Capítulo 153 Reservatório de detenção seco

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1 Capítulo 153 Reservatório de detenção seco 153-1

2 Capítulo 153- Reservatório de detenção seco Introdução O reservatório de detenção seco é um tanque natural ou artificial onde entram as águas pluviais de uma bacia com certa vazão para um determinado período de retorno e deverá acumular as águas pluviais de maneira que passe através do barramento uma vazão de pré-desenvolvimento ou uma vazão em L/s x ha determinada pela autoridade local. Depois de algumas horas de detenção das águas pluviais o reservatório voltará a ficar vazio conforme mostram as Figuras (153.1) a (153.3). Geralmente possuem o fundo e lados do reservatório com gramas. A infiltração geralmente não é considerada. É o tipo de reservatório mais comum e como exemplo temos o piscinão do Pacaembu em São Paulo localizado em frente ao Estádio do Pacaembu que tem um reservatório de m 3 e onde existe uma bacia com 222 ha e há uma vazão de pico de 63m 3 /s e a vazão que pode passar é no máximo de 13 m 3 /s que é o máximo que as galerias a jusante suportam até chegar ao rio Tietê em São Paulo capital. Temos na prática que resolver dois problemas básicos: quantidade de água e qualidade das águas pluviais. No que se refere a quantidade é usado em enchentes para controlar a vazão de saída e no caso de melhoria da qualidade das águas pluviais é uma BMP (Best Mannagement Practices) estrutural para a poluição difusa da área de contribuição. Figura Reservatório de detenção seco. Fonte: Carolina do Sul Não confundir reservatório de detenção com reservatório de retenção. No último caso mesmo passando a chuva o reservatório nunca ficará seco, pois, sempre haverá um volume permanente

3 As vezes também podemos projetar um reservatorio de detenção seco com uma detenção estendida. Neste caso o volume estendido será o WQv (Water quality volume) necessario para melhoria da qualidade das agua pluviais. Teremos então um reservatorio de detenção seco estendido, pois, lno fim de 24h o mesmo ficará totalmente seco. Figura Reservatório de detenção seco. Fonte: Fonte: Baldwin e Simpson,

4 Figura Reservatório de detenção seco. Fonte: Baldwin e Simpson, Período de retorno Deve ser usado em microdrenagem o período de retorno Tr=25anos e para dimensionamento do extravasor Tr=100 anos no mínimo devendo-se consultar os regulamentos do DAEE no Estado de São Paulo. Para o dimensionamento do período de retorno de 25 anos não deverá ser usado o vertedor de emergência Método Racional Pode ser usado até bacias com area até 3 km 2 que tem o seguinte hidrograma da Figura (153.4). Q= C. I. A /360 Sendo: Q= vazão de pico (m 3 /s); C= coeficiente de escoamento superficial. C= 0,05+0,009. AI AI= área impermeável (%) I= intensidade média da chuva (mm/h); 153-4

5 A= área da bacia (ha). 1ha= m 2 Na Figura (153.4) temos o hidrograma do método Racional com base tb= 2,67.tc; Escoamento triangular com 2,67 (representação gráfica do Hietograma e Hidrograma triangular) Figura Hidrograma do método Racional

6 153.4 Dimensionamento do reservatório no que se refere a quantidade Na Figura (153.5) temos o hidrograma triangular de entrada e saída do método Racional; Qpos, Qpré, tb=2,67.tc 89 Figura Esquema de hidrograma de entrada e de saída reservatório com o método Racional. A área hachurada a ser calculada é: V= 0,5 (Qpos- Qpré) x tb x 60 tb= 2,67tc 153-6

