1) O documento apresenta o projeto de um poço de infiltração para uma área urbana, com o objetivo de promover a drenagem sustentável.
2) Foram realizados estudos hidrológicos da bacia, como curvas IDF, caracterização do solo e pré-dimensionamento do poço.
3) Os resultados indicaram que um poço com 5m de diâmetro e 2,89m de profundidade seria suficiente para infiltrar os volumes de água da bacia.
Case - Dimensionamento de Adutora Estação de Tratamento
Projeto de Drenagem Urbana utilizando Poços de Infiltração
1. Universidade Federal do Triângulo Mineiro
ICTE Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas
Projetos de Drenagem Urbana Sustentável
Discente: Felipe Keiji Feital Harano
Docente: Guilherme Barbosa Lopes
Junior
Projeto de Poço de Infiltração
Julho/2017
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2. Área de Estudo
Áreas (m²) C
Total 20278,25
Lotes 12853,94
Telhados (50%) 6576 0,95
Gramas 6277,94 0,2
Pavimentações 7424,311 0,95
Calçada 3167,706 0,95
Rua 4256,605 0,95
2
5. Curvas Intensidade Duração Frequência (IDF)
• A curva IDF utilizada foi a do município de Belo Horizonte (MG):
• Para o projeto foi necessário a parametrização, por meio dos métodos dos mínimos quadrados,
da curva IDF para a curva IDF de Talbot e IDF do Método Califórnia.
IDF de Talbot IDF do Método de Chicago
𝑖 =
1447,87 ∗ 𝑇𝑟0,1
𝑡 + 20
0,84
𝑖 =
3551,884. 𝑇0,117
𝑡 + 36,823
𝑖 =
1896,97
𝑡 + 0,83989 19,98946
5
6. Característica do solo
Solos Profundidade (m) Espessura (m) Porosidade (η)
Porosidade
Efetiva (θe)
Carga de sucção
do solo (ϕ, cm)
Condutividade
hidráulica (K,
cm/h)
Agilo-arenoso 0 - 1,5 1,5 0,43 0,321 23,9 0,06
Silte-arenoso 1,5 - 4 2,5 0,475 0,423 29,22 0,05
Rocha Basáltica a partir de 4
6
7. Pré-dimensionamento do Poço de Infiltração
• Realizado a partir da metodologia apresentada por Silveira & Goldenfum (2007).
• Primeiramente é necessário fixar o diâmetro (D) e determinar a vazão de saída (Qs)
• Vazão de Saída (Qs):
𝑄𝑠 = 𝛼. 𝐾𝑠𝑎𝑡
• No caso de solo composto:
⇒ 𝑄𝑠 =
𝛼. (𝐾1. 𝐻1 +𝐾2. 𝐻2)
(𝐻1 + 𝐻2)
Onde:
α – é o coeficiente de colmatação do solo, obtido experimentalmente,
K – é a condutividade hidráulica do solo, e
H – a espessura dos tipos de solo.
7
8. Pré-dimensionamento do Poço de Infiltração
• Determinar Parâmetros γ e ϐ:
γ =
4. 𝜋. 𝐷
𝜋. 𝐷2
𝛽 =
4. 𝐶. 𝐴
𝜋. 𝐷2
• Determinar Parâmetros k1 e k2:
𝑘1 =
𝑎
60
. 𝛽. 𝑇
𝑏
2 𝑘2 =
𝑐
60
. 𝛾. 𝑄𝑠
• Por fim
H =
𝑘1.(𝑘2− η
η−𝑘2
2
2
Onde:
η – é a porosidade do material de preenchimento do poço
𝑖 =
3551,884. 𝑇0,117
𝑡 + 36,823
8
9. Resultados do pré-dimensionamento
Área de contribuição (m²) C A.C C contribuição Área do Lote (m²)
Telhado 6576 0,95 6247,2 0,806587206 267,7904063
Grama 6433,59 0,66 4246,171875
Poço 1 (preenchido com brita)
Brita (η) 0,3
Diâmetro (m) 5
ϐ 11,000602
γ (mm-1) 0,0008
Qs (mm/h) 0,14
k1 29,9093744
k2 0,00829073
H (m) 2,892313
V (m³) 17,0371299
Area (m²) 19,6349541
9
10. Resultados do pré-dimensionamento
Área de contribuição (m²) C A.C C contribuição Área do Lote (m²)
Telhado 6576 0,95 6247,2 0,806587206 267,7904063
Grama 6433,59 0,66 4246,171875
Poço 2 ( 30 cm de brita e concreto furado) Altura da camada
Brita (η) 0,3 0,3
Concreto Furado (η) 1 2,3
η do poço 0,919230769
Diâmetro (m) 3
ϐ 30,55722784
γ (mm-1) 0,001333333
Qs (mm/h) 0,159012505
k1 49,84895736
k2 0,011406924
H (m) 2,639317198
V (m³) 17,14938426
Area (m²) 7,068583471
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12. Infiltração do Poço
• Método de Green-Ampt
𝑓𝑡 = 𝐾. (
𝜑. ∆𝜃
𝐹𝑡
+ 1)
Onde:
ft – taxa de infiltração,
Ft – Lâmina total infiltrada no solo,
∆𝜃 – Porosidade do solo.
