MÉTODO RACIONAL PROCESSO DE FORMAÇÃO DAS ENCHENTES Enchente corresponde ao fenômeno da ocorrência de vazões relativamente grandes de escoamento superficial

MÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONALPROCESSO DE FORMAÇÃO DAS ENCHENTES

Enchente corresponde ao fenômeno da ocorrência de vazões relativamente grandes de escoamento superficial.

Normalmente, causam inundação isto é, as águas extravasam o canal natural do rio.

A ocorrência desse fenômeno está ligado aos fatores meteorológicos e hidrológicos:

Fatores meteorológicosFatores hidrológicas:

Naturais: tipo de precipitação, cobertura vegetal, capacidade de drenagem, forma da bacia.

Artificiais. relaciona-se a modificação humana - obras hidráulicas, forma de ocupação do solo, erosão, desmatamentos, entre outros.

MÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONAL

FORMAÇÃO DAS ENCHENTES

Processo de formação das enchentes - trata-se de analisar o escoamento superficial ao longo da bacia.

Principais etapas envolvidas (ciclo hidrológico) - escoamento superficial precipitação na bacia.

Escoamento superficial - Fatores relevantesdistribuição temporal e espacial da precipitação fatores fisiográficos - área, a forma, a permeabilidade e a capacidade

de infiltração, e a topografia da bacia.

Precipitação – Fatores relevantesintensidade da chuvaduração da chuva

MÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONALDEFINIÇÕES BÁSICAS

Bacia de DrenagemUma bacia de drenagem tem um único ponto de despejo, que é o ponto de interseção entre o divisor de água e o talvegue considerado. Logo, para cada ponto de um curso d'água ou de um talvegue corresponde uma determinada bacia de drenagem ou bacia contribuinte. E os pontos de despejo são comumente chamados de enxutórios, esultórios ou deságüe.

A bacia de drenagem urbana é a similar da bacia hidrográfica, quando se considera a presença de vias urbanas e a modificação do relevo pelas implantações de edifícios. Em semelhança à bacia hidrográfica, a Bacia de Drenagem é limitada por divisores de água e talvegues.Os divisores de água destas bacias podem ser meios-fios, pontos altos de vias, muros e pontos altos de terrenos, dentre muitas opções. Já os talvegues passam a ser sarjetas, valetas, canaletas, galerias tubulares e celulares, canais, etc.


Comprimento do talvegue principalDesnível do talvegue principal

Estima-se sua declividade, dividindo-se a diferença entre as cotas máxima e mínima do perfil pelo comprimento do talvegue;

ΔHS1 = ΔH / L [m/km] ou [m/m]

S1 = declividadeΔH = Diferença de cotaL = Comprimento


Tempo de Concentração (tc ) É o tempo de escoamento da água pluvial no talvegue principal, ou seja é o tempo necessário para que a água precipitada, ao atingir o solo, no ponto mais remoto de uma bacia, leva para chegar no enxutório.


Período de Retorno (T) Período de retorno ou tempo de recorrência de uma chuva é o intervalo de tempo médio em que uma determinada chuva terá a probabilidade de ocorrer ou ser superada em pelo menos uma vez. Quanto maior for o período de recorrência, maior será o valor da vazão de projeto encontrada e, consequentemente, mais segura e cara será a obra.


Precipitação (P) É a quantidade de água da chuva, ou seja, é o volume da chuva, geralmente medidos através de pluviômetros e pluviógrafos. No trabalho desenvolvido por Otto Pfeifsteter e apresentado no livro Chuvas Intensas no Brasil, foram tratados os dados dos postos pluviométricos brasileiros e geradas equações características para cada posto.

Intensidade Pluviométrica (i) Intensidade Pluviométrica: é o fluxo da chuva, ou seja, é a vazão da água que precipita.

Deflúvio Superficial (Q) Deflúvio Superficial: é a vazão de água precipitada que efetivamente atinge o enxutório da bacia de drenagem, ou seja, é a vazão de água que efetivamente escorre na superfície da bacia.


GRANDEZAS HIDROLÓGICAS

Método racional

Hidrograma Unitário Triangular

Equações específicas de chuva para cidades

MÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONAL

O método racional é dos mais conhecidos e antigos modelos para o cálculo da vazão de pico à saída de uma bacia hidrográfica.

Aplica-se a pequenas bacias hidrográficas, ou seja, as que atendem aos seguintes critérios:

- pode-se assumir a distribuição uniforme da precipitação, no tempo e no espaço;

- a duração da precipitação usualmente excede o tempo de concentração da bacia;

- há predomínio de escoamento superficial, como é o caso em áreas urbanizadas;

- efeitos de armazenamento superficial, durante o escoamento, são desprezíveis.


MÉTODO RACIONAL Tempo de Concentração (equação de Kirpich)

Onde:tc = tempo de concentração, em minutos;L = comprimento do talvegue principal, em Km;H = desnível do talvegue principal, em metros.

