( PDF ) Concepção, modelagem e detalhamento de um reservatório de detenção em praça, como alternativa para o controle de cheias na Bacia do Rio Guerenguê

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COPPE/UFRJCOPPE/UFRJ

CONCEPÇÃO, MODELAGEM E DETALHAMENTO DE UM RESERVATÓRIO DE

DETENÇÃO EM PRAÇA, COMO ALTERNATIVA PARA O CONTROLE DE CHEIAS

NA BACIA DO RIO GUERENGUÊ

Danielli Lúcia Augusto

Dissertação de Mestrado apresentada ao

Programa de Pós-graduação em Engenharia

Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de Mestre em

Engenharia Civil.

Orientador: Marcelo Gomes Miguez

Rio de Janeiro

Outubro de 2008

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CONCEPÇÃO, MODELAGEM E DETALHAMENTO DE UM RESERVATÓRIO DE

DETENÇÃO EM PRAÇA, COMO ALTERNATIVA PARA O CONTROLE DE CHEIAS

NA BACIA DO RIO GUERENGUÊ

Danielli Lúcia Augusto

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO

LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE)

DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM

CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

Aprovada por:

________________________________________________

Prof. José Paulo Soares de Azevedo, Ph.D.

________________________________________________

Prof. Marcelo Gomes Miguez, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Flávio Cesar Borba Mascarenhas, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Jorge Henrique Alves Prodanoff, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

OUTUBRO DE 2008

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iii

Augusto, Danielli Lúcia

Concepção, Modelagem e Detalhamento de um

Reservatório de Detenção em Praça, como Alternativa

para o Controle de Cheias na Bacia do Rio Guerenguê /

Danielli Lúcia Augusto. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE,

2008.

XIV, 121 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Marcelo Gomes Miguez

Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa

de Engenharia Civil, 2008.

Referencias Bibliográficas: p. 116-121.

1. Modelagem Matemática. 2. Controle de Cheias. 3.

Cheias Urbanas. 4. Reservatório de Detenção. I. Miguez,

Marcelo Gomes. II. Universidade Federal do Rio de

Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III.

Titulo.

AGRADECIMENTOS

A Deus, por me abençoar a cada instante.

Aos meus pais José Augusto e Kátia Lúcia, pelos ensinamentos, amor e

incentivo em todos os momentos da minha vida.

À minha irmã Marcelli, pela compreensão e carinho.

À Promon Engenharia, pelo incentivo e horas cedidas para o cumprimento dos

créditos e elaboração da Dissertação de Mestrado.

Ao amigo, professor na graduação e mestrado, orientador de projeto final e

dissertação de mestrado, Marcelo Gomes Miguez, pela ajuda na escolha do tema,

pelas informações e materiais fornecidos para consulta e toda a atenção que me foi

disponibilizada.

Ao professor Jorge Prodanoff, pelos ensinamentos e pela disponibilidade

oferecida em fazer visita de campo e trocar idéias.

Aos professores Flávio Mascarenhas e José Paulo de Azevedo, pelos

ensinamentos transmitidos desde a graduação.

Ao amigo Alexandre De Bonis, pela recepção na Rio-Águas e fornecimento das

plantas da região estudada.

Ao amigo Gustavo Zampronio, pela paciência, disposição e didática na

explicação do Modelo de Células de Escoamento.

Aos amigos do LHC: Luiz Paulo, Felipe Araújo, Magali, Patrícia, Nathália e

Thelma, pela boa vontade em transmitir informações sobre a bacia estudada, tirar

dúvidas e pelo clima de descontração e amizade que amenizaram o estado de stress e

tensão.

Ao amigo Diogo Scelza, pelo incentivo desde o início do mestrado.

À equipe de Infra-estrutura e Hidráulica da Promon, pelo incentivo e

ensinamentos transmitidos. Em especial para: Adriana, Alexandre César, Alexandre

Lopes, Alexandre Martins, Graciano Amorim, Lilian Torres, Nilda Alves e Renata Ávila,

que contribuíram de alguma forma para a execução desta dissertação.

À amiga Rachel Costa, pelas longas conversas e conselhos sobre diversos

assuntos, durante esta fase do Mestrado.

Às amigas Camila Lima, Débora Bechara, Deborah Tavares, Diva, Flávia

Gandra, Joanna Areal, Lilia Naveira, Mariana Albuquerque, Priscila Borges, Sabrina

Lobo, Talita, Tavany e Vanessa Naveira, e aos amigos promonianos Leo Lima, Lílian

Chuang, Otávio Pires, Pedro Franzosi, Rodolfo, Vinicius Loback e Wendell, pelo

incentivo e compreensão de minha ausência em alguns eventos.

Ao amigo Wladimir Donola, pelo incentivo nos estudos, conversas e companhia

aos sábados na Promon.

Por fim, a todos que contribuíram direta ou indiretamente para esta conquista,

minha sincera gratidão.

Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

CONCEPÇÃO, MODELAGEM E DETALHAMENTO DE UM RESERVATÓRIO DE

DETENÇÃO EM PRAÇA, COMO ALTERNATIVA PARA O CONTROLE DE CHEIAS

NA BACIA DO RIO GUERENGUÊ

Danielli Lúcia Augusto

Outubro/2008

Orientador: Marcelo Gomes Miguez

Programa: Engenharia Civil

Os estudos sobre cheias urbanas vêm sofrendo avanços conceituais

importantes, caminhando na direção da sustentabilidade. Primordialmente, a

drenagem tinha por objetivo a coleta e condução das águas pluviais até um deságüe

seguro. Esta prática mostrou-se potencialmente crítica para áreas de jusante,

especialmente quando o processo de urbanização ocorre de forma não planejada.

