Determinação da Intensidade de Chuva
Para obtenção das intensidades de chuvas de curta duração, em função de
diversos tempos de recorrência, aplicaram-se procedimentos a seguir descritos:
• Primeiramente transformou-se as chuvas de 1 dia, para diferentes tempos
de recorrência (T), em uma chuva de 24 horas, através da relação:
P(24h:T) / P(1 dia:T) = 1,13.
• Através do valor da chuva de 24 horas, para um dado T, é possível
determinar as chuvas de mais curta duração através de relações médias
entre precipitações de diferentes durações, definidos por um estudo de
chuvas intensas, efetuados pelo DNOS.
Quadro 4.3 - Relação de chuvas de diferentes durações.
Relação de Chuvas de
Diferentes Durações
Valor Médio Obtido
pelo DNOS
Relação de Chuvas de
Diferentes Durações
Valor Médio Obtido
pelo DNOS
5 min / 30 min
0,34
1 h / 24 h
0,42
10 min / 30 min
0,54
6 h / 24 h
0,72
15min / 30min
0,70
8 h / 24 h
0,78
20 min / 30min
0,81
10 h / 24 h
0,82
25 min / 30 min
0,91
12 h / 24 h
0,85
30 min / 1 h
0,74
300
Curvas de Intensidade - Duração - Recorrência
Posto Pluviométrico de Ubatuba/SP
Período: 1946 -1995
250
1
5
15
25
50
Intensidade (mm/h)
200
150
100
50
0
0
30
60
90
120
Duração (min)
150
180
210
240
Figura 4.6 - Curvas de intensidade – duração – tempo de recorrência.
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
42
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
300
1
Curvas de Precipitação - Duração - Recorrência
Posto Pluviométrico de Ubatuba/SP
Período: 1946 -1995
250
5
15
25
50
Precipitação (mm)
200
150
100
50
0
0
30
60
90
120
Duração (min)
150
180
210
240
Figura 4.7 - Curvas de precipitação – duração – tempo de recorrência.
Período de Retorno
O intervalo de tempo para que uma dada chuva de intensidade e duração
definidas seja igualada ou superada é denominado período de retorno ou tempo de
recorrência.
Os tempos de recorrência adotados são os preconizados pelas instruções do
Manual de Hidrologia Básica do DNIT (2005). Estes tempos estão apresentados na
Tabela 4.1.
Tabela 4.1 - Relação de chuvas de diferentes durações.
OBRAS
TR ADOTADO
Drenagem profunda e subsuperficial
10 anos
Dispositivos de drenagem superficial
5 anos
Canal
Bueiros tubulares e Celulares
15 anos
Canal
Verificação de Bueiros tubulares e Celulares
25 anos
Orifício
Ponte, pontilhão
50 a 100 anos
Canal
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
FUNCIONAMENTO
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
43
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
Determinação do Tempo de Concentração
O tempo de concentração necessário para que a partir do início de uma
chuva, todos os pontos da bacia de drenagem passem a contribuir para uma dada
seção é denominado Tempo de Concentração, este é calculado pela fórmula de
R.Peltier / J.L. Bonnenfant, método indicado para pequenas bacias (menores que
4km²) através da expressão:
TC = T1 + T2
Onde:
T1: tempo de escoamento em min, tabelados em função da cobertura vegetal
e da declividade do talvegue.
T2: é definido pela expressão: T2 = 1/ß2 x T’2
1/ß2: correção da cobertura vegetal (tabelado). Para região montanhosa 1/ß2
= 1,33;
T’2: é a relação entre a forma, a declividade e a área da bacia;
coef. de forma (α): coeficiente de forma da bacia, dado pela relação entre o
comprimento do talvegue e a área da bacia, definido pela expressão:
α = L / A1/2
Onde:
α: coeficiente de forma da bacia;
L: comprimento do talvegue (hm);
A: área da bacia (ha).
