Engenheiro Plinio Tomaz 1 Introdução: alguns créditos do LEED 2 SS 6.1-Quantidade de águas pluviais 3 SS 6.2- Qualidade das águas pluviais 4 Triângulo do manejo de águas pluviais 5 Ciclo hidrológico básico tentamos manter o ciclo hidrológico: voltar ao que existia 6 Bacia Hidrográfica 7 Conceito de bacia 8 Método Racional Áreas até 3km2 Q=CIA/360 Sendo: Q= vazão de pico (m3/s) C= coeficiente de runoff (adimensional) I= intensidade da chuva (mm/h) A= área da bacia (ha) ≤ 3km2 LEED: o método escolhido deve ser aceito e reconhecido. Cálculos feitos por engenheiro civil de preferência 9 Método do SCS Método do SCS (Soil Conservation Service) Publicado em 1976 nos Estados Unidos Bacias de 2 km2 a 5.000 km2 Usado nos Estados Unidos Conceito de hidrograma unitário Usa o tempo de concentração tc Precisa da chuva excedente em um intervalo de tempo. Escolha da duração da chuva: 2h, 6h, 24h Difícil de ser aplicado para quem não é dedicado ao assunto 10 Método SCS TR-55 Publicado em 1976 40 há até 65 km2 Duração da chuva: 24h Bom para determinar a vazão de pico Não é muito usado no Brasil Hietograma de chuva: Tipo I, IA, II e III Precipitações médias mensais 12 Erosão altera o ecossistema aquático 13 Impactos devido a impermeabilização do solo: Pesquisas americanas. Não temos pesquisas no Brasil 14 Pluviômetro: chuvas diárias 15 Pluviógrafo: precipitação x tempo Caçamba basculante; pluviógrafo de peso e pluviógrafo de flutuador 16 Curva dos 100 anos 17 Enchentes Período de retorno de 100anos (Inglaterra: 200anos) 18 Mapa com a inundação chuva de 100anos 19 Como calcular a curva dos 100anos? Primeiro: calcular a vazão de pico na seção escolhida para Tr=100anos. Segundo: temos a vazão e um perfil da seção no local. Terceiro: adote uma altura y qualquer e calcular a vazão Q100 calculada usando a equação de Manning. Q= (1/n) x Ax R (2/3) x S0,5 A= área molhada (m2) S= declividade (m/m) Se Q calculado for igual a Q100 OK, caso contrario aumente ou diminua o valor de y até achar a vazão Q100 calculada. Quarto: o método é feito por tentativas para cada seção. 20 Leito menor Tr=1,5 a 2anos Rio Paraguai/Tucci e Gens, 1991 Tr=1,87anos (afastamento 15m (?), Código Florestal) Leito maior Tr=100anos (Enchentes) 21 Observação: LEED LEED define para NC, Schools e CS no SS credit 1: Não há crédito se a área de prédesenvolvimento estiver 1,50m (5feet) abaixo da cota dos 100 anos. . 22 Leed: piso 1,5m acima de Tr=100anos (não há lei e nem normas mundiais) >=1,5 m Tr = 100 anos Eng. Plínio Tomaz 23 Tempo de concentração Definição: Tempo que a partícula de água mais distante chega ao ponto escolhido. Geralmente é calculado em minutos. Várias fórmulas: 24 Tc usando tempo de escoamento superficial (método cinemático) • V= K . S 0,5 Sendo: V= velocidade média (m/s) S= declividade média do talvegue (m/m) K= coeficiente dado pela tabela adiante 25 Tc usando tempo de escoamento Uso do solo re gime de superficial escoamento Coeficiente K Floresta com muita folham no solo 0,76 Area com pouco cultivo, terraceamento 1,52 Pasto ou grama baixa Areas cultivadas 2,13 2,74 Solo quase nu sem cultivo 3,05 Caminhos de escoamento em grama, pasto Superficie pavimentada; pequenas bossor9ocas de nascentes. 4,57 6,10 26 Tc usando tempo de escoamento superficial Exemplo: Calcular o tempo de trânsito de um pasto com 150m e 5% de declividade média; Da Tabela achamos K=2,13 V= K . S 0,5 V= 2,13 . 0,05 0,5 V=0,48m/s Tempo de trânsito = L/V = 150m/ 0,48m/s=313s=5,2min 27 Tc pela fórmula California culverts practice Tc= 57 x L 1,155 x/H 0,385 Sendo: Tc= tempo de concentração (min) L= comprimento do talvegue (Km) H= diferença de cotas entre a saída da bacia e o ponto mais alto do talvegue (m) Análise: Áreas rurais maiores que 1km2 Aconselhado pelo DAEE para pequenas barragens 28 Tc Federal Aviation Agency É válida para pequenas bacias onde o escoamento superficial sobre o solo predomina. O comprimento, declividade e o coeficiente de runoff são para o escoamento principal do talvegue. tc= 0,69 . (1,1– C). L 0,5 . S –0,33 Sendo: tc= tempo de concentração (min); C= coeficiente de runoff do método racional L= comprimento (m) máximo do talvegue deverá ser de 150m; S= declividade média (m/m) Nota: talvegue é o fundo do vale por onde escoa as águas pluviais quando chove ou por onde passa um córrego ou rio. Usado no Aeroporto Internacional de Guarulhos 29 Tempo de concentração (entrada) Urban Storm Drainage Criteria Manual, Denver, Colorado, 1999 (USDM). Para microdrenagem (áreas até 120ha?) tc= L / 45 + 10 Sendo: tc= tempo de concentração (min) L= comprimento (m) Exemplo: L= 100m tc= 100/45+10= 12min ( o valor calculado não pode ser maior que 12min) tc do ponto mais longe até uma boca de lobo 30 Período de retorno Período de retorno (Tr) é o período de tempo médio que um determinado evento hidrológico é igualado ou superado pelo menos uma vez. Tr= 1anos ou 2anos para evitar erosão a jusante ( correto é usar entre 1,5anos e 2,0nos) Tr= 25anos para enchentes Tr= 100anos Período de retorno do Vertedor: H≤ 5m Tr=100anos 5<H≤15m Tr=1.000anos H>15m Tr=10.000anos 31 Probabilidade (p) e período de retorno (T) P= 1/T Exemplo: T=100anos P= 1/100= 0,01 (1%) Há 1% de probabilidade em um ano de termos uma chuva superior a aquela que estimamos. Exemplo: T= 2anos P= 1/T=½= 0,5 (50%) Há 50% de probabilidade em um ano de termos chuvas superior a aquela que estimamos 32 , Conceito de Impacto Zero Vazão infiltração 33 Teoria do Impacto Zero (invariância hidráulicaItália) vazão A vazão de pós-desenvolvimento deverá ser igual a de pré-desenvolvimento. Pré-desenvolvimento: é o terreno natural sem compactação do solo (estradas, máquinas, pessoas, pisoteio bovino, etc). Consideramos 5% a 12% de área fica impermeabilizada (Plinio) Nota: A) existem regiões que adotam a vazão de pré-desenvolvimento por ha. Exemplo: 24 L/sxha Itália: 20 L/sxha ou 40 L/sxha Paris 10 L/sxha (350km de canais unitários) e 2 L/sxha (Rio Sena e afluentes) São Paulo: 25 L/s x ha B) Existem obras ou canais já construídos que servem como limitador de vazão no pré-desenvolvimento. 34 Teoria do Impacto Zero (invariância hidráulica- Itália) infiltração Volume infiltrado no pré-desenvolvimento= Vpré Volume infiltrado no pós-desenvolvimento =Vpós Volume de pós= Volume de pré 35 Balanço hídrico: pré e pós desenvolvimento Teoria do Impacto Zero Quantidade 36 37 38 Áreas de inundação pré e pós desenvolvimento Quantidade 39 Período de retorno de vertedor de barragem 40 Barramentos Período de retorno Tr para dimensionamento do vertedor DAEE, Instrução DPO 02/2007 Maior altura do barramento H (m) Sem risco para habitações ou pessoas a jusante Com risco para habitações ou pessoas a jusante H≤ 5 100 500 5<H≤ 10 500 1.000 H>10 1.000 10.000 41 Inicio do exemplo 1 Caso 1 Opção 1 42 Exemplo 1 Dados: Area= 3ha Talvegue=L= 260m Declividade média do talvegue= 0,03m/m (%) Area impermeável pré= 10% (Nota: AI < 50%) Area impermeável pós= 60% Município: Santa Bárbara do Oeste/SP Opçao 1= vazão de pos= vazão de pre 43 Coeficiente C= Rv Rv=0,05+0,009.AI Pré: AI= 10% Rv=0,05+ 0,009 x 10= 0,14 Cpre= 0,14 Pós= AI= 60% Rv= 0,05+ 0,009 x 60= 0,59 Cpos=0,59 44 Tempo de concentração tc tc= 0,69 . (1,1– C). L 0,5 . S –0,33 L=260m S=0,03m/m Pré: Cpre=0,14 tc pré= 0,69 . (1,1– 0,14). 