Zonas altamente urbanizadas têm dificuldades de expansão da rede e tendência de

transferir problemas de lugar. Em resposta a esta questão, a concepção do projeto de

drenagem evoluiu, primeiro tentando resgatar parte das características dos

escoamentos de pré-urbanização, com medidas de amortecimento e de infiltração,

passando, mais adiante, para uma preocupação com a qualidade da água e, na

seqüência, com a possibilidade de ter a água de chuva como manancial. Atualmente,

então, a drenagem urbana alinha-se com o conceito do desenvolvimento sustentável,

agregando também aspectos sociais e ambientais na concepção técnica. Com base

neste cenário, este trabalho desenvolve uma proposição de reservatório de detenção,

detalhando aspectos funcionais e de manutenção, de modo a permitir sua utilização

como paisagem multifuncional, realizando um amortecimento hidráulico em uma área

de lazer. Esta proposta será pré-dimensionada de modo convencional e, através de

modelagem matemática, será inserida no contexto da bacia do rio Guerenguê, como

estudo de caso, a fim de avaliar seu comportamento em termos locais e globais. O

reservatório de detenção projetado localiza-se na praça Clarim e os resultados obtidos

mostram o amortecimento do pico de vazões de cheias e a redução significativa dos

níveis d'água de alagamento das ruas do entorno.

vii

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

CONCEPTION, MODELING AND DETAILING OF A DETENTION RESERVOIR IN

SQUARES, AS AN ALTERNATIVE FOR THE FLOOD CONTROL IN THE

GUERENGUÊ RIVER BASIN

Danielli Lúcia Augusto

October/2008

Advisor: Marcelo Gomes Miguez

Department: Civil Engineering

The studies about urban flooding have been suffering significant conceptual

advances towards sustainability. Basically, drainage had the main objective of

collecting and conducting stormwaters to a safe discharge location. This practice has

been shown as potentially critical for downstream areas, especially when the

urbanization process occurs in an unplanned way. Highly urbanized areas present

difficulties when trying to expand their drainage system and they tend to transfer this

problem somewhere else. In response to this issue, the concept of drainage design has

evolved, first, trying to recover part of the pre-urbanization flow characteristics, with

damping and infiltration measures and; second, with the water quality concern and

the possibility of having rainwater as a water source. Nowadays, urban drainage is

associated with a sustainable development concept, also considering social and

environmental aspects jointly with technical solution concepts. Based on this scenario,

this work develops a proposal for a detention reservoir, detailing functional and

maintenance aspects in order to allow its use as a multi-functional landscape,

producing hydraulic mitigation in a leisure area. This proposal will be conventionally

pre-designed through mathematical modeling, inserted in the context of the Guerenguê

river basin as a study case, in order to evaluate its behavior in local and global terms.

The design detention reservoir is located at the Clarim square and the obtained results

show mitigation of peak flooding discharge and a significant reduction of flooding water

levels at the surrounding streets.

viii

SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO........................................................................................................1

2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA....................................................................................4

2.1 – CHEIAS URBANAS..........................................................................................4

2.1.1 – Ciclo hidrológico.........................................................................................4

2.1.2 – Cheias naturais..........................................................................................6

2.1.3 – Causas e conseqüências das cheias urbanas ...........................................6

2.1.4 – Cheias na cidade do Rio de Janeiro...........................................................9

2.2 – DRENAGEM URBANA SUSTENTÁVEL ........................................................11

2.3 – RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO..............................................................17

2.4 – OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DOS RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO...24

2.5 – AVALIAÇÃO ECONÔMICA DOS RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO..........26

2.5.1 – Custos .....................................................................................................26

2.5.2 – Benefícios................................................................................................29

2.5.3 – Riscos de Projeto.....................................................................................30

2.5 – EXPERIÊNCIAS BRASILEIRAS DE RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO.....31

3 – CONCEPÇÃO DE UM RESERVATÓRIO DE DETENÇÃO...................................57

3.1 – BUEIROS.......................................................................................................57

3.2 – RANHURAS DE CAPTAÇÃO LONGITUDINAIS ............................................58

3.3 – CAIXA DE DESVIO........................................................................................59

3.4 – GRADEAMENTO ...........................................................................................60

3.5 – VERTEDOR...................................................................................................61

3.6 – GALERIAS.....................................................................................................61

3.7 – RESERVATÓRIO MULTIFUNCIONAL...........................................................62

3.8 – ORIFÍCIO DE SAÍDA......................................................................................64

4 – ESTUDO DE CASO: BACIA DO RIO GUERENGUÊ............................................66

4.1 – CARACTERIZAÇÃO GERAL DA ÁREA DE INTERESSE..............................66

4.2 – ENCHENTES EM JACAREPAGUÁ................................................................68

4.3 – CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DO PROJETO............................................69

5 – METODOLOGIA DESENVOLVIDA PARA O PROJETO DO RESERVATÓRIO DE

DETENÇÃO PROPOSTO NESTA DISSERTAÇÃO....................................................71

5.1 – CARACTERÍSTICAS DO RESERVATÓRIO...................................................71

5.2 – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO DE DETENÇÃO..............73

5.2.1 – Cálculo do Tempo de Concentração........................................................73

5.2.2 – Cálculo da Chuva de Projeto....................................................................75

5.2.3 – Cálculo da Vazão de Projeto....................................................................75

5.2.4 – Dimensionamento dos Dispositivos..........................................................78

5.3 – DEPÓSITO ANUAL DE SEDIMENTOS..........................................................86

5.4 – PLANO DE MANUTENÇÃO PARA O RESERVATÓRIO................................87

5.5 – MODELO DE CÉLULAS.................................................................................88

5.5.1 – Concepção do modelo.............................................................................88

5.5.2 – Hipóteses do modelo de células para cheias urbanas .............................89

5.5.3 – Representação de uma bacia urbana por células de escoamento...........90

5.5.4 – Modelagem Matemática...........................................................................93

5.6 – CONFIGURAÇÃO DO MODELO PARA CASO EM ESTUDO........................96

5.7 – MODELAGEM PARA EFEITO LOCAL X MODELAGEM PARA EFEITO NA

BACIA TODA ..........................................................................................................99

5.7.1 – Modelagem para Efeito Local.................................................................100