De acordo com a IS-203 do DNIT “Para as obras de drenagem superficial
será adotado o tempo de concentração igual a 5 minutos”.
Determinação das Vazões
O cálculo das vazões de projeto depende diretamente da dimensão da bacia
de contribuição e foi processado de acordo com os seguintes critérios:
• Bacias com áreas até 10 km2: Método Racional
• Bacias com áreas superiores a 10 km²: Método do Hidrograma Unitário
Triangular.
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
44
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
Método Racional
Serão calculados pelo método racional o qual é definido pela seguinte
fórmula:
Q = 0,0028 x C x I x A (para bacias até 4km²)
Onde:
Q = vazão (m3/s)
C = coeficiente de deflúvio (R.Peltier/J.L.Bonnenfant ou Baptista
Gariglio/José Paulo Ferrari)
I = intensidade de precipitação calculada (mm/h)
A = área da bacia contribuinte (ha)
Os valores de chuva são extraídos do gráfico altura-duração-frequência, com
a duração igual ao tempo de concentração da bacia.
A determinação do volume de excesso de chuva resultante de uma
precipitação uniforme sobre a bacia é feita levando em conta o complexo solocobertura vegetal.
O coeficiente de escoamento superficial “C” relaciona o volume precipitado
com o volume efetivamente escoado, considerando-se as características da região,
como topografia, geologia e ocupação do solo.
A seguir serão apresentados em sequência os estudos hidrológicos
específicos de cada ponto, definindo assim, as bacias hidrográficas de contribuição,
coeficiente de escoamento, vazões e dimensionamentos hidráulicos.
4.2.
Estudos Hidrológicos e Hidráulicos Específicos
Ponto 1
No ponto 1 os estudos hidrológicos tem o objetivo de realizar a verificação
hidráulica dos dispositivos de drenagem superficial existentes na rodovia BR-101 –
Rodovia Rio – Santos, situada próxima a divisa dos estados de São Paulo e Rio de
Janeiro.
a) Definição da Bacia Hidrográfica de Contribuição
A área da bacia hidrográfica foi demarcada pela carta vetorizada de
Piscinguaba fornecida pelo Instituto Brasileiro de Geografia e estatística (IBGE),
conforme ilustra a imagem a seguir:
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
45
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
Bacia hidrográfica: 1,41ha.
Tabela 4.2 - Definição da área da bacia de contribuição.
Para a bacia acima representada, subdividida em duas sub-bacias para
análise da capacidade das sarjetas a partir do divisor, foram levantadas as seguintes
características:
Bacia hidrográfica do Ponto 1:
• Localização do acidente: BR-101, km 0+600;
• Área da bacia: 1,4 ha ou 0,014 km²
•
Comprimento: 1.000 m;
• Desnível: aproximadamente 60 m;
• Declividade média: 0,06 m/m.
b) Determinação do Coeficiente de Escoamento (c)
O coeficiente de escoamento superficial “C” relaciona o volume precipitado
com o volume efetivamente escoado, considerando-se as características da região,
como topografia geologia e ocupação do solo.
No caso do ponto 1 determinou-se o valor a ser utilizado para coeficiente “C”
igual a 0,85, referente ao escoamento, basicamente, sobre a plataforma
pavimentada da rodovia, com baixa permeabilidade.
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
46
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
c) Determinação das Vazões
O cálculo das vazões de projeto foi processado de acordo com os seguintes
critérios:
a) Bacias com áreas até 10 km²: Método Racional
b) Bacias com áreas superiores a 10 km²: Método do Hidrograma Unitário
Triangular.
Para estas bacias, obteve-se uma área inferior a 10km² correspondendo,
então, a utilização Método Racional para o cálculo das vazões.
Para o cálculo das vazões da bacia objeto do presente relatório, através do
método racional com adoção dos coeficientes de deflúvio e tempo de concentração
de Peltier/Bonnenfant, seguimos os seguintes dados físicos e geomorfológicos:
• Região montanhosa;
• Área da bacia (A): 1,41 ha;
• Comprimento Talvegue (L): 1.000m;
• Declividade efetiva (i): 0,06 m/m;
• Tempo de Recorrência (TR): 5 e 10 anos;
• Coef. de deflúvio (C): 0,85.
