Contribuições para dimensionamento de borda livre considerando a incerteza na vazão de projeto e a sensibilidade da seção fluvial

Abstract

A definição da cota de implantação de estruturas como diques ou travessias fluviais necessita da estimativa de níveis d’água máximos do curso d’água na seção de projeto da estrutura. Os níveis máximos são obtidos por estudos hidrológicos e hidráulicos, que tratam, respectivamente, da estimativa da vazão de projeto e o nível d’água associado à respectiva vazão. Estes estudos incorporam incertezas relacionadas à metodologia empregada e dados disponíveis. Para considerar estas incertezas recomenda-se que seja adotado um acréscimo de nível, denominado borda livre (freeboard), que também considera outros fatores como o transporte de materiais flutuantes e a incidência de ondas na estrutura. Usualmente são recomendados valores fixos de borda livre, que possuem ampla aceitação, no entanto, esta prática pode resultar em níveis de segurança distintos de acordo com a área de aplicação. Neste contexto, o deste trabalho foi avaliar valores fixos de borda livre frente às incertezas associadas a vazões de projeto, considerando em seções transversais com distintas características geométricas e, consequentemente, diferentes sensibilidades (relação cota-vazão). O método de avaliação adotou o conceito de Incerteza Assegurada, que representa o percentual de incerteza na vazão de projeto assegurado por um determinado valor de borda livre. Os resultados evidenciaram que para uma vazão com tempo de retorno de 100 anos, comumente usada no dimensionamento de pontes, verificou-se que 1 m de borda livre resultou em uma incerteza assegurada de 21% até valores superiores a 200% nos casos avaliados. Concluiu-se que a adoção de valores fixos de borda livre resultou em níveis de proteção distintos nos casos avaliados. A partir desta constatação e de consultas bibliográficas foi proposta uma abordagem para dimensionamento de borda livre fundamentada nas principais incertezas da vazão de projeto e sensibilidade da seção hidráulica. O método proposto apresenta maior objetividade no dimensionamento de borda livre e poderá ser adaptado para evoluções futuras, como incorporação de novos resultados ou métodos para quantificação de incertezas em vazões de projeto.

The construction of structures such as fluvial dikes or bridges requires estimating the maximum water levels of the river related to the structure. These maximum levels are obtained by hydrological and hydraulic studies, which deal, respectively, with estimating the design flow and the water level associated with the respective flow. These studies incorporate uncertainties related to the methodology used and available data. To consider these uncertainties, it is recommended that an additional construction height be adopted, called freeboard, which also considers other factors such as the transport of floating materials and the incidence of waves on the structure. Fixed freeboard values are usually recommended, which have wide acceptance, however, this practice can result in different safety levels according to the area of application. In this context, the objective of this study was to evaluate fixed freeboard values in the face of uncertainties associated with design flows, considering cross sections with different geometric characteristics and, consequently, different hydraulic behaviors (stage-discharge relationship). The evaluation method adopted the concept of Assured Uncertainty, which represents the percentage of uncertainty in the design flow assured by a fixed freeboard value. The results showed that for a flow with a return period of 100 years, commonly used in bridges studies, it was found that 1 m of freeboard resulted in an assured uncertainty of 21% up to values greater than 200% in the cases evaluated. It was concluded that the adoption of fixed freeboard values resulted in different levels of protection in the cases evaluated. Finally, an approach for freeboard sizing was proposed based on the main uncertainties of each method used to estimate flow and hydraulic section characteristics.