385,03

c HL 57 t


MÉTODO RACIONAL

Precipitação

Onde:P = precipitação, em mmT = período de retorno, em anos;a, b, c = constantes dos postos pluviométricos;a, b = constantes que variam com o tempo de concentração e o posto

pluvioétrico;tc = tempo de concentração, em horas.

ccT c.t 1b.log a.tT P 0,25


MÉTODO RACIONAL

Período de Retorno

Dispositivos de condução de águas superficiais: T = 5 a 10 anos;

Galerias tubulares, galerias celulares e bueiros: T = 10 a 15 anos;

Bueiros funcionando sob pressão: T = 15 a 25 anos;

Canais: T = 50 a 100 anos;

Pontes: T = 50 a 100 anos;

Vertedores de barragens: T = 1000 a 10000 anos.


MÉTODO RACIONAL Constantes:

P LOCAL a b c 5min 15min 30min 1h a 6d 9 Barbacena 0,5 18 60 0,12 0,12 0,08 0,04

13 Belo Horizonte 0,6 26 20 0,12 0,12 0,12 0,04 15 Bonsucesso 0,8 18 60 0,04 0,04 0,04 0,04 20 Caxambu 0,5 23 20 0,08 0,08 0,08 0,08 51 Ouro Preto 0,6 23 20 0,00 0,12 0,12 0,04 52 Paracatu 1,2 43 10 0,04 0,00 0,04 0,12 55 Passa Quatro 0,7 21 20 0,04 0,04 0,04 0,08 83 Sete Lagoas 0,4 27 20 0,08 0,08 0,08 0,08 87 Teófilo Otoni 0,4 24 20 0,00 0,08 0,08 0,08

tc 5min 15min 30min 1 h 2 h 4 h 8 h 14 h 24 h 48 h 0,108 0,122 0,138 0,156 0,166 0,174 0,176 0,174 0,170 0,166

Constante - Postos pluviométricos

Constante α


MÉTODO RACIONAL

Intensidade Pluviométrica

Onde:P = precipitação, em mmtc = tempo de concentração, em horas.

ctP i


MÉTODO RACIONAL

Deflúvio Superficia

Onde:Q = deflúvio superficial, em m3/sC = coeficiente de deflúvio superficial (run off);i = intensidade pluviométrica;A = área da bacia hidrográfica, em hectares (ha).

360A i C Q

A i C0,278 Q Quando “ A = [km²]”


MÉTODO RACIONALParâmetro C para Áreas urbanas

Oupação do solo C

DE EDIFICAÇÃO MUITO DENSA: Partes centrais, densamenteconstruídas de uma cidade com rua e calçadas pavimentadas

0,70 a 0,95

DE EDIFICAÇÃO NÃO MUITO DENSA: Partes adjacentes aocentro, de menor densidade de habitações, mas com ruas e calçadaspavimentadas

0,60 a 0,70

DE EDIFICAÇÃO COM POUCAS SUPERFÍCIES LIVRES: Partesresidenciais com construções cerradas, ruas pavimentadas

0,50 a 0,60

DE EDIFICAÇÃO COM MUITAS SUPERFÍCIES LIVRES: Partesresidenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas, mas commuitas áreas verdes

0,25 a 0,50

DE SUBÚRBIOS COM ALGUMA EDIFICAÇÃO: Partes dearrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construções

0,10 a 0,25

DE MATAS, PARQUES E CAMPOS DE ESPORTES: Partes rurais,áreas verdes, superfícies arborizadas, parques ajardinados e camposde esporte sem pavimentação

0,05 a 0,20


MÉTODO RACIONALParâmetro C para bacias urbanas

UTILIZAÇÃO OU COBERTURA DO SOLO A B C D Zonas cultivadas: sem conservação do solo 72 81 88 91 com conservação do solo 62 71 78 81 Pastagens ou terrenos em más condições 68 79 86 89 Baldios em boas condições 39 61 74 80 Prado em boas condições 30 58 71 78 Bosques ou zonas de cobertura ruim 45 66 77 83 Florestais: cobertura boa 25 55 70 77 Espaços abertos, relvados, parques, campos de golf, cemitérios, boas condições: com relva em mais de 75% da área 39 61 74 80 com relva de 50 a 75% da área 49 69 79 84 Zonas comerciais e de escritórios 89 92 94 95 Zonas industriais 81 88 91 93



UTILIZAÇÃO OU COBERTURA DO SOLO A B C D Zonas residênciais; lotes de (m2) -% média impermeável <500 - 65 77 85 90 92 1000 - 38 61 75 83 87 1300 - 30 57 72 81 86 2000 - 25 54 70 80 85 4000 - 20 51 68 79 84 Parques de estacionamentos, telhados, viadutos, etc 98 98 98 98 Arruamentos e estradas asfaltadas e com drenagem de águas pluviais 98 98 98 98 paralelepípedos 76 85 89 91 terra 72 82 87 89



SOLO A: solos argilosos impermeáveis a semi-permeáveis com capacidade de infiltração de 0 a 1 mm/h;SOLO B: solos siltosos de características semi-permeáveis com capacidade de infiltração de 1 a 4 mm/h;SOLO C: solos siltosos de características semi-permeáveis com capacidade de infiltração de 4 a 8 mm/h;SOLO D: solos siltosos de características semi-permeáveis com capacidade de infiltração de 8 a 12 mm/h.


