DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE DRENAGEM: ESTUDO DE CASO DO CANAL DO ARRUDA Alisson Caetano da Silva 1 *&Simone Rosa da Silva 2 Resumo A canalização de água tem sido uma solução dada desde os primórdios para a condução do escoamento. O trabalho apresenta um estudo de caso com a verificação do dimensionamento das vazões de contribuição e hidráulica do canal Vasco da Gama mais conhecido, como canal do Arruda, situado no Recife - PE. Para diagnóstico inicial foi realizado o levantamento dos canais de contribuição e o estado de conservação dos mesmos. As vazões de contribuição e descarga foram calculadas através do método Racional Corrigido e Hidrograma Unitário para a verificação do dimensionamento. Uma alternativa proposta foi a drenagem forçada para solucionar o efeito do remanso no encontro do canal com o Rio Beberibe, que consiste no bombeamento da água gradativamente por comportas assim amortecendo o pico do hidrograma, evitando alagamentos na região. Palavras-Chave canal, drenagem urbana, vazões máximas. DRAINAGE SYSTEM SIZING: CASE STUDY ARRUDA CHANNEL Abstract The water pipe has been a given solution since the beginning for driving the flow.the paper presents a case study to check the sizing of the contribution of flow and hydraulic channel Vasco da Gama better known as the Arruda canal, located in Recife - PE. For initial diagnosis was made the lifting of the contribution of channels and the conservation status of the same. Contribution of the flow and discharge were calculated using the rational method for checking the design. An alternative proposal has been forced drainage to solve the backwater effect of the channel meet the Beberibe River, consisting in pumping water by gradually gates thus cushioning the peak hydrogram, avoiding the flooding region. Keywords Duct, urban drainage, peak flows. INTRODUÇÃO Os canais são condutos livres que transportam águas pela diferença de cotas, ou seja, apenas devido à ação da gravidade e podem ser usado para fins de drenagem. De acordo com SMDU (2012),o planejamento adequado do sistema de macrodrenagem é fundamental para um bom plano de desenvolvimento urbano. Em geral, nas áreas já urbanizadas, o mau funcionamento desse sistema é a principal causa das inundações mais sérias, e do alto custo das galerias de águas pluviais. Quando não existe planejamento desse sistema, o escoamento das cheias se faz por depressões topográficas e pelos canais naturais, de forma desordenada, quase sempre colocando em risco propriedades e vidas humanas. Devido à urbanização desordenada do Recife, aterros construídos em locais inapropriados tem desviado o curso natural das águas. Segundo Bezerra (2010), em razão desses aterros, inclusive de canais bem definidos, a extensão de canais por área da cidade é muito pequena para as suas condições fisiográficas (da ordem de 0,66 km/km²), sendo reforçado o uso de galerias na cidade. Porém,SMDU (2012) considera queos canais, como elementos de macrodrenagem, são soluções que permitem tratamento urbanístico interessante e, costumam ser mais baratas que as grandes 1 Engenheiro Civil, graduado pela Universidade de Pernambuco. Email: alissoncaetanodasilva@hotmail.com. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1