260 0,5 . 0,03 –0,33 = 34min Pós: Cpós=0,59 tc pós= 0,69 . (1,1– 0,59). 260 0,5 . 0,03 –0,33 = 18min 45 Intensidade de chuva 1912,174 x Tr0,141 I =-----------------------( t + 19,154)0,857 Tr=1ano e Tr=2anos t=tempo de duração da chuva= tempo de concentração (min) 46 Intensidade de chuva para Tr=1ano Tr=1 ano ; t= tcpre= 34min 1912,174 x 1,000,141 Ipre (1ano) =-----------------------( 34 + 19,154)0,857 = 63,5mm/h Tr=1 ano ; t= tcpos= 18min 1912,174 x 1,000,141 Ipre (1ano) =-----------------------( 18 + 19,154)0,857 =86,3mm/h 47 Vazão de pico para Tr=1ano Tr=1ano Qpre C=0,14 I=63,5mm/h A=3ha Qpre= CIA/360 = 0,14 x 63,5 x 3/360= 0,074m3/s Volume de pre Tr=1 ano= 0,075 x34 min x 60= 153 m3 Qpos C=0,59 I=86,3mm/h A=3ha Qpos= CIA/360 = 0,59 x 86,3 x 3/360= 0,424m3/s Volume de pos Tr=1 ano= 0,424 x18 min x 60= 458 m3 48 Dimensionamento pelo método Racional V= (Qós- Qpré) . Td. 60 Sendo: V= volume de detenção (m3) Qpós= vazão de pós-desenvolvimento (m3/s) Qpré= vazão de pré-desenvolvimento (m3/s) Td= tempo de concentração no pós-desenvolvimento (min) 49 Vazão de pico para Tr=2ano Tr=2anos Qpré C=0,14 I=70,01mm/h A=3ha Qpre= CIA/360 = 0,14 x 70,01 x 3/360= 0,082m3/s Volume de pre Tr=2 ano= 0,082 x34 min x 60= 167 m3 Qpós C=0,59x95,17 x 3/360= 0,468m3/s Volume de pos Tr=2 ano= 0,468 x18 min x 60= 505 m3 50 Volume de detenção para Tr=1ano V= (Qpós- Qpré) . Td V1ano= (0,424- 0,074) x 18min x 60= 378 m3 51 Intensidade de chuva para Tr=2anos Tr=2 anos ; t= tcpré= 34min 1912,174 x 2,000,141 Ipre (2anos) =------------------------ = 70,01mm/h ( 34 + 19,154)0,857 Tr=2 anos ; t= tcpos= 18min 1912,174 x 2,000,141 Ipre (2anos) =------------------------ =95,17mm/h ( 18 + 19,154)0,857 52 Dimensionamento pelo método Racional McCuen, 1998 V= (Qós- Qpré) . Td. 60 Sendo: V= volume de detenção (m3) Qpós= vazão de pós-desenvolvimento (m3/s) Qpré= vazao de pré-desenvolvimento (m3/s) Td= tempo de concentração no pós-desenvolvimento (min) 53 Volume de detenção para Tr=2anos V= (Qpós- Qpré) . Td V2anos= (0,468- 0,082) x 18min x 60= 417 m3 54 Conceito de proteção a erosão a jusante Área de pré-desenvolvimento ≤50% Opção 1: Qpós=Qpré A) Tr=1anos V= 378m3 B) Tr= 2anos V= 417m3 Escolhemos o maior: Tr=2anos V=417 m3 55 Leis das piscininhas Lei das piscinhas Somente para detenção de enchente 56 Lei 12.526/07 Estado de São Paulo enchente V=0,15 x Ai x IP x t Sendo: V= volume em m3 Ai= área impermeável em m2 IP= índice pluviométrico =0,06m/h t= tempo de duração da chuva=1 h V=0,15 . Ai . IP . t Exemplo V=0,15 x (30000x0,60) x 0,06 x 1= 162m3 57 Continuação do Exemplo 1 Tr=2anos V=417m3 Dimensionamento do reservatório retangular W= largura Comprimento = 2.W Profundidade adotada= H=1,60m V= W x 2W x H 417= 2 x 1,60 W2 W= 11,42 m Comprimento= 2 x W= 2 x11,42=22,84m As= área da superfície= 11,42 x 22,84= 260,83m2 58 Cálculo do vertedor de emergência Usa-se o vertedor de emergência para Tr=100anos (altura da barragem < 5,00m) 59 Vazão centenária Vazão centenária (Tr=100anos) 1912,174 x 1000,141 I100 =----------------------- ( t + 19,154)0,857 tcpós= 18min 3660,39 I 100=------------------------ = 165,2mm/h ( 18 + 19,154)0,857 Q100= CIA/360= 0,59 x 165,2 x 3 /360= 0,81m3/s 60 Cálculo da largura do vertedor de emergência com vazão Qs Q= 0,81 m3/s para Tr=100anos Q= 1,55 x L x H 1,5 Foi adotado H=0,60m 0,81=1,55 x L x 0,6 1,5 L= 0,81/0,72=1,13 m Portanto, o vertedor de emergência para Tr=100anos terá largura de 1,13m e altura de 0,60m 61 Dimensionamento do orifício Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5 Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81m/s2 h= 1,60m Qpré Tr=2anos= 0,082m3/s Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5 0,082= 0,62 x Ao x (2x9,81x 1,60)0,5 Ao= 0,082/3,474= 0,024m2 D= (4 x 0,024/ PI) 0,5 D=0,173m Adoto: D=0,20m (200mm/ 8”) 62 Exemplo 1- Opção 1 Qpós=Qpré Folga 0,50m 0,60m 0,60mx1,13m Tr=2anos V=417 m3 1,60m Vazão de pós=– vazão de pré= 0,082m3/s 0,20m 63 Término do exemplo 1 64 Exemplo 2Inicio do Exemplo 2 Mesmos dados anteriores só que queremos fazer proteção do canal a jusante Caso 1 Opção 2 65 Exemplo 2- Opção 2 Diâmetro do orifício Vcpv= Qpós x tcpós x 60= 0,468 x 18 x 60= 505m3 Q= Vcpv/86400= 505 / 86400= 0,00584m3/s Equação do orifício Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5 Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81m/s2 h= 1,60m/2= 0,80m Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5 0,00584= 0,62 x Ao x (2x9,81x 0,80)0,5 Ao= 0,00584/2,456= 0,00238m2 D= (4 x 0,00238/ PI) 0,5 D=0,06m Adoto: D=0,075m (75mm/ 3”) 66 Exemplo 2- só erosão a jusante com esvaziamento em 24h 0,50m 0,60m 0,60mx 1,13m Tr=2anos Vcpv=505 m3 Evitar erosão a jusante 1,60m Esvaziamento em 24h 0,075m 67 SS 6.1 68 Conversões de unidades 1 ft= 0,3048m 1 ft3/s= cfs= 0,028317 m3/s = 28,317 L/s 1 acre-foot= 1.233,489 m3 1 ft/s= 0,3048 m/s 69 Inicio do Exemplo 3 70 Coeficiente C de runoff calculado Rv= coeficiente volumétrico de Schueler Rv=C Rv=0,05 + 0,009 x AI AI= área impermeável (%) Pré-desenvolvimento AI= 100% Rv= 0,05 +0,009 x 100= 0,95 71 tc= 0,69 . (1,1– C). L 0,5 . S –0,33 C=0,95 L=260m S=0,03m/m tc pós= 0,69 . (1,1– 0,95). 260 0,5 . 