SISTEMAS INTEGRADOS: APROVEITAMENTO DE ÁGUA PLUVIAL E DRENAGEM NA FONTE Lúcia Helena de Oliveira Ricardo Prado Abreu Reis O processo de urbanização trouxe o crescimento populacional e industrial provocando o aumento da demanda e do consumo de água. Outro aspecto observado é a mudança do ciclo hidrológico nos centros urbanos, em decorrência do aumento de áreas impermeabilizadas que impedem a infiltração e o armazenamento da água pluvial no subsolo. Podemos afirmar que no cenário atual de desenvolvimento urbano temos dois problemas críticos: a escassez de recursos naturais, especialmente, a da água em decorrência da degradação de sua qualidade e as inundações ocasionadas pelo aumento das áreas impermeáveis e da deficiência dos sistemas de drenagem urbana. O mau desempenho dos sistemas convencionais de drenagem urbana indica a necessidade de implantação de ações de controle sustentáveis que contribuam para o restabelecimento do equilíbrio hidrológico e minimizem os impactos da urbanização. Algumas dessas ações podem ser iniciadas nos sistemas prediais como, por exemplo, a concepção de projetos de sistemas de águas pluviais integrados aos sistemas de água potável e aos sistemas de drenagem urbana. Desta forma, o aproveitamento da água pluvial em atividades que não necessitem de água potável pode reduzir o consumo no edifício, contribuir para o combate à escassez de água, além de controlar o escoamento superficial nas vias urbanas. Conforme a Agenda 21 do CIB (2000) um conceito mais preciso de construção sustentável seria a redução do uso de recursos naturais e a conservação da função que suporta a vida do meio ambiente, por meio de processos construtivos, edifícios e do ambiente construído sob a premissa de que a qualidade de vida seja mantida. Com base neste conceito, a gestão da água pluvial no edifício por meio de seu aproveitamento em irrigação de jardins, descarga em bacias sanitárias e, também, da infiltração no solo de seu excedente no sistema predial, contribuirá para amortecer as vazões de pico nos sistemas de drenagem urbana e reduzir o consumo de água potável. Assim, apresentamos alguns aspectos construtivos e parâmetros de projeto para um sistema de aproveitamento de água pluvial integrado a um sistema de drenagem na fonte, aqui denominado poço de infiltração. Sistema de aproveitamento de água pluvial É crescente a implantação de sistemas de captação e aproveitamento de água pluvial no Brasil e em países como Alemanha, Japão, Canadá, Índia, China além de outros do continente africano.
Em geral, esses sistemas também têm sido utilizados, principalmente na Alemanha, com o objetivo de evitar a sobrecarga no sistema de coleta unitário esgoto sanitário e água pluvial e, também o de abastecer lagos artificiais. Assim, obtém-se uma redução da vazão de água pluvial introduzida no sistema de esgoto sanitário, evitando a sobrecarga deste sistema, o que poderia causar enchentes e, conseqüentemente, problemas de saúde pública. No Brasil, uma das contribuições do aproveitamento da água pluvial em edifícios é a redução das vazões de infiltração de águas pluviais nos sistemas públicos de esgotos sanitários, que é do tipo separador absoluto. Este problema é verificado nas estações de tratamento de esgotos brasileiras nos períodos chuvosos, quando aumentam sobremaneira as vazões efluentes. Algumas pesquisas desenvolvidas mostram que os sistemas de aproveitamento de água pluvial podem gerar impacto de redução cerca de 30% do consumo de água potável e, desta forma, contribuindo para a redução da demanda no sistema público de abastecimento de água potável. Isto não ocorre na estação de tratamento de esgoto sanitário, pois a água pluvial utilizada no sistema predial é conduzida para o sistema de coleta e tratamento de esgoto sanitário, com exceção da água utilizada em irrigação. Com relação à utilização de água de pluvial em lavagem de roupas, pesquisas conduzidas na Alemanha indicaram que os resultados atenderam aos parâmetros físicos e químicos como, também, aos requisitos de higiene, exceto no caso da água captada de telhados com intensa utilização por pombos. Atualmente, a legislação de água potável alemã recomenda a previsão de dois pontos de utilização para máquinas de lavar roupa: um de água potável e outro de água não potável, cabendo ao usuário a decisão de utilizá-la ou não (Ver artigo Hydro H26. Ressalta-se que as características dos centros