ESCOAMENTO SUPERFICIAL
DISCIPLINA: DRENAGEM URBANA
Prof. Dr. Hugo Alexandre Soares Guedes
E-mail: [email protected]
Website: wp.ufpel.edu.br/hugoguedes/
2º semestre de 2015
CICLO HIDROLÓGICO
FATORES INTERVENIENTES
• Agroclimáticos
- Quantidade, intensidade e duração da precipitação;
- Cobertura e condições de uso do solo;
- Evapotranspiração.
FATORES INTERVENIENTES
• Fisiográficos
- Área, forma e declividade da bacia;
- Condições de superfície:
Tipo de solo
Topografia
Rede de drenagem
Obras hidráulicas
GRANDEZAS ASSOCIADAS
• Vazão (Q): volume de água que atravessa a seção
transversal considerada por unidade de tempo.
• Coeficiente de escoamento superficial (C): relação entre o
volume que escoa sobre a superfície do terreno (ES) e o
volume total precipitado.
ES
C=
PT
GRANDEZAS ASSOCIADAS
• Tempo de concentração (tc): é o tempo que a água que cai
no ponto mais remoto da área considerada leva para atingir a
seção de deságue da bacia.
• Período de retorno (T): é o período de tempo médio,
expresso em anos, em que um determinado evento é igualado
ou superado, pelo menos uma vez.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Método Racional
Q max =
C im A
360
Área entre 50 e 500 ha
Qmax = vazão máxima de escoamento superficial, em m³/s;
C = coeficiente de escoamento superficial, adimensional;
Im = intensidade máxima média de precipitação, em mm/h;
A = área da bacia de drenagem, ha.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Método Racional – condições de aplicação:
as precipitações deverão ter alta intensidade e curta
duração, sendo a vazão máxima de escoamento superficial
aquela que ocorre quando a duração da chuva for igual ao
tempo de concentração, situação em que toda a área da
bacia deverá contribuir com escoamento superficial na
seção de deságue.
a precipitação com duração igual
uniformemente, ao longo de toda a bacia.
a
tc
ocorre,
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Método Racional – condições de aplicação:
dentro de um curto período de tempo, a variação na taxa
de infiltração não deverá ser grande. Geralmente assumese que durante o evento extremo o solo encontra-se
saturado e, portanto, com taxa de infiltração estável, que
ocorre após longo tempo de infiltração (Tie) e corresponde à
condição mais favorável à ocorrência de escoamento
superficial;
utilização de um único coeficiente de escoamento
superficial, estimado com base nas características da bacia.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Área de drenagem (A):
INDIVIDUALIZAÇÃO DA BACIA
INDIVIDUALIZAÇÃO DA BACIA
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Coeficiente de escoamento (C):
Valores de C recomendados por Williams, citado por GOLDENFUM e TUCCI (1996),
para áreas agrícolas.
C
Superfície
Intervalo
Valor esperado
Asfalto
0,70 - 0,95
0,83
Concreto
0,80 - 0,95
0,88
Pavimento
Calçadas
0,75 - 0,85
0,80
Telhado
0,75 - 0,95
0,85
Plano (2%)
0,05 - 0,10
0,08
Cobertura:
Declividade Média
grama em
0,10 - 0,15
0,13
(2 a 7%)
solo arenoso
Declividade Alta (7%)
0,15 - 0,20
0,18
Plano (2%)
0,13 - 0,17
0,15
Cobertura:
Declividade Média
0,18 - 0,22
0,20
grama em
(2 a 7%)
solo argiloso
Declividade Alta (7%)
0,25 - 0,35
0,30