0,03 –0,33 = 10,31min 72 Exemplo 3 Caso 2- Area original superior a 50% 73 Exemplo 3- AI pre>50% Usa SOMENTE Tr=2anos Pre=100 % e pos=60% impermeável Caso 2- AI pre>50% Usa somente Tr=2anos Pré-desenvolvimento Pós- desenvolvimento AI= 100 AI= 60% Rv= 0,95 Q(m3/s)= 0,473 tc(min)= 10,31 tc=(min) 18 Volume runoff (m3)= 0,473x18x60= 511 Volume (m3)= 427 Tr (anos)= 2 I (mm/h)= 116,09 A(há)= 3 Q(m3/s)= 0,92 Volume (m3)= 0,92 x 10,31x 60= 569 427= Qpos xtcpos x 60= Qposx18 x 60 Qpos=427/(18x60) 0,395 25% menos V x 0,75=569x0,75= 427 Q x 0,75= 0,69 74 Diâmetro do orifício do Exemplo 3 CPv= 427 m3 Q= 0,395m3/s Equação do orifício Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5 Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81m/s2 h= 1,60m 0,395= 0,62 x Ao x (2 x 9,81x1,60)0,5 Ao= 0,395/3,47= 0,1138 m2 D= (4 x 0,1138/ PI) 0,5 D=0,38m Adoto: D=0,40m 75 Exemplo 3- AI>50% 0,50m 0,60m 0,60mx 1,13m Tr=2anos CPv=427 m3 Evitar erosão a jusante Q=0,395m3/s 1,60m 0,40m 76 Melhoria da qualidade das águas pluviais Quantidade (enchentes ou e controle da erosão a jusante) Qualidade Ecosistema aquático (ecologia) 77 BMPs São as melhores práticas para resolver o problema da poluição difusa Nota: podemos usar várias BMPs USEPA catalogou 130 BMPs Podemos trabalhar com volume WQv ou com áreas (filtro gramado e vala gramada) 78 Exemplo 4: Schueler, 1987 A=8ha=8 x10.000m2 P=25mm Rv= 0,05 + 0,009x AI = 0,68 WQv= (P/1000) X Rv x A WQv= (25/1000) x 0,68 x 8 x 10000m2 =1.360 m3 AI= 70% Trenzinho das BMPs, Aukland,2000 Controle na fonte (dentro do lote, BMP-LID) como evitar lançamento de resíduos perigosos a serem levados pelas águas pluviais No outro vagão temos as práticas de infiltração, seguido pelo vagão da filtração e o último vagão são as lagoas 80 BMPs BMP podem ser: Estruturais: vala de infiltração, etc Não estruturais: planejamento, etc 81 BMPs EPA (Environmental Protection Agency) Pesquisas constante sobre o assunto URBAN WATERSHED MANAGEMENT RESEARCH PROGRAM (UWMRP) Há conhecimento limitado sobre o assunto. Mas são usadas em todo o mundo 82 Amostradores de águas pluviais 83 BMP Teoria do first flush P=25mm Precipitaçao diaria que produz runoff (mm) Frequência das precipitações diárias (1958-1995) Mairiporã- RMSP 80 60 25mm 40 20 0 0 20 40 60 80 90%100 Porcentagem do runoff produzido pelas precipitações (%) 84 Melhoria da qualidade das águas pluviais Teoria de Schueler, 1987 90% das precipitações que produzem runoff e que ocasionará depósito de 80% de TSS (sólidos totais em suspensão). WQv= (P/1000) x Rv x A Sendo: WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3) P= 25mm= first flush a ser adotado no Brasil = precipitação média para Tr=0,5 anos= 6meses A= área da bacia em m2 Segundo o LEED P=25mm em locais de climas úmidos P= 19mm em locais de climas semi-áridos P= 13mm valor mínimo a ser adotado 85 Exemplo 5 86 Exemplo 5-Volume WQv Rv=0,05 + 0,009 x AI Rv= coeficiente volumétrico Rv=0,05 + 0,009 x 60=0,59 Rv=0,59 A=3ha P=25mm WQv= (P/1000) x Rv x A WQv= (25mm/1000) x 0,59 x 30.000 m2= 443m3 87 Reservatório somente para melhoria da qualidade das águas pluviais WQv= 443m3 Adotando dimensões da área em projeção já usadas As= área da superfície= 13 x 26= 338m2 H= WQv/ As= 443/338= 1,31 m Tempo para esvaziar= 24h = 86.400s Vazão média de escoamento em 24h Vazão = 443m3/ 86400s= 0,00513m3/s 88 Diâmetro do orifício do Exemplo 5 Deverá esvaziar em 24 horas Vazão = 443m3/ 86400s= Q= 0,00513m3/s Equação do orifício Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5 Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81m/s2 h= 1,31/ 2= 0,66m TRUQUE Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5 0,00513= 0,62 x Ao x (2x9,81x0,66)0,5 Ao= 0,00513/2,23= 0,0023m2 D= (4 x 0,0023/ PI) 0,5 D=0,054m Adoto: D=0,05m= 50mm= 2” 89 Exemplo 5- Reservatório somente para melhoria da qualidade da águas pluviais usando WQv Notar tubo de 0,05m para escoamento em 24horas. Folga Vertedor WQv 24h 443m 3 0,5m 0,60m 0,60 x 1,13m 1,31m 0,05m 90 Exemplo 6 Junto: quantidade e qualidade 91 Exemplo 6- Reservatório para melhoria da qualidade da águas pluviais usando WQv e enchente TR=2anos Notar tubo de 0,05m para escoamento em 24horas. Folga Vertedor Enchente Tr=2anos V= 417m3 0,5m 0,60m 0,60 x 1,13m 1,60m Vazão de pré 0,082m3/s WQv 24h 443m 3 1,31m Esvazia em 24h 0,05m 92 No Exemplo 6 Juntamos SS6.1 caso 1 opção 1 com SS6.2 Fazendo reservatório WQv para melhoria da qualidade das águas pluviais. 93 Recarga de aquíferos 94 Recarga de aquífero Método semelhante ao de Horsley aplicado ao Brasil. F=fator de recarga Grupo de solo A Grupo de solo B Grupo de solo C Grupo de solo D F=0,30 F=0,20 F=0,10 F=0,03 95 Recarga de aquífero Método do Volume de recarga Rev= F x WQv Rev= volume de água necessário para recarga (m3) Nota: não é todo o volume WQv que precisamos para a recarga. Método da Área para recarga Rea= F x A x Rv A= área da bacia (m2) Rv= coeficiente volumétrico Rv=0,05+0,009 x AI 96 Recarga de aquíferos Exemplo 6: A= 3ha, AI=60% P=25mm Solo tipo B do SCS Rv=0,05+0,009 x 60=0,59 WQv= (25/1000) x 0,59 x 3 x 10.000= 443m3 Em volume: Rev= F . WQv= 0,20 x 443= 89m3 Para fazer trincheira de infiltração ou bacia de infiltração. Em área: 0,20 x (3 x 10000) x 0,59= 3.540m2 Rea= F x A x Rv == para fazer faixa de filtro gramada ou vala gramada 97 Reservatório de detenção estendido 98 Reservatório de detenção estendido 99 Reservatório de detenção estendido (enchente+melhoria da qualidade das aguas pluviais) 100 Reservatório de detenção estendido 101 Reservatório de detenção estendido 102 Reservatório de detenção estendido 103 Reservatório de detenção estendido 104 Origem do método de cálculo SCS Q (m3/s) Qpós Area volume hachurado tb=2,67tc Qpré Tempo 105 Origem do método de cálculo SCS Existe o triângulo com vazão de pico Qpós e outro com vazão Qpré. Temos que achar o volume V hachurado. Portanto, temos: V= (2,67tcpos) x Qpós/2 – (2,67tcpos) x Qpré/2 V= 2,67tcpos. 0,5(Qpós-Qpré) V= 0,5 . (Qpós-Qpré) . 2,67 . tcpos . 60 Deixar passar: Qpré 106 Reservatório de detenção estendido Finalidades mais usadas: Enchente (Tr=25 anos) Qualidade (WQv) Menos usada: Controle da erosão a jusante usando o volume CPv para Tr=2 anos e volume WQv 107 Eficiência do reservatório de detenção estendido Reservatório de detenção estendido TSS TP TN Metais pesados 61% 19% 31% 26 a 54% 108 Exemplo 8-Vazão Tr=25anos Vazão (Tr=25anos) 1912,174 x 250,141 I25 =----------------------- ( t + 19,154)0,857 tcpos= 18min 3010,43 I 25 =------------------------ = 135,87mm/h ( 18 + 19,154)0,857 Q25 pos= CIA/360= 0,59 x 135,87 x 3 /360= 0,67m3/s 109 Vazão Tr=25anos Vazão (Tr=25anos) 1912,174 x 250,141 I25 =----------------------- ( t + 19,154)0,857 tcpre= 34 min 3010,43 I 25 =------------------------ = 99,96 mm/h ( 34 + 19,154)0,857 Q25 pre= CIA/360= 0,14 x 99,96 x 3 /360= 0,12 m3/s 110 Reservatório de detenção estendido Tr=25anos V= 0,5 . (Qpós-Qpré) . 2,67 . tc . 60 Deixar passar: Qpré V= 0,5 x (0,67-0,12) x 2,67 x 18 x 60 = 891 m3 Deixar passar: Qpré =0,12m3/s As= 338m2 891m3/ 338 m2 = 2,64 m (altura) 111 Diâmetro do orifício CPv =505m3 Deverá passar em 24 horas para Tr=2 anos Vcpv= Qpos x tc x 60= 0,468 x 18 x 60= 505m3 As= 338 m2 WQv= 443 m3 Entre os volumes 505 m3 e 443 m3 adoto 505m3 para esvaziar em 24 h Altura= 505/ 338 m2= 1,49 m Vazão = 505/86400 s= Q= 0,00584 m3/s Equação do orifício Q= Cd x Ao x (2.g.h)0,5 Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81 m/s2 h= 1,49/ 2= 0,745m TRUQUE Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5 0,00584= 0,62 x Ao x (2x9,81x0,745)0,5 Ao= 0,00584/2,37= 0,00246m2 D= (4 x 0,00246/ PI) 0,5 D=0,056m Adoto: D=0,075 m= 75 mm=3” 112 Diâmetro do orifício detenção estendido Qpré=0,12 m3/s Qpré= 0,12 m3/s Equação do orifício Q= Cd . Ao . (2.g.h)0,5 Cd= 0,62= coeficiente de descarga g=9,81 m/s2 891 m3 /338m2 = h= 2,64 TRUQUE Ao= PI x D2/4 D= (4 x Ao/ PI) 0,5 0,12= 0,62 . Ao x (2.9,81. 