MÉTODO RACIONALEquação de chuva para belo horizonte

Equação geral das chuvas para durações inferiores a 1 hora

0106,07039,0

1598,0

)5(18,795

TtxTi

Equação geral das chuvas para durações superiores a 1 hora

8331,0

1454,04,1172t

xTi


MÉTODO RACIONAL

0106,07039,0

1598,0

)5(18,795

TtxTi

385,03

c HL 57 t

ccT c.t 1b.log a.tT P 0,25

ctP i

360A i C Q

A i C0,278 Q

8331,0

1454,04,1172t

xTi


MÉTODO RACIONAL

Oupação do solo C

DE EDIFICAÇÃO MUITO DENSA: Partes centrais, densamenteconstruídas de uma cidade com rua e calçadas pavimentadas

0,70 a 0,95

DE EDIFICAÇÃO NÃO MUITO DENSA: Partes adjacentes aocentro, de menor densidade de habitações, mas com ruas e calçadaspavimentadas

0,60 a 0,70

DE EDIFICAÇÃO COM POUCAS SUPERFÍCIES LIVRES: Partesresidenciais com construções cerradas, ruas pavimentadas

0,50 a 0,60

DE EDIFICAÇÃO COM MUITAS SUPERFÍCIES LIVRES: Partesresidenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas, mas commuitas áreas verdes

0,25 a 0,50

DE SUBÚRBIOS COM ALGUMA EDIFICAÇÃO: Partes dearrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construções

0,10 a 0,25

DE MATAS, PARQUES E CAMPOS DE ESPORTES: Partes rurais,áreas verdes, superfícies arborizadas, parques ajardinados e camposde esporte sem pavimentação

0,05 a 0,20


MÉTODO RACIONALExemploEncontrar um coeficiente de escoamento adequado para uma área depequena inclinação, bem urbanizada, onde 22% corresponde a ruasasfaltadas e bem conservadas, 8% de passeios cimentados, 36% de pátiosajardinados e 34% de telhados cerâmicos.


MÉTODO RACIONALExemploEncontrar um coeficiente de escoamento adequado para uma área depequena inclinação, bem urbanizada, onde 22% corresponde a ruasasfaltadas e bem conservadas, 8% de passeios cimentados, 36% de pátiosajardinados e 34% de telhados cerâmicos.

C = 0,22 x 0,95 + 0,08 x 0,80 + 0,36 x 0,10 + 0,34 x 0,90 = 0,615 C = 0,62


MÉTODO RACIONALExemploEncontrar um coeficiente de escoamento adequado para uma área depequena inclinação, bem urbanizada, onde 80.000 m² corresponde a ruasasfaltadas e bem conservadas, 800 m² de passeios cimentados, 60.000 m² depátios ajardinados e 400.000 m² de casas com áreas verdes.


MÉTODO RACIONALExemploCalcular a vazão de projeto de uma galeria pluvial em Barbacena, para um

período de retorno de 20 anos, numa área de 5 km², a ser urbanizada futuramente, com extensão da drenagem de 3 km e com declividade de 3%. Método Racional (Q=CiA) para a vazão na condição do solo natural. Dados: i=70,07 mm/h e C = 0,82.

MÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONALExemplo 2Na figura abaixo está indicada a planta de um conjunto de residências que

serão construídas em uma microbacia urbana. Calcular a vazão de projeto pelo método racional para construção de um bueiro no final do canal indicado na figura.


MÉTODO RACIONALExemplo 2 – cont.É ainda informado que:- os lotes residenciais (com iguais dimensões, indicadas na figura) serão

totalmente impermeáveis;

- as demais áreas serão adotadas com permeabilidade média de 60%;

- o bueiro será construído para suportar apenas a drenagem correspondente à área indicada na figura;

- para o cálculo da intensidade pluviométrica será adotado um período de retorno de 20 anos;

- adotar uma declividade média de 3%

MÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONALMÉTODO RACIONALExemplo 3

Um determinado trecho de galeria deverá receber e escoar o deflúvio superficial oriundo de uma área de 185.000 m², banhada por uma chuva intensa, onde 18% corresponde a ruas asfaltadas e bem conservadas, 6% de passeios cimentados, 46% de pátios e canteiros gramados, além de 30% de telhados. A sua inclinação média é de 2%. Se o tempo de concentração previsto para o início do trecho é de 14 minutos, calcular a vazão de jusante

do mesmo sabendo-se que a equação de chuva máxima local é dada pela expressão desenvolvida por Otto Pfafstetter para Belo Horizonte (duração até 1 hora).

Documents

MÉTODO RACIONAL PROCESSO DE FORMAÇÃO DAS ENCHENTES Enchente corresponde ao fenômeno da ocorrência de vazões relativamente grandes de escoamento superficial