SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA NÃO-CONVENCIONAIS

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1 LUCIANO CASTRO DA SILVA SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA NÃO-CONVENCIONAIS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental. SÃO PAULO 2004

2 LUCIANO CASTRO DA SILVA SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA NÃO-CONVENCIONAIS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental. Orientador: Prof. MSc. Sidney Lazaro Martins SÃO PAULO 2004

3 i AGRADECIMENTOS A todo corpo docente do curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi, pelos ensinamentos transmitidos durante o curso, principalmente ao professor Sidney Lazaro Martins, que me orientou e auxiliou na execução deste trabalho. Agradecimento especial à minha esposa pelo incentivo e apoio, além de paciência e compreensão durante todos os anos de estudos; à minha família pela formação, educação e pelo apoio dados durante a vida que foram importantes para a concretização desta importante conquista; e a Deus por ter me agraciado com saúde para que eu fosse capaz de atingir meus objetivos e continuar progredindo cada dia mais na esperança de poder contribuir para um dia vivermos em um mundo melhor.

4 ii RESUMO Os grandes centros urbanos sofrem uma constante expansão, que agravado pela falta de planejamento prévio, sobrecarregam os sistemas de drenagem existentes. As obras de ampliações ou adequações destes sistemas, diversas vezes tornam-se inviáveis de serem executadas devido aos altos custos econômicos, sociais e ambientais envolvidos. Dessa forma, algumas técnicas de drenagem tidas como não-convencionais, por se opor aos conceitos convencionais de drenagem, que visam às canalizações e rápido escoamento das águas, surgem como soluções viáveis a serem implantadas para a adequação dos sistemas de drenagem existentes. Esses sistemas de drenagem não-convencionais objetivam principalmente o retardamento dos escoamentos, através de melhorias nas condições de infiltração da água no solo, retenções em reservatórios, dentre outras técnicas. Portanto, este trabalho apresenta um breve relato sobre os principais conceitos de drenagem urbana, e descreve sobre diversas técnicas de drenagem não-convencionais, tratando ainda sobre o reuso de água, focalizado para o reaproveitamento de águas de chuva. Palavras Chave: Drenagem Urbana; Drenagem Urbana Não-Convencional; Retenção; Reaproveitamento de água de chuva.

5 iii ABSTRACT The large urban centers suffer a continued expansion, which aggravated by the lack of early planning, overload the existing drainage systems. The projects for amplification or adequacy of such systems become unfeasible to be built due to the high economical, social and environmental costs involved. Therefore, some drainage techniques deemed as non-conventional for being opposed to the conventional drainage concepts aimed at channeling and quick flow of waters, arise as feasible solutions to be implemented for adequacy of existing drainage systems. These nonconventional drainage systems are mostly intended to delay the flow, through enhancing water infiltration into the soil, retention into reservoirs, among other techniques. Therefore, this paper presents a brief report on the major concepts of urban drainage, and describes several non-conventional drainage techniques, also addressing water reuse focused on reuse of rainfall waters. Key-words: Urban Drainage; Non-Conventional Urban Drainage; Retention; Rainfall Water Reuse.

6 iv LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 5.1: Ciclo Hidrológico...6 Figura 5.2: Montante e Jusante...8 Figura 5.3: Hidrograma...9 Figura 5.4: Hidrograma de áreas urbanizadas...11 Figura 5.5: Características do balanço hídrico numa bacia urbana...12 Figura 5.6: Fases da degradação da drenagem natural...13 Figura 5.7: Estrutura do Plano Diretor de Drenagem Urbana...14 Figura 6.1: Alternativas não-convencionais em drenagem Urbana...17 Figura 6.2: Hidrograma: Canalização x Natural...20 Figura 6.3: Superfície de Infiltração com Trincheira de Infiltração...25 Figura 6.4: Valeta Aberta com Dispositivo de Percolação...26 Figura 6.5: Detalhe de uma Bacia de Percolação...27 Figura 6.6: Detalhe de Trincheira de Infiltração...28 Figura 6.7: Vala de Infiltração...29 Figura 6.8: Detalhes de Pavimentos Permeáveis...31 Figura 6.9: Esquema do MR proposto por Schilling para condutores de telhados...33 Figura 6.10: Técnicas utilizadas para a melhoria dos MR...33 Figura 6.11: Efeito da Retenção dos picos de enchentes...36 Figura 6.12: Bacia de Detenção...37 Figura 6.13: Bacia de Retenção...38 Figura 6.14: Bacia de Sedimentação...39 Figura 6.15: Reservatório in line...39 Figura 6.16: Reservatório off line...40 Figura 6.17: Potencialização das Enchentes Urbanas em Canal Fechado...42 Figura 6.18: Impacto da construção do dique...43 Figura 6.19: Dique: Drenagem da Bacia Lateral...44 Figura 7.1: Sistema Dual de Água Fria: água potável e água não-potável...47 Figura 8.1: Rio Paraibuna...51

7 v LISTA DE TABELAS Tabela 6.1: Conceito de Canalização x Conceito de Reservação...19 Tabela 6.2: Porosidade efetiva de solos / pavimentos...24

8 vi LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABRH CESAMA CETE CETESB DAEE MR N.A. OMS PDDU PVC SUDERHSA UFRGS Associação Brasileira de Recursos Hídricos Companhia de Saneamento Municipal de Juiz de Fora - MG Centro de Estudos Tecnológicos de Equipamentos de Paris - França Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental Departamento de Águas e Energia Elétrica Micro-reservatório Nível de Água Organização Mundial da Saúde Plano Diretor de Drenagem Urbana Polivinil Carbono Superintendência de Desenvolvimento de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do Governo do Estado do Paraná Universidade Federal do Rio Grande do Sul

9 vii LISTA DE SÍMBOLOS A C I P T Q Área Coeficiente de escoamento Intensidade de precipitação Probabilidade Período de retorno de chuvas Vazão