7 Reservatório de detenção (Método Racional) V= 0,5 x (Q pós Q pré ) tb x 60 Sendo: V= volume de detenção (m 3 ) Q pós = vazão de pico no pós desenvolvimento (m 3 /s) Q pré = vazão de pico no pré desenvolvimento (m 3 /s) tc= tempo de concentração no pós desenvolvimento (min) tb= 2,67 x tc Figura Equação que fornece o volume do reservatório usando o método Racional 90 Exemplo Reservatório de detenção (exemplo) Area bacia 3km 2 V= 0,5x (Q pós Q pré ) tb x 60 Exemplo: tc=15min tb= 2,67 x tc= 40,5min Q pré = 13 m 3 /s Q pós =65 m 3 /s V= 0,5x (Q pós Q pré ) tc pós x 60 V= 0,5x (65 13) x 45x 60 = m 3 O orifício só deixará passar Q pré =13m 3 /s Figura Exemplo de aplicação da equação que fornece o volume do reservatório usando o método Racional

8 153.5 Qualidade das águas pluviais no reservatório de detenção seco A melhoria da qualidade das águas pluviais é resolvido através do volume WQv. Este volume é usado quando queremos projetar o reservatório como de detenção estendido. O volume WQv deverá ser esvaziado em 24h. WQv= (P/1000). Rv. A Sendo: WQv= volume (m3) para melhoria da qualidade das águas pluviais P= 25mm first flush adotado Rv= 0,05+0,009xAI AI= área impermeável (%) As pesquisas sobre reservatório de detenção seco apresentam valores de retenção de poluentes muito variadas conforme se pode ver nas Figuras (153.8) a (153.10). Esta grande variação é devida ao volume do reservatório de detenção seco e o consequente tempo de detenção. Figura Estimativas de capacidade de remoção de poluentes de um reservatório de detenção seco. Fonte: Carolina do Sul, 2005 Figura Estimativas de capacidade de remoção de poluentes de um reservatório de detenção seco. Fonte: BALDWINe SIMPSON,

9 Figura Estimativas de capacidade de remoção de poluentes de um reservatório de detenção seco. Fonte: BALDWINe SIMPSON, Estimativa do poluente conforme Akan, 2003 Akan, 2003 apresenta a Figura (153.11) de Schueler, 1987 onde com o tempo de detenção podemos estimar graficamente a porcentagem de poluente retido. Observe a importância do tempo detenção, quanto maior for o mesmo, maior será a deposição de sedimentos. Exemplo Para os barramentos 1,2 e 3 dados os tempo de detenção (h) achar TSS,PT e NT que serão detidos no reservatório. Conforme Routing efetuado verificamos que no barramento 1 em 2,9 horas o reservatório estará vazio e então entrando na Figura (153.11) achamos que a redução de sedimentos TSS será de 57% e de nitrogênio total 25% e fósforo total de 27%. Tabela Dados de entrada e obtidos pela Figura (153.11) Barramentos Tempo de TSS PT NT detenção (h) 1 2, , ,

10 Figura Remoção de sedimentos x tempo de detenção de vários poluentes Fonte: Schueler, 1987 Podemos concluir que o reservatório de detenção irá melhorar a qualidade das águas pluviais, decantando cerca de 57% de TSS e decantando 27% de nitrogênio total e 25% de fósforo total Remoção de sedimentos em bacias de detenção conforme Vetter e Creams Podemos estimar a retenção de poluentes em um reservatório de detenção seco, ou verificar o gráfico de Schueller, 1987 ou então calcular analiticamente baseado na textura do solo local. Há uma grande dificuldade de se calcular com precisão a remoção de sedimentos em uma bacia de detenção que poderá ser para uma tormenta ou a longo prazo como é o caso da EPA, Vamos fazer o mais simples que é achar a deposição de sedimentos em uma tormenta que é o mais usado, sem usar softwares sofisticados. Lembremos ainda que necessitamos de pesquisas a serem feitas no Brasil. Vamos apresentar o método de Chen,1975 que utilizou a equação de Vetter,1940 conforme Haan, et al Usaremos as equações de CREAMS (Chemicals runoff erosion in agricultural management systems), ou seja, as equações de Foster,1985 para determinar o diâmetro das partículas, bem como as frações das mesmas. Os diâmetros das partículas bem como as frações dependem da textura do solo, sendo necessário possuirmos a textura do solo local. Haan et al,1994 diz que o modelo a longo prazo da EPA, 1986 apesar de mais sofisticado não apresenta maior eficiência que o modelo que iremos apresentar

