Gestão de Águas Pluviais Estado de Desenvolvimento do Projecto de Investigação Tiago José Silva...
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Gestão de Águas Pluviais
Estado de Desenvolvimento do
Projecto de Investigação
Tiago José Silva
Maio 2009
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
• “Pre-Development”
• “Post-Development” •Modelo SCS
•Abordagens
• Telhados Verdes• Retenção/Detenção• Trincheira Filtrante
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Relembrando Modelação
Modelo SCS - CN – Soil Conservation Service – curve number
)(
)( 2
SIP
IPP
a
ae
P e – precipitação efectiva(mm)
I a – perdas iniciais (mm)
S – potencial de retenção superficial (mm)
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Relembrando Modelação
Modelo SCS - CN – Soil Conservation Service – curve number
Considera:
• S = f(CN)
•CN – relacionado com:
•Tipo
•Condições de utilização
•Cobertura
•Antecedentes de humidade
)(
)( 2
SIP
IPP
a
ae
Gestão de Água Pluviais
Relembrando Modelação
Modelo SCS - CN – Soil Conservation Service – curve number
Maio 2009
Grupos Hidrológicos
• Grupo A – baixo potencial de escoamento superficial e elevada infiltração,
mesmo quando completamente encharcados
• Grupo B – taxas de infiltração moderadas quando completamente
encharcados
• Grupo C – baixas taxas de infiltração quando totalmente encharcados
• Grupo D – elevado potencial de escoamento superficial e reduzidas taxas
de infiltração quando completamente encharcados
CN – curve number
C BA
C
D
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Relembrando Modelação
Modelo SCS - CN – Soil Conservation Service – curve number
Grupos Hidrológicos vs
Classes de Solo
Tipo de Solos
CN – curve number
• AMC I - condições de solo seco
• AMC II – condições de humidade média
• AMC III – condições de humidade elevada
Gestão de Água Pluviais
Modelo SCS - CN – Soil Conservation Service – curve number
Maio 2009
Antecedentes de Humidade
II
III CN
CNCN
.0281,0281,2
II
IIIII CN
CNCN
.00573,0427,0
Relembrando Modelação
CN – curve number
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Modelo SCS - CN – Soil Conservation Service – curve number
CN – curve numberPermite:
• considerar informação das diferentes ocupações do solo
• alteração desta ocupação (através do tc = f (L, Sm, CN) )
Representa o tempo que a gota de água precipitada no
ponto cinemáticamente mais afastado da secção de
referência de uma bacia demora a alcançar tal secção
Relembrando Modelação
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Relembrando Sistemas de Certificação
LEED – SSc 6.1 – Quantity Control•Opção 1 – Impermeabilidade ≤ 50%
Prevenir aumento do caudal de pico e volume de escoamento
•Opção 2 – Impermeabilidade > 50%
Redução em 25% do caudal de pico e volume do escoamento superficial
LEED – SSc 6.2 – Quality Control
•Promover infiltração, recolha e tratamento de 90% da precipitação média
anual
BREEAM – Pol 5 – Flood Risk•Manter o caudal de pico do escoamento superficial
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Caracterização
Gestão de Água Pluviais
“Pre-Development”
Maio 2009
Caracterização
Gestão de Água Pluviais
“Pre-Development”Caso Real
Maio 2009
• Área Total = 3380 m2
• 100 % Impermeabilizado
•CN = 98
Caracterização
Parque de Estacionamento:
Gestão de Água PluviaisGestão de Água Pluviais