10 viii SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivo Específico METODOLOGIA DA PESQUISA JUSTIFICATIVA DRENAGEM URBANA Conceitos Hidrológicos Variáveis Hidrológicas Conceitos de Drenagem Urbana Conseqüências da Urbanização na Drenagem Planos Diretores de Drenagem Urbana SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA NÃO-CONVENCIONAIS Retardamento dos Escoamentos Detenção / Retenção de Escoamentos Dispositivos de Contenção na Fonte com Infiltração Superfície de Infiltração Valetas Abertas Bacias de Percolação Trincheiras de Infiltração Vala de Infiltração...28

11 ix Poço de Infiltração Pavimentos Permeáveis Dispositivos de Contenção na Fonte com Detenção Micro-reservatório Telhado Reservatório Controle em Áreas Impermeabilizadas Reservatório de Detenção de Águas Pluviais (Piscininha) Reservatórios de Contenção / Retenção a Jusante Canais Abertos Polders REUSO DE ÁGUA Reaproveitamento de Águas de Chuvas Componentes Principais para Captação de Água de Chuva ESTUDO DE CASO Cidade de Juiz de Fora - MG Histórico Apresentação de Problemas Metodologia Resultados Análise Crítica CONCLUSÕES...57 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...58

12 1 1 INTRODUÇÃO Drenagem é o termo utilizado para definir as instalações destinadas ao escoamento do excesso de água, seja em rodovias, na zona rural ou na malha urbana, sendo que este estudo será focado apenas em drenagem urbana. É importante salientar que a drenagem urbana não está restrita aos aspectos técnicos impostos pelos limites da engenharia, pois a mesma compreende o conjunto de todas as medidas a serem tomadas visando-se à atenuação dos riscos e prejuízos decorrentes de inundações aos quais a sociedade está sujeita. A drenagem urbana pode ser subdividida basicamente em dois níveis, sendo a microdrenagem, constituída basicamente pelas instalações nos traçados das vias públicas, e a macrodrenagem caracterizada principalmente pelos escoamentos de fundos de vale e várzeas de inundação. Porém deve-se ressaltar que cada um desses níveis é composto por uma elevada gama de elementos que atuam de forma integrada constituindo o sistema de drenagem. Nas áreas urbanas, simultaneamente à expansão das cidades, o sistema de drenagem, principalmente de macrodrenagem, tende a tornar-se insuficiente, devido principalmente ao aumento da impermeabilização da bacia. Como normalmente nas áreas de fundo de vale estão localizadas importantes artérias viárias, cercadas de intensa ocupação, a expansão ou adequação do sistema de macro-drenagem através de técnicas convencionais, muitas vezes, tornase inviável devido aos altos custos sociais, econômicos e ambientais envolvidos. Dessa forma, a aplicação de novas soluções estruturais, tidas como sistemas de drenagem não-convencionais, vêm sendo gradativamente incorporadas aos sistemas de drenagem existentes, visando a adequação desses sistemas, através do retardamento dos escoamentos, retenções em reservatórios, melhoria das condições de infiltração de água, dentre outras soluções.

13 2 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral A constante expansão ocorrida nos grandes centros urbanos, aliada a falta de planejamento para uma ocupação ordenada, geram uma maior impermeabilização das bacias e conseqüentemente, sobrecarregam os sistemas de drenagens existentes, principalmente os sistemas de macrodrenagem. A adequação do sistema de drenagem através de técnicas convencionais torna-se, muitas vezes, inviável devido aos altos custos sociais, econômicos e ambientais envolvidos. Sendo assim, as soluções através de sistemas de drenagem nãoconvencionais surgem como uma importante alternativa para o controle dos deflúvios em drenagem urbana, possibilitando maior controle sobre a qualidade d água, além da adequação com sistemas existentes. 2.2 Objetivo Específico No Brasil, os sistemas de drenagens não-convencionais vêm sendo incorporados aos sistemas existentes, porém muitos princípios ainda precisam ser adotados, principalmente através de medidas de controle não-estruturais. Sendo assim, este trabalho tem por objetivo abordar as possibilidades de controle de deflúvios, através de alternativas de drenagem não-convencionais, seus conceitos e suas formas de aplicações.

14 3 3 METODOLOGIA DA PESQUISA O trabalho foi baseado em uma revisão bibliográfica referente aos conceitos de drenagem urbana, suas definições, variáveis e características hidrológicas. Além de bibliografias, normas técnicas, teses e artigos disponíveis relacionados aos assuntos de planos diretores, controle e sistemas de drenagem urbana não-convencionais e reuso de água, focalizado para o reaproveitamento de água de chuva. São apresentados métodos de contenção, através de dispositivos na fonte com infiltração ou detenção, dispositivos à jusante; além de demonstrações sobre a importância da manutenção de canais abertos. Um estudo de caso foi utilizado para demonstrar as aplicações destes métodos de drenagem nas cidades brasileiras, diminuindo assim seus picos de cheias e adequando os sistemas de drenagem existentes ao crescimento urbano.

15 4 4 JUSTIFICATIVA A constante expansão à que são submetidos os grandes centros urbanos, gera entre outros fatores, uma grande impermeabilização da bacia e conseqüentemente uma diminuição nos tempos de concentração, ocasionando assim um aumento progressivo nas vazões afluentes. Como essa expansão geralmente ocorre sem um planejamento prévio, os sistemas de drenagens existentes ficam sobrecarregados, principalmente os sistemas de macrodrenagem, tornando-se assim insuficientes e fazendo-se necessário que sejam feitas obras de ampliações ou adequações, às quais podem tornar-se inviáveis devido aos altos custos econômicos, sociais e ambientais a serem observados. Tendo em vista tal fato, novos sistemas de drenagens foram elaborados a fim de auxiliar os sistemas de drenagens existentes. Estes novos sistemas acabaram sendo denominados de sistemas não-convencionais, pois eles se opõem às técnicas tradicionais de drenagem que induzem a aceleração dos escoamentos através de canalizações. Os sistemas de drenagem não-convencionais diferem do conceito tradicional de drenagem ou estão associadas a elas, para sua adequação ou otimização. Estes sistemas visam soluções para problemas existentes e a possibilidade de um melhor planejamento em áreas futuramente urbanizadas, através de técnicas de retardamento de escoamentos, detenção ou retenção em reservatórios, melhoria das condições de infiltração de água, dentre outras soluções. Os sistemas de drenagem não-convencionais permitem também um maior controle sobre a qualidade das águas drenadas, evitando-se que grande parte da poluição conduzida pelos escoamentos cheguem aos corpos hídricos, fator este de grande importância devido à utilização destas águas em sistemas de abastecimento à jusante, além de auxiliar na recarga de aqüíferos.

