Previsão de enchentes, Trabalhos de Engenharia Civil

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INSTITUTO MARIA IMACULADA

Faculdades Integradas Maria Imaculada

Graduação em Engenharia Civil

PREVISÃO DE ENCHENTEs

Mogi Guaçu

2014

PREVISÃO DE ENCHENTES

Trabalho apresentado às Faculdades Integradas Maria Imaculada, como requisito parcial para a Disciplina de Hidrologia Aplicada.

Orientadora:

Mogi Guaçu

2014

RESUMO

As cheias, de uma forma geral, constituem-se em um dos mais severos fenômenos naturais. Provocam destruições, perdas de vidas humanas, danos das mais variadas espécies. A problemática das inundações é agravada se áreas densamente ocupadas são atingidas. Dentre os principais fatores que provocam as

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• 3 Inundação.......................................................................................................................
• 4 Alagamento.....................................................................................................................
• 5 OBJETIVOS......................................................................................................................
• 7 Obje�vo Geral.................................................................................................................
• 8 Obje�vos específicos......................................................................................................
• 9 Revisão da Literatura......................................................................................................
• 11 Medidas de Controle......................................................................................................
• 12 Medidas Estruturais........................................................................................................
• 13 Medidas Não Estruturais.................................................................................................
• 16 Plano Diretor...................................................................................................................
• 17 Conceito de período de retorno e risco permissível.......................................................
• 18 Retardamento da onda de cheia.....................................................................................
• 19 Urbanização no Brasil.....................................................................................................
• 20 Piscinões para controle de cheias...................................................................................
• 21 O caso Pacaembu............................................................................................................
• 22 MATERIAL E MÉTODOS...................................................................................................
• 24 Métodos de determinação da vazão máxima com base na precipitação........................
• 26 Método Racional.............................................................................................................
• 27 Tempo de Concentração.................................................................................................
• 28 Método da Velocidade Média.........................................................................................
• 29 Coeficiente “C”...............................................................................................................
• 30 A solução Reservatório para o caso Pacaembu...............................................................
• 31 CONCLUSÃO....................................................................................................................
• 33 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................

são usados, erroneamente, como sinônimos. Contudo, deve-se ter cautela ao empregá-los, uma vez que cada um deles diz respeito a um determinado acontecimento. Veja a figura 1 (Goerl e Kobyama (2005).

No estado de São Paulo, entre os anos de 1998 – 2000, mais de 30% dos municípios foram afetados por enchentes ou inundações. A situação é semelhante em vários outros estados, chegando a atingir um percentual ainda maior no Rio de Janeiro (IBGE, 2000).

Para iniciar nossa pesquisa, buscamos aquilo que entendemos ser a melhor definição para enchente, inundação e alagamento.

1.. Enchente

As enchentes são aumentos anormais do escoamento superficial, decorrente do excesso de chuva, que pode resultar em inundação ou não.

2.. Inundação

A inundação é o extravasamento d’água do canal natural de um rio, que provoca, possivelmente, prejuízos.

3.. Alagamento

O alagamento é o acúmulo de água pluvial na superfície devido a problemas de drenagem.

Fig.1: Representação gráfica para enchente, inundação e alagamento.

1. OBJETIVOS

1.1.. Objetivo Geral

O objetivo desse trabalho é apresentar os impactos gerados pelas enchentes e os métodos desenvolvidos para previsão e controle.

1.2.. Objetivos específicos

Apresentar as medidas de controle de enchentes, Estruturais e Não Estruturais.

Demonstrar os sistemas desenvolvidos para previsão e alerta de inundações, de acordo com sua natureza.

Apresentar as fórmulas empíricas para a previsão de enchentes e consequente os seus métodos empregados.

2. Revisão da Literatura

2.1.. Medidas de Controle

As medidas de correção e prevenção que visam minimizar os danos das inundações são classificadas, de acordo com a sua natureza, em medidas estruturais e medidas não estruturais.

2.1...1... Medidas Estruturais

As medidas estruturais compreendem as obras de engenharia, que podem ser caracterizadas como medidas intensivas e extensivas. As medidas intensivas, de acordo com seu objetivo, podem ser de quatro tipos:

• de aceleração do escoamento: canalização e obras correlatas;
• de retardamento do fluxo: reservatórios (bacias de detenção / retenção), restauração de calhas naturais;
• de desvio do escoamento: túneis de derivação e canais de desvio;
• que englobem a introdução de ações individuais visando tornar as edificações à prova de enchentes.