urbanos alemães, bem como do grau conscientização ambiental são distintos dos brasileiros. Por isso, não devemos considerar de forma simplista os sistemas prediais com o aproveitamento de fontes alternativas de água, sendo uma delas a água pluvial. Neste sentido o Comitê Brasileiro de Construção Sustentável - CBCS apresentou recentemente o seguinte posicionamento sobre esta questão: a utilização de sistemas prediais com o aproveitamento de fontes alternativas de água pode ser uma solução adequada para determinadas tipologias de edifício, desde que sejam observados critérios de projeto, execução, operação e manutenção dos sistemas; que se implante um processo de gestão monitoramento e controle e que se definam as responsabilidades pela eventual ocorrência de contaminação da água e de riscos de saúde dos usuários. Caso estes aspectos sejam negligenciados poderá haver um retrocesso no processo de difusão e evolução do emprego de sistemas de aproveitamento de fontes alternativas de água. No Brasil, várias pesquisas vêm sendo desenvolvidas e todas com objetivos de utilização da água pluvial em atividades domésticas ou industriais, mas nenhuma para sistema de aproveitamento de água pluvial integrado a um
sistema de infiltração na fonte, aumentando o controle do escoamento superficial e reduzindo os problemas causados pelas enchentes urbanas. Sistema de drenagem de águas pluviais e de controle na fonte A implantação de sistemas de drenagem de águas pluviais e de controle na fonte possibilita que em cada elemento de ocupação urbana, seja residencial, comercial ou industrial, haja redução da vazão de contribuição para os sistemas de drenagem urbana. Desta forma, o efeito multiplicativo de redução da vazão de contribuição, devido à adoção de vários pontos de controle na fonte, evitaria o aumento das vazões máximas à jusante de uma bacia hidrográfica urbana, minimizando ou impedindo a formação de cheias. Poço de infiltração de águas pluviais Os poços de infiltração são soluções de drenagem de águas pluviais na fonte, pois controlam o escoamento em lotes edificados, estacionamentos e demais áreas de pequenas dimensões solicitando menos as medidas de controle estrutural de macrodrenagem urbana. O poço de infiltração, ilustrado na Figura 1 (b), consiste de um poço similar a uma cisterna, com parede de tubos de concreto perfurados ou de alvenaria de tijolos maciço em crivo revestida externamente com manta geotêxtil e preenchida com brita n o 1 nas laterais fazendo a interface manta-solo. O fundo apresenta uma camada de brita n o 0 com espessura mínima de 30 cm, também revestida por manta geotêxtil, que serve como filtro para a água que será infiltrada no solo. (a) Figura 1 Poço de infiltração de águas pluviais. (b)
Para a execução de poços de infiltração recomenda-se o levantamento de parâmetros locais de projeto, tais como: nível do lençol freático mais elevado no período sazonal; classificação e caracterização dos índices físicos do solo local; perfil do solo até a profundidade correspondente ao sistema de infiltração; coeficiente médio de permeabilidade e taxa média de infiltração do solo; potencial de colapsibilidade do solo; tempo de retorno e tempo de concentração; índices pluviométricos; áreas de contribuição e coeficiente de escoamento superficial; vazão de projeto; determinação e quantificação da carga poluidora das águas de escoamento superficiais. Estas informações visam suprir as limitações deste sistema de drenagem pluvial, propiciando maior desempenho, dimensionamento econômico e funcional, além do cumprimento do propósito para o qual foi projetado, que é o restabelecimento do balanço hídrico local. A determinação dos parâmetros locais de projeto propostos fornece os subsídios necessários à concepção do sistema de infiltração, tais como: diâmetro do poço de infiltração; profundidade máxima do sistema de drenagem; número de unidades necessárias; capacidade de amortecimento das vazões no sistema de drenagem urbana; tempo de esvaziamento; estabilidade da estrutura do solo submetido a grandes variações de taxa de umidade; controle para evitar a contaminação do solo e lençol freático. Os poços de infiltração podem ser executados em subsolos de edifícios, conforme apresentado na Figura 2, entretanto são necessárias algumas adequações para que o sistema conduza a água de um nível abaixo da via pública para o nível da sarjeta, após o enchimento do poço.
