetos e o papel do engenheiro, é importante citar 
que, o objetivo do estudo ou projeto determinará a fase do ciclo 
hidrológico e a escala de interesse. 
Existem dois grupos: - O primeiro a estimativa de disponibilidade e 
demandas.
- o segundo e o de previsão de 
eventos externos, como:
projetos de proteção contra
enchentes; projetos de 
grandes obras: barragens, 
pontes, estradas; projetos de 
drenagem).
A multidisciplinariedade nos estudos hidrológicos torna-
se importante (engenheiros, geólogos, agrônomos, 
tecnólogos e economistas, sociólogos, cientistas sociais e 
comunicadores). A água tem propriedades físicas e 
químicas. Entre as propriedades 
da água estão sua massa 
especifica, calor especifico, 
calor latente de fusão e 
vaporização, viscosidade, 
propriedade moleculares e 
intermoleculares.
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O ciclo Hidrológico - característica essencial de 
qualquer volume de água superficial localizada em 
rios, lagos, tanques, represas artificiais e águas 
subterrâneas é a sua instabilidade e mobilidade. Os 
principais componentes do 
ciclo hidrológico são a 
evaporação, a precipitação, 
a transpiração das plantas e 
a percolação, infiltração e a 
drenagem. 
Os fatores que impulsionam o ciclo hidrológico são a energia 
térmica solar, a força dos ventos, que transportam vapor d'água 
para os continentes, a força da gravidade responsável pelos 
fenômenos da precipitação, da infiltração e deslocamento das 
massas de água. 
Revisão
Imagem/Lam_11.png
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Segundo Collischonn e Dornelles (2015, p.53), 
precipitação é denominada como a água da atmosfera 
que atinge a superfície na forma de chuva, granizo, neve e 
neblina. A precipitação é a principal forma de entrada de 
água em uma bacia hidrográfica.
Bacia hidrográfica é a área de 
captação natural dos fluxos de 
água originados a partir da 
precipitação, que faz convergir 
os escoamentos para um único 
ponto de saída. 
Declividade da bacia hidrográfica: pode ser obtida 
dividindo o nível altimétrico de uma determinada bacia 
pelo comprimento da drenagem principal. 
O balanço hídrico de uma bacia, estudado com intervalos 
de tempo em anos pode ser calculado a partir da seguinte 
equação: 
Onde P é a precipitação em 
mm.ano-1; ET é a 
evapotranspiração dada em 
mm.ano-1 e Q é o escoamento 
em mm.ano-1.
As formações das nuvens de chuva, levando em 
consideração a ascensão desse ar úmido são 
importantes para classificarmos os principais tipos 
de chuva: Frontais ou ciclônicas; Convectivas e 
Orográficas.
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A ANA (Agência Nacional da Água) no Brasil efetua a 
medição em seus postos de medição, uma vez por dia e 
conta com uma rede 2473 pluviômetros distribuído por 
todo Brasil.
Pluviógrafos conferem uma precisão maior nos dados 
coletados, pois as análises são 
realizadas ao longo do dia;
Pluviógrafos conferem uma 
precisão maior nos dados 
coletados, pois as análises são 
realizadas ao longo do dia.
De acordo com Collischonn e Dornelles, os dados da chuva 
que são estudados são: -A duração: é período de tempo 
que a chuva ocorre, geralmente medido em minutos ou 
horas; - A altura: é a espessura média da lâmina de água 
que cobriria a região atingida se esta região fosse plana e 
impermeável; - A intensidade: é a altura precipitada 
dividida pela duração da chuva, 
ou seja, é a taxa de ocorrência 
de chuva ao longo do tempo, 
expressa; A frequência: é a 
quantidade de ocorrências 
de eventos. 
A infiltração é o fenômeno de penetração da água nas 
camadas de solo próximas à superfície do terreno, 
movendo-se para baixo, através de vazios, sob a ação 
da gravidade, até atingir uma camada suporte que a 
retém.