16 5 5 DRENAGEM URBANA De acordo com Cardoso Neto (2004), drenagem é o termo utilizado para definir as instalações destinadas ao escoamento do excesso de água, seja em rodovias, na zona rural ou na malha urbana. Desta forma, pode-se definir drenagem urbana como um conjunto de sistemas destinado ao escoamento das águas de chuva no meio urbano, visando a atenuação dos riscos e dos prejuízos decorrentes de inundações aos quais a sociedade está sujeita. No Brasil, muitas cidades sofrem com contínuos problemas relacionados com a drenagem das águas durante o período chuvoso. Problemas estes que acarretam elevados prejuízos sócio-econômicos à população local, tais como inundações e proliferação de doenças, além de por em risco a vida de pessoas que vivem em áreas de risco ambiental. Deve-se ressaltar que o lançamento inadequado das águas de chuva pode causar um aumento da poluição dos rios locais e que devido à impermeabilização da bacia, a infiltração natural da água no solo fica reduzida, impedindo desta forma que os lençóis subterrâneos sejam recarregados. Diversas estratégias são necessárias para solucionar estes problemas que não podem ser resolvidos simplesmente através da construção de grandes obras de drenagem, pois devem ser consideradas as conseqüências causadas pelo impacto dessas obras a jusante, evitando-se que o problema seja transferido de local. De acordo com Canholi (1995), diversos estudos realizados, principalmente por países desenvolvidos, têm apresentado um novo conceito sobre projetos de drenagem urbana. Este novo modelo incorpora técnicas inovadoras da engenharia como retenções em reservatórios, manutenção de canais abertos e de áreas permeáveis em locais como estacionamentos, dentre outros, visando atenuar as vazões de pico e possibilitando um maior controle sobre a concentração de poluentes das águas de chuva nas áreas urbanas.

17 6 Outra técnica desenvolvida, a qual é apropriada para países como o Brasil, é a armazenagem das águas de chuva em reservatórios de acumulação para posterior reuso em aguamento de jardins e praças. Existem diversas técnicas para a elaboração de um sistema de drenagem urbana, porém a escolha de um sistema de drenagem urbana adequado deve seguir diversos conceitos e critérios técnicos e econômicos, que requerem uma análise detalhada e criteriosa para se determinar o sistema de drenagem mais eficiente em cada caso estudado. Desta forma, alguns conceitos fundamentais sobre hidrologia e sistemas de drenagem fazem-se necessários para um maior embasamento teórico e melhor compreensão sobre os sistemas de drenagem não-convencionais. 5.1 Conceitos Hidrológicos O ciclo hidrológico da água possui fluxo em duas direções predominantes: vertical e longitudinal, conforme esquematizado na Figura 5.1. Figura 5.1: Ciclo Hidrológico (BRAGA, 2002)

18 7 O fluxo vertical caracteriza-se pelos processos de precipitação e evapotranspiração, enquanto o fluxo longitudinal é caracterizado pelo escoamento na direção dos gradientes da superfície, quando dos escoamentos superficiais e em canais, e do subsolo quando o escoamento for subterrâneo. Durante a precipitação, a água que atinge o solo pode infiltrar ou escoar superficialmente dependendo da capacidade do solo em infiltrar. Essa capacidade depende de condições variáveis, como a quantidade de umidade já existente, das características do solo e principalmente do uso e ocupação deste solo. A água que infiltra, pode percolar para o aqüífero ou gerar um escoamento subsuperficial ao longo dos canais internos do solo, desaguando na superfície ou em um curso d água. E a água que escoa superficialmente converge para os rios que formam a drenagem principal das bacias hidrográficas. O escoamento em rios depende de várias características físicas tais como declividade, rugosidade, seção de escoamento e obstruções ao fluxo. Os rios tendem a moldar dois leitos, sendo um leito menor, por onde escoa na maior parte do ano, e outro maior que o rio ocupa durante épocas de cheias e em algumas enchentes. Paralelamente aos processos naturais descritos, deve-se considerar a interferência do homem que conforme aumenta a ocupação da bacia, altera esses processos naturais causando diversas alterações nos fenômenos naturais Variáveis Hidrológicas Montante e Jusante A denominação montante refere-se à seção de rio correspondente ao trecho de onde vem o escoamento, enquanto que jusante corresponde o trecho por onde o fluxo escoa, conforme exemplificado na Figura 5.2.

19 8 Figura 5.2: Montante e Jusante (TUCCI; SILVEIRA, 2001, p. 17) Probabilidade e período de retorno Através de dados históricos sobre vazões ou níveis coletados ao longo de vários anos num determinado local, estima-se a probabilidade de que uma determinada vazão ou nível seja igualado ou superado em um ano qualquer. O período de retorno constitui-se do inverso dessa probabilidade, calculado por: 1 T =, onde T é o período de retorno e P é probabilidade. P Tempo de concentração É definido como o tempo gasto por uma gota de água para escoar superficialmente do ponto mais distante da bacia até a seção principal da mesma. Escoamento Segundo Tucci e Silveira (2001), os processos de escoamento num rio, canal ou reservatório, variam de acordo com o tempo e o espaço. Para dimensionar ou conhecer uma situação limite, muitas vezes admite-se que o escoamento ocorre em regime permanente, ou seja, admite-se que não existe variação no tempo.