5.7.2 – Modelagem para Efeito na Bacia Toda..................................................109

6– CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ..............................................................111

8 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................116

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 – Ciclo Hidrológico (SEMADS, 2001)...........................................................5

Figura 2.2 – Escoamento sobre as ruas – Av. Brasil - 08/01/1998 (SEMADS, 2001)....8

Figura 2.3 – Interrupção do tráfego em importantes vias de acesso – Praça da

Bandeira (SEMADS, 2001)...........................................................................................8

Figura 2.4 – Hidrogramas Característicos dos Reservatórios de Detenção ................18

Figura 2.5 – Reservatório de detenção revestido em concreto armado (TUCCI, 1995)

...................................................................................................................................19

Figura 2.6 – Reservatório de detenção junto à superfície (TUCCI, 1995) ...................19

Figura 2.7 – Reservatório de detenção revestido com grama (TUCCI, 1995) .............19

Figura 2.8 – Reservatórios on-line e off-line................................................................23

Figura 2.9 – Reservatório Bananal – planta geral (projeto: Themag Engenharia).......33

Figura 2.10 – Reservatório Bananal – vista (projeto: Themag Engenharia) ................33

Figura 2.11 – Obras de construção do reservatório Guaraú – zona norte de São Paulo

(Revista Siurb 2003 / projeto: Themag Engenharia) ...................................................34

Figura 2.12 – Reservatório Rincão (CANHOLI, 2005).................................................36

Figura 2.13 – Projeto paisagístico – reservatório Rincão (concepção Arq. Vladimir

Ávila) ..........................................................................................................................37

Figura 2.14 – Reservatório de Detenção AM-3 na Rua Grã-Bretanha - Bairro do Bom

Pastor - Município de Santo André (OYAKAWA, 2004) ..............................................38

Figura 2.15 – Reservatórios de Detenção próximos ao AM-3 (OYAKAWA, 2004) ......38

Figura 2.16 – Reservatório de Detenção AM3 após chuvas de dezembro de 1999 – 1/4

(OYAKAWA, 2004).....................................................................................................40

Figura 2.17 – Reservatório de Detenção AM3 após chuvas de dezembro de 1999 – 2/4

(OYAKAWA, 2004).....................................................................................................40

Figura 2.18 – Reservatório de Detenção AM3 após chuvas de dezembro de 1999 – 3/4

(OYAKAWA, 2004).....................................................................................................41

Figura 2.19 – Reservatório de Detenção AM3 após chuvas de dezembro de 1999 – 4/4

(OYAKAWA, 2004).....................................................................................................41

Figura 2.20 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 1/6 (OYAKAWA, 2004).43

Figura 2.21 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 2/6 (OYAKAWA, 2004).43

Figura 2.22 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 3/6 (OYAKAWA, 2004).44

Figura 2.23 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 4/6 (OYAKAWA, 2004).44

Figura 2.24 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 5/6 (OYAKAWA, 2004).45

Figura 2.25 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 6/6 (OYAKAWA, 2004).45

Figura 2.26 – Gradeamento com detritos encrostados – 1/2 (OYAKAWA, 2004)........46

Figura 2.27 – Gradeamento com detritos encrostados – 2/2 (OYAKAWA, 2004)........47

Figura 2.28 – Acesso ao gradeamento (OYAKAWA, 2004) ........................................47

Figura 2.29 – Vista parcial da Praça Edmundo Rego (Miguez et al, 2007)..................50

Figura 2.30 – Perfil da praça Edmundo Rego na concepção alternativa, com áreas em

níveis diferentes, atuando como reservatórios temporários (Miguez et al, 2007)........51

Figura 2.31 – Resultado obtido dos níveis do escoamento nas ruas, perto da saída da

bacia, através de um grupo de reservatórios de detenção em praças, reservatórios em

lotes e reflorestamento (Miguez et al, 2007). ..............................................................52

Figura 2.32 – Vista aérea da região do parque Pinto Teles e um detalhe do local (De

Bonis, 2008). ..............................................................................................................53

Figura 2.33 – Escoamento nas redondezas do parque Pinto Teles, antes da

construção da medida de controle de escoamento (De Bonis, 2008)..........................53

Figura 2.34 – Vista geral da construção do Parque Pinto Teles, detalhe do reservatório

de detenção e vista da paisagem do parque após o término da obra (De Bonis, 2008)

...................................................................................................................................54

Figura 2.35 – Bacia de detenção aberta da Avenida Polônia – Porto Alegre/RS

(Prefeitura Municipal de Porto Alegre, RS – DEP, 2008) ............................................55

Figura 2.36 – Bacia de detenção do córrego Caaguassu em execução – São Paulo

(DAEE, 1999) .............................................................................................................56

Figura 3.1 – Sistema combinado em uso

(http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Storm_Drain.JPG)...............................................58

Figura 3.2 – Desenho Esquemático de uma Ranhura de Captação............................59

Figura 3.3 – Esquema da Caixa de Desvio.................................................................60

Figura 3.4 – Esquema de Galeria Pluvial Retangular..................................................61

Figuras 3.5 e 3.6 – Exemplo de bacia de detenção seca, combinada a quadras de

esporte (Seminário Qualidade das Águas – Hidrologia Urbana e Drenagem – UFMG,

2005)..........................................................................................................................64

Figura 3.7 – Esquema do Orifício de Saída ................................................................65

Figura 4.1 – Vista do rio Guerenguê e seus principais afluentes.................................67

Figura 4.2 – Praça Clarim – Taquara, RJ....................................................................69

Figura 4.3 – Praça Sentinela à montante da Praça Clarim – Taquara, RJ. .................70

Figura 5.1 – Cobertura vegetal da região em estudo ..................................................73

Figura 5.2 – Ilustração do procedimento de cálculo da declividade representativa.....74