A medida que água infiltra 
pela superfície, as camadas 
superiores do solo vão se 
umedecendo de cima para 
baixo, alterando 
gradativamente o perfil de 
umidade.
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Fatores que Intervém na Capacidade de Infiltração. 
São seguintes fatores intervenientes na capacidade 
de Infiltração: -Umidade do solo; -Permeabilidade do 
solo; -Temperatura do solo e da água; -Profundidade 
do extrato impermeável; 
Estes fatores dependem 
também: da água disponível 
para infiltrar no solo; do tipo 
de solo e relevo; da cobertura 
vegetal existente no local; 
do teor de umidade.
Existem duas forças que contribuem para a retenção da água 
no solo, que são as forças capilares e as forças de absorção. A 
força capilar é relacionada com a tensão superficial da água 
que interage diretamente com as paredes dos poros e a força 
adsorção que está relacionada com a carga eletrostática que 
atua em todas as moléculas de água ou até mesmo íons 
presentes na água. Os métodos 
usados para se determinar a 
capacidade de infiltração da água 
no solo são:
Infiltrômetro de anel; 
Simuladores de chuva ou 
infiltrômetro de aspersão. 
O escoamento superficial é uma parte do ciclo hidrológico 
cuja a característica principal é o deslocamento da água 
sobre a superfície terrestre ou juntamente com os cursos 
de água. O escoamento superficial constitui, um grande 
desafio para a engenharia, visto que a maior parte dos 
estudos está focada no aproveitamento da água 
superficial e à prevenção dos 
fenômenos provocados por ele 
e que são de grande prejuízo 
para o homem, como por 
exemplo, enchentes.
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As grandezas características relacionadas ao escoamento superficial 
de uma determinada bacia são as seguintes: a vazão do curso de 
água de maior ordem; o coeficiente de runoff da bacia; a precipitação 
efetiva; o tempo de concentração; a frequência com que ocorrem 
essas vazões a relação entre o nível de água e a vazão. A vazão, 
também conhecida como descarga superficial, é definida como o 
volume de água que atravessa a seção transversal ao curso d’água,
em uma determinada unidade de 
tempo. 
O sistema de drenagem e de vital importância, para a 
engenharia, influenciando em um conjunto de 
infraestruturas. É serve para realizar a coleta, transporte e 
lançamento final das águas superficiais. E seu objetivo é 
diminuir os riscos de inundações e possíveis prejuízos à 
população. O estudo sobre drenagem urbana pode ser 
divido em duas partes, a 
microdrenagem e a 
macrodrenagem.Microdrenagem urbana consideradas estruturas que servem para 
conduzir as águas que escoam superficialmente para as galerias e 
canais urbanos.
Macrodrenagem, é responsável pelo escoamento final das águas 
pluviais oriundas do sistema de microdrenagem urbana. Em um 
projeto de drenagem constam alguns elementos importantes para 
serem analisados como: Elementos físicos como: plantas de situação; 
levantamento topográfico, cadastro 
de redes existentes; urbanização, 
dados relativos ao curso de água 
receptor, entre outros.
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Segundo (Collischonn & Dornelles, 2015) a água no 
subsolo fica contida em formações geológicas podendo 
ser consolidadas ou não, da água que infiltra no solo, parte 
é aproveitada pelas plantas e outra parte segue infiltrando 
no solo até chegar a formações geológicas impermeáveis. 
Essas formações geológicas são conhecidas como 
aquíferos.
Para determinação da 
capacidade de um aquífero 
fazemos a relação entre o 
volume de vazios e o volume 
total. 
Isso se explica devido ao fato de que são os poros dessa 
formação geológica que ficam saturados de água, 
portanto é a partir daí que medimos sua capacidade.