Figura 2 - Poço de infiltração de águas pluviais em subsolos. Neste caso, o poço de infiltração deve conter sobre sua tampa de concreto uma camada de solo com altura mínima de tal forma que, através de seu peso, garanta a estanqueidade na tampa do poço de infiltração. Esta altura pode ser calculada conforme equacionamento apresentado a seguir. P = γ h (1) P = força aplicada, kn/m 2 ; γ = peso específico do solo de aterro, kn/m 3 ; h = altura da camada do solo de aterro, m. Igualando a força exercida pelo peso da água dentro do tubo vertical à força exercida pelo peso do solo de aterro, sobre a tampa do poço de infiltração, somado ao peso da própria tampa de concreto tem-se: P solo + P tampa = P água (2) P solo = força aplicada pelo solo de aterro, kn/m 2 ; P tampa = força aplicada pelo peso próprio da tampa, kn/m 2 ; P água = força aplicada pelo peso água, kn/m 2. Substituindo-se o valor de P da equação 1 na equação 2, tem-se a altura mínima de solo de aterro, expresso pela equação 4. γ h + γ h = γ h (3) solo solo tampa tampa água água
( γ água hágua ) ( γ tampa htampa ) hsolo = (4) γ solo h solo = altura da camada do solo de aterro sobre a tampa, m; h água = altura da água no poço, m; h tampa = espessura da tampa, m; γ água = peso específico água, kn/m 3 ; γ tampa = peso específico da tampa, kn/m 3 ; γ solo = peso específico do solo de aterro, kn/m 3. Além da altura do solo de aterro, deve-se executar o poço de infiltração de modo que a sua tampa fique abaixo do nível de fundo das caixas de passagem mais próximas para evitar a inundação delas, devido ao encharcamento do terreno, e possíveis afloramentos de água no subsolo. Para maior eficiência dos poços de infiltração, localizados abaixo do nível dos sistemas públicos de águas pluviais, recomenda-se a instalação de um conjunto motor-bomba com o objetivo de recalcar a água pluvial, após atingir o nível máximo, indicado por uma bóia de nível dentro do poço de infiltração. Isto possibilitará o esvaziamento do poço abaixo desse nível apenas pela sua própria capacidade de infiltração. Sistema de aproveitamento de água pluvial integrado ao sistema de infiltração O aproveitamento de água pluvial em edifícios é uma ação que, além de reduzir o consumo de água potável, contribui para a redução das vazões no sistema de drenagem urbana, diminuindo a possibilidade de enchentes. No entanto, se o sistema predial de aproveitamento de água pluvial for integrado a um sistema de infiltração do volume de água extravasada do reservatório terse-á maior redução da vazão de escoamento superficial. Desta forma, maior contribuição para a redução de enchentes urbanas, além da possibilidade de maior recarga do lençol freático e melhoramento da qualidade da água de escoamento superficial, uma vez que drenam áreas menores carreando pequenas quantidades de poluentes. A Figura 3 apresenta um esquema do sistema de aproveitamento de água pluvial integrado a um sistema de infiltração de água pluvial, denominado poço de infiltração.