• (^) A análise da viabilidade técnica e econômica das alternativas, considerando também os aspectos sociopolíticos e ambientais;
• E uma metodologia consistente para a seleção da alternativa ótima.

5.. Conceito de período de retorno e risco permissível

O período de retorno ou tempo de recorrência (TR) é o tempo médio em anos que um evento é igualado os superado pelo menos uma vez.

Existe a seguinte relação entre o período de retorno e probabilidade de ocorrência (P): T = 1/P.

Ex: Se uma cheia é igualada ou excedida em média a cada 20 anos terá um período de retorno T = 20 anos. Em outras palavras, diz-se que esta cheia tem 5% de probabilidade de ser igualada ou excedida em qualquer ano.

6.. Retardamento da onda de cheia

Consiste na diminuição da velocidade média de translação do escoamento pela canalização; isso resulta no aumento do tempo de percurso da onda de cheia, com a consequente ampliação do tempo de concentração da bacia e, finalmente, a redução nos picos de vazão.

7.. Urbanização no Brasil

Em 40 anos, 107 milhões de pessoas passam a viver em cidades. Não houve tempo para formar uma cultura urbana. Houve uma ocupação desordenada e não houve planejamento urbano. Isso provocou um grande impacto aos recursos hídricos.

• 80 a 85% da população brasileira vive em grandes cidades ou Megacidades. Houve um aumento fantástico dos vetores de crescimento urbano nos últimos 80 anos em São Paulo.

Atualmente, a grande preocupação em São Paulo está no vetor de crescimento da região Leste paulistana, pois é nesta região que se encontra a cabeceira do rio Tietê.

Com isso, pode-se considerar que haverá um agravamento da situação de enchentes da RMSP (Região Metropolitana de São Paulo) para um futuro próximo.

A RMSP, por meio de ações da Prefeitura de São Paulo e do DAEE (Departamento de Águas e Energia Elétrica), bem como das prefeituras da região do ABCD, transformou-se, nos últimos anos em referência nacional na implantação se soluções inovadoras de drenagem urbana.

Cerca de 33 bacias de detenção, chamadas de piscinões, com retenção de 4,5 milhões de metros cúbicos foram implantadas na RMSP, até o ano de 2003.

8.. Piscinões para controle de cheias

Os "piscinões" podem ter reservatórios abertos ou fechados. Quando fechados tendem a ser enterrados, dispondo de grandes volumes e necessita de bombeamento para seu esvaziamento - embora não seja a regra, já que "piscinões" fechados também operam por gravidade. Quando abertos, podem ser mais rasos e se comunicar diretamente com a rede de drenagem para descarregar por gravidade as águas que vão acumulando. Para Canholi, o importante em um reservatório é o volume e a forma de operação. "É preciso saber o volume a reter, em um certo local, para atender a uma determinada vazão de restrição de jusante. Se vai ter tampa ou não, é mais uma questão urbanística, da característica do terreno", diz Canholi. Reservatórios a céu aberto, mais rasos e com descarga por gravidade, tendem a ser de mais fácil implantação e com menores custos. "O 'piscinão' aberto custa cerca de US$ 34 o metro cúbico. O fechado, cerca de US$ 100 o metro cúbico", diz Plínio Tomaz, engenheiro civil e consultor em saneamento.

Fig. 2: Manutenção e limpeza de piscinão.

coeficiente. O método racional é largamente utilizado na determinação da vazão máxima de projeto para bacias pequenas, com área de até 5 Km². Os princípios básicos desta metodologia são:

• Considera a duração da precipitação intensa de projeto igual ao tempo de concentração da área.(t = tc);
• Adota um coeficiente único de perdas, denominado “C”, estimado com base nas características da bacia;
• (^) Não avalia o volume da cheia e a distribuição temporal das vazões. A equação do método racional é a seguinte:

Onde: i = intensidade da precipitação em mm/h;

A = área da bacia em Km²;

C = coeficiente de escoamento superficial e;

Q = vazão dada em m³/s;

10.. Tempo de Concentração

Corresponde ao tempo que leva a gota que cai no ponto mais distante da bacia, para atingir a seção em estudo, contando a partir do início da chuva. Há um grande número de fórmulas e métodos para se obter o tempo de concentração de uma bacia. Em geral, são funções principalmente do comprimento, da declividade do talvegue, da rugosidade da superfície, da área e da declividade da bacia. O tempo de concentração pode ser determinado por muitas fórmulas; a seguir serão apresentadas as mais utilizadas: Fórmula de Kirpich, 1940:

Onde: L = comprimento do talvegue, em Km; S = declividade do talvegue, em m/Km; tc = tempo de concentração, em min;

A declividade “S” é calculada dividindo a diferença de cotas H (em metros) entre o ponto mais distante e a saída da bacia por L, que é a distância do ponto mais remoto da bacia até a saída da bacia, medido ao longo do canal de drenagem. (Obs: Declividade variando de 3 a 10%. Áreas até 0,5 Km²).

Fórmula do “Califórnia Culverts Practice”, 1942:

Essencialmente é a mesma equação de Kirpich, substituindo S por H/L.

Onde: L = comprimento do talvegue em Km;

H = diferença de cotas entre o ponto mais distante da bacia e a seção considerada, em metros.

Fórmula do “Federal Aviation Agency”, 1970:

Onde: C = coeficiente de escoamento superficial do método racional. Foi desenvolvida para a drenagem de aeroportos, mas tem sido usada com frequência para escoamento em superfície em bacias urbanas.

11.. Método da Velocidade Média

Onde: L’ = comprimento de cada trecho, em Km; V =velocidade média em cada um dos trechos, em m/s. Esta equação está baseada na divisão em trechos, de características hidráulicas semelhantes, do mais longo caminho a ser percorrido pela água dentro da bacia, até a sua passagem pela saída da bacia. Pode–se usar valores da tabela 1 ou 2. Tabela 1: Velocidades médias aproximadas do escoamento superficial para cálculo em tc, m/s

Fonte: Texas Highway Department, 1970, citado em Chow et al., 1988.

Tabela 3: Valores de Coeficientes C (ASCE, 1969)

Fonte: Williams, citado por Tucci, 1993.

Tabela 4: Valores de C adotados pela prefeitura de São Paulo (Wilken, 1978)

Fonte: Williams, citado por Tucci, 1993.

Tabela 5: Valores de C para ÁREAS RURAIS

Fonte: Williams, citado por Tucci, 1993.

Tabela 6: Fator de Correção do Coeficiente C

Fonte: Wright-MacLaughin, citado por Tucci, 1993.

Tabela 7: Valores do Coeficiente do escoamento Superficial C

Fonte: ASCE/WEF, citado em Chow, 1962

13.. A solução Reservatório para o caso Pacaembu

As características da bacia hidrográfica do córrego Pacaembu são bastante peculiares. Cerca de 70% da área contribuinte à galeria da Av. Pacaembu, no seu trecho mais crítico, que se estende até a ferrovia, situa-se acima da praça Charles Miller. Assim, a área de drenagem da praça é de 2,22 km² e até a ferrovia totaliza 3,15 km².

A soma das vazões extremas, atinge um pico de 43 m³/s, para uma chuva com período de retorno (TR) de 25 anos, ou seja, com risco médio de 4% de acontecer a cada ano.

Para o dimensionamento do reservatório foram realizados estudos hidrológicos e determinado o hidrograma de projeto. Com os dados obtidos foi possível calibrar um modelo de simulação: tipo de chuva x vazão, com base na teoria do hidrograma unitário (hietograma de projeto preestabelecido).

Com o modelo calibrado, foram obtidos os hidrogramas de projeto (figura 4) aplicando a distribuição do evento de 19/02/1993 para uma chuva de duração de 120 minutos e TR = 25 anos (80,2 mm de precipitação total).

Fig. 3: Hidrograma de projeto (TR=25 anos) – montante (A=2,220 km²) e jusante (A= 0,644 km²).

A figura 4 apresenta o hidrograma afluente e o efluente, com amortecimento, ambos para a condição de projeto. O volume de amortecimento necessário corresponde à área do gráfico entre os hidrogramas afluente e efluente do reservatório. Esse volume resultou em 74.000 m³.

Fig. 4: Eficiência do reservatório no amortecimento da cheia de projeto.

A partir desse projeto, a PMSP e de outras cidades e órgãos públicos como o DAEE iniciaram o estudo de alternativas desse tipo para outros locais de inundações frequentes.

CANHOLI, A.P. Drenagem Urbana e Controle de Enchentes – São Paulo: Oficina de Textos, 2005.