Figura 5.3 – Regiões de contribuição para o reservatório...........................................77

Figura 5.4 – Detalhamento do Reservatório de Detenção...........................................85

xii

Figura 5.5 – Tipos de célula (MIGUEZ, 2001).............................................................92

Figura 5.6 – Vista em corte da bacia genérica de um rio e a ocupação de suas

margens (MIGUEZ, 2001)...........................................................................................92

Figura 5.7 – Representação por células da região apresentada na figura 5.7,

mostrando interfaces dos escoamentos superficiais (MIGUEZ, 2001)........................93

Figura 5.8 – Divisão de Células de Escoamento.........................................................97

Figura 5.9 – Hidrograma de entrada para tc = 12 minutos........................................100

Figura 5.10 – Mancha de Alagamento para tc=12min, Antes do Reservatório..........103

Figura 5.11 – Mancha de Alagamento para tc=12min, Após Inclusão do Reservatório

.................................................................................................................................106

Figura 5.12 – Hidrograma de entrada para tc = 225 minutos....................................109

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Estimativa dos custos unitários médios (Canholi, 2005).........................27

Tabela 2.2 – Exemplos de Custos Intangíveis (Canholi, 2005)...................................28

Tabela 2.3 – Exemplos de Benefícios Intangíveis (Canholi, 2005)..............................30

Tabela 2.4 – Períodos de retorno normalmente adotados (CANHOLI, 2005)..............31

Tabela 2.5 – Amortecimento das cheias nos reservatórios (CANHOLI, 2005) ............34

Tabela 2.6 – Vazões de pico no córrego Cabuçu de Baixo – condições vigentes –

chuva de duas horas de duração (CANHOLI, 2005)...................................................35

Tabela 2.7 – Vazões de pico no córrego Cabuçu de Baixo com controle (CANHOLI,

2005)..........................................................................................................................35

Tabela 2.8 – Informações sobre os reservatórios de detenção próximos ao AM-3

(OYAKAWA, 2004).....................................................................................................39

Tabela 2.9 – Estimativa de custo para limpeza do reservatório de detenção AM3 (Base

Tabela SVP – Julho/02)..............................................................................................48

Tabela 2.10 – Estimativa de custo para limpeza das grades do reservatório de

detenção AM3 (Base Tabela SVP – Julho/02)............................................................48

Tabela 4.1 – Totais pluviométricos registrados pelo INMET em fevereiro de 1996

(SEMADS, 2001)........................................................................................................68

Tabela 5.1 – Área Total de Contribuição e Run-off Ponderado...................................76

Tabela 5.2 – Valores Práticos de C

(Azevedo Netto).................................................79

Tabela 5.3 – Áreas de contribuição e run-offs para ranhura longitudinal da rua Gazeta

da Noite......................................................................................................................81

Tabela 5.4 – Áreas de contribuição e run-offs para ranhura longitudinal da rua Gazeta

da Tarde.....................................................................................................................81

Tabela 5.5 – Dimensionamento do Reservatório de Detenção da Praça Clarim.........83

Tabela 5.6 – Cálculo da taxa de sedimentos de piscinões na RMSP (TOMAZ, 2006) 86

Tabela 5.7 – Parâmetros da Calibração Hidráulica.....................................................96

Tabela 5.8 – Áreas de Contribuição e Áreas de Armazenagem das Células ..............98

Tabela 5.9 – Cotas de Fundo....................................................................................100

Tabela 5.10 – Valores da Lâminas Antes do Reservatório........................................104

Tabela 5.11 – Cotas de Fundo..................................................................................105

Tabela 5.12 – Valores das Lâminas Após Inclusão do Reservatório.........................107

Tabela 5.13 – Redução Percentual nas Lâminas......................................................109

Tabela 5.14 – Resultados das Vazões......................................................................110

xiv

LISTA DE SIGLAS

ASSEMAE Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento

BMP Best Management Practice

CONSEMMA Conselho Municipal de Meio Ambiente de Londrina

COPPE Coordenação dos Programas de Pós-graduação de Engenharia da

UFRJ

DAEE Departamento Águas e Energia Elétricas

DEP Departamento de Esgotos Pluviais

DRHIMA Departamento de Recursos Hídricos e Meio Ambiente da Poli/UFRJ

IDF Intensidade – Duração – Frequência

INMET Instituto Nacional de Meteorologia

LHC Laboratório de Hidráulica Computacional da Área de Recursos Hídricos

da COPPE

OMS Organização Mundial de Saúde

Poli/UFRJ Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro

RMSP Região Metropolitana de São Paulo

SEMADS Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento

Sustentável

SEMASA Serviço de Saneamento Ambiental de Santo André

UFPR Universidade Federal do Paraná

UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

UNICAMP Universidade Estadual de Campinas

USP Universidade de São Paulo

1 – INTRODUÇÃO

As enchentes urbanas são fenômenos naturais condicionados a fatores

climáticos, principalmente às chuvas intensas de verão, cujos efeitos são agravados

pela ocupação desordenada do espaço e à ineficiência do sistema de drenagem.

O problema de enchentes urbanas faz parte da rotina dos habitantes das

grandes cidades. Antes da Revolução Industrial, a grande maioria da população

concentrava-se nos campos, em áreas rurais, fato que começou a mudar após esta

fase e com grande rapidez.

As grandes taxas de urbanização que vêm ocorrendo desde o início do século

XX trazem problemas diversos de ocupação do solo urbano. As altas densidades

demográficas nos bairros, o aumento considerável de impermeabilização no solo, o

crescimento desenfreado de favelas, retificação e canalização ineficiente de rios e os

insuficientes investimentos na melhoria da drenagem urbana, são fatores que levaram

a um substancial agravamento das inundações urbanas, aumentando o escoamento

superficial.