20 9 Ainda segundo os autores, os escoamentos em rios dependem de dois conjuntos principais de fatores: a) controle de jusante: definem a declividade da linha de água. Os controles de jusante podem ser estrangulamentos do rio devido a pontes, aterros, mudança de seção, reservatórios, oceano. Esses controles reduzem a vazão de um rio independentemente da capacidade local de escoamento; b) controles locais: definem a capacidade de cada seção do rio de transportar uma quantidade de água. A capacidade local de escoamento depende da área da seção, da largura, do perímetro e da rugosidade das paredes. Quanto maior a capacidade de escoamento, menor o nível de água. Hidrograma É o gráfico composto pela variação da vazão na seção de saída de uma bacia hidrográfica ao longo do tempo devido à precipitação sobre esta bacia. Figura 5.3: Hidrograma (TUCCI; SILVEIRA, 2001, p. 20)

21 10 Conforme observa-se na Figura 5.3, durante a precipitação o escoamento superficial concentra a maior parte do escoamento e esgota-se rapidamente ao final desse período, enquanto o escoamento subterrâneo contribui com uma vazão menor, porém durante um período muito mais longo, o que garante a vazão no rio durante o período de estiagem. 5.2 Conceitos de Drenagem Urbana A drenagem urbana tradicional surge da necessidade de se direcionar as águas provenientes de precipitações em áreas urbanas aos seus efluentes naturais. Desta forma, devido à grande impermeabilização gerada pela urbanização da bacia aliada às obstruções dos percursos naturais, torna-se necessário um sistema de drenagem para conduzir esses deflúvios aos seus efluentes. Assim a drenagem urbana pode ser subdividida basicamente em dois níveis, sendo a microdrenagem, constituída basicamente pelas instalações nos traçados das vias públicas, e a macrodrenagem caracterizada principalmente pelos escoamentos de fundos de vale e várzeas de inundação. Segundo Martins (1995), as estruturas de macrodrenagem são destinadas à condução final das águas captadas pela microdrenagem (ruas, sarjetas, valas e galerias), sendo na zona urbana correspondente à rede de drenagem natural préexistente à ocupação, composta anteriormente pelos córregos, riachos e rios localizados nos talvegues e vales. 5.3 Conseqüências da Urbanização na Drenagem Segundo Pompêo (2000), enchentes são fenômenos naturais que ocorrem periodicamente em cursos d água devido a chuvas de grande intensidade.

22 11 Em áreas urbanas, as enchentes podem ser ocasionadas por estas chuvas intensas de grande período de retorno, ou devido a transbordamentos de cursos d água provocados por mudanças no equilíbrio no ciclo hidrológico em regiões a montante das áreas urbanas, ou devido à própria urbanização da bacia. De acordo com Martins (1995), a medida que as áreas são urbanizadas e conseqüentemente executam-se obras de microdrenagem, as vazões afluentes aos receptores aumentam devido à redução dos tempos de concentração, conforme observa-se na Figura 5.4. Figura 5.4: Hidrograma de áreas urbanizadas (TUCCI et al., 1995, p. 18) Dessa forma, o balanço hídrico da bacia se altera devido ao aumento significativo do escoamento superficial e pela redução da recarga natural dos aqüíferos e da evapotranspiração. De acordo com Tucci et al. (1995), o balanço hídrico de uma área urbana, considerando-se apenas a entrada da água da precipitação, pode ser representado conforme a Figura 5.5.

23 12 Figura 5.5: Características do balanço hídrico numa bacia urbana (OECD, 1986 apud TUCCI et al., 1995, p. 284) Além dos fatores apresentados, segundo Martins (1995), existem ainda outras razões que levam a necessidade da implantação ou ampliação das vias de macrodrenagem, que devem ser destacadas: A ocupação dos leitos secundários de córregos, cuja utilização dá-se apenas por ocasião das cheias; O aumento da taxa de aporte de sedimentos, devido ao desmatamento e manejo inadequado dos terrenos, e a detritos, como rejeitos industriais e lixo, lançados diretamente sobre os leitos;

24 13 A necessidade de ampliação da malha viária em vales ocupados; Saneamento de áreas alagadiças. Assim, observa-se que a degradação da drenagem natural ocorre geralmente devido a um gerenciamento inadequado, tanto na ocupação da bacia como na conservação de sua qualidade ambiental, ocasionadas pela falta de controle sobre a impermeabilização dos solos, pela disposição inadequada de lixo e outros rejeitos, ausência de planejamento de expansão viária, além de outros aspectos relativos à manutenção e conservação de leitos. A Figura 5.6 ilustra a degradação da drenagem natural pela ocupação urbana, primeiramente através da ocupação do leito secundário, seguido pela instalação da malha viária. Figura 5.6: Fases da degradação da drenagem natural (MARTINS, 1995, p. 170)

25 Planos Diretores de Drenagem Urbana De acordo com Tucci (2001), a estrutura básica de um PDDU (Plano Diretor de Drenagem Urbana) é composta por um conjunto básico de informações de entrada, e a interface com os demais Planos da cidade, legislação vigente e regulamentação da cidade, conforme apresentado na Figura 5.7. Figura 5.7: Estrutura do Plano Diretor de Drenagem Urbana (TUCCI, 2001, p. 17) É importante ressaltar que o PDDU deve incluir restrições sobre vazões à jusante, isto é, introduzir o critério de impacto zero em drenagem, de forma que as vazões ocorrentes não sejam majoradas.

26 15 O PDDU deve ser desenvolvido com base num conjunto de informações relacionadas a seguir: Cadastro da rede pluvial, bacias hidrográficas, uso e tipo de solo das bacias, entre outros dados físicos; Planos que apresentam interface importante com a Drenagem Urbana. Plano de Desenvolvimento Urbano da cidade, Plano de Saneamento ou esgotamento sanitário, Plano de Controle de Resíduos Sólidos e Plano Viário; Aspectos institucionais: Legislação municipal relacionada com o Plano Diretor Urbano e meio ambiente; Legislação estadual de recursos hídricos e Legislação federal; Gestão da drenagem dentro do município; Dados hidrológicos: precipitação, vazão, sedimentos e qualidade da água do sistema de drenagem. Conhecendo-se esse conjunto de dados básicos necessários, tem início o desenvolvimento do PDDU, através das seguintes etapas: Fundamentos: são os elementos definidores do Plano e constituídos dos objetivos, conceitos, princípios, estratégias, cenários e riscos a serem observados; Desenvolvimento do Plano: etapa onde são realizados os estudos de alternativas do Plano, baseando-se no seguinte: a) Medidas não-estruturais, representadas pela proposta da legislação municipal para conter o aumento do impacto da urbanização sobre a rede de drenagem. b) Medidas estruturais de controle para as áreas que apresentam problemas de inundação com a ocupação atual.

