Manual de Hidrologia Básica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Ambiental
juliana-ruzene-7
juliana-ruzene-7

Manual de Hidrologia Básica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Ambiental

137 páginas
50Números de download
1000+Número de visitas
87%de 0 votosNúmero de votos
Descrição
Inserir Descrição
100 pontos
Pontos de download necessários para baixar
este documento
Baixar o documento
Pré-visualização3 páginas / 137
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 137 páginas
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 137 páginas
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 137 páginas
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 137 páginas
DNIT Publicação IPR - 715 MANUAL DE HIDROLOGIA BÁSICA PARA ESTRUTURAS DE DRENAGEM 2005 MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAÇÃO-GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS MINISTRO DOS TRANSPORTES Alfredo Pereira do Nascimento DIRETOR GERAL DO DNIT Alexandre Silveira de Oliveira DIRETOR DE PLANEJAMENTO E PESQUISA Luziel Reginaldo de Souza COORDENADOR-GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA Wagner de Carvalho Garcia COORDENADOR DO INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS Chequer Jabour Chequer CHEFE DE DIVISÃO - IPR Gabriel de Lucena Stuckert MANUAL DE HIDROLOGIA BÁSICA PARA ESTRUTURAS DE DRENAGEM REVISÃO Engesur Consultoria e Estudos Técnicos Ltda EQUIPE TÉCNICA: Engº José Luis Mattos de Britto Pereira (Coordenador) Engº Zomar Antonio Trinta (Supervisor) Engº Roberto Young (Consultor) COMISSÃO DE SUPERVISÃO: Engº Gabriel de Lucena Stuckert (DNIT / DPP/IPR) Engº Mirandir Dias da Silva (DNIT / DPP/IPR) PRIMEIRA EDIÇÃO - Rio de Janeiro, 1990 MT — DNER — INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS EQUIPE TÉCNICA: Engº Paulo Romeu de Assunção Gontijo (DNER /IPR) Engº Saul Birman (DNER /IPR) Est. Julio César de Miranda (DNER /IPR) Eng? Carmen Sylvia Menezes Ferreira (DNER /IPR) COLABORAÇÃO: GEPEL — Consultoria de Engenharia Ltda. Tec” Tec” Tec” Engº Engº Engº Engº Engº Engº Engº Engº Marcus Vinícius de Azevedo Lima (Técnico em Informática) Alexandre Martins Ramos (Técnico em Informática) Reginaldo Santos de Souza (Técnico em Informática) José Carlos Martins Barbosa (DNIT /DPP /IPR) Elias Salomão Nigri (DNIT /DPP /IPR) Otto Pfafstetter (Consultor) Haroldo Stewart Dantas (Consultor) Renato Cavalcante Chaves (Consultor) João Maggioli Dantas (Consultor) José Helder Ferreira de Andrade (Consultor) Guioberto Vieira de Rezende (Consultor) 133p. Brasil. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Diretoria de Planejamento e Pesquisa. Coordenação Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodoviárias. Manual de hidrologia básica para estruturas de drenagem. - 2. ed. - Rio de Janeiro, 2005. (IPR. Publ., 715). 1. Hidrologia — Manuais. |. Série. II. Título. Impresso no Brasil / Printed in Brazil MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAÇÃO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS Publicação IPR - 715 MANUAL DE HIDROLOGIA BÁSICA PARA ESTRUTURAS DE DRENAGEM 2º Edição Rio de Janeiro 2005 MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAÇÃO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS Rodovia Presidente Dutra, Km 163, Vigário Geral, Rio de Janeiro, 21240-000, RJ Tel: (0XX21) 3371-5888 Fax. (0XX21) 3371-8133 E-mail: iprQdnit. gov br TÍTULO: MANUAL DE HIDROLOGIA BÁSICA PARA ESTRUTURAS DE DRENAGEM Primeira Edição: 1990 Revisão: DNIT / Engesur Contrato: DNIT / Engesur PG — 157/2001-00 Aprovado pela Diretoria Colegiada do DNIT em 20/09/2005 APRESENTAÇÃO O Instituto de Pesquisas Rodoviárias (IPR), do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (DNIT), dando prosseguimento ao Programa de Revisão e