2,64)0,5 Ao= 0,12/4,46 = 0,0269 m2 D= (4 x 0,0269/ PI) 0,5 D=0,185m Adoto: D=0,20m= 200 mm= 8” 113 LEED -Reservatório de detenção estendido Proteção do canal a jusante SS6.1-Quantidade e SS6.2 Qualidade Vazão de pré e pós-desenvolvimento SS6.1 case 1- Option 1 Melhor e mais usado: quantidade (tubo de 0,20m) e qualidade (tubo de 0,075m). Reservatório ficará seco depois de 24h Exemplo 8- 0,50m Detenção estendida Tr=25anos 891 m3 2,64m 0,60m x 1,13m 0,20m Tr=2anos Cpv=505 m3 WQv 443m3 1,49m CPv= 511 m3 Vale o maior Esvazia em 24h 0,075m 114 Reservatório de retenção (wet pond) Volume permanente (1 WQv) 2WQv ou 3 WQv Bigger is better (Schueler, 1987) Volume temporário (1 WQv ) 115 Eficiência do reservatório de retenção Reservatório de retenção TSS TP TN Metais pesados 68% +10% 55% +- 7% 32 +- 11% 36% a 65% 116 Reservatório de retenção nunca fica seco: precisa de uma certa área da bacia (mínimo 10ha); impermeabilização do fundo com argila ou geotêxtil impermeável 117 Reservatório de retenção Fazer balanço hídrico para ver se o reservatório não ficará seco durante alguns meses por ano. 118 Reservatório de retenção (Wet Pond) (valoriza os imóveis em até 28%) 119 Reservatório de retenção (wet pond) Pode ser construída: On line: WQv permanente e WQv temporário + volume para enchentes Off line: WQv permanente e WQv temporário 120 Reservatório de retenção (wet pond) Muito eficiente para a remoção dos poluentes Alguns dizem que é mais eficiente que wetland TSS remove 80% TP remove 50% TN remove 35% Metais remove 60% Bactérias remove 70% 121 Reservatório de retenção (wet pond) Area mínima de 10ha e máxima de 60 ha. Cuidado com a vazão base (Plinio: mínimo 10 ha) Profundidade mínima =0,90m Profundidade máxima= 0,90 a 1,80m Talude laterais: 1:3 Relação comprimento/largura: 3:1 122 Reservatório de retenção (wet pond) Esvaziamento do reservatório temporário em 24 horas Vertedor de emergência: Tr=100 anos Pernilongos (Culex): usar inseticidas Aedes aegypti (dengue): buscar animais que se alimentem deles, mas não resolve totalmente o problema. 123 Reservatório de retenção (wet pond) off line Volume Permanente Volume Temporário Exemplo 9- Atendimento SS6.2 NOTA: posso fazer em cima o reservatório para Tr=2anos para proteção de erosão a jusante NA máximo maximorum 0,50m folga Vertedor de emergência 0,60m WQv 443m3 Temporário 1,11m 0,075m Esvazia em 24 h WQv 443m3 Permanente 0,60mx 1,13m 1,11m 124 Gráfico para Wet Pond para achar a remoção de TSS entrando com relação volume do reservatório permanente/ WQv (Bigger is better: Schueler, 1987) Denver recomenda: 1,00 a 1,5 California Stare water control board: 3 a 5 125 Trash Rack 126 Proteção contra entupimentos 127 Trash rack ( ≤ 0,15m) (Há cálculos da área da grade e da perda de carga) 128 Cálculo do trash rack A= área do trash rack (m2) Ao= área da tubulação (m2) A/Ao = 77 / e -0,00488.D Exemplo 10: D= 100 até 500mm A/Ao= 77 / e -0,00488x100 = 47,27 Ao= PI x D2/4= 0,00785m2 A= 0,00785 x 47,27= 0,37m2 129 Trash Rack 130 Trash rack Acima de 600mm At/Ao= 4 131 Infiltração Melhoria da Qualidade das águas pluviais (WQv) e Recarga do aquífero subterrâneo (Rev) WQv K<7mm/h Rev≤ recarga Inicio BMP Infiltração Fim K>7mm/h Rev>>recarga K>>7mm/h Routing Pavimento permeável A) pavimento modular B) pavimento poroso (concreto ou asfalto) 134 Pavimento permeável pavimento poroso de concreto BMP 135 Pavimento poroso de concreto 136 Pavimento permeável pavimento poroso de asfalto sem agregados finos ≤ 600µm 137 Pavimento permeável Clogging: entupimento. É o grande problema. Clogging se inicia com sujeira e poeira entre 1,4kg/m2 a 3,0 kg/m2 (Pesquisa Canadá) Pesquisas: em 3 anos entope 50% Pavimento modular é menos sensível ao clogging do que o pavimento poroso. Percolação no pavimento poroso: 4000mm/h Juntas do pavimento modular: 14.000mm/h 138 Pavimento permeável Alemanha- pavimentos permeáveis devem ter capacidade mínima para 270 L/s x ha. Brasil (?) Vida útil de um pavimento permeável de 20anos. Manutenção: 4 vezes por anos: Equipamentos de vácuo e jato de água (caro) 139 Pavimento modular (concreto ou PVC) 140 Pavimento modular BMP 141 Pavimento modular 142 Pavimento modular 143 Pavimento modular 144 Pavimento modular 145 Pavimento modular BMP 146 Pavimento modular Area ≤ 2ha S ≤ 5% Lençol freático: 1,20m K≥3,6mm/h (CIRIA) 147 Eficiência do pavimento modular Pavimento modular TSS TP TN Metais pesados 82% a 95% 65% 80 a 85% 98 a 99% 148 Pavimento modular Abaixam a temperatura cerca de 9ºC Alternativas para diminuir os efeitos da ilha de calor: árvores, pintar o telhado de branco, telhado verdes e pavimentos permeáveis. 149 Pavimento modular Há três tipos básicos; Tipo A - Quando toda a água é infiltrada Tipo B - Somente parte da água é infiltrada Tipo C - Nada é infiltrado Pavimento modular Tipo A-Quando toda a água é infiltrada Dimensionar um pavimento modular (Tipo A) Porosidade específica da brita britada=0,32 Área = 100m2 K= 7mm/h (condutividade hidráulica)=0,007m/h H= (D/n) x (I- K) Duração da chuva=D=60min= 1h Tr=25anos RMSP Intensidade da chuva =I=70,5mm/h=0,0705m/h H= (1,00h/0,32) x (0,0705 – 0,007m/h)=0,20m Adoto: espessura H= 0,25m Bidim Tempo de esvaziamento = (n x H)/K= (0,32 x 250)/7= 11,4 (12h) Modelo simplificado (nota: está sendo feito norma técnica pela ABCP) Exemplo: WQv= 443 m3 para A=3ha AI=60% K= 7mm/h d= WQv/ (A x n) A= área do pavimento modular= 3000m2 (hipótese) d= espessura da camada de pedra (m) n= porosidade específica da pedra britada= 0,30 d= 443/ (3000 x0,30) =0,49m Tempo de esvaziamento T= d .n/ K= 490mm x 0,30/ 7mm/h =21h (ideal entre 24h e 72h) 153 Pavimento modular Tipo B – quando parte da água se infiltra Difícil de calcular Pavimento modular Tipo C – nada se infiltra A água toda é drenada Pavimento modular Tipo C Temos que achar o diâmetro do tubo de drenagem e o espaçamento. E= 2x h/(q/K)0,5 Sendo: E= espaçamento dos tubos em paralelo (m) h= altura da camada de pedra (m) K= condutividade hidráulica da pedra (m/s)= 0,001m/s q= intensidade da chuva (m/s). Vários Tr Pavimento modular Tipo C- nada se infiltra Exemplo 11: Área do pavimento modular= 3.540m2 Solo impermeável Pavimento modular Tipo C com drenos Pavimento modular Tipo C Exemplo continuação Superfície plana adotada Altura de pedra adotada= h=0,40m Intensidade da chuva q (m/s) Q= 53mm/h para RMSP Tr=5anos 1hora Q= 53mm/h=0,00001444m/s Pavimento modular Exemplo continuação E= 2x h/(q/K)0,5 E= 2x 0,40/(0,00001444/ 0,001)0,5 E= 