27 16 Produtos do Plano: são os resultados obtidos para a cidade do estudo realizado, ou seja, Legislação e/ou Regulamentação que compõem as medidas nãoestruturais, Proposta de gestão da drenagem urbana dentro da estrutura municipal de administração, Plano de controle das bacias hidrográficas urbanas e Plano de Ações contendo as medidas a serem tomadas ao longo do tempo. Programas: são os estudos complementares de médio e longo prazo para a cidade recomendados no Plano, visando melhorar as deficiências encontradas na elaboração do mesmo.

28 17 6 SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA NÃO-CONVENCIONAIS Conforme Canholi (1995), as soluções não-convencionais em drenagem urbana podem ser entendidas como estruturas, obras, dispositivos ou ainda conceitos diferenciados de projetos. São soluções que diferem do conceito tradicional de canalização, ou estão associadas a elas, para sua adequação ou otimização do sistema de drenagem. A Figura 6.2 apresenta uma comparação esquematizada entre os sistemas de drenagem não-convencionais e os sistemas de drenagens tradicionais. Figura 6.1: Alternativas não-convencionais em drenagem Urbana (CANHOLI, 1995)

29 18 Walesh (1989) apud Canholi (1995), classifica as diretrizes gerais de projeto de drenagem urbana em conceito de canalização e conceito de reservação. A partir dessa classificação, uma comparação entre as características dos dois conceitos é apresentada na Tabela 6.1. É importante ressaltar a necessidade de restringir às vazões à jusante, introduzindo o critério de impacto zero em drenagem, de forma que as vazões ocorrentes não sejam majoradas. Essa é uma das vantagens do conceito de reservação citado por Walesh, que possibilita uma adequação dos sistemas de drenagem existentes e permite um maior controle sobre a qualidade das águas drenadas. O conceito de canalização, refere-se a pratica da canalização convencional adotada durante muito tempo, baseada na implantação de galerias e canais em concreto, ao tamponamento dos córregos, à retificação de traçados e demais intervenções visando principalmente o afastamento rápido dos escoamentos, utilizando-se ainda os fundos-de-vale como artérias de tráfego, tanto nas laterais dos canais como por sobre os mesmos, ocasionando assim uma restrição da capacidade de escoamento do corpo hídrico simultaneamente a diminuição do tempo de concentração e ao aumento das vazões. Dessa forma, em muitos casos, esse conceito torna-se ineficiente à medida que a bacia é urbanizada, uma vez que a urbanização desenvolve-se normalmente de jusante para montante. E à medida que a bacia se urbaniza, os picos de vazão nas canalizações a jusante aumentam, e as obras para adequação das capacidades torna-se difícil ou inviáveis de serem executadas devido à própria urbanização nas áreas ribeirinhas aos córregos. Assim o uso de soluções alternativas, tidas como sistemas de drenagem nãoconvencionais, apresentam soluções para os problemas em sistemas de drenagem existentes e possibilitam um melhor planejamento em áreas futuramente urbanizadas, através de técnicas a serem apresentadas.

30 19 Tabela 6.1: Conceito de Canalização x Conceito de Reservação (WALESH, 1989 apud CANHOLI, 1995, p. 3-2)

31 Retardamento dos Escoamentos A aceleração dos escoamentos provocado pela impermeabilização das bacias e pelas canalizações em canais, comuns nos sistemas de drenagem convencionais, gera um aumento significativo nos picos de vazão da bacia, conforme observa-se na Figura 6.2. Figura 6.2: Hidrograma: Canalização x Natural (Adaptado de TUCCI et al., 1995, p. 18) Porém através de algumas técnicas de retardamento dos escoamentos, visando à ampliação dos tempos de concentração, através do aumento do tempo de percurso dos fluxos, consegue-se a redução destes picos de vazão. De acordo com Canholi (1995) para se obter essa ampliação dos tempos de concentração, as seguintes medidas podem ser tomadas: Maior manutenção possível dos traçados naturais, fixando-se as curvas e eventuais alargamentos existentes, conseguindo-se a majoração da capacidade através da ampliação das calhas; Redução das declividades a partir da introdução de degraus, ou quando possível, manter as declividades naturais;

32 21 Adoção de revestimentos rugosos como gabiões, enrocamentos ou naturais, como vegetação e grama, compatíveis com as velocidades que se pretenda manter; Dotar a seção hidráulica de patamares (seções mistas), mantendo-se os escoamentos mais freqüentes no leito menor. No leito maior deve ser incentivada a sua utilização como parques e áreas de lazer, implantando-se vegetação arbustiva e gramados, adotando-se medidas de combate as cargas difusas de poluentes; Para o escoamento de base, pode-se adotar uma canaleta no fundo da calha em pedra argamassada ou revestida em concreto para proteção contra erosão de pé, e facilitar os trabalhos de manutenção. 6.2 Detenção / Retenção de Escoamentos Dentre as mais significativas técnicas não-convencionais de drenagem, está a utilização de obras ou dispositivos que favoreçam a reservação de escoamentos, através de detenção ou retenção dos mesmos. A principal finalidade desta técnica é buscar a redução do pico das enchentes, utilizando para isso o amortecimento das cheias, através do armazenamento dos volumes escoados. Ressaltando que as estruturas utilizadas nesta técnica podem também possuir outros usos, tais como recreação, lazer e melhoria à qualidade da água armazenada. Segundo Urbonas e Staher (1992) apud CANHOLI (1995), as obras e dispositivos de reservação podem ser divididos em dois grupos principais, de acordo com sua localização no sistema de drenagem. Estes grupos são classificados como contenção na fonte e contenção a jusante.

33 22 a) Contenção na Fonte: são dispositivos de pequenas dimensões e localizados próximos aos locais onde provem os escoamentos, possibilitando assim um melhor aproveitamento do sistema de drenagem a jusante. As vantagens e desvantagens deste método são: Compostos normalmente por pequenas unidades de reservação, podendo assim haver uma padronização; Alocação de custos pode ser simplificada, devido a menor sobrecarga para cada área controlada, e a relação direta entre área urbanizada e deflúvio que pode ser estabelecida; Os custos com manutenção e operação podem ser elevados devido ao grande número de unidades; Avaliação de desempenho global para dimensionamento e projeto, pode tornar-se complexo e gerar incertezas. A contenção na fonte pode ainda ser subdividida em três diferentes tipos: Disposição no local: constituídos por obras, estruturas e dispositivos que favorecem a infiltração e a percolação; Controle de entrada: constituído por dispositivos que restringem a entrada na rede de drenagem, como através de válvulas nos telhados e o controle nas captações das áreas de estacionamento e pátios; Detenção no local: constituído por pequenos reservatórios ou bacias para armazenamento temporário de escoamentos produzidos em áreas restritas e próximas.