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Coeficiente de escoamento (C):
Valores de C segundo adaptação do critério de Fruhling adotados pela Prefeitura
de São Paulo (WILKEN, 1978)
Zonas
Edificações muito densas: partes centrais, densamente
construídas de uma cidade com ruas e calçadas
pavimentadas
Edificações não muito densas: parte adjacente ao centro, de
menor densidade de habitantes, mas com ruas e calçadas
pavimentadas
Edificações com poucas superfícies livres: partes
residenciais com construções cerradas e ruas pavimentadas
Edificações com muitas superfícies livres: partes
residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas
Subúrbios com alguma edificação: partes de arrabaldes e
subúrbios com pequena densidade de construção
Matas, parques e campo de esportes: partes rurais, áreas
verdes, superfícies arborizadas, parques ajardinados e
campos de esporte sem pavimentação
C
0,70 - 0,95
0,60 - 0,70
0,50 - 0,60
0,25 - 0,50
0,10 - 0,25
0,05 - 0,20
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Coeficiente de escoamento (C):
Valores de C propostos pelo Colorado Highway Department
Características da bacia
Superfícies impermeáveis
Terreno estéril montanhoso
Terreno estéril ondulado
Terreno estéril plano
Prados, campinas, terreno ondulado
Matas decíduas, folhagem caduca
Matas coníferas, folhagem permanente
Pomares
Terrenos cultivados em zonas altas
Terrenos cultivados em vales
C
0,90 – 0,95
0,80 – 0,90
0,60 – 0,80
0,50 – 0,70
0,40 – 0,65
0,35 – 0,60
0,25 – 0,50
0,15 – 0,40
0,15 – 0,40
0,10 – 0,30
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Coeficiente de escoamento (C):
Valores de C recomendados pelo Soil Conservation Service - USDA
Tipo de cobertura
do solo
Florestas
Pastagens
Terras cultivadas
Declividade
(%)
0-5
5 - 10
10 - 30
0-5
5 - 10
10 - 30
0-5
5 - 10
10 - 30
Textura do solo
Arenosa
Franca
Argilosa
0,10
0,30
0,40
0,25
0,35
0,50
0,30
0,50
0,60
0,10
0,30
0,40
0,15
0,35
0,55
0,20
0,40
0,60
0,30
0,50
0,60
0,40
0,60
0,70
0,50
0,70
0,80
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Coeficiente de escoamento (C):
n
∑C A
i
C=
i
i =1
A
C = coeficiente de escoamento superficial para a área de
interesse, adimensional;
Ci = coeficiente de escoamento superficial para a subárea i,
adimensional;
Ai = subárea considerada, [L²];
A = área total considerada, [L²].
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Intensidade máxima média de precipitação (im):
im
K Ta
=
( t + b) c
T = período de retorno, anos;
t = duração da precipitação, min;
K, a, b, c = parâmetros de ajuste relativos à estação
pluviográfica estudada.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
• Em Pelotas (RS) – TEIXEIRA et al. (2011):
5684 T 0,1043
im =
( t + 52,2271)1,008
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Período de retorno (T):
Períodos de retorno propostos por DAEE-CETESB, citados por PORTO et al. (2000)
Tipo de obra
Microdrenagem
Macrodrenagem
Tipo de ocupação da área
Residencial
Comercial
Área com edifícios de serviços ao público
Aeroportos
Áreas comerciais e artérias de tráfego
Áreas comerciais e residenciais
Áreas de importância específica
T (anos)
2
5
5
2-5
5 - 10
50 - 100
500
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Kirpich
L
t c = 57
H
3