I. Método Racional:
Q = 0,0028 x C x I x A
(para bacias até 4km²)
II. Cálculo do Tc:
Por tratar-se da verificação hidráulica de dispositivos de drenagem superficial
e de uma bacia de pequena dimensão, adotou-se o tempo de concentração mínimo
de 5 minutos.
III. Determinação da intensidade de chuva:
Pelos gráficos de IxDxF:
• Para TR = 5 anos:
I5 = 314 mm/h;
• Para TR = 10 anos:
I5 = 380 mm/h;
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
47
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
IV. Determinação da vazão da bacia:
• Q = 0,0028 x C x I x A
• Para TR = 5 anos:
Q5 = 1,05 m³/s;
• Para TR = 5 anos:
Q5 = 1,27 m³/s;
d) Dimensionamento hidráulico da sarjeta/valeta
Para a vazão calculada de 1,05 m³/s (TR de 5 anos), a descida d’água que
consta no Volume 2 do projeto executivo é atendida, sendo compatível com bueiro
de diâmetro de 1,00m.
Ponto 3
No ponto 3 os estudos hidrológicos tem o objetivo de realizar a verificação
hidráulica dos dispositivos de drenagem superficial existentes na rodovia BR-101 –
Rodovia Rio – Santos, situada próxima ao balneário de Cambury, município de
Ubatuba.
a) Definição da Bacia Hidrográfica de Contribuição
A área da bacia hidrográfica foi demarcada pela carta vetorizada de
Piscinguaba fornecida pelo Instituto Brasileiro de Geografia e estatística (IBGE),
conforme ilustra a imagem a seguir:
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
48
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
Bacia hidrográfica: 0,5 ha.
Figura 4.8 - Definição da área da bacia de contribuição.
Para a bacia
características:
acima
representada,
foram
levantadas
as
seguintes
Bacia hidrográfica do Ponto 3:
• Localização do acidente: BR-101, km;
• Área da bacia: 0,5 ha ou 0,005 km²
•
Comprimento: 100 m;
• Desnível: aproximadamente 12 m;
• Declividade média: 0,12 m/m.
b) Determinação do Coeficiente de Escoamento (c)
O coeficiente de escoamento superficial “C” relaciona o volume precipitado
com o volume efetivamente escoado, considerando-se as características da região,
como topografia geologia e ocupação do solo.
No caso do ponto 3 determinou-se o valor a ser utilizado para coeficiente “C”
igual a 0,70, referente a pequena bacia de solo e rocha com vegetação rala e de
baixa permeabilidade.
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
49
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
c) Determinação das Vazões
O cálculo das vazões de projeto foi processado de acordo com os seguintes
critérios:
• Bacias com áreas até 10 km²: Método Racional
• Bacias com áreas superiores a 10 km²: Método do Hidrograma Unitário
Triangular.
Para estas bacias, obteve-se uma área inferior a 10km² correspondendo,
então, a utilização Método Racional para o cálculo das vazões.
Para o cálculo das vazões da bacia objeto do presente relatório, através do
método racional com adoção dos coeficientes de deflúvio e tempo de concentração
de Peltier/Bonnenfant, seguimos os seguintes dados físicos e geomorfológicos:
• Região montanhosa;
• Área da bacia (A): 0,70 ha;
• Comprimento Talvegue (L): 100m;
• Declividade efetiva (i): 0,12 m/m;
• Tempo de Recorrência (TR): 5 e 10 anos;
• Coef. de deflúvio (C): 0,70.
V. Método Racional:
Q = 0,0028 x C x I x A
(para bacias até 4km²)
VI. Cálculo do Tc:
Por tratar-se da verificação hidráulica de dispositivos de drenagem superficial
e de uma bacia de pequena dimensão, adotou-se o tempo de concentração mínimo
de 5 minutos.
