DECA/CT/UFPB - Curso: Engenharia Civil - Semestre: 2015.1
DISCIPLINA: Tópicos em Engenharia I - Drenagem de Águas Pluviais
Professor: Adriano Rolim da Paz
www.ct.ufpb.br/~adrianorpaz
UNIDADE 3
• Controle do escoamento na fonte
AULA 17:
Reservatórios de armazenamento no lote
tc = 2,4 min
Efeito do controle por armazenamento
Lotes em áreas urbanas:
Hidrograma de entrada
Vazão
• escoamento com tempo
de concentração muito
pequeno
• tendência de hidrogramas
com picos de vazão
acentuados
Hidrograma de saída
Reservatório
Alternativas de controle
• infiltração
• armazenamento
Efeito do controle por armazenamento
Tempo
Efeito do controle por armazenamento
Volume necessário
para armazenamento
Volume armazenado
Fonte: IPH, 2005
Retardo do pico
1
Reservatórios distribuídos (microrreservatórios no lote)
Nesta disciplina: reservatórios para controle do escoamento
• telhados
• estruturas de reservação construídas
- geralmente
• superfícies
Para saber mais sobre reservatórios para
aproveitamento de águas de chuva:
enterrados
São reservatórios abertos
- áreas gramadas
- áreas pavimentadas
Finalidade:
• amortecimento das vazões
• aproveitamento de água para outros usos (opcional)
- abastecimento de água
- irrigação de jardim
- lavagem de superfícies e automóveis
Reservatórios abertos
• Menor custo
• Integração paisagística
• Facilidade de manutenção
Reservatórios enterrados
• Maior custo (concreto ou alvenaria)
• Não ocupação de espaço à superfície
• Verificar disponibilidade do espaço abaixo do solo
Podem receber contribuições:
• escoamento superficial direto drenado pela
área contribuinte
• água captada por telhados e conduzida por
tubulação
• água de áreas impermeáveis drenada por
tubulação
Fonte: IPH (2005)
Estudo
interessante:
Reservatório
Fonte: Adaptado de Cruz (1998)
Saída para a rede pluvial
1998
2
Vertedor de
emergência
Exemplo 1 de reservatório enterrado
Laje de concreto
Paredes de alvenaria
Laje de
concreto
Entrada
Tampa de
inspeção
Tampa de
visita
Entrada
Descarregadores
de fundo
Descarregadores
de fundo
Exemplo 1 de reservatório enterrado
Fonte: Cruz (1998)
Fonte: Cruz (1998)
Entrada
Descarreg.
de fundo
Paredes laterais
em alvenaria
Exemplo 2 de reservatório enterrado
Tubo de drenagem
em concreto
Fonte: Cruz (1998)
Exemplo 3 de reservatório
enterrado
Tubos de drenagem de concreto como reservatórios:
• Usual: 60 cm de diâmetro
• Comprimento do reservatório múltiplo do tamanho
de cada unidade (1 m)
Fonte: Tassi, R. Efeito dos microrreservatórios de lote sobre a
macrodrenagem urbana. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do
Rio Grande do Sul (Porto Alegre-RS), 156 p., 2002.
Restrições para uso dos microrreservatórios:
• Disponibilidade de espaço livre (sobre ou abaixo da superfície)
• Profundidade do lençol freático
• Profundidade da rede coletora principal
• Declividade dos lotes
Concepção e dimensionamento com base em:
• Vazão de pico e volume de escoamento que aporta ao
reservatório
• Volume do reservatório que permitirá atender à vazão
de saída
Fonte: Moura, P. M. Contribuição
para a avaliação global de sistemas
de drenagem urbana. Dissertação
de Mestrado (Belo Horizonte-MG),
164 p., 2004.
• Restrição da vazão máxima de saída da área
Geralmente restrição por regulamento legal
3
ATENÇÃO
Dimensionamento
de reservatório para
fins de
aproveitamento de
água de chuva
Ou seja, dimensionamento para fins de controle do escoamento
na fonte é função do grau de amortecimento nas vazões desejado
(ou imposto) como critério de projeto
Dimensionamento de
reservatório para fins
de controle do
escoamento na fonte
≠
Hidrograma de entrada
Hidrograma de saída
Efeito do controle por armazenamento
Q
Condições de ordem prática
• cota da rede pluvial
• cota do terreno
ent
pico
Volume necessário
para armazenamento
Nível do terreno
Qsai
pico
• critério de projeto
Coeficiente de abatimento =
Q
sai
pico
Q
ent
pico
Qsai
pico
Rede pluvial
pública
• qual nível de controle
desejado?
• existe imposição legal
do nível de controle?
Dimensionamento Método simplificado de McCuen (1989)
apud Tucci (1995)
Condições de ordem prática
• cota da rede pluvial
Limitam cota do conduto de saída
• cota do terreno
(função da sua declividade e
profundidade do reservatório).