galerias subterrâneas. Conforme suas características geométricas, possuem efeito atenuador das ondas de cheia, ou seja sempre que possível é interessante o uso desse tipo de drenagem. O canal Vasco da Gama localizado entre Avenida Norte e o Rio Beberibe é um verdadeiro transtorno na região por alaga áreas de grande fluxo de veículos e no seu encontro com o Rio Beberibe sofre grande influência da maré causando o remanso no seu desague. O trabalho visa solucionar os transtornos dimensionando para controle de cheias, determinar o revestimento mais eficiente, calcular a vazão de contribuição e vazão de projeto do canal, afim de garantir eficiência em seu funcionamento. METODOLOGIA O presente trabalho foi desenvolvido basicamente em três etapas distintas. A primeira consiste na pesquisa bibliográfica, que por meio de livros, artigos e trabalhos acadêmicos pode-se levantar dados de chuva, área da bacia hidrográfica e equações para cálculos de todos parâmetros necessários ao desenvolvimento do projeto. O segundo passo consiste em levantamento de dados em campo: informações sobre o estado de conservação da parte revestida do canal, situação dos canais afluentes ao canal Vasco da Gama caracterizando bem a situação atual do canal. O trecho em estudo está localizado na Av. Professor José dos Anjos no bairro do Arruda, na cidade do Recife PE, para levantar o máximo de dados levantados e o problema bem caracterizado pode-se dar início ao estudo de caso, que será o dimensionamento do Canal Vasco da Gama popularmente conhecido como canal do Arruda. Para o cálculo das vazões e da capacidade hidráulica foram utilizadasplanilhas eletrônicas desenvolvidas no Microsoft Excel 2010. A área da bacia hidrográfica foi realizada utilizando o software Autocad civil 3D e o cálculo das intensidades máximas de precipitação foram baseadas em ARAUJO (2013). ESTUDO DE CASO O Canal do Arruda está localizado na Região Político-Administrativa RPA 2 a 4,4 km do Marco Zero do Recife. A região é composta pelos bairros: Arruda, Campina do Barreto, Campo Grande, Encruzilhada, Hipódromo, Peixinhos, Ponto de Parada, Rosarinho, Torreão, Água Fria, Alto Santa. Terezinha, Cajueiro, Fundão, Porto de Madeira, Beberibe, Dois Unidos e Linha do Tiro. A área da intervenção está situada entre o SESC Casa Amarela no Entroncamento com a Av. Norte e o Rio Beberibe no Bairro Ponto de Parada, mais precisamente ao longo da Av. Professor José dosanjosnuma extensão aproximada de 3.670,00 metros. A figura 01 mostra o trecho do canal estudado. Figura 1 Canal Vasco Da Gama mais conhecido como Canal Do Arruda XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2
O Canal apresenta-se com 1.732,00 metros já revestidos e 1.920,00 metros ainda sem revestimento. As duas vias marginais do canal estão implantadas e pavimentadas e asseguram a circulação de veículos e acessibilidade ao bairro, e delimitam ainda as áreas públicas, a sua margem. Conforme apresentado na figura 02 a seguir, o trecho em vermelho representa a parte revestida e a amarela a parte a ser revestida: Figura 2 Canal Vasco Da Gama mais conhecido como Canal Do Arruda Caracterização do Problema O estudo das bacias foi realizado considerando os canais que deságuam no Canal do Arruda, as curvas de nível e o levantamento topográfico da região em estudo. Dessa forma, serão apresentadas as delimitações das bacias de cada canal e as verificações das vazões de contribuição por trecho, definidos na tabela 01 a e na figura 03 seguir: Tabela 1 Localização dos trechos do canal. Trecho I ao III Trecho IV Trecho V e VI Av. Norte a Rua Petronila Botelho Rua Petronila Botelho a Rua Jerônimo Vilela Rua Jerônimo Vilela ao Rio Beberibe Figura 3 Bacia Hidrográfica e Sub bacias XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3
Nos trechos I ao III (da Av. Norte até a Rua Petronila Botelho), a seção trapezoidal com largura variando de 8,00 a 11,00m e revestimento em concreto será mantida. No entanto, como foram verificadas várias placas danificadas e o projeto prevê a restauração do revestimento e limpeza mecânica do canal. As figura 04, 05 e 06 apresenta um exemplo de cada a trecho. Figura 4 - Trecho I Figura 5 - Trecho II Figura 6 - Trecho III A figura 07 comprova que o nível d água atinge o tabuleiro da ponte quando ocorrem as chuvas intensas, porém sem nenhum histórico de transbordamento. Figura 7 - Pontilhão na Av. Beberibe Após o pontilhão na Rua Petronila Botelho, o Canal do Arruda encontra-se em leito natural, como pode ser observado na figura 8 a seguir: XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4