34 23 b) Contenção a jusante: são reservatórios que visam controlar os deflúvios provenientes de partes significativas da bacia. De forma geral, podem ser classificados de acordo com seu posicionamento e função nos sistemas de drenagem como sendo in line ou off line. Os reservatórios denominados in line localizam-se na linha principal do sistema ou estão conectados em série com o sistema, enquanto que os reservatórios off line ficam localizados em paralelo com a linha principal do sistema, sendo assim utilizado para desvios dos escoamentos. 6.3 Dispositivos de Contenção na Fonte com Infiltração Compõe-se de dispositivos estruturais voltados ao controle em lotes residenciais e vias de circulação, que devolvem a bacia sua capacidade de infiltração e percolação perdidas devido à impermeabilização. Tem como objetivo principal reduzir os picos de vazões no sistema de drenagem, tendo também a finalidade de reduzir os escoamentos superficiais, promover uma melhoria na qualidade da água, contribuir com a recarga de aqüíferos e possibilitar a utilização das águas reservadas. Segundo Agra (2001), as estruturas de infiltração podem ser projetadas de forma a não ficarem expostas, estando descobertas ou cobertas com grama ou outro revestimento permeável. O que permite uma boa integração com o espaço urbano, podendo ser implantadas em praças, parques, ao longo de calçadas ou ruas. Canholi (1995) ressalta que a capacidade de absorção de um solo depende de inúmeros fatores, dentre os quais temos: cobertura vegetal, tipo de solo, condições do lençol freático e a qualidade das águas de drenagem. A quantidade de água que pode infiltrar em um determinado solo depende da porosidade efetiva do mesmo, isto é, da quantidade de água que um solo saturado pode drenar.

35 24 A Tabela 6.2 apresenta alguns valores de porosidade efetiva: Tabela 6.2: Porosidade efetiva de solos / pavimentos (URBONAS et al., 1992 apud CANHOLI, 1995, p. 3-7) Ainda segundo o autor, para a obtenção da adequação do terreno para disposição das águas drenadas, devem ser observadas as condições do lençol freático. Para isso as seguintes informações devem ser verificadas: Distância entre a superfície do terreno e o lençol freático; Declividade da superfície freática; Profundidade e direção do fluxo subterrâneo, incluindo as zonas de entrada e saída; Variação do N.A. (nível da água) durante o ano.

36 Superfície de Infiltração Constitui-se na forma mais simples de dispositivos de drenagem de contenção na fonte, onde as águas drenadas percorrem uma superfície coberta por vegetação para que a mesma infiltre no solo. Em áreas com subsolo argiloso ou pouco drenantes podem ser instalados subdrenos, evitando assim que surjam locais com água parada. Segundo Tucci e Genz (1995), o dimensionamento desta superfície pode ser obtido através da equação que estabelece a vazão em função da intensidade da precipitação (I), do coeficiente de escoamento (C) e da área (A). O volume correspondente à duração t da intensidade é obtido por: V = 0, C. P. A Onde: P = I. t, em mm; I em mm/h; t, a duração em h; A, em m² e V, em m³. A Figura 6.3 esquematiza uma superfície de infiltração em conjunto com uma vala de infiltração. Figura 6.3: Superfície de Infiltração com Trincheira de Infiltração (SIEKER, 1984 apud TUCCI e GENZ, 1995, p. 293)

37 Valetas Abertas Segundo Canholi (1995), são valetas revestidas em grama, adjacentes a ruas e estradas, bem como junto a áreas de estacionamento, que visam facilitar a infiltração. Podem ainda ser complementadas com trincheiras de infiltração. A proteção de tais valetas com vegetação é importante para a conservação da superfície mais permeável do solo, que pode tornar-se impermeável devido a decantação de partículas finas. Assim, pode ser necessário eventuais limpezas para a retirada do material acumulado, restaurando-se a capacidade de infiltração. A Figura 6.4 mostra um detalhe construtivo de vala aberta gramada em conjunto com um dispositivo de percolação. Figura 6.4: Valeta Aberta com Dispositivo de Percolação (URBONAS e STAHRE, 1993 apud TUCCI e GENZ, 1995, p. 295)

38 Bacias de Percolação A utilização de bacias de percolação para a disposição de drenagem iniciou-se nos anos 70, conforme relata Urbonas (1992) apud Canholi (1995). Uma bacia de percolação é construída através da escavação de uma valeta que posteriormente é preenchida com brita ou cascalho, sendo sua superfície posteriormente reaterrada. O material granular promove a reservação temporária do escoamento, enquanto a percolação se processa lentamente para o sub-solo. Porém, este método necessita que o lençol freático seja baixo, criando-se assim espaço para esse armazenamento de água. Em local com lençol freático alto, este tipo de dispositivo não é recomendado. Figura 6.5: Detalhe de uma Bacia de Percolação (URBONAS e STAHRE, 1993 apud TUCCI e GENZ, 1995, p. 297)

39 Trincheiras de Infiltração As trincheiras de infiltração são dispositivos de drenagem do tipo controle na fonte e tem seu princípio de funcionamento no armazenamento da água por tempo suficiente para sua infiltração no solo. (AGRA, 2001) São estruturas lineares, isto é, possui um comprimento muito superior a sua largura e tem por função principal ser um reservatório de amortecimento de cheia, possuindo um excelente desempenho devido ao favorecimento da infiltração e conseqüentemente da redução dos volumes escoados. São formadas por valetas preenchidas com material granular (seixo, brita ou outro material similar), contém um filtro de geotêxtil que é colocado envolvendo o material de enchimento, sendo recoberto por uma camada de seixos, formando assim uma superfície drenante, conforme detalhe apresentado na Figura 6.6. Figura 6.6: Detalhe de Trincheira de Infiltração (FUJITA, 1984 apud TUCCI e GENZ, 1995, p. 299) Vala de Infiltração As valas de infiltração constituem um sistema de condução, formado por depressões lineares, gramadas ou com solo nu, funcionando como um canal, promovendo uma desaceleração do escoamento e possibilitando a infiltração parcial da água do escoamento superficial. (SCHUELER et al., 1992 apud AGRA,2001)