“Pre-Development”Hipótese 1*
Maio 2009
Caracterização
• Área Total = 3380 m2
• 100 % Permeável
• CN AMC II:•Solo B – 58
•Solo C – 71
Baldio :
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Caracterização
Gestão de Água Pluviais
“Post-Development”Caso Real
Maio 2009
Caracterização
•Área de Cobertura = 2508 m2
•Área de pavimento = 578 m2
•Área jardins = 294 m2
Edifício:
Gestão de Água Pluviais
“Post-Development”Caso Real
Maio 2009
Caracterização
•Área de Cobertura = 2508 m2
•Área de pavimento = 578 m2
•Área jardins = 294 m2
Edifício:
Gestão de Água Pluviais Abril 2009
“Post-Development”Caso Real
Caracterização
•Área de Cobertura = 2508 m2
•Área de pavimento = 578 m2
•Área jardins = 294 m2
Edifício:
Gestão de Água Pluviais Abril 2009
“Post-Development”Caso Real
Caracterização
•Área de Cobertura = 2508 m2
•Área de pavimento = 578 m2
•Área jardins = 294 m2
Edifício:
Gestão de Água Pluviais Abril 2009
“Post-Development”Caso Real
Caracterização
•Área de Cobertura = 2508 m2
•Área de pavimento = 578 m2
•Área jardins = 294 m2
Edifício:
Gestão de Água Pluviais
“Post-Development”Caso Real
Maio 2009
Caracterização
• Área total = 3380 m2
• CN ponderado:
•Solo B – 95
•Solo C – 96
Edifício:
Gestão de Água Pluviais
Modelação Hidrológica
Maio 2009
Concretização
Tempo de Concentração – tc:
Representa o tempo que a gota de água precipitada no ponto
cinemáticamente mais afastado da secção de referência de uma
bacia demora a alcançar tal secção
5,0
8,0
8,0 1900
91000
3048,0
100)(
mc S
CNL
SCSt
tc – tempo de concentração (min)
L – comprimento do curso de água (m)
Sm – declive médio (%)
CN – curve number
Gestão de Água Pluviais
Modelação Hidrológica
Maio 2009
Concretização
Abordagem:
•Modelação 1: tempo concentração
•Modelação 2: tempo previstos no LEED e BREEAM
Gestão de Água Pluviais
Modelação Hidrológica
Maio 2009
Concretização
Relacionam:
• Duração – tempo da chuvada t (min)
• Intensidade – quociente entre altura de chuva e tempo chuvada (mm/h)
• Frequência – traduzido por 1 em n anos em que um dado evento de precipitação
pode em média ocorrer – tempo de retorno T (anos)Gestão de Água Pluviais
Modelação HidrológicaModelação 1
Maio 2009
Concretização
Procedimento:1. Evento de Precipitação de Projecto
a) Curvas IDF – intensidade de precipitação i (mm/h)
– base num tempo de retorno T (anos)
btai
Maio 2009
Concretização
Procedimento:
Modelação HidrológicaModelação 1
2. Determinação do tc:
a) L como sendo a maior medida do edifício = 78 m
b) Sm = 2 %
tc (min)
“Pre-Development” “Post-Development”
Caso realHipótese 1* Caso Real
B C B C
3,6 13,8 9,8 4,3 4,1
5,0
8,0
8,0 1900
91000
3048,0
100
mc S
CNL
t
Gestão de Água Pluviais
3. Distribuição da Precipitação - Técnica de Huff
a) td = 5/3 tc
b) Ptot = P (tc)
Maio 2009
Concretização
Procedimento:
Modelação HidrológicaModelação 1
t/td P/Ptot
0,00 0,000
0,05 0,063
0,10 0,178
0,15 0,333
0,20 0,500
0,25 0,620
0,30 0,705
0,35 0,760
0,40 0,798
0,45 0,830
0,50 0,855
0,55 0,880
0,60 0,898
0,65 0,915
0,70 0,930
0,75 0,944
0,80 0,958
0,85 0,971
0,90 0,983
0,95 0,994
1,00 1,000
t/td Pt/Ptot for Quartile1 2 3 4