∆𝜃 = 1 − Si . 𝜃𝑒 𝐹𝑡 = 𝑘. 𝑡 − 𝑡0 + 𝜑. ∆𝜃. 𝐿𝑁(
𝐹𝑡
𝜑.∆𝜃
+ 1)
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13. Infiltração do Poço
• Método de Green-Ampt, parcela pós represamento
tp =
𝐾.𝜑.∆𝜃
𝑖.(𝑖−𝐾)
Onde:
tp – tempo na qual a chuva ultrapassa a capacidade de armazenamento do solo,
i – Intensidade da precipitação (cm/h),
• De forma análoga, é possível calcular Fp, ou seja, a lâmina no qual a chuva começa a ficar retida no solo
𝐹𝑝 = 𝑘. . 𝑡𝑝 + 𝜑. ∆𝜃. 𝐿𝑁(
𝐹𝑡
𝜑. ∆𝜃
+ 1)
• Com isso, calcula-se Ft-Fp, ou seja, a lâmina retida no poço de infiltração.
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15. Validação do dimensionamento do Poço
• Coeficiente de pré-ocupação adotado: 0,2 (grama com solo argiloso).
• Coeficiente pós ocupação: Calculado a partir da média ponderada para os coeficientes adotados e as áreas
de atuação.
Coeficiente de escoamento
Pré Pós
0,2 0,0,8065
𝐶𝑝ó𝑠 =
𝐶𝑔. 𝐴𝑔 + 𝐶𝑡. 𝐴𝑡
𝐴𝑙𝑜𝑡𝑒
Área de contribuição (m²) C A.C C contribuição Área do Lote (m²)
Telhado 6576 0,95 6247,2 0,806587206 267,7904063
Grama 6433,59 0,66 4246,171875
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18. Sarjetas
• Devido ao suporte do poço de infiltração, não ocorrerá incremento de vazão na rede vindo dos lotes
• Cálculo da intensidade de chuva equivalente
• Cálculo da área de influência para cada sarjeta
Ie = 𝐼 𝑚𝑎𝑥. 𝐶 𝑝𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜
18
26. Rede de drenagem pluvial
• Cálculo da Área acumulada,
• Trechos iniciais, tc = 10 min,
• Obtenção da vazão pelo Método Racional:
• Obtenção do Diâmetro pela Fórmula de Manning:
𝐷 =
𝑄 𝑚𝑎𝑥. 𝑛
0,312. 𝐼
3
8
𝑛 adotado – 0,009 (PVC) segundo a ACPA – American Concret Pipe
Association
• Obtenção da velocidade pela equação da continuidade,
• Cálculo do tempo de escoamento necessário para chegar ao próximo
posto de visita (PV)
• Para o próximo trecho:
𝑡 𝑐 𝑖
= 𝑡 𝑐 𝑖−1
+ 𝑡 𝑒 𝑖
𝑄 = 𝐼𝑒. 𝐴 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎
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28. Validação do projeto para uma precipitação
de 60 min
• Hietograma – método de Chicago ( Keifer e Chu, 1957)
• Segundo Tucci (1993), o método de Chicago consiste em obter curvas do hietograma (antes e depois do
pico) a partir de uma curva IDF do local
• Primeiramente, é necessário calcular o coeficiente γ, que indica o local do pico da chuva que varia de
0,36 a 0,56
𝛾 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 = 0,37
• Cálculo do tempo de pico do Hietograma:
𝑡𝑝ℎ = 𝛾. 𝑑
Intensidade antes do pico (ib) Intesidade depois do pico (ia)
Onde a, b e c são parâmetros da curva IDF de Chicago.