Atualização de Normas e Manuais Técnicos, vem oferecer à comunidade rodoviária brasileira o seu Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem, fruto da revisão e atualização de Manual homônimo do DNER, datado de 1990. A presente edição, mantendo o nível de informação do Manual original, procura ser mais compacta e mais agradável visualmente. Ou seja, é uma obra de consulta voltada especialmente aos técnicos que atuam na área, oferecendo alguma dificuldade teórica para o leitor mais casual ou menos familiarizado com o assunto. Neste Manual de Hidrologia Básica são apresentados os critérios usualmente adotados pelos projetistas de drenagem rodoviária, buscando-se a simplificação de procedimentos e a facilidade de sua aplicação. Solicitamos a todos os usuários deste Manual que colaborem na permanente atualização e aperfeiçoamento do texto, enviando sugestões, comentários e críticas ao endereço abaixo. Engº Chequer Jabour Chequer Coordenador do Instituto de Pesquisas Rodoviárias Endereço para correspondência: Instituto de Pesquisas Rodoviárias AIC Divisão de Capacitação Tecnológica Rodovia Presidente Dutra, Km 163, Centro Rodoviário, Vigário Geral, Rio de Janeiro CEP — 21240-330, RJ Tel: (21) 2471-5785 Fax. (21) 2471-6133 e-mail: iprQdnit gov.br Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11 Tabela 1 Tabela 2 Tabela 3 Tabela 4 Tabela 5 Tabela 6 Tabela 7 Tabela 8 Tabela 9 Tabela 10 Tabela 11 Tabela 12 Tabela 13 Tabela 14 Tabela 15 Tabela 16 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Risco de Ocorrer Enchente Maior ............. 21 Probabilidade Extrema - Papel de Gumbel..............a 35 Distribuição Estatística Normal de Gauss... 41 Frequência de Descargas Médias Diárias Máximas Anuais — Papel de Hazen............ ceara aeneae rena cenaeeacenaenacetaios 48 Comparação das Precipitações Relativas... 57 Fator de Simultaneidade.. 68 Distribuição de Chuva sobre a Área... 89 Cursos D' Água em Várias Regiões do Brasil - Relação Desnivel — Comprimento do Talvegue ............ eee 91 Cursos D' Água em Várias Regiões do Brasil - Relação Área de Bacia — Comprimento do Talvegue ............ eee 92 Hidrograma Unitário Adimensional e Triangular 97 Conformação e Composição do Hidrograma Unitário... 100 Método Estatístico de Gumbel................ a 34 Método de Hazen ............. aereas 39 Método de Hazen Aplicado ao Rio Muriaé — Posto Cardoso Moreira........ 40 Método de LOG PEARSON Tipo III... 45 Método de LOG PEARSON Tipo III... 46 Análise Estatística ............ tecer 47 Precipitação para Intervalos de Tempo... 62 Precipitação para Intervalos de Tempo — Duração de Referência............. 63 Média das Precipitações para Intervalos de Tempo... 65 Fator de Simultaneidade para Intervalos de Tempo ... 66 Número de Chuva (CN) para Diferentes Condições do Complexo Hidrológico............ eee see renan ce aan aeee aerea aan ceaenacentanos 73 Número de Chuva (CN) para Diversas Condições de Umidade Antecedentes... eee 75 Velocidades Médias V (km/h)... eres 83 Acréscimo de Precipitações Efetivas.. 99 Relação entre Precipitações e Duração de Chuvas ............... 105 Relação de Precipitações do Posto de Goiânia... 107 Tabela 17 Tabela 18 Tabela 19 Tabela 20 Tabela 21 Tabela 22 Tabela 23 Tabela 24 Tabela 25 Posto Pluviográfico de Referência Representativo de 98 Postos de Brasil - Metodologia A... eee reeeea ceara ra aerrenaeeacenaenacenteaos 114 Posto Pluviográfico de Referência Representativo de 98 Postos de Brasil - Metodologia B............. eee cereeneae rea eeeenaeeeenaenaeenanaos 115 Posto Pluviográfico de Referência -Baixada Santista - Metodologia A....... 116 Posto Pluviográfico de Referência - Baixada Santista - Metodologia B.... 117 Posto Pluviográfico de Referência — Posto de Goiânia — Metodologia A... 119 Posto Pluviográfico de Referência — Posto de Goiânia — Metodologia B... 120 Composição de Cálculo... ereta 126 Coeficiente de Escoamento Superficial / Run — off... 128 Coeficiente de Deflúvio para Algumas Superfícies Típicas .. .. 