VII. Determinação da intensidade de chuva:
Pelos gráficos de IxDxF:
• Para TR = 5 anos:
I5 = 314 mm/h;
• Para TR = 10 anos:
I10 = 380 mm/h;
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
50
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
VIII. Determinação da vazão da bacia:
• Q = 0,0028 x C x I x A
• Para TR = 5 anos:
Q5 = 0,30 m³/s;
• Para TR = 10 anos:
Q10 = 0,37 m³/s;
d) Dimensionamento hidráulico da sarjeta/valeta
Para a vazão dimensionada de 0,3 m³/s (TR de 5 anos), projetou-se uma
sarjeta constante no Volume 2 do projeto, revestido em concreto, com vazão máxima
de 0,8 m³/s.
Ponto 5
No ponto 5 os estudos hidrológicos tem o objetivo de realizar a quantificação
hidráulica dos dispositivos de drenagem subhorizontais profundos da obra de
contenção existente neste ponto da rodovia BR-101 – Rodovia Rio – Santos, situada
próxima ao balneário de Cambury, município de Ubatuba, bem como a influência da
meia pista do pavimento existente, de modo a elaborar o dimensionamento da
sarjeta situada neste trecho e dos novos drenos que serão instalados.
e) Definição dos dispositivos e da área de Contribuição
Para análise da capacidade e o conseqüente dimensionamento das sarjetas,
considerou-se, neste primeiro momento, a contribuição da vazão de escoamento
superficial da meia pista da rodovia, que possuem as seguintes características:
Bacia hidrográfica do Ponto 5:
a) Localização do acidente: BR-101, km 18+000;
b) Área da bacia (meia pista): 0,052 ha ou 0,00052 km²
c) Comprimento: 130 m;
d) Declividade média: 0,01 m/m.
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
51
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
f) Determinação das Vazões
A determinação da vazão de contribuição dos DHP’s da obra de contenção
existente foi calculado por meio de Hazen-Willians, que segue:
Sendo o coeficiente de rugosidade adotado igual a 140, o diâmetro do DHP
existente igual a 50mm e a declividade do mesmo igual a aproximadamente 1%,
temos desta forma:
Adotando 130 metros de extensão da solução, tendo a cada 4 metros um
DHP e admitindo que 50% dos dispositivos contribuirão para a vazão em um dos
sentidos (à meia cota longitudinal, há um divisor de águas), a vazão parcial da
sarjeta proveniente da contribuição dos DHP’s será:
O cálculo das vazões de projeto foi acrescido, de acordo com os seguintes
critérios abaixo, da pequena bacia considerada proveniente da contribuição da meia
pista do pavimento à vazão:
c) Bacias com áreas até 10 km²: Método Racional
d) Bacias com áreas superiores a 10 km²: Método do Hidrograma Unitário
Triangular.
Para esta bacia, obteve-se portanto uma área inferior a 10km²
correspondendo, então, a utilização Método Racional para o cálculo das vazões.
Para o cálculo das vazões da bacia objeto do presente relatório, através do
método racional com adoção dos coeficientes de deflúvio e tempo de concentração
de Peltier/Bonnenfant, seguimos os seguintes dados físicos e geomorfológicos:
a) Região montanhosa;
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
52
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
b) Área da bacia (A): 0,026 ha;
c) Comprimento Talvegue (L): 65m (130m/2);
d) Declividade efetiva (i): 0,01 m/m;
e) Tempo de Recorrência (TR): 5 e 10 anos;
f) Coef. de deflúvio (C): 0,85.
IX. Método Racional:
Q = 0,0028 x C x I x A
(para bacias até 4km²)
X. Cálculo do Tc:
Por tratar-se da verificação hidráulica de dispositivos de drenagem superficial
e de uma bacia de pequena dimensão, adotou-se o tempo de concentração mínimo
de 5 minutos.