0 ,385
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento do talvegue, km;
H = diferença de nível entre o ponto mais remoto da bacia e a
seção de deságue, m.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Kirpich
L
t c = 57
H
3




0 ,385
Declividade entre 3 a 10%
Área de drenagem < 0,5 km²
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento do talvegue, km;
H = diferença de nível entre o ponto mais remoto da bacia e a
seção de deságue, m.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Ven Te Chow
 L 

t c = 52,64
 S 
 0
0 , 64
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento do talvegue, km;
S0 = declividade média do talvegue, m/km.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Ven Te Chow
 L 

t c = 52,64
 S 
 0
0 , 64
Área de drenagem < 24,28 km²
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento do talvegue, km;
S0 = declividade média do talvegue, m/km.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Picking
L
t c = 51,79 
 S0
2




13
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento horizontal do talvegue, km;
S0 = declividade média do talvegue, m/km.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Izzard
526,42 b L 1
tc =
(C i m ) 2 3
3
b=
0,0000276 i m + C r
S0
1 3
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento do trecho em que ocorre o escoamento
superficial, que vai da saída da bacia ao ponto mais remoto da
seção considerada, m;
im = intensidade máxima média de precipitação, mm/h;
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Izzard
526,42 b L 1
tc =
(C i m ) 2 3
3
b=
0,0000276 i m + C r
S0
1 3
C = coeficiente de escoamento superficial, adimensional;
H = diferença de nível entre o ponto mais remoto da bacia e a
seção de deságue, m;
S0 = H/L = declividade média da superfície, desde o ponto mais
remoto até a sua saída, m/m;
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Izzard
526,42 b L 1
tc =
(C i m ) 2 3
3
b=
0,0000276 i m + C r
S0
1 3
Cr = coeficiente de retardo, adimensional;
Tipo de superfície
Asfalto liso e bem acabado
Pavimento de concreto
Macadame asfáltico (betuminoso) ou cascalho
Grama aparada ou terra firme
Turfa densa ou grama densa
Cr
0,007
0,012
0,017
0,046
0,060
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Izzard
Aplicável somente a situações em que a relação é válida:
(im x L) < 3871 mm.m/h
Utilizada para projetos de obras de urbanização, loteamentos
etc.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação derivada com base no método da onda cinemática
t c = 447
( L n ) 0, 6
i 0m, 4
St
0, 3
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento do talvegue, km;
n = coeficiente de rugosidade de Manning, s/m1/3;
im = precipitação efetiva, mm/h;
St = declividade da superfície, m/m.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação derivada com base no método da onda cinemática
t c = 447
( L n ) 0, 6
i 0m, 4
St
0, 3
Escoamento turbulento!
tc = tempo de concentração, min;
L = comprimento do talvegue, km;
n = coeficiente de rugosidade de Manning, s/m1/3;
im = precipitação efetiva, mm/h;
St = declividade da superfície, m/m.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Giandotti
tc =
4 A + 1,5 L
0,8 H
tc = tempo de concentração, h;
L = comprimento horizontal, desde a saída até o ponto mais
afastado da bacia, km;
A = área da bacia, km2;
H = diferença de cotas entre a saída da bacia e o ponto mais
afastado, m.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Dodge
t c = 21,88 A 0,41S 0
−0,17
tc = tempo de concentração, min;
A = área da bacia, km2;
S0 = declividade do talvegue, m/m.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Tempo de concentração (tc):
Equação de Dodge
t c = 21,88 A 0,41S 0
−0,17
Áreas entre 140 a 930 km2
tc = tempo de concentração, min;
A = área da bacia, km2;
S0 = declividade do talvegue, m/m.
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Exemplo:
Determinar o tempo de concentração empregando diferentes
equações apresentadas, considerando as condições de
precipitação em bacia de drenagem hipotética e os seguintes
parâmetros:
Área da bacia = 100 ha;
Período de retorno = 10 anos;
Comprimento do talvegue = 2000 m;
Diferença de elevação entre a seção de deságue e o ponto
mais remoto da bacia = 35 m;
Declividade média da área da bacia = 10%
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Exemplo:
Cobertura: 30% cultura de milho (cultivo em fileiras retas);
20% cultura de soja (cultivo em fileiras retas); 25% floresta;
25% pastagem.
Condição hidrológica: boa.
Solo muito argiloso (Tie = 1 mm/h).
ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
Exemplo:
Determinar a vazão máxima de escoamento superficial pelo
Método Racional, considerando as condições de precipitação
da bacia hipotética e os valores de tempo de concentração
obtidos no exemplo anterior.
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
DISCIPLINA: DRENAGEM URBANA
Prof. Dr. Hugo Alexandre Soares Guedes
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2º semestre de 2015