129 SUMÁRIO APRESENTAÇÃO... eretas 3 LISTA DE ILUSTRAÇÕES... seat 5 1. INTRODUÇÃO... aeee 9 2. OCICLO HIDROLÓGICO........... saias 13 3. TEMPO DE RECORRÊNCIA .......... siena 17 4. RELAÇÃO ENTRE NÍVEIS D'ÁGUA E DESCARGA DE PROJETO... 23 5. METODOS ESTATÍSTICOS... eee 27 5.1. Transposição de Dados............. eee eeneeeeeeneeaaneeranios 29 5.2. Validade... eee eee 29 5.3. Método de Gumbel............. ecra 31 5.4. Método de Hazen.... 36 5.5. Método de Log Pearson Tipo III (LP)... 42 5.6. Estatística de Volumes de Enchentes................ 49 6. MÉTODO DO HIDROGRAMA UNITÁRIO SINTÉTICO .............. 51 6.1. Generalidades... eee ecra 53 6.2. Validade... eee aeee 54 6.3. Chuva de Projeto... eee tenaae aeee aerea aeneneearaios 55 6.3.1. Relação Precipitação-Duração-Frequência................ 55 6.3.2. Simultaneidade das Chuvas... 58 6.3.3. Distribuição da Chuva em Área... 67 6.3.4. Distribuição da Chuva no Tempo... 70 6.4. Relação Chuva-Deflúvio............. nn eeeeaeeaeereaenaerenreaa 71 6.4.1. Curva de Mockus ............. aerea Tá! 6.4.2. Chuvas Antecedentes... 76 6.4.3. Infiltração Mínima... 78 6.5. Hidrograma Unitário Triangular... 79 6.5.1. Tempo de Concentração... 79 6.5.2. Conformação do Hidrograma Unitário... 95 6.5.3. Composição do Hidrograma Total............... a 98 6.6. Métodos de Cálculo... 102 6.6.1. Chuvas de Projeto... eee 102 6.6.2. Expressão da Chuva do Engº Otto Pfafstetter ..............i 102 6.6.3. Cálculo dos Deflúvios............. es 108 6.6.4. Composição do Hidrograma.............. ea 111 7. MÉTODO RACIONAL... isentar 121 714. Generalidades... eee ecra 123 7.2. Coeficiente de Escoamento Superficial............... a 128 BIBLIOGRAFIA... 131 1-INTRODUÇÃO 1 1 INTRODUÇÃO Este Manual de Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem tem por objetivo principal a apresentação dos métodos e procedimentos a serem usados no dimensionamento dos dispositivos de drenagem envolvendo, entre outros, as obra-de-arte correntes (bueiros e galerias), as obras de drenagem superficial (sarjetas, valetas, canaletas etc), além da fixação das seções de vazão das obras-de-arte especiais (pontes e viadutos). Nele estão incluídos os processos usualmente adotados pelos projetistas de drenagem rodoviária, quando se trata de travessias de talvegues, naturais ou artificiais, assim como o projeto dos dispositivos destinados à coleta, condução e lançamento dos deflúvios superficiais, de modo a evitar a erosão da plataforma da rodovia e garantir a segurança do tráfego durante as precipitações mais significativas. O projeto de revisão do Manual, ora elaborado, procurou a consolidação dos critérios e dos métodos de cálculo usuais, cuja larga aplicação permitiu o seu próprio aprimoramento. Em razão da universalização do uso de programas computacionais, obteve-se, ainda, com o abandono da utilização de ábacos, monogramas e tabelas, uma sensível redução das matérias tratadas no Manual primitivo, resultando um documento bem menos volumoso. Por último, cabe observar que foram retiradas do texto do Manual as equações e tabelas das “Equações de Chuva”, originariamente apresentadas na obra “Chuvas Intensas no Brasil”, de autoria do Engº Otto Pfafstetter (2º edição, patrocinada pelo Ministério do Interior — Departamento Nacional de Obras de Saneamento). Com isso, não está sendo recomendado o seu desuso; ao contrário, sua utilização é indicada em diversos momentos, deixando-se de representá-las apenas por economia de espaço. 