XI. Determinação da intensidade de chuva:
Pelos gráficos de IxDxF:
• Para TR = 5 anos:
I5 = 314 mm/h;
• Para TR = 10 anos:
I10 = 380 mm/h;
XII. Determinação da vazão da bacia:
• Q = 0,0028 x C x I x A
• Para TR = 5 anos:
Q5 = 0,20 m³/s;
• Para TR = 10 anos:
Q10 = 0,23 m³/s;
g) Dimensionamento hidráulico da sarjeta/valeta
Para a vazão dimensionada de 0,20 m³/s (TR de 5 anos) da meia pista,
acrescentou-se a vazão de contribuição dos DHP’s instalados na obra de contenção
existente de 0,00167m³/s, totalizando uma vazão de chegada na sarjeta de 0,21
m³/s. Desta forma, dimensionou-se uma sarjeta triangular STC07 com comprimento
de de 0,58m, altura de 0,3m e revestido em concreto.
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
53
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
Ponto 6
No ponto 6 os estudos hidrológicos tem o objetivo de realizar a verificação
hidráulica dos dispositivos de drenagem superficial existentes neste local.
a) Definição da Bacia Hidrográfica de Contribuição
A área da bacia hidrográfica foi demarcada pela carta vetorizada de
Piscinguaba fornecida pelo Instituto Brasileiro de Geografia e estatística (IBGE),
conforme ilustra a imagem a seguir.
P6
RN1979-A
Bacias hidrográficas:
Sb1: 9,6 ha / Sb2: 5,1 ha.
sub-bacia - 2
sub-bacia - 1
Figura 4.9 - Definição da área da bacia de contribuição.
Para a bacia acima representada, subdividida em duas sub-bacias para
análise da capacidade das sarjetas a partir do divisor, foram levantadas as seguintes
características:
Bacia hidrográfica do Ponto 6:
• Localização do acidente: BR-101, km 21+500;
• Área da bacia: sub-bacia 1 (sb1): 9,6 ha ou 0,09 km²
Sub-bacia 2 (sb2): 5,1 há ou 0,05 km²;
• Comprimento talvegue: sb1: 596 m / sb2: 495 m;
• Desnível: aproximadamente 200 m;
• Declividade média: sb1: 0,33 m/m / sb2: 0,40 m/m.
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
54
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS
b) Determinação do Coeficiente de Escoamento (c)
O coeficiente de escoamento superficial “C” relaciona o volume precipitado
com o volume efetivamente escoado, considerando-se as características da região,
como topografia geologia e ocupação do solo.
No caso do ponto 6 determinou-se o valor a ser utilizado para coeficiente “C”
de escoamento considerando que trata-se de uma região montanhosa, de vegetação
densa e média permeabilidade do solo (ver Figura 4.10) com C1=0,5. Utilizando
estes valores definidos pelo Eng.Gariglio/Ferrari e considerando que em 26% da
área da bacia apresenta vegetação rala de média permeabilidade com C2=0,6,
pode-se definir um coeficiente de escoamento equivalente ponderado onde C=0,52.
P6
RN1979-A
sub-bacia - 2
sub-bacia - 1
Figura 4.10 - Definição do coeficiente de escoamento através da visualização da área da bacia
de contribuição do Ponto 6.
c) Determinação das Vazões
O cálculo das vazões de projeto foi processado de acordo com os seguintes
critérios:
• Bacias com áreas até 10 km²: Método Racional
• Bacias com áreas superiores a 10 km²: Método do Hidrograma Unitário
Triangular.
Para estas bacias, obteve-se uma área inferior a 10km² correspondendo,
então, a utilização Método Racional para o cálculo das vazões.
VOLUME 1 – RELATÓRIO DE PROJETO E
DOCUMENTOS PARA CONCORRÊNCIA
ELABORAÇÃO DE PROJETO EXECUTIVO DE ENGENHARIA
55
PARA ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES,
DA RODOVIA BR – 101/SP – RIO/SANTOS