Método SCS na Hidrologia Urbana: Dimensionamento de Vazões

Hidrologia Urbana: Métodos para Dimensionamento de Vazões

Método Soil Conservation Service (SCS)

Origem do Método SCS

• Departamento de Agricultura (EUA), 1975;
• Revisado em 1986 (TR-55).

Abordagem do Método SCS

• Características do solo (permeabilidade);
• Condição de umidade do solo (chuva antecedente);
• Característica de uso ou cobertura.

Parâmetros do Método SCS

• Q = escoamento superficial ou chuva excedente (mm);
• P = precipitação ou chuva de projeto (mm);
• Ia = abstração inicial (água retida inicialmente nas depressões da superfície, interceptada pela vegetação, evaporação e infiltração inicial) (mm);
• S = potencial máximo de retenção após começar o escoamento superficial (mm).

O SCS determinou, empiricamente, que:

Ia = 0,2 S

Equação do Método SCS

Sendo:

S = 25400 / CN - 254

(Quando P é menor que 0,2 S, o valor de Q = 0)

Q = (P - 0,2 S)² / (P + 0,8 S)

Válida quando P ≥ 0,2 S

Permeabilidade do Solo: Grupos SCS

Estudo de 4.000 tipos de solo. Classificação em quatro grupos: A, B, C e D.

Grupo A

• Solos que produzem baixo escoamento superficial e alta infiltração. Solos arenosos profundos com pouco silte e argila (Tucci, 1993).
• Solos arenosos com baixo teor de argila total, inferior a 8%, não havendo rocha nem camadas argilosas e nem mesmo densificadas até a profundidade de 1,5 m. O teor de húmus é muito baixo, não atingindo 1% (Porto, 1979 e 1995).

Grupo B

• Solos menos permeáveis do que o anterior, solos arenosos menos profundos do que o tipo A e com permeabilidade superior à média (Tucci, 1993).
• Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor teor de argila total, porém ainda inferior a 15%. No caso de terras roxas, esse limite pode subir a 20% graças à maior porosidade. Os dois teores de húmus podem subir, respectivamente, a 1,2% e 1,5%. Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até 1,5 m, mas, quase sempre, está presente camada mais densificada que a camada superficial (Porto, 1979 e 1995).

Grupo C

• Solos que geram escoamento superficial acima da média e com capacidade de infiltração abaixo da média, contendo porcentagem considerável de argila e pouco profundo (Tucci, 1993).
• Solos barrentos com teor de argila de 20% a 30%, mas sem camadas argilosas impermeáveis ou contendo pedras até profundidade de 1,2 m. No caso de terras roxas, esses dois limites máximos podem ser de 40% e 1,5 m. Nota-se, a cerca de 60 cm de profundidade, camada mais densificada que no Grupo B, mas ainda longe das condições de impermeabilidade (Porto, 1979 e 1995).

Grupo D

• Solos contendo argilas expansivas e pouco profundos com muito baixa capacidade de infiltração, gerando a maior proporção de escoamento superficial (Tucci, 1993).
• Solos argilosos (30% a 40% de argila total) e ainda com camada densificada a uns 50 cm de profundidade. Ou solos arenosos como do Grupo B, mas com camada argilosa quase impermeável ou horizonte de seixos rolados (Porto, 1979 e 1995).

Capacidade Mínima de Infiltração por Grupo de Solo

Adaptação do Método SCS no Brasil

• 1979: Primeiros estudos para adaptação dessa abordagem (Setzer, La Laina Porto).
• Não existe pesquisa que forneça os números CN da curva de runoff.
• Na região do Alto Tietê, existe estudo geológico dos municípios da região metropolitana de São Paulo.