0,00 0,000 0,000 0,000 0,0000,05 0,063 0,015 0,020 0,0200,10 0,178 0,031 0,040 0,0400,15 0,333 0,070 0,072 0,0550,20 0,500 0,125 0,100 0,0700,25 0,620 0,208 0,122 0,0850,30 0,705 0,305 0,140 0,1000,35 0,760 0,420 0,155 0,1150,40 0,798 0,525 0,180 0,1350,45 0,830 0,630 0,215 0,1550,50 0,855 0,725 0,280 0,1850,55 0,880 0,805 0,395 0,2150,60 0,898 0,860 0,535 0,2450,65 0,915 0,900 0,690 0,2900,70 0,930 0,930 0,790 0,3500,75 0,944 0,948 0,875 0,4350,80 0,958 0,962 0,935 0,5450,85 0,971 0,974 0,965 0,7400,90 0,983 0,985 0,985 0,9200,95 0,994 0,993 0,995 0,9751,00 1,000 1,000 1,000 1,000
t (min) P (mm) ΔP (mm) Pe (mm) ΔPe (mm) Perdas Continuas (mm) ΔPerdas Continuas (mm)0,00 0,00 0,000 0,000 0,000 0,000 0,0000,30 0,36 0,364 0,024 0,0239 0,340 0,34030,60 1,03 0,665 0,170 0,1465 0,859 0,51830,89 1,92 0,896 0,521 0,3508 1,404 0,54521,19 2,89 0,965 1,035 0,5134 1,856 0,45201,49 3,58 0,694 1,465 0,4304 2,119 0,26331,79 4,08 0,491 1,794 0,3287 2,282 0,16262,09 4,39 0,318 2,015 0,2216 2,378 0,09632,39 4,61 0,220 2,172 0,1568 2,441 0,0629
2,68 4,80 0,185 2,306 0,1342 2,492 0,05082,98 4,94 0,145 2,412 0,1061 2,530 0,03843,28 5,09 0,145 2,520 0,1072 2,567 0,03733,58 5,19 0,104 2,597 0,0778 2,594 0,02623,88 5,29 0,098 2,671 0,0740 2,618 0,02434,17 5,38 0,087 2,737 0,0656 2,639 0,02114,47 5,46 0,081 2,799 0,0616 2,658 0,01944,77 5,54 0,081 2,860 0,0619 2,677 0,01915,07 5,61 0,075 2,918 0,0577 2,695 0,01745,37 5,68 0,069 2,972 0,0535 2,711 0,01595,67 5,75 0,064 3,021 0,0492 2,725 0,01445,96 5,78 0,035 3,048 0,0269 2,733 0,0078
5,78 3,048 2,73353% 5,78 47%Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Procedimento:
Modelação HidrológicaModelação 1
4.Determinação da Precipitação Efectiva e Perdas Contínuas
)(
)( 2
SP
PPe
ePPPerdas
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Procedimento:
Modelação HidrológicaModelação 1
4.Determinação da Precipitação Efectiva e Perdas Contínuas
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Procedimento:
Modelação HidrológicaModelação 1
5. Determinação do Hidrograma
a) Modelo do Hidrograma Unitário do SCS t/tp q/qp0 0
0,1 0,030,2 0,10,3 0,190,4 0,310,5 0,470,6 0,660,7 0,820,8 0,930,9 0,991 1
1,1 0,991,2 0,931,3 0,861,4 0,781,5 0,681,6 0,561,7 0,461,8 0,391,9 0,332 0,28
2,2 0,2072,4 0,1472,6 0,1072,8 0,0773 0,055
3,2 0,043,4 0,0293,6 0,0213,8 0,0154 0,011
4,5 0,0055 0
t/tp q/qp0 01 1
2,7 0,0
VOLUME
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Procedimento:
Modelação HidrológicaModelação 1
5. Determinação do Hidrograma
a) Modelo do Hidrograma Unitário do SCS (HU-SCS)
pp t
Acq
qp – caudal de ponta (m3/s)
A – área (km2)
tp - tempo para a ponta do HU (h)
8,4ePc
c – constante
Pe – precipitação efectiva unitária (mm)
lagp tD
t 2
tlag – tempo de atraso (h) ~ 0,6 tc
D – duração da precipitação ~ 0,133 tc
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Procedimento:
Modelação HidrológicaModelação 1
5. Determinação do Hidrograma
a) Modelo do Hidrograma Unitário do SCS (HU-SCS)A (km2) 0,00338
tc (min) 3,58
(h) 0,06Pe (mm) 3,0477d (h) 0,008
tlag (h) 0,036tp (h) 0,040C 0,635
qp(m3/s) 0,054(l/s) 53,99
V (m3) 0,00286(l) 2,86
t(h) q (m3/s)0,00 0,0000,00 0,0020,01 0,0050,01 0,0100,02 0,0170,02 0,0250,02 0,0360,03 0,0440,03 0,0500,04 0,0530,04 0,0540,04 0,0530,05 0,0500,05 0,0460,06 0,0420,06 0,0370,06 0,0300,07 0,0250,07 0,0210,08 0,0180,08 0,0150,09 0,0110,10 0,0080,10 0,0060,11 0,0040,12 0,0030,13 0,0020,14 0,0020,14 0,0010,15 0,0010,16 0,0010,18 0,0000,20 0,000
t (h) q (m3/s)0 0
0,040 0,0540,106 0,0
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Resumos dos Dados:
Modelação HidrológicaModelação 1
“Pre-Development” “Post-Development”
CR H1* CRB C B C
qp (l/s) 53,99 2,30 4,26 27,74 33,71V (l) 2,86 0,47 0,62 1,77 2,02Pe (mm) 3,05 0,50 0,66 1,88 2,15
Perdas (mm) 2,73 9,33 7,94 4,33 3,92
Redução (%)“ Post-Development” Caso Real
B Cqp 49% 38%V 38% 29%Pe 38% 29%
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Resumos dos Dados:
Modelação HidrológicaModelação 1
“Pre-Development”“Post-
Development”
CR H1* CRB C B C
qp (l/s) 53,99 2,30 4,26 27,74 33,71V (l) 2,86 0,47 0,62 1,77 2,02Pe (mm) 3,05 0,50 0,66 1,88 2,15
Perdas (mm) 2,73 9,33 7,94 4,33 3,92
Diferentes tipos de coberturas
Telhados Verdes
“Pre-Development” “Post-Development”
CR H1* CR H1 H3 H4B C B C B C B C B C
qp (l/s) 53,99 2,30 4,26 27,74 33,71 8,87 13,06 6,90 13,40 10,47 15,46V (l) 2,86 0,47 0,62 1,77 2,02 0,89 1,10 0,78 1,12 0,97 1,22Pe (mm) 3,05 0,50 0,66 1,88 2,15 0,95 1,17 0,83 1,20 1,04 1,30
Perdas (mm) 2,73 9,33 7,94 4,33 3,92 6,49 5,77 6,97 5,75 6,18 5,46ΔPe (mm) 1,38 1,49 0,45 0,51 0,33 0,54 0,54 0,64
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Resumos dos Dados:
Modelação HidrológicaModelação 1
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Modelação HidrológicaModelação 2
Procedimento:•LEED – 24 h
•BREEAM – 1 h
Altera:•Evento de Precipitação
•Precipitação Total•Precipitação Efectiva•Perdas
•Caudais de Ponta
•Volumes Escoados
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Modelação HidrológicaModelação 2
Resumos dos Dados:LEED
“Pre-Development” “Post-Development”
CRH1* CR H1 H3 H4
B C B C B C B C B Cqp (l/s) 11,36 3,08 4,58 9,99 10,44 6,74 7,92 5,97 7,98 7,25 8,42V (l) 53,17 14,43 21,44 46,75 48,87 31,54 37,06 27,96 37,34 33,93 39,40Pe (mm) 56,63 15,37 22,83 49,80 52,05 33,60 39,47 29,77 39,77 36,13 41,96
Perdas (mm) 4,78 46,04 38,58 11,61 9,36 27,81 21,94 31,63 21,64 25,28 19,45ΔPe (mm) 34,43 29,22 18,22 16,64 14,40 16,94 20,76 19,13
Redução no “Post-Development” (%)CR H1 H3 H4
B C B C B C B Cqp 12,1% 8,1% 40,7% 30,3% 47,4% 29,8% 36,2% 25,9%V 12,1% 8,1% 40,7% 30,3% 47,4% 29,8% 36,2% 25,9%Pe 12,1% 8,1% 40,7% 30,3% 47,4% 29,8% 36,2% 25,9%
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização
Modelação HidrológicaModelação 2
Resumos dos Dados:BREEAM
“Pre-Development” “Post-Development”
CRH1* CR H1 H3 H4
B C B C B C B C B Cqp (l/s) 65,24 7,36 12,23 46,54 51,87 21,69 28,70 17,92 29,11 24,52 32,24V (l) 12,73 1,44 2,39 9,08 10,12 4,23 5,60 3,49 5,68 4,78 6,29Pe (mm) 13,55 1,53 2,54 9,67 10,78 4,51 5,96 3,72 6,05 5,09 6,70
Perdas (mm) 4,00 16,03 15,02 7,89 6,78 13,05 11,59 13,83 11,51 12,46 10,86ΔPe (mm) 8,14 8,24 2,98 3,42 2,19 3,51 3,56 4,16
Redução no “Post – Development” (%)CR H1 H3 H4
B C B C B C B Cqp 28,7% 20,5% 66,8% 56,0% 72,5% 55,4% 62,4% 50,6%V 28,7% 20,5% 66,8% 56,0% 72,5% 55,4% 62,4% 50,6%Pe 28,7% 20,5% 66,8% 56,0% 72,5% 55,4% 62,4% 50,6%
Gestão de Água Pluviais Maio 2009
Concretização Modelação Hidrológica
Conclusões:•A consideração do tempo de duração do evento de
precipitação condiciona os resultados em termos de caudais de
ponta e de volumes escoados;
•Maior dificuldade em atingir os objectivos propostos face a
uma situação de “Pre-Development” com uma impermeabilização
inferior a 50%;
•Nesta situação há que considerar o recurso a sistemas de
gestão das águas pluviais para além da cobertura verde.