11 Método de Vetter Conforme Vetter, 1940 in Haan et al, 1994 na condição turbulenta de uma tormenta podemos aproximadamente calcular a eficiência de sedimentação de determinada partícula usando as seguintes equações: F= 1- exp (- Vs/Vc) Vc= Q/As Sendo: F= fração de remoção (0 a 1) da partícula de velocidade de sedimentação Vs. Vs= velocidade de sedimentação (m/s) da partícula de diâmetro Di Vc= taxa de overflow (m/s) Q= vazão de saída ou de entrada (m 3 /s) As= área da superfície do lago (m 2 ) Δxi= fração de sedimento da partícula de diâmetro médio Di E= remoção de todas as partículas (0 a 1) A remoção, total: E= Σ Fi x Δxi Velocidade de sedimentação A velocidade de sedimentação poderá ser calculada pela equação em função do diâmetro da partícula para densidade de 2,65 e para número de Reynolds maiores que 0,5. Haan et al, 1994 mostrou que isto não faz muita diferença pois os valores serão sempre F=1 para partículas que necessitem de cálculo mais exato da velocidade de sedimentação. Vs=0,8887x D 2 Sendo: Vs= velocidade de sedimentação (m/s) D= diâmetro da partícula (mm) Exemplo Textura média do solo Baseado nos ensaios adotamos a seguinte fração dos solos que pode ser classificado como uma argila arenosa. Tabela Fração estimada de argila, silte e areia do solo local Fração 0,60 Argila 0,10 Silte 0,30 Areia 1,

12 Para os diâmetros médios das partículas utilizamos as equações do CREAMS que foram baseadas em Foster usando que separa as particulas em argila, silte, areia pequeno agregado e grande agregado cujo diametro da particula depende das textura do solo de argila, silte e areia. Tabela Classe de partículas, diâmetros e densidades conforme Foster et al, in Haan, et al, Classe Diâmetro D (mm) Densidade Argila primária (cl)- clay Dcl=0,002 2,65 Silte primário (si)-silte Dsi=0,010 2,65 Areia primária (sa)- sand Das=0,200 2,65 Agregado pequeno (sg) Dsg=0,030 para Ocl<0,25 1,80 Agregado pequeno (sg) Dsg=0,2 (Ocl-0,25)+0,030 para 0,25 Ocl 0,6 1,80 Agregado pequeno (sg) Dsg=0,100 para Ocl>0,60 1,80 Agregado grande (Lg) DLg=0,300 para Ocl 0,15 1,60 Agregado grande (Lg) DLg=2 xocl para Ocl 0,15 1,60 Soma Na Tabela (153.2) estão as frações retidas de sedimentos de 0,42 para o Barramento 1, e 0,41 para os barramentos 2 e 3. Vamos usar os cálculos baseado em Vetter, 1940 para calcular a remoção de sedimentos que chamaremos de sólidos totais em suspensão (TSS) calculamos a Tabela (153.4). Tabela Cálculo da eficiencia de reservatorio de detenção conforme Vetter in Haan, 1994 Deposição de sedimentos (TSS) no barramento 01 Fazenda Felicidade/ SJC Fração x Particula Vs=0,8887x D 2 Q As Vc Vs/Vc Fi x. Fi media (mm) (m3/s) (m2) (m/s) Argila primária (cl)- clay 0,40 0,0020 0, , , , ,0030 0,00 Silte primário (si)-silte 0,20 0,0100 0, , , , ,0734 0,01 Areia primária (sa)- sand 0,20 0,2000 0, , , , ,0000 0,20 Agregado pequeno (sg) 0,10 0,1000 0, , , , ,9995 0,10 Agregado grande (Lg) 0,10 1,2000 1, , , ,229 1,0000 0,10 Total= 1,00 Total= 0,42 Deposição de sedimentos (TSS) no barramento 02 Fazenda Felicidade/ SJC Fração x Particula Vs=0,8887x D 2 Q As Vc Vs/Vc Fi x. Fi media (mm) (m3/s) (m2) (m/s) Argila primária (cl)- clay 0,40 0,0020 0, , , , ,0016 0,00 Silte primário (si)-silte 0,20 0,0100 0, , , , ,0401 0,01 Areia primária (sa)- sand 0,20 0,2000 0, , , , ,0000 0,20 Agregado pequeno (sg) 0,10 0,1000 0, , , , ,9833 0,10 Agregado grande (Lg) 0,10 1,2000 1, , , ,9772 1,0000 0,10 Total= 1,00 Total= 0,41 Deposição de sedimentos (TSS) no barramento 03 Fazenda Felicidade/ SJC Fração x Particula Vs=0,8887x D 2 Q As Vc Vs/Vc Fi x. Fi media (mm) (m3/s) (m2) (m/s)