O objetivo deste trabalho é propor uma medida de controle do escoamento,

que auxilia na redução das cheias urbanas, conhecido como reservatório de detenção,

visando resgatar, para as condições atuais de urbanização, as características de

escoamento natural de pré-urbanização de uma sub-bacia da bacia hidrográfica do rio

Guerenguê, em especial no que se refere ao tratamento de áreas públicas, e utilizando

os conceitos de drenagem urbana sustentável.

A maioria dos reservatórios de detenção existentes visa apenas o

amortecimento das cheias, além de não possuírem um plano de manutenção eficiente.

As grandes cidades brasileiras precisam de alternativas para o problema de enchentes

e a proposição de reservatórios multifuncionais, que amorteçam as cheias em

períodos chuvosos e possam atuar como área de lazer durante as estiagens, com

concepção otimizada para estes fins e uma manutenção adequada, pode vir a ser uma

importante contribuição. Essa foi a grande motivação para dar início a esta

dissertação. É muito importante integrar a obra de engenharia aos aspectos sociais e

de meio ambiente.

O local escolhido para ser estudado nesta dissertação foi a Bacia do Rio

Guerenguê, localizada na zona oeste do município do Rio de Janeiro, devido aos seus

sérios problemas de drenagem urbana e de poluição hídrica.

A proposição desta medida de controle estrutural, cuja concepção será

discutida dentro dos conceitos de drenagem sustentável, será também aliada ao uso

da modelagem matemática, pelo Modelo de Células de Escoamento, que permitirá

obter as manchas de alagamento para 2 cenários, antes e após a construção do

reservatório, assim como as vazões finais da sub-bacia considerada e que seguirá

pelo rio Guerenguê, nestes mesmos cenários supracitados. A mancha de alagamento

obtida para o primeiro cenário, antes da proposição do reservatório, será obtida tendo

como base um projeto de drenagem pluvial feito pela Fundação Rio Águas em 1997,

cujas plantas encontravam-se disponíveis.

Esta dissertação encontra-se estruturada em sete capítulos, considerando a

Introdução como o primeiro deles.

O capítulo dois conta com uma revisão bibliográfica, onde são abordados

conceitos gerais sobre cheias urbanas, drenagem urbana sustentável, reservatórios de

detenção, operação, manutenção e avaliação econômica destes e é apresentado um

panorama sobre alguns reservatórios de detenção existentes.

O capítulo três mostra a concepção de um reservatório de detenção com seus

dispositivos. Bueiros, ranhuras de captação, caixa de desvio, gradeamento, vertedor,

galerias, reservatório multifuncional e orifício de saída são caracterizados e

esquematizados detalhadamente.

Em seguida, no capítulo 4, é feita uma breve caracterização da bacia em

estudo, que é a Bacia do Rio Guerenguê.

O capítulo cinco refere-se à aplicação da metodologia proposta, fazendo-se

inicialmente uma caracterização do reservatório, descrevendo-se todas as suas

funções hidráulicas, sociais e ambientais. Em seguida é feito um pré-dimensionamento

do reservatório de detenção e apresentado um Plano de Manutenção para este. Há a

apresentação do modelo matemático escolhido, o Modelo de Células de Escoamento,

e a utilização deste para obter os resultados da modelagem de efeito local, que visa

analisar as manchas de alagamento no entorno da Praça Clarim, e da modelagem de

efeito na bacia toda, que visa analisar as vazões antes e após a proposição do

reservatório. Neste capítulo ainda são feitas as análises dos resultados obtidos.

O capítulo seis traz as conclusões desta dissertação e as recomendações para

pesquisas futuras. E, finalmente, são apresentadas as referências bibliográficas

utilizadas no estudo desta dissertação.

2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 – CHEIAS URBANAS

2.1.1 – Ciclo hidrológico

As águas na natureza se movimentam, circulam e se transformam no interior

das três unidades principais que compõe o nosso Planeta, que são a atmosfera

(camada gasosa que circunda a Terra), a hidrosfera (águas oceânicas e continentais)

e litosfera (crosta terrestre). A dinâmica de suas transformações e a circulação nas

referidas unidades formam um grande, complexo e intrínseco ciclo chamado ciclo

hidrológico. (SEMADS, 2001)

A água existente no planeta encontra-se em permanente circulação, seja ela

nos mares e oceanos, no subsolo, na atmosfera e na superfície dos continentes. O

Ciclo Hidrológico corresponde à esta circulação de água. Este ciclo é um sistema

fechado em constante atividade, sem início ou fim, e composto de vários processos e

fases interdependentes. Alguns destes processos são descritos a seguir:

• Precipitação (P): processo onde as gotas de água, formadas pela condensação

de vapor d’água, ao atingirem peso e tamanho suficientes para vencer a

resistência do ar, se deslocam em direção ao solo.

• Infiltração (I): processo pelo qual a água penetra nas camadas superficiais do

solo, movendo-se para baixo sob a ação da gravidade, em direção a uma

região de solo saturado de água, ou seja, o lençol freático.

• Intercepção: processo no qual parte da água precipitada fica retida na

vegetação, e é absorvida pela planta ou retorna para a atmosfera através da

evaporação.

• Evaporação (E): processo no qual a água retorna à atmosfera no estado de

vapor a partir de uma superfície livre, sejam os rios, lagos, oceanos, poças,

dentre outros, ou diretamente dos poros das camadas superiores do solo.

• Transpiração (T): processo no qual a água passa do solo para a atmosfera

através das plantas.

• Escoamento Superficial (O): caracterizado não só como o escoamento da calha

de um curso d’água como também o escoamento produzido pelo excesso de

precipitação deslocando-se pela superfície do terreno em direção à esta

mesma calha.

• Armazenamento na bacia (S): processo onde a água fica retida nas depressões

do terreno ou nos aquíferos.

• Escoamento Base: escoamento da calha dos rios derivado do escoamento sub-

superficial ou subterrâneo, com flutuações muito menores que do escoamento

superficial proveniente de precipitação.