6,7m= espaçamento Escolha: tubo 150mm, 1% de declividade, seção plena: 0,013m3/s (nota: poderíamos escolher y=2/3D ou y=0,8D) Vazão total de drenagem= A x q= 4271m2 x 0,0000144m/s=0,061m3/s Numero de tubos= 0,061m3/s/ 0,013m3/s=4,7 tubos Adotamos 5 tubos em paralelo Pavimento poroso (concreto ou asfalto) 160 Pavimento poroso (concreto ou asfalto) A= WQv/ [n . d + (K/1000) x T + np . dp] Sendo: A= área da superfície do pavimento poroso de concreto ou asfalto (m2) WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3) n=porosidade média da pedra britada =0,32 d= espessura da camada de pedra britada (0,25m≤d≤1,20m) K= condutividade hidráulica (mm/h) ≥ 7mm/h T= tempo para encher o reservatório de pedra britada (h). T=2h np= porosidade efetiva do concreto ou asfalto poroso=0,18 (entre 0,15 a 0,22) dp=espessura do concreto ou asfalto poroso (0,05m <dp<0,10m) 161 Pavimento poroso (concreto ou asfalto) Tempo de esvaziamento Td Td= (d . n) / (K/1000) Sendo: d= altura da camada de pedra (m) n= porosidade efetiva da pedra K= condutividade hidráulica (mm/h) Td= tempo de esvaziamento (h) Td≥12 162 Pavimento poroso (exemplo de pavimento poroso de concreto) Exemplo 12: Estacionamento com 6.000m2 irá despejar as águas pluviais em pavimento poroso de concreto. Solo tem K= 26mm/h, lençol freático 1,50m abaixo do fundo. Achar a a área de pavimento poroso de concreto usando o volume WQv. Rv= 0,05+0,009 x 100= 0,95 WQv= (P/1000) x Rv x A= (25/1000) x 0,95 x 6000= 143m3 Portanto, deverá ser infiltrado 143m3 no pavimento poroso de concreto. 163 Pavimento poroso de concreto (exemplo) A= WQv/ [n . d + (K/1000) x T + np . dp] WQv= 143m3 n=0,32 (pedra britada) d= 0,90m (adotado) K= 26mm/h T= 2h (enchimento) np= 0,18 (concreto) dp=0,075 (espessura do concreto) A= 143/ [0,32 x 0,90 + (26/1000) x 2 + 0,18x 0,075] =403m2 Portanto teremos uma área de pavimento poroso de concreto com 403m2 de superfície. 164 Pavimento poroso Tempo de esvaziamento Td= (d . n) / (K/1000) Td= (0,90 x 0,32) / (26/1000)= 11h Ideal seria maior que 12h 165 Telhado verde Leed 1 ponto 50% da área telhado Veremos: como executar 166 Telhado Verde ( Projeto de lei na prefeitura do município de São Paulo 167 Telhado verde 168 Telhado verde em indústria 169 Telhado verde 170 Telhado verde Mais antigo: jardins suspensos da Babilônia. 1936 prédio do MEC Roberto Burle Max (paisagista paulista) 1988: Banco Safra em São Paulo Arquiteta Rosa Grená Kliass Walter Kolb (Munich e Hannover) 171 Telhado verde Camada de solo: 150mm a 300mm Plantas nativas resistente ao sol e vento Vantagem: Diminui ilha de calor Menores custos de ar condicionado Reduz pico de vazão 172 Telhado verde Vegetação extensiva: gramado. Solo de 50mm a 150mm. Plantas nativas Vegetação intensiva: solo 200mm a 2000mm. Plantas e árvores. Altura de 1m a 5m. Prever as cargas de 300kg/m2 a 1.000kg/m2. 173 Telhado Verde Agricultura urbana Locais: Rússia, Tailândia, Colômbia, Haiti e Canadá. Hotel Fairmont, Vancouver, Canadá: alimentos no telhado economiza 35.000 dólares canadenses por ano. Problema: regiões com ar poluído 174 Telhado Verde Em aprovação na CMSP (Câmara Municipal de São Paulo) Em aprovação em Brasilia (Câmara Federal dos Deputados) Método Delfos Elaboração de projeto de norma de telhados verdes Aprovado pela ABNT em novembro 2011 Aguardando Comissão de norma técnica 175 Trincheira de infiltração 176 Eficiência da trincheira de infiltração Trincheira de infiltração TSS TP TN Metais pesados 75% 60% a 70% 55 a 60% 85 a 90% 177 Trincheira de infiltração dura 15anos; lençol freatico: 1,20m ou 1,50m; 178 Trincheira de infiltração C usto C (US$)=1317 x V 0,63 179 Trincheira de infiltração solo tipo A ou B pedra britada 3 (25mm a 35mm) Infiltração : 7mm/h a 60mm/h 180 Trincheira de infiltração Exemplo 13 Dados: A= 3ha=30.000m2 AI=60% K= 13mm/h (condutividade hidráulica do solo) Pedra britada com n=0,40 Rv=0,05 + 0,009 x AI=0,05+0,009 x 60= 0,59 WQv= (P/1000) x Rv x A= =(25/1000) x 0,59 x 30.000= 443m3 181 Trincheira de infiltração Exemplo dmax= (K . Ts) /n dmax= profundidade máxima permissível (mm) K=13mm/h Ts= máximo tempo permitido entre 24h a 48h (esvaziamento). Adotamos Ts=48h n=0,4 dmax= (13 x 48 )/0,40=1560mm=1,56m (dmax <= 2,40m) 182 Trincheira de infiltração Exemplo At= WQv/ (n . d + K.T) At= área da superfície da trincheira (m2) WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3) n= vazios da pedra britada =0,40 K= condutividade hidráulica do solo= 13mm/h T= tempo de enchimento = 2h (prática) 183 Trincheira de infiltração Exemplo At= WQv/ (n . d + K.T) At= 443/ [0,40 x1,56 + (13/1000)x 2h] At= 682m2 Adotando comprimento L=300m Teremos 682m2/ 300m= 2,27m Largura da trincheira = 2,27m Profundidade = 1,56m 184 Exemplo com Rev= 89m3 At= WQv/ (n . d + K.T) At= 89/ [0,40 x1,56 + (13/1000)x 2h] At= 137m2 Adotando comprimento L=50m Teremos 137m2/ 50m= 2,74m Largura da trincheira = 2,74m Profundidade = 1,56m 185 Soakaway 186 Infiltração da água de chuva do telhado (é uma trincheira de infiltração) Inglaterra: Soakaway (muito usado conforme CIRIA) Pode ser: circular ou retangular quando Area <100m2 Trincheira de infiltração quando A> 100m2 187 Soakaway Exemplo 14: telhado com 500m2 Condutividade hidráulica k=f = 20mm/h Porosidade efetiva da pedra britada=0,40 Tempo de retenção =Ts=24h Profundidade máxima da caixa de pedra “d” d= f. Ts/ n= 20 x 24h/ 0,40=1200mm=1,20m 188 Soakaway At= WQv/ (n .d + f. T) At= área longitudinal da caixa (m2) WQv= volume de água (m3) n=0,40 pedra britada d=1,20m (já calculado) T= 2h= tempo de enchimento (<2h) WQv= (P/1000) x Rv x A= (25/1000) x 0,95 x 500=12m3 WQv= 12m3 189 Soakaway At= WQv/ (n .d + f. T) At= 12/ (0,4x 1,2 + (20/1000) x2)= 23m2 Largura=2,00m Comprimento= 23/2= 11,5m Profundidade= 1,20m 190 Rain Garden (bioretenção) 191 Eficiência do rain garden Rain garden TSS TP TN Metais pesados 80% 65% a 87% 49% 43% a 97% 192 Rain Garden 193 Rain Garden Profundidade típica= 0,10m a 0,15m Dimensões usuais: 4m x 12m Infiltra em 4 a 5 dias 194 Rain Garden 195 Rain Garden Exemplo 15 Achar o volume para melhoria da qualidade das águas pluviais WQv para área A=1000m2 e área impermeável AI= 30%. Rv= 0,05 + 0,009 x AI = 0,05+0,009 x 30= 0,32 Volume WQv WQv= (P/1000) x Rv x A= (25/1000) x 0,32 x 1000m2 = 8 m3 Dimensão : 4m x 12m= 48m2 Altura= 8/48= 0,17m 196 Canal gramado Nota: a área conta como BMP 197 Eficiência do canal gramado Canal gramado TSS TP TN Metais pesados 38% +- 31% 14 +-23% 14% +- 41% 9% a 62% 198 Canal gramado Fórmula de Manning V= (1/n) R 2/3 S 0,5 Sendo: V= velocidade média na seção transversal (m/s). Em canais gramados a velocidade deverá ser menor que 1,5m/s. n= coeficiente de rugosidade de Manning S= declividade do fundo do canal (m/m) Para canais recomendado declividade máxima de 4% R= raio hidráulico (m) R= A/P A= área molhada (m2) P= perímetro molhado (m) 199 Canal gramado Coeficiente de rugosidade de Manning n n= 0,20 para canais gramados onde frequentemente é feita a roça n=0,24 onde não é feita a roça n=0,25 valor muito usado na prática n=0,03 para canais gramados muito largos com altura do nivel de água maior que 300mm. L= 30m = comprimento mínimo recomendado 200 Seção transversal trapezoidal: mais usado A=b.y + z.y 2 P= b + 2y (z 2 +1) 0,5 Sendo: A= área molhada (m2) P= perímetro molhado (m) R= raio hidráulico = A/P b= base do canal (m) Máximo b= declividade talude do canal (1:Z) 1:3 ou 1: 4 y= altura do nível de água (m). Máximo 0,75m Borda livre: mínimo 0,15m 201 Vários tipos de gramas usados no Brasil 202 Canal gramado 203 Filter Strip (faixa de filtro gramada) Nota: a área conta como BMP 204 Eficiência do pavimento modular TSS Faixa de filtro gramada 54% a 84% TP TN Metais pesados 20% 205 Faixa de filtro gramada (filter strip) (filtra as águas pluviais) Não tem nada a haver com enchentes e sim com melhoria da qualidade das águas pluviais 206 Faixa de filtro gramada 207 Faixa de filtro gramada 208 Faixa de filtro gramada (faixa+canal gramado) 209 Eficiência da faixa de filtro gramada TSS (sólidos totais em suspensão): 50% PT (fósforo total): 20% Metais pesados: 40% 210 Faixa de filtro gramada (estimativas) Parâmetro Area impermeável à montante Compriment o paralelo ao fluxo da agua maximo (entrada) 11 m Area permeável à montante (jardins, etc) 23 m 23 m 30m (45,7 m FHWA) Declividade maxima <2% >2% <2% >2% <2% >2% <2% >2% Compriment o minimo da faixa paralelo ao fluxo de água 3,00 4,5 6,00 7,5 3,0 3,6 4,5 5,4 Fonte: Estado da Georgia, 2001 211 Faixa de filtro gramada Exemplo 17 Calcular a largura da faixa de filtro gramada para area impermeável a montante com 20m e declividade da faixa de filtro gramado >2%. Vendo a tabela escolhemos faixa com 7,5m de comprimento. 212 Reservatório de infiltração (Área da bacia ≤ 6ha) recarga 213 Reservatório de infiltração (recarga do aquífero) lençol freático ideal: mínimo de 3,00m Problemas em projetos: 50% falham Manutenção: 5% ao ano 214 Reservatório de infiltração Custo C(US$)=162,6x V 0,69 Profundidade: 0,30m a 1,80m Tempo de infiltração: 48h e máximo de 72h Importante: pré-tratamento 215 Reservatório de infiltração Exemplo 18: AI=60% A=6ha Rv=0,59 WQv=(P/1000) . Rv . A= (25/1000) x 0,59x6x10.000=885m3 As= SF . WQv / (T . K) As= área do fundo do reservatório (m2) SF= fator de segurança=2 WQv= volume do volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m3) T=tempo de infiltração da água no solo entre 24h a 72h K=condutividade hidráulica do solo (m/h) d=WQv/ As d= profundidade do reservatório (m) entre 0,30 a 1,80m 216 Reservatório de infiltração (exemplo) As= SF . WQv/ (K . T) T=48h (adoto) K=13mm/h=0,013m/h As= 2 x 885m3/ (0,013m/h x 48h)=2837m2 d=profundidade do reservatório (m) d=WQv/ As d=885m3/ 2837m2= 0,31m 217 Filtro de areia (área da bacia ≤ 4ha) 218 Eficiência do filtro de areia Filtro de areia TSS TP TN Metais pesados 66% a 95% 4% a 51% 44 a 47% 34 a 88% 219 Filtro de areia (não infiltra no solo, melhoria da qualidade das águas pluviais) 220 Filtro de areia 221 Filtro de areia de superfície 222 Perfil de um filtro de areia 223 Tubos perfurados ≤ 150mm 300mm sobre a geratriz superior Pedras: 100mm a 150mm (pedra 1,2, e 3) Distância máxima entre tubos= 3,00m Declividade minima = 1% Geotêxtil Buraco: 3/8” (9,53mm) Camada mínima de areia de 0,45m 224 Filtro de areia Exemplo 19 A=2ha (<4ha) AI=70% Kareia= 0,45m/dia (19mm/h) Altura da água=hf= 0,50m Tempo de escoamento =1,67dias Altura do filtro de areia df= 0,60m Rv=0,05+0,009 x 70=0,68 WQv= (25/1000) x 0,68 x 2ha x 10.000m2= 340m3 225 Filtro de areia: exemplo Af= (WQv . df)/ [K . (hf + df) . tf] Af= área do filtro de areia (m2) df= altura do filtro de areia =0,60m K= 0,45m/dia hf=0,50m (altura da água) tf= 1,67 dias (tempo para dreno da água na areia entre 1 dia a 1,67dias) 226 Filtro de areia Af= (WQv . df)/ [K . (hf + df) . tf] Af= (340 x 0,60)/ [ 0,45 x (0,50 +0,60) x 1,67] Af= 247m2 227 Pré-tratamento em filtro de areia Particularidades do pré-tratamento Volume do pré-tratamento= 0,25xWQv Nota: outras BMPs é 0,1xWQv Vazão que chega ao pré-tratamento Qo = WQv/ 86.400s 228 Pré-tratamento em filtro de areia (toma-se para sedimentação partículas menos de 20 a 40µm) As= - (Qo / vs) . Ln (1-E/100) As= = - (Qo / vs) . Ln (1-E/100) Para E=90% (eficiência de deposição) As= 2,3 x Qo/ vs AI ≤75% 20μm vs= 0,000355 m/s AI >75% 40 μm vs= 0,001422m/s 229 Exigências do Leed nas BMPs Relacionar as BMPs Porcentagem do site tratado pela BMP Eficiência de cada BMP em % Fonte de dados sobre eficiência da remoção de TSS (sólidos totais em suspensão) Plano de manutenção e operação das BMPs 230 BMPs não estruturais Leed considera: rain garden, valas gramadas e filter strip onde é feita a filtração 231 BMP não estrutural LID: Low Impact Development ( BMP LID : na fonte): rain garden 232 Planejamento e uso do solo (Espanha,Portugal, Alphaville, etc) 233 Planejamento e uso do solo 234 Planejamento e uso do solo 235 Remoção de TSS, TP e TN TSS= sólidos totais em suspensão TP= fósforo total TN= niltrogênio total Tipo de BMP TSS TP TN Bacia de infiltração 80% 60% 50% Canal gramado 70% 30% 30% Filtro de areia 82% 46% 35% Rain garden 90% 72% 58% Reservatório de retenção 75% 52% 30% Reservatório de detenção estendido 53% 25% 30% Trincheira de infiltração 75% 55% 58% Vala gramada 48% 30% 30% Manutenção e operação anual Tipo de BMP Reservatório de detenção seco Trincheira de infiltração Pavimento poroso de concreto Vala gramada Manutenção e operação anual 3 a 6% 3 a 20% 5% 5% a 7% Reservatório de retenção 3 a 5% Wetland construída 1 a 5% Faixa de filtro gramada US$ 250/ha a US$ 3.500/ha Consumo relativo da BMP da área impermeável da Bacia Tipo de BMP Porcentagem de área impermeável da bacia Res. detenção 2 as 3% Wetland construída 3 a 5% Trincheira de infiltração 2 a 3% Reservatório de infiltração 2 a 3% Filtros de areia 0 a 3% Custos das BMPs em dezembro de 2010. Reservatório de detenção estendido C= 251,42. V 0,76 Reservatório de retenção C=415,65. V 0,71 Wetland construída C=519,14 .V 0,71 Trincheira de infiltração C=2206,71. V0,63 Reservatório de infiltração C=267,00 .V 0,69 Filtros de areia C= K x A em ha K varia de 6.678 a 13.358 Canal gramado US$ 3,74/m2 a US$ 7,49/m2 Pavimento poroso US$ 45,00/m2 Recomendações do Leed nas BMPs 1. Descrever todas as BMPs 2. Porcentagem da área usada pela BMP 3. Eficiência de cada BMP em porcentagem 4. Fonte de dado sobre eficiência da remoção do TSS ( sólidos totais em