Gestão de Água Pluviais
Telhado Verde
Maio 2009
Sistemas
Área de Cobertura = 2508 m2
Área de Jardim = 656 m2 Área de Pavimento = 463
m2 Área de Equipamento = 975 m2
Gestão de Água Pluviais
Telhado Verde
Maio 2009
Sistemas
Alguns Aspectos:
•Não são uma solução nova
oMais antigo data de 1914, sito na Suíça
•Componente importante nos sistemas sustentáveis de
gestão de águas pluviais nos últimos 30 anos;
•Maiores avanços tecnológicos feitos na Alemanha em
1970 – 80
•Começam a tornar-se uma solução popular e acessível.
Gestão de Água Pluviais
Telhado Verde
Maio 2009
Sistemas
Tipos de Telhados Verdes:
•Intensivos
oCamadas de solo significativas (150 – 1000 mm)
oSuportam relvado, plantas, arbustos e até pequenas
árvores
oRequerem manutenção e rega
oCustos médios a elevados
oPodem incluir passeios, bancos, lagoas, etc..
• Extensivos
oCamadas de solo finas ( 60 – 200 mm)
oRecorrem espécies resistentes a condições de seca, temperatura
e vento
oRequer pouca manutenção e não precisa de rega
oNão aconselhável andar sobre este tipo de cobertura
Gestão de Água Pluviais
Telhado Verde
Maio 2009
Sistemas
Tipos de Telhados Verdes:
Gestão de Água Pluviais
Telhado Verde
Maio 2009
Sistemas
•Retenção das águas pluviais
•Reduzem o efeito de ilha de calor
•Melhoram o isolamento acústico e térmico
•Aumenta o tempo de vida útil das coberturas
•Absorve CO2
•Fomenta a biodiversidade (fauna e flora)
•Microclima
•Torna paisagem agradável
Principais Benefícios:
Gestão de Água Pluviais
Telhado Verde
Maio 2009
Sistemas
Esquema:
Gestão de Água Pluviais
Telhado Castanho
Maio 2009
Sistemas
Alguns Aspectos:
• Sistema Extensivo
•Pode reciclar os agregados escavados do próprio local
•Ao ser aplicado pode ser deixado a colonizar naturalmente, ou
pode ser semeado com espécies resistentes a condições
extremas
•Incluem areias, gravilha, pedra, e mesmo madeira
•Poderá requer alguma manutenção
Gestão de Água Pluviais
Outros Sistemas
Maio 2009
Sistemas
•Bacias de Retenção/Detençãoo Reservatórios superficiais ou subterrâneos para onde são conduzidas as águas pluviais, ficando armazenadas durante um determinado tempo
•Tanques de Armazenamentoo Reservatórios de armazenamento de água pluvial para reutilização
•Trincheiras Filtranteso Promovem a infiltração das águas pluviais recolhidas
Mais Comuns:
Gestão de Água Pluviais
Próxima Etapa
Maio 2009
Sistemas
Avaliação dos Sistemas:
• Dimensionamento
o Indo de encontro aos objectivos propostos pelos
sistemas de certificação
•Análise Económica
o Hierarquizar as diferentes alternativas que cumpram os
critérios
Gestão de Água Pluviais
FIM
Maio 2009
OBRIGADO