A equação do Balanço Hídrico pode ser representada por: P = S + O + E + T + I

Figura 2.1 – Ciclo Hidrológico (SEMADS, 2001)

2.1.2 – Cheias naturais

Enchente é o escoamento superficial das águas decorrentes de chuvas que

excedem a capacidade de infiltração e retenção do solo. Após suprir a retenção

natural da cobertura vegetal, saturar os vazios do solo e preencher as depressões do

terreno, as águas pluviais buscam os caminhos oferecidos pela drenagem natural e/ou

artificial, fluindo até a capacidade máxima disponível, no sentido do corpo de água

receptor final. Dependendo de uma série de fatores físicos e das proporções das

chuvas, tais limites podem ser superados e os volumes excedentes invadem áreas

marginais. Quando essas áreas são ocupadas pelo homem, as águas entram em

conflito direto com suas economias, benfeitorias e atividades. (SEMADS, 2001)

As cheias urbanas causam importantes impactos sobre a sociedade. Esses

impactos podem ocorrer devido à urbanização ou à inundação natural da várzea

ribeirinha (cheias naturais que atingem a população que ocupa os leitos de rios por

falta de planejamento do uso do solo). Esses dois processos podem ocorrer

isoladamente ou de forma integrada.

A expansão urbana e as intervenções mínimas necessárias para garantir

acessibilidade às novas áreas alteram drasticamente os padrões de drenagem natural.

Essa dinâmica gera constantes modificações na configuração das cheias e nas

dimensões das áreas sujeitas às inundações.

Quanto maior a transformação e a modificação das superfícies do terreno,

tornando-os menos permeáveis à infiltração das águas e diminuindo a capacidade de

retenção natural, maior será a parcela contribuinte para os escoamentos superficiais e,

maior a probabilidade de inundações.

À medida que o próprio homem modifica o equilíbrio natural dos caminhos de

drenagem, desmata e ocupa o solo indevidamente, as conseqüências são voltadas

contra o seu próprio bem estar e suas economias.

2.1.3 – Causas e conseqüências das cheias urbanas

A ação do homem é o principal agravante das grandes cheias, pois esta é

responsável pela edificação e ocupação do ambiente antes natural.

Nas áreas de encosta desprovida de vegetação, a infiltração das águas de

chuva é reduzida e o escoamento superficial aumentado. Sem as raízes, grandes

responsáveis pela fixação do solo, o processo de erosão aumenta, conduzindo à

instabilidade e ao deslizamento. Dessa forma, as construções existentes ficam

instáveis e podem escorregar junto com o terreno. Além do lixo descartado e

acumulado sobre as encostas, que com o aumento do seu peso pela água da chuva,

poderá descer morro abaixo. Mesmo sem a ocorrência de deslizamentos, estes

sedimentos tendem a se depositar na rede de drenagem e agravar as conseqüências

das cheias.

Nas regiões de menor declividade, as cheias estão associadas ao crescimento

urbano. As alterações físicas do terreno como: o aumento das áreas

impermeabilizadas, as novas vias de tráfego e o aterro de baixios, contribuem para a

mudança dos padrões de drenagem e a diminuição da retenção natural.

O fato mais comum durante e após a ocorrência das cheias, em áreas urbanas,

é a interrupção temporária do tráfego e conseqüentemente, a redução das atividades

comerciais. Nestas circunstâncias, o socorro a desabrigados também fica dificultado.

Dependendo da região, a situação pode levar de minutos a horas para se

normalizar. Em áreas mais baixas, quase ao nível do mar, esse período pode ser

ainda maior, devido à coincidência do período chuvoso com marés altas, quando as

forças das águas oceânicas rio acima, impedem o fluxo normal das águas interiores.

Nas áreas de maior declividade, dependendo da intensidade das chuvas e da

inclinação dos terrenos, a força das águas pode aumentar os prejuízos materiais

arrastando tudo que encontra no percurso, como veículos, equipamentos públicos e

moradias. Conseqüentemente, o número de desabrigados aumenta, podendo haver

mortes por desabamento ou afogamento.

Figura 2.2 – Escoamento sobre as ruas – Av. Brasil - 08/01/1998 (SEMADS, 2001)

Figura 2.3 – Interrupção do tráfego em importantes vias de acesso – Praça da

Bandeira (SEMADS, 2001)

Os efeitos indiretos das cheias são as doenças infecciosas que surgem após o

ocorrido. As águas de chuva lavam os logradouros e vias públicas, terrenos baldios

contaminados pelo descarte de lixo, pátios de áreas industriais e outras áreas de

precárias condições de saneamento básico. Com isso, a qualidade das águas pluviais

é alterada, carregando matéria orgânica em decomposição. Essas águas podem

invadir tubulações de esgoto sanitário, sendo altamente perigosas para a saúde do ser

humano, quando infiltra e atinge caixas d’água ou cisternas. A permanência destas

águas sobre os logradouros, após o término da chuva, portanto, é uma situação

crítica. Não se pode esquecer também do contato direto com a água da chuva, que

transmite doenças como a leptospirose, dentre outras.

Nas áreas rurais, o uso abusivo de agrotóxicos é prejudicial ao homem, à fauna

e à flora. As aplicações de inseticidas, fungicidas, herbicidas e acaricidas geram

resíduos sobre o solo, plantas e animais, que lavados pelas águas de chuva, podem

contaminar o lençol freático e outros corpos hídricos receptores.

2.1.4 – Cheias na cidade do Rio de Janeiro

Os professores Almeida Abreu e Ana Macedo Brandão, do Departamento de

Geografia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, fizeram estudos e apresentaram

seus trabalhos no seminário de Prevenção e Controle dos Efeitos dos Temporais no

Rio de Janeiro, 1996, COPPE/UFRJ. A seguir, são apresentadas considerações

associadas a estes estudos.