Limitam a profundidade de
escavação.
Altura do reservatório limitada ⇒
Se não existir limitação da cota ⇒
Determinar área necessária
para atender ao volume
requerido para o reservatório,
atendendo altura máxima.
Dimensões ajustadas
conforme espaço, custos...
Vazão
Volume necessário para reservação
Q
ent
pico
Hidrograma de
entrada
• área entre os hidrogramas de entrada e saída
 Q sai

pico
ent


Vres = Qent
pico ⋅ t c ⋅ 60 ⋅ 1 −
ent 
 Q pico 
Vres: volume
necessário para
armazenamento
Q
sai
pico
Hidrograma de
saída
t ent
c
em minutos
Q ent
pico
em m³/s
Q sai
pico
em m³/s
Vres
t ent
pico
ent
t sai
pico t base
t sai
base
em m³
Tempo
4
Onde:
Dimensionamento
t ent
c
Tempo de concentração da área de
contribuição que gera o hidrograma de entrada
para o reservatório
Geralmente, adota-se:
Vazão
Vazão de pico do hidrograma de entrada para o
Q ent
pico
reservatório
Hidrograma
posterior à
ocupação
Q ent
pico
pre − urb
Qsai
pico = Q pico
ou
Vres: volume
necessário para
armazenamento
Vazão de pico do hidrograma de saída do
Qsai
pico
reservatório
Vres Volume necessário para o reservatório
Q sai
pico
t ent
pico
Hidrograma anterior à ocupação:
Vazão
Vazão
Hidrograma
posterior à
ocupação
− urb
Q pre
= 0,278 ⋅ C e ⋅ i ⋅ A dren.
pico
Hidrograma anterior à
ocupação ou segundo limite
máximo permitido
− urb
Q pre
pico
(k >1)
− urb
Q pre
pico
Vazão de pico nas condições préurbanização (pré-ocupação)
− urb
Q pos
pico
Vazão de pico nas condições pósurbanização (pós-ocupação)
t sai
base
ent
t sai
pico t base
Tempo
Intensidade referente à
chuva com duração igual
ao tempo de concentr.
na condição anterior à
urbanização t pre− urb
• formato triangular
• vazão de pico pode ser estimada pelo
método racional
− urb
Q pos
= 0,278 ⋅ Ce ⋅ i ⋅ A dren.
pico
− urb
Q pos
pico
Coeficiente
para condição
posterior à
urbanização
pico
Considera tempo de pico
igual ao tempo de
concentração e tempo de
base igual ao tempo de pico
− urb
t pre
pico
pre − urb
Q sai
pico = k ⋅ Q pico
Hidrograma posterior à ocupação:
• formato triangular
• vazão de pico pode ser estimada pelo método racional
Coeficiente
para condição
anterior à
urbanização
pos − urb
Q ent
pico = Q pico
− urb
t pre
Tempo
base
Método não considera o comportamento das estruturas
extravasoras do reservatório
• descarregador de fundo
• vertedor de emergência
Intensidade referente à
chuva com duração igual
ao tempo de concentr.
na condição posterior à
− urb
urbanização t pos
pico
Considera tempo de pico igual ao tempo de
concentração e tempo de base igual ao
tempo de pico
− urb
t pos
pico
− urb
t pos
base
Tempo
Poderia ser considerado que:
vazão de
saída do
reservatório
=
vazão do
descarregador +
de fundo
MAS, vertedor deve ser
considerado apenas como
de emergência
vazão
pelo
vertedor
Descarregador de fundo deve
atender à vazão máxima de
saída do reservatório
Extravasamento
emergencial
Fonte: Tassi (2002).
Qmax de
saída do
reservatório
Mas vários estudos realizados indicam que dimensionamento obtido por
esse método é muito semelhante a procedimentos mais complexos.
(Cruz et al., 1999. Estruturas de controle do escoamento urbano na microdrenagem. Anais do XIII Simpósio Brasileiro de
Recursos Hídricos)
Fonte: Tassi (2002).
5
Dimensionamento do
vertedor de emergência
Parede delgada
Parede espessa
e<
2
⋅ hv max
3
e≥
2
⋅ hv max
3
Vertedor deve ser dimensionado
para uma chuva de Tr = 50 anos
Segundo IPH (2005):
Se adotar hvmax = 5 cm
Parede delgada
e < 3cm
Parede espessa
e ≥ 3cm
e
Qvert = 0,278 ⋅ Ce ⋅ i ⋅ A dren.
hvmax
área de
drenagem
[km²]
Coeficiente
Intensidade referente à
para condição
chuva com duração igual
posterior à
ao tempo de concentr.
urbanização
na condição posterior à
urbanização, MAS PARA
Tr = 50 ANOS
[mm/h]
Fonte: Tassi (2002).
IPH (2005): Se não
existirem contribuições
externas, a área
contribuinte for inferior a
1 ha (10000 m²) e a
declividade média menor
ou igual a 0,2 m/m, usar
tc = 5 min.