13 Argila primária (cl)- clay 0,40 0,0020 0, , , , ,0021 0,00 Silte primário (si)-silte 0,20 0,0100 0, , , , ,0552 0,01 Areia primária (sa)- sand 0,20 0,2000 0, , , , ,0000 0,20 Agregado pequeno (sg) 0,10 0,1000 0, , , , ,9966 0,10 Agregado grande (Lg) 0,10 1,2000 1, , , ,0055 1,0000 0,10 Total= 1,00 Total= 0, Estimativa da carga de poluente pelo Método Simples de Schueler Schueler,1987 apresentou um método empírico denominado Método Simples para estimar o transporte de poluição difusa urbana em uma determinada área. O método foi obtido através de exaustivos estudos na área do Distrito de Washington nos Estados Unidos chamado National Urban Runoff Program (NURP) bem como com dados da EPA, conforme AKAN, (1993). O Método Simples de Schueler, 1987 é amplamente aceito e requer poucos dados de entrada e é utilizado no Estado do Texas e no Lower Colorado River Authority, 1998 AKAN, (1993) salienta que os estudos valem para áreas menores que 256ha e que são usadas cargas anuais.a equação de Schueler é similar ao método racional e nas unidades SI. Para achar a carga anual de poluente usamos a seguinte equação: L=0,01 x P x P j x R v x C x A Sendo: L= carga do poluente anual (kg/ano) P= precipitação média anual (mm) P j = fração da chuva que produz runoff. P j =0,9 (normalmente adotado) R v = runoff volumétrico obtido por análise de regressão linear. R v = 0,05 + 0,009 x AI (R 2 =0,71 N=47) AI= área impermeável (%). A= área (ha) sendo A 256ha C= concentração média da carga do poluente nas águas pluviais da (mg/l) Valor de P j O valor de P j usualmente é 0,90 para precipitação média anual. Valores de C. Adotoamos C= 172 mg/l para areas residenciais

14 Exemplo Curso de Manejo de águas pluviais Tabela Total de sedimentos retidos nos barramentos anualmente Barramento Barramento Barramento Sedimentos produzidos e retidos anualmente Precipitaçao anual (mm)= Area impermeavel (fração) 0,40 0,40 0,40 Rv=0,05+0,009 x AI 0,41 0,41 0,41 Area total (há) 101,00 37,45 77,98 Sedimentos produzidos anualmente (TSS) em kg= TSS area residencial mg/l= Fração de TSS retida 0,42 0,41 0,41 Sedimentos retidos anualmente (TSS) em kg= Portanto, anualmente serão retidos 35 toneladas de sedimentos no barramento 1, 12,7 ton no barramento 2 e 26,4 ton no barramento 3 conforme Tabela (153.5)