A urbanização da cidade, desde a sua fundação, foi um processo difícil e lento,

sendo necessários aterros e dessecamentos durante mais de 300 anos até a formação

do solo atual. No que hoje é a área central da cidade existiam pântanos, brejos e

diversas lagoas. Os aterros foram feitos com entulhos e lixos, e o enxugamento do

solo foi feito com a construção de inúmeras valas, constituindo a única rede de

drenagem urbana da cidade. Porém, essas valas não eram eficazes nos combates às

inundações causadas pelas águas pluviais, pois tinham pouca declividade e ficavam

quase ao nível do mar.

Os temporais são comuns na cidade há muitos anos. O primeiro registro sobre

grandes inundações no Rio de Janeiro é datado de setembro de 1711. Em abril de

1756, nova precipitação se abateu sobre a cidade por três dias ininterruptos, fazendo

com que as águas elevassem seus níveis, invadindo casas e ruas, por não caberem

nas valas, “unindo a cidade ao mar”. Em fevereiro de 1811, sete dias seguidos de

chuva ocasionaram a grande inundação conhecida como “as águas do monte” devido

à grande violência com que a água descia dos morros que cercavam a cidade. As

conseqüências foram desastrosas, com prejuízos materiais e de vidas humanas, com

o desabamento, inclusive, de grande parte do morro do Castelo.

No começo do século XX, a situação piora devido à expansão da malha urbana

em direção à periferia. Com isso, iniciou-se o processo de favelização da cidade. A

abolição da escravatura e a substituição desta mão de obra pela mão de obra

imigrante foi decisiva no processo de favelização.

As altas densidades demográficas nos bairros, o aumento considerável da

impermeabilização do solo, a verticalização, o crescimento desenfreado das favelas

destruindo a cobertura vegetal dos morros, a retificação e canalização ineficiente de

rios urbanos aumentando a rapidez do fluxo das águas, e os insuficientes

investimentos na melhoria da drenagem urbana são fatores que levaram a um

substancial agravamento das inundações urbanas. Do início do século XX até 1940

sete temporais mereceram maior destaque por parte da imprensa da época. A chuva

do dia 17 de março de 1906 provocou o transbordamento do Canal do Mangue,

alagando quase toda a cidade, e causando diversos desmoronamentos em morros.

Em 23 de março de 1911 um novo temporal inundou a Praça da Bandeira e suas

imediações. A imprensa apontou três causas para as cheias: a má instalação dos

condutos pluviais, a condição topográfica da cidade e a falta de fiscalização da

Prefeitura sobre a conservação da floresta. Mesmo hoje, estas observações parecem

atuais. Esta situação se repetiu em março e junho de 1916, abril de 1924, fevereiro de

1928 e em fevereiro de 1938. Na década de 40 três temporais de grande intensidade

foram registrados. Em 29 de janeiro de 1940, em 6 e 7 de janeiro de 1942 e em 17 de

janeiro de 1944, a chuva provocou transbordamentos, inundações e

desmoronamentos, com grandes perdas humanas.

As chuvas de 1966/67 são famosas e ocorreram grandes estragos. Em 1966,

houve um deslizamento de terra, arrastando casebres e pedras de um morro,

destruindo um prédio de classe média em Laranjeiras, por exemplo.

Enchentes catastróficas na década de 70 ocorreram com intervalos menores, e

os deslizamentos e alagamentos de ruas lembravam a população das enchentes de

66 e 67.

Esta situação novamente se repetiu nas décadas seguintes. Nos anos de

elevada pluviosidade, como em 1983, 1985 e 1988, as chuvas concentradas

assumiram dimensões catastróficas. Na década de 90 ocorreram temporais de grande

repercussão, pelo menos um por ano.

Em todas estas ocorrências, o saldo de destruição se mostrou impressionante.

Inundações, deslizamentos, mortes, cortes de energia, proliferação de doenças, em

especial a leptospirose, desabamentos de barracos e soterramento de pessoas se

tornaram freqüentes no Rio de Janeiro. Os impactos provocados pelo crescimento

urbano da cidade do Rio de Janeiro, especialmente a partir da década de 40,

certamente contribuíram para o aumento da freqüência das inundações. Os temporais

são fenômenos naturais em uma região tropical, não devendo ser encarados como

anomalias climáticas, mas como desvios geradores de acidentes de grande

repercussão sócio-econômica, que são sensivelmente agravados pela ação antrópica

não planejada, como a ocupação e uso do solo urbano.

2.2 – DRENAGEM URBANA SUSTENTÁVEL

Até o século XIX, os moradores lançavam todos os despejos e detritos

domésticos nas ruas e valas. Com o crescimento das cidades, começaram a surgir

grandes surtos de doenças. Para diminuir ou eliminar o elevado número de pessoas

infectadas, era necessário que essas não tivessem contato direto ou indireto com os

despejos e detritos domésticos. O contato parou de existir quando criaram as galerias,

já que estas passaram a conduzir os esgotos.

No século XIX, as águas da chuva escoavam pelas galerias junto com os

esgotos (sistema único). Era o chamado “Tout à l’égout” ou “Tudo ao esgoto”.

A partir de 1940, o problema começou a ser transferido para outras áreas ou

para o futuro, no conceito da “Melhoria do fluxo”, através de cortes de meandros,

retificações e mudanças de declividade de fundo.

A partir de 1960 iniciou-se o “Planejamento da ocupação das planícies de

inundação”, onde o modelo tradicional foi questionado e começaram a impor restrições

às ocupações e aos tipos de obras (O2 ENGENHARIA, 2008).

A partir de 1970 estabeleceram-se as “Medidas compensatórias”, com

atenuação de picos de vazões, bacias de retenção e bacias de detenção.

A partir de 1980 instituiu-se que “Soluções desejáveis são aquelas que atuam

sobre as causas”, através de controle de fluxos na origem, redução de volumes

escoados, armazenamentos localizados no lote urbano, sistemas para infiltração,

novas posturas tecnológicas, manutenção permanente e comprometimento dos

cidadãos.