Parede delgada
L vert =
Descarregador
de fundo na
forma de orifício
circular
Qvert
2,95 ⋅ Cvert ⋅ hv max1,5
Adotar Cvert = 0,64 e hvmax = 5 cm
Parede espessa
L vert =
Lvert em m
Qvert em m³/s
hvmax em m
H
Q vert
Qdf = Cdf ⋅ A df ⋅ 2 ⋅ g ⋅ H
Cdf: coeficiente de descarga para contabilizar as perdas
(função do diâmetro e carga hidráulica) [-]
Adf: área do descarregador de fundo [m²]
g: aceleração da gravidade [m/s²]
H: carga hidráulica [m] (lâmina d’água acima do eixo do
orifício)
Qdf: vazão de saída pelo descarregador [m³/s]
1,704 ⋅ Cvert ⋅ hv max1,5
Adotar Cvert = 0,86 e hvmax = 5 cm
Carga hidráulica
varia conforme
nível d’água no
reservatório
Vazão máxima
ocorrerá quando nível
d’água máximo
Descarregador em forma de orifício
H=hres
Cdf: coeficiente de descarga para contabilizar as perdas
(função do diâmetro e carga hidráulica)
Qdf = Cdf ⋅ A df ⋅ 2 ⋅ g ⋅ H
e
hvmax
H
Fonte: Tassi (2002).
Referente à carga H
máxima
Vazão máxima é
aquela máxima
vazão de saída
considerada no
dimensionamento
Q df = Q sai
pico
Fonte: Mello Porto (2001) apud Tassi (2002)
Para trabalhar com tubos de diâmetros comerciais
ausentes na tabela, pode-se obter os valores de Cdf
por interpolação ou conseguir tabelas mais
detalhadas.
6
Orifício circular:
A df
Exemplo:
π ⋅ ddf 2
=
4
ddf: diâmetro do descarregador
de fundo
Como coeficiente do
descarregador varia com
o diâmetro, processo
iterativo por tentativas
para encontrar ddf
2
Qsai
pico = C df ⋅
π ⋅ d df
⋅ 2⋅g⋅H
4
Simulações
feitas por Genz
(1994)
Arbitra ddf, determina Cdf
pela tabela, calcula parte
direita da equação.
Refaz até que resultado
seja aproximadamente
igual a Q sai
, sem
pico
exceder.
Dificuldade: diâmetros muito pequenos podem entupir facilmente
demandando mais manutenção ou prejudicando funcionamento do
reservatório.
Exemplo:
Simulações feitas por
Genz (1994)
Simulações do volume necessário do reservatório para
controlar a ocupação de lotes hipotéticos em Porto
Alegre (fonte: Cruz, 1998)
Tr = 2 anos
REFERÊNCIAS
Exemplo
Um lote de 10 x 30 m (declividade de 1%) está na condição de solo
natural quase sem vegetação e vai ser urbanizado para a condição
extrema de total impermeabilização do solo com pavimento de concreto
impermeável e cobertura de telhado.
Dimensione um reservatório enterrado para atender ao critério de que a
vazão máxima de saída do lote na situação pós-ocupação seja igual à
vazão máxima antes da ocupação, para Tr = 2 anos. Considere válida
para a região a curva IDF abaixo.
0 ,167
843,3.TR
i=
(t + 7) 0, 745
t – duração (min)
i – intensidade (mm/h)
TR – tempo de retorno (anos)
• Baptista, M.; Nascimento, N.; Barraud, S. Técnicas Compensatórias em
Drenagem Urbana. Porto Alegre: ABRH, 318 p. 2ª ed., 2011.
• Canholi, A.P. Drenagem Urbana e Controle de Enchentes. São Paulo:
Oficina de Textos, 302 p., 2005.
• Cruz, M. A. S. Controle do escoamento no lote com detenção. Dissertação
(Mestrado em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental),
Instituto de Pesquisas Hidráulicas, Universidade Federal do Rio Grande do
Sul, Porto Alegre, 154 p., 1998.
• Genz, F. 1994. Parâmetros para previsão e controle de cheias urbanas.
Dissertação (Mestrado em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento
Ambiental), Instituto de Pesquisas Hidráulicas, Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre, 184 p.
• IPH, Instituto de Pesquisas Hidráulicas, Plano Diretor de Drenagem Urbana
de Porto Alegre – Manual de Drenagem Urbana, Porto Alegre: IPH/UFRGS,
223 p., 2005.
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REFERÊNCIAS
• Moura, P. M. Contribuição para a avaliação global de sistemas de
drenagem urbana. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Minas
Gerais (Belo Horizonte-MG), 164 p., 2004.
• Tassi, R. Efeito dos microrreservatórios de lote sobre a macrodrenagem
urbana. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do
Sul (Porto Alegre-RS), 156 p., 2002.
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