40 29 Segundo os autores, é conveniente também a construção de pequenas barragens, para favorecer assim a infiltração e possibilitar a remoção de poluentes por filtragem. Ressaltando que o excesso de escoamento superficial, isto é, a parcela de água que não infiltrou, seja direcionada à rede pluvial. SUDERHSA (2000) apud AGRA (2001) recomenda a utilização destas valas em lotes residenciais, loteamentos e parques, porém as valas devem ter uma declividade máxima de 5%, evitando-se assim velocidades de escoamento acentuadas. Desta forma as valas podem substituir a canalização convencional. Figura 6.7: Vala de Infiltração (URBONAS e STAHRE, 1993 apud TUCCI e GENZ, 1995, p. 295) Poço de Infiltração Poço de infiltração é uma estrutura destinada ao armazenamento e favorecimento da infiltração de água proveniente do escoamento superficial. É semelhante a trincheira de infiltração, porém não se trata de uma estrutura linear, mas de uma estrutura pontual e vertical, que possibilita a infiltração na direção radial. (CETE, 1993 apud AGRA, 2001) O poço pode ser executado sem preenchimento, sendo necessário que as paredes do poço sejam estabilizadas, ou preenchido com material poroso. A escolha do tipo

41 30 de preenchimento deve ser feita em função do volume projetado para o armazenamento. É importante ressaltar que embora a capacidade de armazenamento dos poços seja pequena, existe a possibilidade dessa estrutura ser associada com outras, como pavimentos permeáveis, trincheira e vala de infiltração, buscando assim camadas mais profundas do solo e com maior capacidade de absorção Pavimentos Permeáveis Urbonas (1993) apud Agra (2001) afirma que o pavimento permeável é um dispositivo de infiltração onde o escoamento superficial é desviado através de uma superfície permeável para dentro de um reservatório de pedras localizado sob a superfície do terreno. Segundo Schueller (1987) apud Araújo (1999), os pavimentos permeáveis são compostos por duas camadas de agregados (uma de agregado fino ou médio e outra de agregado graúdo) mais a camada do pavimento permeável propriamente dito. O escoamento infiltra rapidamente na capa ou revestimento poroso (espessura de 5 a 10 cm), passa por um filtro de agregado de 1,25 cm de diâmetro e espessura de aproximadamente 2,5 cm e vai para uma câmara ou reservatório de pedras mais profundo com agregados de 3,8 a 7,6 cm de diâmetro. A capa de revestimento permeável somente age como um conduto rápido para o escoamento chegar ao reservatório de pedras. O escoamento, neste reservatório, poderá então ser infiltrado para o subsolo ou ser coletado por tubos de drenagem e transportado para uma saída. Assim, a capacidade de armazenamento dos pavimentos porosos é determinada pela profundidade do reservatório de pedras subterrâneo (mais o escoamento perdido por infiltração para o subsolo).

42 31 Urbonas (1993) apud Araújo (1999) classificam os pavimentos permeáveis basicamente em três tipos: Pavimento de asfalto poroso; Pavimento de concreto poroso; Pavimento de blocos de concreto vazado preenchido com material granular, como areia ou vegetação rasteira, como grama. Figura 6.8: Detalhes de Pavimentos Permeáveis (URBONAS e STAHRE, 1993 apud TUCCI e GENZ, 1995, p. 301) Os autores mencionam ainda que não existem limitações para o uso do pavimento permeável, exceto quando a água não pode infiltrar para dentro do subsolo devido à baixa permeabilidade do solo ou nível alto do lençol freático for alto, ou ainda se houver uma camada impermeável que não permita a infiltração.

43 32 A utilização dos pavimentos permeáveis, pode gerar uma redução dos volumes escoados e do tempo de concentração similares às condições de pré-urbanização, ou ainda, dependendo das características do subsolo, condições melhores que as naturais, desde que utilizado racionalmente, respeitando seus limites físicos, e desde que seja conservado periodicamente (trimestralmente) com uma manutenção preventiva. (ARAÚJO, 1999) 6.4 Dispositivos de Contenção na Fonte com Detenção São estruturas compensatórias que se propõem a restituir à bacia o armazenamento natural perdido após o processo de urbanização. (AGRA, 2001) Em alguns casos, estas estruturas podem funcionar como estruturas mistas, permitindo também a infiltração de parte da água armazenada no solo. Podendo ser projetados tanto nos sistemas de macrodrenagem como na detenção na fonte. Agra (2001) ressalta ainda um arranjo paisagístico urbano que aproveite as áreas destinadas a detenção como áreas de lazer, tais como quadra de esporte, pista de patinação, entre outros usos Micro-reservatório Constitui-se de uma estrutura de detenção para controle na fonte, atuando no local onde o escoamento é gerado. Este dispositivo pode captar a água proveniente de todo um lote ou apenas de telhados. (GENZ, 1994 apud AGRA, 2001). De forma geral, os MR (micro-reservatórios) são estruturas simples com formato de caixas, podendo ser executada em diversos tipos de materiais, tais como concreto, alvenaria, PVC, etc.