Figura 8 - Fim do trecho revestido No trecho IV (entre a Rua Petronila Botelho e a Rua Jerônimo Vilela) não são verificados problemas com inundações. A seção do canal é irregular, sem revestimento e o tipo de limpeza realizada na área pode ser a mecanizada. A largura da seção do canal é de aproximadamente 30,00 metros. Os trechos seguintes encontram-se em leito natural e a largura da seção é de aproximadamente 25,00 metros. A parte final do Canal apresentado na figura 9, que deságua no Rio Beberibe apresenta seção retangular com 17,80m de largura e revestimento em concreto. Esta área não sofre inundações e a limpeza pode ser feita manualmente. Porém, foi observado em campo o efeito de remanso no trecho VI. Figura 9 - Encontro do Canal do Arruda com o Rio Beberibe Sobre o efeito do remanso, a influência maior sofrida pelo canal vem do rio Beberibe.A cota projetada do novo Canal do Arruda no Beberibe está na -0,280m. Assim abaixo da cota de maré máxima do Rio Beberibe causando inundações nos dias de maré alta no encontro do canal do Arruda com o Rio Beberibe. RESULTADOS E DISCUSSÕES Revestimento O revestimento escolhido para o canal foi concreto moldado in loco, por assegurar uma maior estabilidade aos taludes laterais da seção. Outras vantagens são menores custos com manutenção e maior capacidade de vazão por apresentar uma velocidade de escoamento mais alta. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5
Vazões de Contribuição As vazões de contribuição foram calculadas por dois métodos :hidrograma unitário sintético e Método Racional Modificado. O critério de escolha dos métodos para cada sub-bacia foi o tamanho da bacia hidrográfica conforme a tabela 02 a seguir: Tabela 2 Métodos de cálculo de vazões de contribuição conforme tamanho da bacia Área da bacia (km2) Método Até 4,0 Método Racional Entre 4,0 e 10,0 Método Racional Corrigido Superior a 10,0 Método Hidrograma Unitário Triangular (HUT) As vazões de contribuição calculadas foram são apresentadas nas tabelas 3 e 4 a seguir:. Tabela 3 Cálculo das vazões de contribuição dos trechos I, II, III e IV pelo método Racional Corrigido. Bacia BACIA TRECHOS I ao III BACIA TRECHO IV Bacia MÉTODO RACIONAL CORRIGIDO Área Comp. Diferença Tempo de Coef. de Esc. Intensidade de Chuva A Talvegue de Nível Concentração Superficial i 50 (ha) L (km) H (m) Tc (hora) C (cm/h) 749,50 5,56 52,00 1,51 0,65 7,35 51,31 923,82 6,42 57,00 1,72 0,65 6,74 56,79 HUT SINTÉTICO Vazão de Contribuição Q p50 (m³/s) Tabela 4 Cálculo das vazão de contribuição dos trecho V e VI pelo método do Hidrograma Unitário. Área Comp. Diferença Tempo de Tempo de Coeficiente de Precipitação na área da Bacia Chuva Efetiva Vazão de Contribuição A Talvegue de Nível Concentração Pico Run-off P 50 R 50 Q (km 2 p50 (m³/s) ) L (km) H (m) Tc (hora) Tc (hora) CV (mm) (mm) BACIA TRECHOS V E VI 11,00 7,48 60,00 2,01 2,21 90 162,01 132,46 137,08 A Tabela 3 indica a vazão de contribuição pelo método racional modificado para bacias hidrográficas entre 4 e 10 Km². Adotou-se a equação de Kirpichpara cálculo do tempo de concentração e considerou-se o coeficiente de escoamento superficial igual a 0,65 para bacias hidrográficas urbanizadas. A intensidadeda precipitação foi obtida a partir da equação de ARAUJO (2013), apresentada a seguir: 1380,2176 * Tr i = ( t + 22 ) 0,78201 0,19269 Com tempo de recorrência de 50 anos. A diferença de nível foi obtida da subtração dos pontos mais distantes de cada trecho estudado, dos extremos das bacias hidrográficas. A Tabela 4 apresenta a vazão de contribuição pelo Hidrograma Unitário Sintético, usado para bacias hidrográficas maiores que 10,00 Km². A partir do tempo de concentração calculado pela equação de Kirpichcalcula-se o tempo de pico. O coeficiente de Run-off foi escolhido para bacias com uma grande densidade urbana a chuva efetiva. (1) XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6