Local ou autor γ
Chicago 0,37
Winnipeg 0,31
Montreal 0,5
Hershfield 0,53
SCS 0,37
Los Angeles 0,56
Cleveland 0,5
Sidney 0,5
São Paulo 0,36
Porto Alegre 0,44
Fonte: Tucci, 1993
𝑖𝑏 = 𝑎 ∗
1 − 𝑏 ∗
𝑡𝑏
γ
+ 𝑐
(
𝑡𝑏
γ
+ 𝑐)^(1 + 𝑏)
𝑖𝑎 = 𝑎 ∗
1 − 𝑏 ∗
𝑡𝑎
1 − γ
+ 𝑐
(
𝑡𝑎
1 − γ
+ 𝑐)^(1 + 𝑏)
28
29. Hietograma
Hietograma para 60 min
Chicago Duração (h) Duração (min)
Tempo para o
cálculo
Equação i (mm/h) P (mm) P ef(mm)
a 1896,96954 0 0 22,2 Ib 17,69796441 1,47483 0
b 0,839889995 0,083333333 5 17,2 Ib 23,05802545 1,921502 2,658917
c 19,98945986 0,166666667 10 12,2 Ib 32,26509862 2,688758 3,649509
γ 0,37 0,25 15 7,2 Ib 50,72703084 4,227253 5,571632
tph (min) 22,2 0,333333333 20 2,2 Ib 99,46258728 8,288549 10,40218
0,416666667 25 2,8 Ia 65,39526743 5,449606 9,59388
0,5 30 7,8 Ia 69,40949201 5,784124 8,508927
0,583333333 35 12,8 ia 49,0479761 4,087331 6,979394
0,666666667 40 17,8 Ia 37,16373793 3,096978 5,140644
0,75 45 22,8 Ia 29,5373981 2,46145 4,009939
0,833333333 50 27,8 Ia 24,30395826 2,02533 3,256055
0,916666667 55 32,8 Ia 20,52866271 1,710722 2,723387
1 60 37,8 ia 17,69796441 1,47483 2,330191
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30. Hidrogramas
• O tempo de concentração é obtido pelo método de Kirpich , indicado pelo FCTH, onde:
• Kirpich I (utilizado na pré Ocupação)
𝑡𝑐 = 57. (
𝐿3
𝐻
) 0,385
• Kirpich II (utilizado na pós Ocupação)
𝑡𝑐 = 57. (
𝐿2
𝑆
) 0,385
Sendo:
L= comprimento do curso (km)
H= diferença de cotas (m)
S= declividade equivalente (m/km) ⇒ 𝑆 =
𝐿
𝐿1
2
∆𝐻1
+
𝐿2
2
∆𝐻2
+⋯
tc= tempo de concentração (min)
30
31. Hidrogramas
• Método SCS
• Tempo de pico: 𝑡𝑝 = 0,6𝑡𝑐
• Tempo de ascensão: 𝑡𝑎 =
𝑑
2
+ 𝑡𝑝
• Tempo de retardo: 𝑡𝑟 = 1,67𝑡𝑝
• Tempo basse: 𝑡𝑏 = 𝑡𝑎 + 1,67𝑡𝑎
• Vazão de pico do hidrograma (Método Racional): 𝑞 𝑝 =
2,08.𝐶.𝐴
60.𝑡𝑎
𝑄
𝑞 𝑝
=
𝑡
𝑡𝑝
. exp(1 −
𝑡
𝑡𝑝
)
3,79
⇒ 𝑄 = 𝑞 𝑝.
𝑡
𝑡𝑝
. exp(1 −
𝑡
𝑡𝑝
)
3,79
31
36. Conclusão
• A implementação de poços de infiltração pode acarretar um retorno muito
próximo das condições naturais do lugar, aumentando em grande escala a
infiltração do escoamento superficial que ocorreria nas áreas dos lotes.
• Apesar de neste projeto ter sido considerado uma condição ótima, onde toda a
chuva precipitada nos lotes é infiltrada, os poços também podem ser
dimensionados para reter parte dela, e escoar o restante para o sistema de
drenagem. Havendo a diminuição da área e da profundidade ocupada pelo poço,
assim como uma maior viabilidade econômica.
36
37. Referências
ACPA – American Concrete Pipe Association. História da Pesquisa dos
Valores do Coeficiente de Manning, 1997.
da Silveira, A. L. L.; Goldenfum, J. A. Metodologia Generalizada para Pré
Dimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial na Fonte. RBRH,
vol. 12, n.2 Abr./Jun. 2007, pag. 157-168.
Reis, R. P. A. R.; de Oliveira, L. H.; Sales, M. M. Sistema de drenagem na
fonte por poços de infiltração de águas pluviais. Ambiente Construido,
Porto Alegre, v. 8, n. 2, Abr./Jun. 2008, p. 99-117
Tucci, Carlos E. M., Hidrologia, Ciência e Aplicação, EPUSP, 1986.
37