44 33 Encontram-se normalmente enterrados, porém podem ser aparentes, caso haja limitação de altura devido à rede de drenagem. E possuem uma estrutura de descarga como orifício. Suas grandes vantagens encontram-se na grande eficiência e os pequenos volumes necessários para o amortecimento dos hidrogramas de cheia. Figura 6.9: Esquema do MR proposto por Schilling para condutores de telhados (SCHILLING, 1982 apud AGRA, 2001, p. 34) Figura 6.10: Técnicas utilizadas para a melhoria dos MR (NICHOLAS, 1995 apud AGRA, 2001, p. 36)

45 Telhado Reservatório Trata-se de um dispositivo que objetiva a compensação do efeito da impermeabilização, através da própria estrutura impactante, que no caso é o telhado. Podem ser obtidos através da previsão de um sistema de calhas e condutores com capacidade de armazenamento, que é controlado através de válvulas especiais. Telhas ou mesmo estruturas de cobertura em concreto, com capacidade de armazenar água de chuva também podem ser utilizados com tal objetivo. Segundo Azzout (1994) apud Agra (2001), o telhado reservatório funciona como um reservatório que armazena provisoriamente as águas da chuva e a libera gradualmente à rede pluvial, através de um dispositivo de regulação específico. Ainda segundo esse autor, as vantagens da utilização deste método num controle local de escoamento encontram-se na economia da rede pluvial, na diminuição de risco de inundação e uma conveniente adequação nas áreas urbanizadas, pois agrega mais uma função a uma estrutura já necessária. Porém deve-se ressaltar as desvantagens existente neste método, que incluem o aumento de manutenção no telhado, restrição de inclinação (devendo ter no máximo 2%), grande dificuldade de adaptação em telhados existentes, custo elevado e necessidade profissionais especializados Controle em Áreas Impermeabilizadas Locais com grandes áreas impermeabilizadas, tais como estacionamentos, pátios de manobra, praças públicas e centros esportivos, tendem a gerar elevados picos de deflúvios.

46 35 Segundo Canholi (1995), além da introdução da prática de ampliarem-se ás áreas permeáveis nestes locais, tais áreas também podem conter dispositivos ou estruturas que reservem estes escoamentos, tanto através da inundação controlada em certos pontos das mesmas como da implantação de reservatórios. Para obter-se o retardamento do acesso de deflúvio à rede de drenagem podem ser instaladas obstruções especialmente projetadas nas caixas de coleta, de forma que próximo às captações se mantenha um alagamento controlado. Através da previsão de depressões em praças públicas, estacionamentos e outros locais, pode-se obter tal retardamento de forma ainda mais controlada. Além destes locais terem condições de dispor de um espelho d água permanente com um volume de espera Reservatório de Detenção de Águas Pluviais (Piscininha) Em 04/01/02 foi promulgada a Lei Municipal /01, que tornou obrigatória a construção de reservatórios de retenção de águas pluviais (piscininhas) em obras a serem executadas que causem a impermeabilização de áreas maiores que 500 m² na cidade de São Paulo. Com essa lei, novas edificações que forem construídas no município de São Paulo, devem ser providas de um reservatório para detenção de águas pluviais durante o pico das chuvas, para posteriormente ser esvaziado lançando suas águas no sistema de micro-drenagem. O sistema de esvaziamento pode ser feito por meio de bombas, o que não é muito seguro, visto que pode haver queda de energia, ou mesmo falhar as bombas, o que implica no não esvaziamento do reservatório, ou por gravidade, se essa solução for possível.

47 36 Para a construção do reservatório em edifícios novos, pode-se executar o reservatório em concreto armado, porém necessita-se de uma área considerável para sua disposição, ou pode ser executado através de reservatórios longitudinais. Os reservatórios longitudinais podem ser executados de diferentes maneiras, tais como sendo compostos por tubos de concreto justapostos; a partir de uma vala no chão, posteriormente revestida por alvenaria e tampada com lajes pré-moldadas de concreto; abaixo do nível do subsolo; ou até mesmo com a utilização de tubos de PVC moldados no próprio canteiro de obra, que são denominados Rib-Loc. Deve ser feito um estudo particular para cada caso, buscando a melhor solução através da viabilidade técnica e econômica, considerando vantagens e desvantagens de alternativa. 6.5 Reservatórios de Contenção / Retenção a Jusante De acordo com Canholi (1995), as estruturas de contenção ou retenção dos deflúvios a jusante visam controlar os escoamentos de bacia ou sub-bacias de drenagem, constituindo-se assim em obras de maior importância e significado na intervenção urbana, pois é através desta reservação dos volumes escoados que obtem-se o amortecimento dos picos das enchentes. (ver Figura 6.12). Figura 6.11: Efeito da Retenção dos picos de enchentes (CANHOLI, 1995)

48 37 A detenção de escoamentos é importante tanto para o controle da quantidade quanto da qualidade das águas drenadas nas vias urbanas. A filosofia atual do gerenciamento de sistemas de drenagem urbana inclui obrigatoriamente o controle de qualidade das águas coletadas, nos países do primeiro mundo. Dentro desta nova condicionante, diversas obras de detenção já implantadas foram modificadas ou adaptadas para atenderem a este requisito complementar. Destaque-se que nos locais onde os esgotos sanitários e industriais recebem conveniente tratamento, a contaminação pelas águas de chuva e lavagem das ruas responde pelo maior porcentual de poluição dos corpos hídricos. De acordo com Walesh (1989) apud Canholi (1995), as obras de reservação podem ser diferenciadas como bacias de detenção e bacias de retenção. Assim, de forma geral, tal conceituação pode ser entendida como: Bacias de Detenção: são obras destinadas a armazenar os escoamentos de drenagem, normalmente secas durante as estiagens, mas projetadas para reter as águas superficiais apenas durante e imediatamente após as chuvas. O tempo de detenção guarda relação apenas com os picos máximos de vazão requeridos à jusante e dos volumes armazenados (ver Figura 6.12). Figura 6.12: Bacia de Detenção (Departamento de Águas e Energia Elétrica - DAEE, 2004)

49 38 Bacias de Retenção: reservatórios de superfície que sempre contém um volume substancial de água permanente para servir as finalidades recreativas, paisagísticas, ou próprio abastecimento de água ou outras funções. O N.A. é mantido temporariamente acima dos níveis normais durante ou imediatamente após as cheias (ver Figura 6.13). Figura 6.13: Bacia de Retenção (Departamento de Águas e Energia Elétrica - DAEE, 2004) Bacia de Sedimentação (Alagadiços): reservatório que possui a função principal de reter sólidos em suspensão, detritos ou absorver poluentes que são carreados pelos escoamentos superficiais. Esta bacia de sedimentação pode ser parte de um reservatório com múltiplos usos, incluindo o de controle de cheias.