Nos aquíferos livres a pressão hidráulica é considerada 
como sendo a igual a cota do lençol freático, enquanto nos 
aquíferos confinados essa 
pressão pode ser maior do que 
a altura da água, haja vista 
estão sob pressão
As grandezas que são observadas quando estudamos 
sobre aquíferos são a porosidade, a permeabilidade e 
condutividade hidráulica, o coeficiente de 
armazenamento e a transmissividade. Antes de nos 
aprofundarmos nessas grandezas necessitamos entender 
a Lei de Darcy, que explica, através de sua equação, que 
um fluxo de água num meio 
poroso é proporcional ao 
gradiente hidráulico ou às 
diferenças de pressão entre 
dois pontos distintos. 
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Revisão
Hidrologia Aplicada:
Considerando os usos das águas, citados no tema 1, 
é importante frisar duas características em relação 
ao uso da água. Cite quais são estas características 
e descreva a diferenças 
entre as características 
exemplificando-as.
Revisão:
Quais os fatores que impulsionam o ciclo 
hidrológico, que transportam vapor d'água para os 
continentes, a força da gravidade responsável pelos 
fenômenos da precipitação 
da infiltração e 
deslocamento das massas 
de água. 
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Revisão:
Cont. Atividade 2:
Marque a alternativa correspondente.
a) são a energia eólica, a força dos ventos,
b) são a energia térmica solar, a 
força dos ventos,
c) são a energia pluviométrica, 
a força da água,
d) navegação fluvial, geração
de energia, 
e) abastecimento industrial,
controle de cheia. 
Revisão:
Descreva as diferenças dos tipos de chuvas 
Frontais, convectivas e orográficas.
Revisão:
Sabendo que existem duas forças que contribuem para 
a retenção da água no solo, que são as forças capilares 
e as forças de absorção. Explique cada uma delas e cite 
os métodos usados para se 
determinar a capacidade de 
infiltração da água no solo.
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Revisão :
O estudo sobre drenagem urbana pode ser divido em duas partes, 
Cite quais são elas e descreva cada uma. a microdrenagem e a 
macrodrenagem, sendo a Microdrenagem consideradas 
estruturas que servem para conduzir as águas que escoam 
superficialmente para as galerias 
e canais urbanos, e a 
macrodrenagem, é responsável 
pelo escoamento final das águas 
pluviais oriundas do sistema de 
microdrenagem urbana.
GABARITO
Entre os usos da água citados por (Collischonn e Dornelles, 
2015.pg.13-16), é importante frisar duas características em relação 
ao uso da água, sendo o uso não-consuntivo, aquele que não altera a 
quantidade de água disponível no rio ou lago ao ser utilizado 
(navegação, uso para movimentar 
turbina...), e o uso consuntivo apenas 
parte retorna na forma de 
escoamento (irrigação).
GABARITO
A Alternativa correta e a letra B. Os fatores que 
impulsionam o ciclo hidrológico são a energia térmica 
solar, a força dos ventos, que transportam vapor d'água 
para os continentes, a força da 
gravidade responsável pelos 
fenômenos da precipitação, da 
infiltração e deslocamento das 
massas de água. 
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GABARITO
As chuvas frontais ou ciclônicas são de longa duração 
e a sua intensidade varia de baixa para moderada. As 
chuvas orográficas resultam da ascensão mecânica de 
correntes de ar úmido sobre 
barreiras naturais, como por 
exemplo, as Serras.
GABARITO - Continuação Atividade 3:
As chuvas convectivas são precipitações típicas tropicais, 
é formada através da ascensão do ar quente e úmido, que 
ao atingir altitudes elevadas condensa, formando gotas 
grandes o bastante para 
conseguirem vencer a força dos 
ventos que as mantinham 
suspensas a altitudes tão 
elevadas, caindo dessa maneira 
em forma de chuva.
GABARITO 
A força capilar é relacionada com a tensão superficial da água que 
interage diretamente com as paredes dos poros e a força adsorção 
que está relacionada com a carga eletrostática que atua em todas as 
moléculas de água ou até mesmo íons presentes na água. Os 
métodos usados para se determinar a 
capacidade de infiltração da água no 
solo são: Infiltrômetro de anel; 
Simuladores de chuva ou 
infiltrômetro de aspersão.