suspensão) Nota: apenas 1 pontos em SS6.1 e 1 ponto em SS6.2 240 Quantidade e qualidade das águas pluviais para os créditos do LEED SS6.1-QUANTIDADE SS6.2 –QUALIDADE BMPs Site: http://www.pliniotomaz.com.br E-mail: [email protected] Livro: Cálculos Hidrológicos e Hidráulicos para Obras Municipais: autor Plinio Tomaz Livro: Poluição Difusa: autor Plinio Tomaz CD: distribuído 241 Consumo de água em paisagismo 243 Tanque de evaporação Classe A US$ 1000 244 Objetivo Obter a evapotranspiração de referência ETo Achar método simples de cálculo Fácil aplicação para qualquer lugar do Brasil 245 Métodos existentes evapotranspiração de referência= ETo Método de Thornthwaite, 1948 Balanço Hídrico pelo método de Thornthwaite-Mather, 1955 Método de Romanenko, 1961 Método de Turc, 1961 para Método Método de Penman-Monteith, 1998 FAO Método de Hargreaves Método de Penman, 1948 para superfícies livres Método de Blaney-Criddle, 1975 246 Chuvas mensais Chuvas mensais: Instituto Nacional de Metereologia INMET http://www.inmet.gov.br/ Agrometereologia Agricultura Balanço Hídrico Selecione Estado do Brasil Selecione estação 247 Evapotranspiração pelo método de Thornthwaite Embrapa- Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária http://www.embrapa.gov.br/ Google: pesquisar-Banco de Dados Climáticos do Brasil Estado Cidade Longitude, Latitude, altura, precipitações mensais e evapotranspiração 248 Latitude 249 Valores de f* para a formula de Blaney-Criddle 250 Método de Blaney-Criddle, 1975 H*= f* . (0,46 . T + 8,13) Sendo: H*= lâmina de água no perÍodo de um dia (mm) T= temperatura média do mês (º C) f*= média da porcentagem diária do fotoperíodo anual em latitudes que variam de 10º N a 35º S 251 Exemplo 1: achar o valor de f Exemplo 1: Guarulhos Latitude 23,5⁰ Sul, temperatura média de janeiro de 23,7⁰C H*= f* . (0,46 . T + 8,13) H*= 0,31 x (0,46 x 23,7 + 8,13)=5,9mm 252 Dada a temperatura média do ar do mês 253 Valores de “a” e “b” da formula de Blaney-Criddle 254 Exemplo 2 Razão de insolação: baixa, média e alta Exemplo: Guarulhos, Umidade relativa do ar U=73% >50%, Velocidade média do vento= u2=1,6m/s <2m/s Relação de insolação (nebulosidaded) =n/N=0,42 insolação baixa N= número máxima de luz solar (h) n= horas de sol a= -1,65 b= 0,98 255 Evapotranspiração de referência pelo Método de BlaneyCriddle, 1975 ETo= a + b . H* Sendo: ETo= evapotranspiração (mm/dia) a e b são coeficientes obtidos da Tabela anterior H*= calculado anteriormente (mm) Exemplo: • ETo= a + b . H* =-1,65+0,98 x 5,9= 4,1mm/dia Janeiro: 31dias 4,1mm/dia x 31dias= 128mm/mês • 256 Método de Blaney-Criddle, 1975 257 258 Irrigação de gramados Objetivo: Estimativa de consumo de água em: Jardins Praças Campos de futebol Campos de golfe 259 Consumo de água 260 Triângulo da classificação textural 25% areia; 60% silte: 15% argila solo franco siltoso 261 Aspersão 262 Tensiômetro 263 Tensiômetro US$ 500 264 Tensiômetro de faixas semáforo 265 Fertilizantes: N, P e K 266 Evapotranspiração no paisagismo ETL= ETo . KL ETo= evapotranspiração de referência (mm/mês) KL=coeficiente de paisagismo (gramados e arbustos) ETL= evapotranspiração do paisagismo (mm/mês) KL= Ks x Kmc x Kd Ks= fator das espécies Kmc= fator do microclima Kd= fator da densidade das plantas 267 Ks, Kd e Kmc (árvores; arbustos; cobertura; misto; gramado) Ks= fator das espécies Kd= fator da densidade das plantas Kmc= fator do microclima 268 Coeficiente das espécies: Ks Leva em conta quanto a planta precisa de água. Plantas podem precisar de pouca água e muita água. Planta que não consume água Ks=0 Critério subjetivo Não há tabelas que fornecem o Ks para cada tipo de planta. Escolha depende experiência do projetista 269 Fator da densidade das plantas: Kd Áreas com plantas esparsas possuem menor evapotranspiração. Áreas com plantas juntas têm maior evapotranspiração 270 Fator de microclima: Kmc Depende da paisagem, temperatura, vento e umidade. Valores pequenos de Kmc são para áreas com muitas sombras e protegidas pelo vento. Valores altos de Kmc são devido a locais que possuem muito vento facilitado pelos prédios existentes. 271 Escolha do mês O LEED nos Estados Unidos adota para os cálculos somente o mês de JULHO porque é o mês que tem maior evapotranspiração. No hemisfério sul o equivalente é o mês de JANEIRO que de modo geral no Brasil é o mês com maior evapotranspiração. Nota: para o Brasil fazer os cálculos para os 12 meses. 272 Exemplo com gramado, arbustos e misto. Observar Ks= fator das espécies Tipo de paisagismo Area (m2) Ks Kd Kmc KL IE CE Eto Arbustos 112 0,2 1,0 1,3 0,26 0,900 1,0 206,13 53,59 6,0 Misto 363 0,2 1,0 1,4 0,28 0,625 1,0 226,79 63,50 23,1 Gramado 84 0,7 1,0 1,2 0,84 0,625 1,0 206,22 173,23 14,6 Total= 559 ETL Total= TPWA (m3) 43,6 273 Tipos de gramas Gramas tolerantes a seca Batatais Bermuda Esmeralda Gramas pouco tolerantes a seca Santo Agostinho Coreana São Carlos 274 Exemplo 3- Irrigação Local: São Paulo Grama bermuda Área= 575.258m2 Tipo de solo: franco-argiloso Vento: 3m/s Calcular volume de irrigação necessário mensalmente usando a precipitação efetiva Pe. Fonte: Toro Company, 1986 in AWWA, 1993 Condutividade hidráulica do solo K em (mm/h) Tipos de solo Condutividade hidráulica conforme a declividade do terreno. 8% a 12% a 4% 8% > 16% 12% 16% mm/h mm/h mm/h mm/h mm/h 1 Areia grossa 31,8 25,4 19,1 12,7 7,9 2 Areia média 26,9 21,6 16,3 10,7 6,9 3 Areia fina 23,9 19,1 14,2 9,7 6,1 4 Areia franca 22,4 17,8 13,5 8,9 5,6 5 Franco arenoso 19,1 15,2 11,4 7,6 4,8 6 16,0 12,7 9,7 6,4 4,1 15,0 11,9 8,9 6,1 3,8 8 Franco arenosa fina Franco arenosa muito fina Franco 13,7 10,9 8,4 5,6 3,6 9 Franco siltoso 12,7 10,2 7,6 5,1 3,3 10 Solo siltoso 11,2 8,9 6,6 4,6 2,8 11 Argila arenosa 7,9 6,4 4,8 3,0 2,0 12 Franco argiloso 6,4 5,1 3,8 2,5 1,5 13 Argila siltosa 4,8 3,8 2,8 2,0 1,3 14 Solo argiloso 3,3 2,5 2,0 1,3 0,8 7 Da tabela anterior escolhemos para solo franco argiloso K=1,3 mm/h Profundidade das raízes Z Da Figura anterior adotamos profundidade do gramado RZ= 300mm Capacidade de armazenamento no solo AWHC Textura do solo Capacidade de campo θCC Ponto de Murcha Permanente θPM AWHC=θCC - θPM (m3/m3, cm3/cm3, mm/mm) Areia 0,17 0,07 0,11 Areia franca 0,19 0,10 0,12 Franco arenoso 0,28 0,16 0,15 Franco 0,30 0,17 0,18 Franco siltoso 0,36 0,21 0,19 Silte 0,36 0,22 0,20 Franco argiloso siltoso 0,37 0,24 0,18 Argila siltosa 0,42 0,29 0,19 Argila 0,40 0,20 0,20 Da figura anterior escolhemos para solo franco argiloso-siltoso AWHC= 0,18mm/mm Agua disponível para a planta na zona das raízes PAW= AWHC . RZ PAW= água disponível para a planta na zona das raízes (mm) RZ= profundidade média das raízes para uma determinada hidrozona (mm) PAW= 0,18 x 300=54mm Fonte: Adaptado de The Irrigation Association, março de 2005- Landscape Irrigation Scheduling and Water Management. Porcentagem de água que pode ser extraída (MAD= Management Allowable depletion) Textura do solo Quantidade de água que pode ser extraída (MAD) (%) Argiloso 30 Franco-argiloso 40 Franco-siltoso 40 Franco 50 Franco-arenoso 50 Arenoso 60 Nota: o máximo de MAD é de 50% Consultando a tabela anterior para tipo de solo franco argilo-siltoso MAD= 40% Quantidade de água que pode ser extraída pelas plantas (AD) AD= PAW x (MAD / 100) AD= 54 x (40/100)=22mm Precipitação efetiva Pe com percentual fixo da USDA-SCS Fonte: The Irrigation Association, março de 2005- Landscape Irrigation Scheduling and Water Management. Profundidade das raízes em milímetros Categori Tipo de 150mm 300mm 457mm 610mm a de solo solo Precipitação média mensal efetiva em (%) da precipitação mensal 1 Arenoso 44 48 52 55 Franco2 47 53 58 63 arenoso 3 Franco 49 57 63 68 Franco4 47 55 60 65 argiloso 5 Argiloso 45 51 55 59 Para solo franco-argiloso e profundidade de raízes 300mm escolhemos: 55% Dica: para planejamento de irrigação RF, máximo de 50%. RF= 50% Precipitação efetiva Pe= P x RF /100 P= 254mm para o mês de janeiro RF= 50% Pe= P x RF /100 Pe= 254 x 50 /100= 127mm Mas Pe deve ser menor que P=254mm e ETc =96,2mm (Tabela será vista adiante). Portanto, Pe=96,2mm Fonte: Water Efficient Landascape, 1993 AWWA Eficiência da Irrigação: IE Tipo de irrigação Eficiência da irrigação Sprinkler para irrigar árvores e arbusto 0,90 Gotejamento 0,90 Sprinkler rotor em plantas com filas maiores que 2,40m de largura 0,75 Sprinkler em spray(bocal) em plantas com filas maiores que 2,40m de largura 0,625 Sprinkler em plantas com filas menores que 2,40m de largura 0,40 Uso de sprinkler adotamos rendimento de 62,5%, ou seja, IE =0,625 Fator de controle =CE Fator de controle CE Condição 0,85 Existe somente sensor de chuva 0,80 Existe somente o controlador 0,60 Existe controlador e sensor de chuva CE=1,00 Não existe sensor de chuva e nem controlador 0,4 Existe microestação climatológica Como não temos sensor de chuva e nem controlador CE=1,00 TWA= quantidade necessária de água para irrigação no mês (m3) TWA = [(ETL – Pe)/ IE] x CE Janeiro TWA = [(96,2 – 96,2)/0,625] x 1,00=0 Abril TWA = [(65,8 – 29,2) /0,625] x 1,00= 58,5mm Area verde= A=575.258m2 =57,5258ha Mês de abril Volume mensal=V= A x 58,5 /1000=33.681m3/mês Q (L/s)= V / (dias do mês x 86400 x1000)= Q= [33.681/ (30 x 86400) ]x 1000=13 L/s Taxa (L/s x ha)= 13/57,5258= 0,23 L/sxha Média Estado São Paulo 0,37 L/sxha janeiro 31 Precipitaçao (mm/mês)=P= 254 fev 28 252 março 31 201 abril 30 58 maio 31 70 junh 30 39 julho 31 31 ago 31 25 set 30 75 out 31 137 nov 30 130 dez 31 215 Evapotranspiaraçao mm/mês Blaney-Criddle= 128 102 109 88 76 65 64 81 85 105 109 125 Ks= fator das espécies (gasto de água)= 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 Kd=fator da densidade das plantas= 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Kmc=fator de microclima (sombra)= 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Coeficiente de paisagismo KL= Ks x Kd x Kmc Etc= Eto x KL (mm/mes)= 0,75 96,2 0,75 76,4 0,75 81,5 0,75 65,8 0,75 56,7 0,75 48,5 0,75 48,2 0,75 60,9 0,75 63,4 0,75 78,6 0,75 81,9 0,75 93,5 Taxa de infiltraçao no solo (mm/h)=solo argila siltosa, pouco arenosa, pouco porosam mole e escura 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 Capacidade de armazenamento no solo AWHC para solo franco argilo-siltoso Profundidade das raizes (mm)= 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 0,18 300 54 54 54 54 54 54 54 54 54 54 54 54 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 40,00 Agua dispon ivel para as plantas PAW (mm)= Fator de agua que pode ser extraido para solo franco argilo-siltoso MAD (%)= 40,00 Quantidade maxima de agua que pode ser extraida pelas plantas AD (mm)= 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 Precipitaçao efetiva Tabela 1.13 para solo franco argilo- siltoso=RF = Pe= P x RF/100= 50 127 50 126 50 100 50 29 50 35 50 20 50 15 50 12 50 38 50 69 50 65 50 107 Pecipitaçao efetiva deve ser menor que P e Etc 96,2 76,4 81,5 29,2 35,1 19,5 15,4 12,5 37,6 68,7 65,2 93,5 Rendimento da irrigaçao adotado=IE= 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 Fator de controle - Não tem sensor de chuva e nem controlador=CE= 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 TWA= mm/mês com Pe= [(ETc - Pe)/ IE]xCE= 0,0 0,0 0,0 58,5 34,5 46,5 52,4 77,5 41,4 15,9 26,7 0,0 Area verde (m2) a ser irrigada=A= 575258 Volume mensal (m3) com Pe= Vazao em litros/segundo com Pe Taxa de l/s x ha com Pe= 0 0,0 0,00 575258 0 0,0 0,00 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 575258 0 0,0 0,00 33681 13,0 0,23 19830 7,4 0,13 26724 10,3 0,18 30164 11,3 0,20 44593 16,6 0,29 23812 9,2 0,16 9148 3,4 0,06 15370 5,9 0,10 0 0,0 0,00 TPWA= água necessária para irrigação TPWA= TWA – Água não potável TPWA= é a água potável necessária para a irrigação descontando-se a água não potável GWPA= 100 x (TWA linha de base – TWA projetado) / TWA linha de base GWPA= é a porcentagem da redução de água potável (%) Água não potável = reúso de esgotos, reúso águas cinzas claras, reúso de águas cinzas escuras e aproveitamento de água de chuva. TWA linha de base = é aquele sistema de irrigação tradicional em que não há sensor de chuvas e nem controlador da irrigação. São de modo os sistemas antigos e é o total de água necessário para um paisagismo linha de base. TWA projetado= são os sistemas de irrigação projetados em que há sensor de chuva ou e controlado. Poderá haver também o gotejamento. 296 Plano de irrigação Deverá ser apresentado um plano de irrigação Frequência de irrigação (dias de irrigação) Horários de rega (manhã ou e noite) 297 Observações sobre irrigação no LEED Não usa a precipitação efetiva Pe Dá pontos quando se usa água de irrigação de reúso ou aproveitamento de água de chuva Nota: supõe-se que toda água para irrigação é potável TPWA = TWA – água não potável GWPA= porcentagem de redução de água potável Leed GWPA= ( 1- projetoTPWA/baseline TWA) x 100 Leed: se a economia for maior que 50% teremos 2 pontos Se a economia for de 100% teremos 4 pontos Nota: quando calcular o baseline o valor Kmc do coeficiente de paisagismo deverá ser o mesmo no projeto. Instalar medidores para volume a ser irrigado Manutenção específica para reúso de água cinza Bibliografia Bibliografia: Evapotranspiração (digital free; Plinio Tomaz) Livro- Consumo de água no paisagismo (Plínio Tomaz) 300 Muito obrigado ! 10 de junho de 2014 Créditos LEED SS6.1 ; SS6.2 ; BMPs Irrigação Plínio Tomaz Engenheiro civil Site: www.pliniotomaz.com.br [email protected] 301