Condição de Umidade do Solo

Característica de Uso e Cobertura do Solo

Valores de CN para Bacias Urbanas e Suburbanas

Valores de CN para Bacias Urbanas e Suburbanas (Continuação)

Ajuste do Número CN por Condição de Umidade

Estimativa do Número CN para Áreas Urbanas

Na área urbana, sempre existe uma parcela do solo que é impermeável. Na área impermeável, o número CN do solo é CN=98. O coeficiente final CNw (CN composto) é a soma composta do coeficiente da área permeável e da área impermeável, com o peso correspondente da fração da área impermeável da seguinte forma (McCuen, 1998):

CNw = CNp x (1 - f) + f x (98)

Sendo:

• CNw = número CN composto da área urbana em estudo;
• CNp = número CN da área permeável da bacia em estudo; e
• f = fração da área impermeável da bacia em estudo.

Exemplo de Cálculo do CN Composto

Para o dimensionamento do piscinão do Pacaembu, o projetista considerou a fração impermeabilizada de 0,55.

Considerando que o solo da região é de tipo B (classificação SCS) e a característica da superfície é de espaço aberto com a presença de relva, de 50% a 75% da área, o valor do CN = 69. Qual o número CN composto da área?

• CNp = 69
• f = 0,55

CNw = CNp x (1 - f) + f x (98)

CNw = 69 (1 - 0,55) + 0,55 x 98 = 84,95 ≈ 85

Portanto, o número CN que se poderia usar para o cálculo da chuva excedente na bacia do Pacaembu é CNw = 85.

Áreas Impermeáveis Conectadas e Não Conectadas

Uma área impermeável é conectada quando escoa diretamente para as estruturas de drenagem.

No exemplo do Pacaembu, a fração impermeável total é de 0,55 (100%) e a fração impermeável diretamente conectada é 0,45. Isso significa que 45% da área impermeável escoa diretamente para o sistema de drenagem existente ou projetado, enquanto que os outros 55% da área impermeável escoam sobre uma área permeável.

O escoamento superficial da área impermeável que escoa sobre a área permeável é o que se chama área impermeável não conectada.

Quando a porcentagem da área impermeabilizada total é menor que 30% (somente neste caso), o valor do número CN é corrigido pela equação, a seguir (McCuen, 1998):

CNc = CNp + If (98 - CNp) x (1 - 0,5 R)

Sendo:

• CNc = número CN ajustado;
• CNp = número CN da área permeável;
• If = fração da área impermeável total; e
• R = fração da área impermeável não conectada.

Exemplo de Cálculo do CN Ajustado

Seja uma bacia em que são fornecidos os seguintes dados:

• Fração impermeável da bacia If = 0,25. Portanto, 25% da bacia é impermeável (menor que 30%).
• R = fração da área impermeável que não está conectada = 0,50, isto é, consideramos que 50% da área impermeável escoa sobre área permeável.
• CNp = 61 (hipotético)

Achar CNc?

CNc = 61 + 0,25 (98 - 61) x (1 - 0,5 x 0,5) = 68

Portanto, o número CN que inicialmente era CN=61 e, como 50% da área impermeabilizada escoa sobre a área permeável, o número CN passou para CN=68.

Limitações do Método SCS

• O número da curva CN descreve uma situação média e útil em determinados projetos.
• Usar o número da curva CN sempre com precaução, pois a equação não contém o parâmetro do tempo e não leva em consideração a duração da chuva ou a intensidade da mesma.
• Deve ser entendido que a aproximação da abstração inicial (Ia) consiste na interceptação inicial, infiltração, armazenamento na superfície, evapotranspiração e outros fatores e que foi obtido em base de dados de bacias rurais. Essa aproximação pode ser especialmente importante em aplicações urbanas devido à combinação de áreas impermeáveis com áreas permeáveis que podem implicar em significativo aumento ou diminuição de perda de água que pode não ser considerada.
• O número CN não é preciso quando o escoamento superficial é menor que 12,7 mm.
• Quando o número CN composto achado for menor que 40, use outro procedimento para apurar o escoamento superficial.