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GABARITO
O estudo sobre drenagem urbana pode ser divido em duas partes, 
a microdrenagem e a macrodrenagem. Sendo a Microdrenagem
consideradas como as estruturas de condutos construídos e 
destinados a receber, conduzir as águas das chuvas vindas das 
construções como: lotes, ruas, 
praças e outras edificações. 
Os sistemas de microdrenagem
incluem a coleta e afastamento 
das águas superficiais ou ...
GABARITO – Cont. Atividade 5 - ... subterrâneas através 
de pequenas e médias galerias. Já a macrodrenagem 
corresponde à rede de drenagem natural, pré-existente à 
urbanização, constituída por rios e córregos, localizados 
nos talvegues dos vales, e que 
pode receber obras que a 
modificam e complementam, 
tais como canalizações, 
barragens, diques e outras.
Revisão
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No tema 1 você aprendeu sobre a importância da água, a 
distribuição e onde esta localizada a água em nosso planeta 
suas quantidade e formas.
Os diversos aspectos da área do conhecimento e 
multidisciplinariedade que é necessário para compreender a 
complexidade deste estudo.
A importância do estudo deste 
recurso natural, para Engenharia. 
Hidrosfera é o sistema formado 
pelas águas que podemos 
encontrar na superfície ou subsolo 
do nosso planeta.
No tema 2: • Contexto Hidrológico e as propriedades da água. 
• Ciclo Hidrológico, Importância e Balanço Hídrico. • Impacto 
hidrológico e balanço hídrico e infiltração. • Impacto da 
vegetação e urbanização. Você estudou que conceitualmente 
que a hidrologia trabalha com o movimento das águas em suas 
dimensões cuidando da distribuição e armazenamento. Até o 
momento este processo 
hidrológico está ocorrendo em 
nosso planeta, mas a atmosfera 
faz parte também deste sistema 
todo.
No tema 3: - A precipitação é a principal forma de entrada de 
água em uma bacia hidrográfica.
- Considerando o seu conhecimento essencial para o correto 
lançamento de obras hidráulicas, as chuvas são a causa-estudo 
mais importante quando se fala em hidrologia, tornando-se 
assim, de grande interesse da engenharia.
- Formação da precipitação, na 
atmosfera, em grande parte dos 
casos, a água apresenta-se na 
forma de vapor e essa quantidade 
varia à medida que a temperatura 
varia. 
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No tema 4 , você estudou a importância da infiltração da água 
no solo. É necessária a efetivação de tal estudo tendo em vista 
a diversidade de clima e tipos de solo. Quanto aos tipos de solo, 
você estudou que o comportamento da água varia conforme o 
tamanho e a forma das partes sólidas que compõem o solo e 
aprendeu também que nessa composiçãoestão presentes 
materiais sólidos com espaços 
vazios entres eles.
Os materiais sólidos são divididos 
entre minerais presentes nesse 
solo, matéria orgânica e matéria 
inorgânica.
Neste tema 5 foram abordados pontos para você observar e 
conhecer a importância do estudo de escoamento superficial, 
as grandezas que o caracterizam, a curva cota x vazão, variáveis 
e sua medição, drenagem urbana.
Sabe-se que o solo tem um ponto de saturação e que com o 
passar do tempo, durante um evento de precipitação, a 
capacidade de infiltração de um 
determinado diminui e 
consequentemente, a água que 
não infiltrar no solo passar a 
escoar superficialmente.
No tema 6, foi tratando de águas subterrâneas podem ser 
consolidadas ou não, da agua que infiltra no solo, parte é 
aproveitada pelas plantas e outra parte segue infiltrando no 
solo até chegar a formações geológicas impermeáveis. Essas 
formações geológicas são conhecidas como aquíferos. Existem 
dois tipos de aquíferos conhecidos: os confinados 
(impermeáveis dos dois lados e 
chamados de Aquitardos) e os 
não-confinados (aquífero livre,
impermeável apenas na camada 
inferior, permitindo acesso pela 
camada superior).