2-OCICLO HIDROLÓGICO 13 15 2 OCICLO HIDROLÓGICO No dimensionamento das estruturas de drenagem das rodovias, é de grande importância a consideração dos fatores de risco de superação e do grau de degradação que possam ocorrer devido a longas exposições da estrada aos efeitos da precipitação, o que leva a tratar o ciclo hidrológico de uma forma particular. Assim, como os efeitos negativos dos aguaceiros sobre as rodovias dizem respeito aos danos que podem ser causados tanto pela erosão como pela influência direta na segurança do tráfego, durante as chuvas, os métodos de cálculo usuais visam o estabelecimento da descarga máxima suportável, considerando desprezíveis as perdas que possam ocorrer por absorção pela vegetação ou pela evapotranspiração. Outro fator a considerar é o fato de que tratando das transposições de pequenos talvegues, via de regra, correspondentes a bacias hidrográficas com pouca importância hidrológica, as determinações das descargas de projeto, por não se dispor de registros fluviométricos, utiliza procedimento indireto, adotando expressões matemáticas que estabelecem a relação chuva — deflúvio, em cuja definição se considera a importância das perdas por infiltração. No estabelecimento das descargas de projeto, embora sejam adotados diversos procedimentos simplificadores, perfeitamente justificáveis para a natureza das obras dimensionadas, deve-se dar tanta importância às características fisiográficas das bacias que independem das condições climáticas, como das características pedológicas, que indicam o comportamento dos cursos d'água em função dos solos e de cobertura vegetal destas bacias. Face à necessidade de preservar a integridade da plataforma rodoviária, deve ser ainda considerado o nível de alagamento que deve ocorrer nas proximidades dos cursos d'água de modo a ser impedido o transbordamento nos aterros e as inundações das pistas, que são extremamente prejudiciais à estabilidade dos aterros e dos taludes marginais aos talvegues. Como os Estudos Hidrológicos visam primordialmente o dimensionamento dos dispositivos capazes de conduzir satisfatoriamente as vazões afluentes, os métodos usuais empregados buscam a quantificação das descargas através de procedimentos matemáticos. Em resumo, o Ciclo Hidrológico define para cada caso a parcela de precipitação que se transforma em deflúvio. 3 —- TEMPO DE RECORRÊNCIA 17 19 3 TEMPO DE RECORRÊNCIA Para as obras de engenharia, a segurança e durabilidade frequentemente se associam a tempo ou período de recorrência, cujo significado se refere ao espaço de tempo em anos onde provavelmente ocorrerá um fenômeno de grande magnitude, pelo menos uma vez. No caso dos dispositivos de drenagem, este tempo diz respeito a enchentes de projeto que orientarão o dimensionamento, de modo que a estrutura indicada resista a essas enchentes sem risco de superação, resultando desta forma a designação usual de descarga de projeto. A escolha do tempo de recorrência para o projeto de uma obra de engenharia, consequentemente, a vazão de projeto desta obra, depende da sua importância, o que resulta na adoção de um valor para o qual o risco de superação seja adequado à segurança da rodovia, no que se inclui a necessidade eventual da sua reconstrução. Deve ser considerado ainda que, quanto maior o tempo de recorrência, mais volumoso será o caudal e, consequentemente, mais onerosa a reconstrução, ou reparação. Como os danos decorrentes da insuficiência de vazão dependem da importância da obra para o sistema, são diferentes os valores a serem adotados para o período de recorrência, variando conforme o tipo de obra. Assim, um bueiro de rodovia com capacidade de vazão insuficiente pode causar a erosão dos taludes junto à boca de jusante, ruptura do aterro por transbordamento das águas, ou inundação de áreas a montante. No caso de canal ou