Seção do Canal para Vazões de Contribuição e Verificação da Velocidade de Escoamento Foi selecionada a seção trapezoidal por apresentar maior eficiência na vazão hidráulica e adaptação a revestimentos, dependendo da inclinação do seu talude, na tabela 05 se encontra as dimensões da seção trapezoidal: Tabela 5: Dimensões da seção do canal. Revestimento ɵ y (m) B (m) b (m) Am (m²) Pm (m) Rh (m) Concreto 63 26' 2,8 11 8 26,32 14,26 1,84 O ângulo do talude está perto dos 60 que confere uma maior estabilidade ao talude. A seguir tem-se um desenho esquemático da seção e todas as suas dimensões com as valores da capacidade hidráulica e velocidade de escoamento : CAPACIDADE HIDRÁULICA - CANAL DO ARRUDA - TRECHOS I ao VI Obs.:Seção tipo esquemática 3,00 m 19,50 m 19,30 m Lâmina d'agua 0,20 m Q = 181,783 2,80 m V = 3,627 60 0 16,50 m n = 0,014 Folga = 0,20 ( em metros ) Lâmina d'agua= 2,80 ( em metros ) Inclinação das paredes ( H )= 0,5 ( V ) = 1 Declivid. longitudinal do canal = 0,090 ( em % ) Área molhada = Perím.Molhado= R. Hidráulico = Velocidade = Descarga = 50,12 m 2 22,76 m 2,202 m 3,627 m/seg. 181,783 m 3 /seg. A vazão de descarga ou capacidade hidráulica do canal é maior que a vazão de contribuição logo a seção atende sem riscos de transbordamento. Os cálculos das velocidades e vazão de descarga foram feitos pela equação de Manning. Usou-se o coeficiente de rugosidade 0,014 para concreto. A velocidade de escoamento está na faixa recomendada para revestimento em concreto. Efeito do Remanso Para solucionar o efeito do remanso foi sugerido a adoção de drenagem forçada. As Cotas do local são muito baixas, até inferiores nas marés altas. Como a cota do canal chega abaixo da cota do rio Beberibe, será necessário a utilização de bombeamento no final do canal, com a instalação de XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7
uma estação elevatória. Funcionará hidraulicamente como uma bacia de amortecimento, mas recalcandoa vazão máxima por meio de uma elevatória, pelas comportas instaladas. Assim em dias de cheia as comportas se fecham e a água será bombeada gradativamente para o Rio Beberibe diminuindo o pico do hidrograma. CONCLUSÃO O revestimento de concreto se mostra o mais eficiente possível, por ser amplamente utilizado e de fácil moldagem e acabamento. Levando-se em consideração a facilidade de execução, a seção trapezoidal apresenta a melhor eficiência hidráulica em relação as outras formas. Como a vazão máxima de contribuição de foi 137,08 m³/s o canal foi projetado com um tempo de retorno de 50 anos para atender uma descarga de 181,78 m³/s, assim a estrutura apresenta capacidade hidráulica confiável para capitar a água proveniente das chuvas sem maiores transtornos ocasionados pelos alagamentos das vias que estão a sua margem. Para o efeito do remanso foi proposta a solução de implantação de comportas do tamanho da seção do canal e uma estação elevatória bombeando toda a água gradativamente em dias de chuvas intensas. REFERÊNCIAS ARAUJO, G. R. S. Determinação da equação de chuvas Intensas para quatro municípios do estado de Pernambuco. UPE-POLI, 2013. BEZERRA FILHO, Gerson Batista Controle de enchentes na RMR: É possível?. Artigo, SINAECON, 2010. SMDU. Secretaria Municipal de Desenvolvimento Urbano. Manual de drenagem e manejo de águas pluviais. São Paulo (cidade): 2012. 168p. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8