Figura 3 Sistema de aproveitamento de água de chuva integrado ao sistema de drenagem de água pluvial por poço de infiltração. Dimensionamento do reservatório de água pluvial Para o dimensionamento do reservatório de água pluvial são necessários os seguintes informações: valores médios mensais de intensidades pluviométricas locais relativas aos últimos anos, a fim de estimar os futuros valores de intensidade pluviométrica; demanda de água em função das atividades a serem desenvolvidas com a água pluvial; área de contribuição, determinada conforme recomendações da NBR 10844 (ABNT, 1989); coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de runoff; em função do material da área de contribuição. O dimensionamento do reservatório pode ser feito utilizando-se vários métodos sendo que alguns deles estão apresentados na NBR 15527 (ABNT, 2007). No período de chuva, após o enchimento do reservatório, obter-se-á uma vazão excedente, que será encaminhada para o poço de infiltração, reduzindo a vazão de água de água pluvial no sistema de drenagem urbana e, somente, quando o poço atingir a condição de encharcamento do solo é que o efluente será conduzido ao sistema público de águas pluviais. Assim, haverá eventos de chuva em que a vazão para o sistema de drenagem urbana será nula.
Dimensionamento do poço de infiltração de águas pluviais Para o dimensionamento do poço de infiltração de água pluvial são necessárias as seguintes informações: tempo de retorno, que segundo a NBR 10844 (1989), para áreas pavimentadas, pode ser adotado igual a um ano; intensidade pluviométrica local para o tempo de retorno de um ano; coeficiente de runoff em função do material da área de contribuição; área de contribuição; maior nível sazonal do lençol freático, devido a dois fatores: o níveis muito elevados inviabilizam e implantação desse sistema, pois o impossibilitam a infiltração da água pluvial; recomendação, da NBR 7229 (1993) para o caso de sumidouros, para afastar no mínimo 1,50 m do nível sazonal mais elevado do lençol freático, a fim de evitar a contaminação do mesmo por poluentes transportados pela água; caracterização do solo, o que permite verificar se a infiltração e a percolação de água no terreno interfere de forma deletéria na estabilidade do solo; coeficiente de permeabilidade, o que permite estimar a área necessária para a infiltração de um determinado volume de água precipitada. Passos para o dimensionamento do poço de infiltração 1. Calcular a intensidade pluviométrica (i), com T = 1 ano e t = 5 minutos. 2. Calcular a área de contribuição da cobertura conforme recomendações da NBR 10844 (1989). 3. O coeficiente de escoamento superficial pode ser adotado c = 1, uma vez que a superfície do telhado é considerada impermeável. 4. A vazão de projeto é determinada por meio da fórmula do método racional, apresentada pela equação 5. c i A Q = (5) 60 Q = vazão de projeto, L/min; c = coeficiente de escoamento superficial; A = área de contribuição, m 2. 5. Calcular o volume total precipitado sobre a área de contribuição para o tempo de 5 minutos, por considerar que esse valor seja capaz de reduzir o pico de cheia do hidrograma de chuvas de maior freqüência e com as mesmas características.
6. Considerar a permeabilidade do solo para reduzir o volume do poço de infiltração ou considerar o solo do poço de infiltração completamente impermeável, como coeficiente de segurança. 7. Calcular a capacidade total de armazenamento do poço através das equações 5 e 6. V poço = V total V vazios (6) V vazios = V brita. I vazios (7) V poço = volume do poço acima da camada de brita; V total = volume que poço deve armazenar durante a chuva de projeto; V brita = volume de pedras com vazios; V vazios = volume de vazios; I vazios = índice de vazios. Conhecendo-se o volume de armazenamento necessário e a capacidade de armazenamento da camada de brita pode-se então calcular, através da equação 8, a profundidade h necessária do poço de infiltração. Vpoço h = (8) A seção Os sistemas integrados de aproveitamento de água pluvial e poços de infiltração de águas pluviais destacam-se pelo seu potencial de reduzir o consumo de água potável no edifício e, também, por contribuir para o controle do escoamento superficial. Quando dimensionados de forma adequada, podem restabelecer o equilíbrio hídrico, amenizando a ocorrência de cheias urbanas, além de possibilitar a melhora da qualidade da água que precipita sobre os meios urbanos devido à capacidade de redução da carga poluidora pelo sistema de infiltração. Assim, o edifício mais sustentável do ponto de vista de gestão de água pluvial será aquele que conseguir aproveitar a água pluvial e infiltrar o excedente de tal forma que o sistema de drenagem urbana não receba nenhuma gota de água pluvial.