galeria de drenagem urbana, estes danos serão mais sentidos, pois causam a interrupção do trânsito, mesmo temporariamente, e danos em imóveis residenciais ou nas mercadorias dos estabelecimentos comerciais. No caso da insuficiência de vazão em seções de pontes, visto que abrangem cursos d'água com maior vazão, em geral os danos são muito significativos podendo ocorrer a destruição da estrutura ou a ruptura dos aterros contíguos, proporcionando uma interrupção do tráfego, muito mais séria, exigindo obras de recomposição mais vultuosas e demoradas. Geralmente, os períodos de recorrência normalmente adotados no caso de bueiros são de 10 a 20 anos e, para as pontes, definem-se tempos de recorrência de 50 a 100 anos, conforme o tipo e importância da obra. Para a fixação do tempo de recorrência da enchente de projeto, leva-se em consideração a folga entre o nível d'água previsto e algum ponto crítico característico, como um ponto baixo na estrada próximo ao local em análise e à face inferior da superestrutura, no caso de uma ponte. Na maior parte dos casos, considera-se a exigência de uma folga de 1,00 m, ou valores mais elevados no caso de águas navegáveis ou possibilidades de transportes por via líquida de troncos ou galhos. Para o projeto de bueiros, é habitual considerar como limite o afogamento da galeria no interior da canalização, sendo permissível a elevação do nível d'água a montante além da geratriz superior da obra, pelo fato de que a retenção temporária das águas a montante pode amortecer consideravelmente os picos de cheias, sem comprometer os taludes vizinhos. 20 Deve-se levar em conta, entretanto, que quando os bueiros trabalham com carga hidráulica, lâmina d'água acima da geratriz superior, ocorrem velocidades elevadas que, na boca de saída, provocam erosões, desagregando o aterro da estrada. Para combater este problema, são executados dissipadores, sendo o mais comum o uso de enrocamento próximo à boca de saída da galeria. O procedimento recomendado pela Instrução de Serviço 1S-203 — Estudos Hidrológicos, das Diretrizes Básicas para Elaboração de Estudos e Projetos Rodoviários, é o dimensionamento do bueiro para condições críticas de escoamento, para a vazão calculada com o tempo de recorrência de 10 anos, e a verificação do nível d'água a montante para a enchente de 20 ou 25 anos. Caso esse nível proporcione a inundação das áreas marginais, deverá ser adotada seção de vazão capaz de evitar este fato. Nessa verificação, deverá ser considerado o efeito amortecedor da área inundada, caso seu volume seja significativo, comparado com o volume da enchente. No caso das pontes rodoviárias, como antes foi dito, costuma-se adotar a folga mínima de 1,00 m entre o nível máximo da enchente de projeto e a face inferior da superestrutura, representada normalmente pela face inferior das longarinas, a fim de permitir a passagem de material flutuante, geralmente muito abundante durante as enchentes. No caso de longarinas com inércia variável, o nível d'água máximo deve situar-se 1,00 m abaixo da base dos aparelhos de apoio. Para a definição teórica do risco de ruptura de uma obra, utiliza-se a equação abaixo, em que a probabilidade J de ocorrer uma descarga de projeto com tempo de recorrência TR (em anos) dentro da vida útil da obra, fixada em n (anos), é dado pela expressão. n s=1-[4- A TR A Figura 1 ilustra as relações entre probabilidade de risco, tempo de recorrência e vida útil. 100 90 so 70 60 50 40 30 20 Tempo de Recorrência - TR (anos) e qoNDoDOo onde; n = vida útil (anos) Figura 1 - Risco de Ocorrer Enchente Maior pt Le LM > G aí: 10 20 30 N SK ts a X NY a N N,, N, N N 4 = N O 50 60 70 so 90 100 Risco -J (%) 21
Até o momento nenhum comentário
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 137 páginas