15 153.9 Routing Para definir o volume do reservatório corretamente após a estimativa do volume do mesmo, temos que fazer um routing do reservatório. Alguns especialistas recomendam que se faça o routing a partir de área de bacia de 1 (um) km 2. Podermos usar o routing do hidrograma do método Racional e observar o comportamento das estruturas de saída que são o orifício e o vertedor. Dica: fazer o routing quando a área da bacia A 1km 2 (100ha) Estruturas de saida São normalmente orificios, vertedores ou combinações deles Manutenção e custos A manutenção é muito necessaria e deve seguir aproximadamente a Tabela (153.6). Tabela Manutenção do reservatorio de detenção seco Manutenção necessária Frequencia Verificar a erosão no fundo e nos lados do reservatório Monitorar a acumulação de sedimentos no reservatorio de detenção seco e assegurar que as entradas de águas pluviais e as estruturas de saida não possuem detritos Reparar as áreas erodidas. Cortar as gramas necessarias. Verificar a aplicação de pesticidas e remover lixos e detritos Remover e cortar as gramas e vegetação morta na cobertura do reservatorio de detençao seco Remover os sedimentos do pre-tratamento quando existeir Monitorar a acumulação de sedimentos e removê-los quando atingir 25% do volume do reservatório Fonte: BALDWINe SIMPSON, 2007 Inspeção cada 6 (seis) meses Inspeção anual Manutenção padrão Manutenção anual ou quando for necessario 5 a 7 anos 25 a 50 anos Custos e manutenção Os custos de construção das BMPs estão na Tabela (153.6) e não incluem o custo do pré-tratamento e custo das terras. A manutenção no Brasil é cerca de 10% do custo de construção ano ano. Tabela Custo típico de construção das BMPs Tipo de BMP Custo Típico US$ /m 3 Reservatório de detenção seca, estendido ou retenção 18 a 35 Fonte: ASCE, 1998 com data base de

16 Dimensões aproximadas do barramento As Figuas (153.12) e (153.13) mostram alguns detalhes de um barramento de terra. Folga= 0,50m a 1,00m Figura Esquema do perfil do barramento de terra Crista da barragem (coroamento) C= H/5 +3m Taludes usuais: montante: 3:1 ; jusante: 2:1 Tipo de material Talude Barragem até 5m Barragem de 5,1m a 10m Solos argilosos Montante 2:1 2,75:1 Jusante 1,75:1 2,25:1 Solo areno Montante 2,25:1 3:1 argilosos/argilosos Jusante 2:1 2,25:1 Fonte: Costa, 2001 Figura Dimensões aproximadas do perfil do barramento de terra

17 Bibliografia e livros recomendados -CAROLINA DO SUL. Storwater Management BMP handbook. 31 de julho de BALDWIN, ANDREW H. e SIMPSON, TOM W. Dry detention ponds and hydrodynamic structures best management practice. University of Maryland, HAAN, C.T. et al. Design Hydrology and sedimentology for small caachments. Academic Press, 1994, 588páginas, ISBN 13: PAPA, FABIAN et al. Detention time selectiion for stormwater quality control ponds. 31/july/1999. Can. J. Civ. Eng. 26:72-82 (1999). -TOMAZ, PLINIO. Poluição Difusa. Navegar Editora, USEPA. Methodology for analysis of detention basins for controlo for urban runoff quality. EPA 440/ setembro Coordenado por Eugene D. Driscoll baseado n as pesquisas de Dominic M. DeToro e Mitchell Small. -USEPA. Stormwater Best management practice design guide. Volume 2- Vegetative biofilters. EPA/600/R-04/121A setembro USEPA. Stormwater Best management practice design guide. Volume 3- Basin Best management practices. EPA/600/R-04/121B setembro USEPA. Stormwater Best management practice design guide. Volume 1- General Considerations EPA/600/R-04/121 setembro