Enfim, a partir de 1990, iniciou-se o conceito da “Drenagem urbana

sustentável”, que visa a sustentabilidade ecológica, a sustentabilidade econômica e a

sustentabilidade social. Segundo Geldof (1995) deve-se apostar menos na solução

tecnológica e mais na participação direta dos cidadãos.

A partir de então há o reconhecimento da complexidade das relações entre os

ecossistemas naturais, o sistema urbano artificial e a sociedade.

O principal objetivo da drenagem urbana sustentável é evitar os processos

erosivos do solo, atenuar e, se possível, evitar as enchentes e o processo de perda

das capacidades dos mananciais.

A drenagem urbana sustentável se apóia sob três pilares. O primeiro deles é o

direcionamento ambiental, sem que haja desmatamento, erosões e assoreamento das

porções líquidas. A outra base de sustentação é quanto à manutenção dos recursos

hídricos e à qualidade das águas superficiais e subterrâneas. E por fim a questão de

gestão urbana, a drenagem urbana sustentável deve fazer parte do plano diretor da

cidade, não atendendo apenas assuntos de saneamento básico, mas de propor

soluções que sejam benéficas ao meio ambiente (CEAL, 2008).

O objetivo da drenagem urbana sustentável é garantir o ciclo hidrológico em

todas as suas fases e a qualidade da água, evitando-se processos erosivos,

enchentes e a perda de capacidade dos mananciais subterrâneos. A eficácia das

soluções está ligada à política de ocupação do solo, aos meios legais, financeiros,

técnicos e institucionais, à organização institucional (tecnologia, critérios, obras,

comunicação social, participação pública, aplicação de leis e normas), ao processo de

planejamento (curto, médio e longo prazo) e, às campanhas educativas (CEAL, 2008).

Os primeiros registros de implantação da sustentabilidade na drenagem urbana

foram feitos na Europa há mais de 30 anos, de forma gradativa e eficaz (CEAL, 2008).

Primeiro pensaram em algum método para corrigir o atual impacto. Foram

criados grandes reservatórios para armazenar as águas oriundas das chuvas,

minimizando a ocorrência de inundações e enchentes. No Brasil, existe um sistema

semelhante no Estádio do Pacaembu, em São Paulo. A água é retida por até 24 horas

até que o fluxo de vazão se normalize para que assim, seja liberada.

Este tipo de reservatório proposto originalmente no exterior causaria polêmica

aqui no Brasil. Por ser um reservatório de águas poluídas, a população não acredita

que a manutenção e limpeza dos tanques pudessem ser regulares pelo poder público,

criando, dessa forma, mais um empecilho e até mesmo se tornando uma questão de

saúde pública.

Outro procedimento adotado pelos países europeus foi a implantação da

sustentabilidade no plano diretor de cada cidade. Os terrenos destinados à construção

têm 35% de reserva para aproveitamento público como a construção de ruas,

calçadas, escolas, etc. e, 1% dessa área de reserva é destinado à implantação de

reservatório de água.

Com essas medidas, reduz-se o problema nas bacias hidrográficas e,

conseqüentemente, a incidência de enchentes, inundações e de impacto ambiental

são menores.

No Brasil, o Governo Federal instituiu a Lei nº 6.766/79 dispondo sobre o

parcelamento do solo urbano. Esta lei ficou conhecida como a Lei Lehman e

estabelecia exigências mínimas de padrões urbanísticos necessários para aprovar a

implantação do loteamento urbano e limites para a ocupação do solo observando

cuidados com a preservação do meio ambiente.

Também determinava que os loteamentos deveriam reservar (sem edificações)

uma faixa de 15 metros de cada lado ao longo de cursos d’água, rodovias, ferrovias e

dutos, e exigia a doação para o Poder Público de, no mínimo, 35% da área da gleba a

ser loteada para a implantação de sistema de circulação, áreas verdes e

equipamentos como escolas, creches, posto de saúde, etc.

Em janeiro de 1999 foi aprovada a Lei 9.785, que deixa a cargo da legislação

urbanística municipal a área mínima que deve ser doada em cada gleba para o

sistema de circulação, a implantação de equipamentos urbanos (serviços públicos de

água, de esgoto, de energia elétrica, de coleta de águas pluviais, a rede telefônica e

de gás canalizado) e comunitários (educação, cultura, saúde e lazer), a instalação de

espaços livres e áreas verdes de uso público, respeitando o mínimo da lei maior.

O município, para garantir o interesse público e social, deve estabelecer na

legislação municipal que, pelo menos 35% da gleba que será parcelada deve ser

reservado para uso social e ambiental.

Esse percentual de área doada, normalmente, é distribuído na seguinte

proporção: 15 a 20% para sistema viário, 10 a 15% para área verde e 5 a 10% para

área institucional.

A grande questão em torno do percentual da gleba a ser doado para áreas

verdes e de lazer é a conservação dessas áreas. O importante é garantir que essas

áreas sejam realmente apropriadas pela comunidade.

Freqüentemente as áreas doadas nas próprias glebas são pequenas e acabam

pulverizadas no espaço urbano, dificultando sua manutenção. O município poderia

incorporar uma área maior e mais significativa para o patrimônio paisagístico e

ambiental da cidade, com melhores condições de preservação, definindo-a como

objeto para a recepção da transferência do percentual de doação de área pública

exigido dos loteadores. Poderiam prever também reservatórios de detenção ou

paisagens multifuncionais.

Pronk e Haq (1992) afirmam que o desenvolvimento sustentável relaciona-se

com um processo de formulação de políticas que permitem um desenvolvimento que

seja sustentável sob o ponto de vista econômico, social e ecológico. Seguem

afirmando que o consumo atual não pode ser financiado de forma prolongada levando

a uma dívida econômica que outros deverão pagar, que deve haver suficiente inversão

na educação e saúde da população de hoje de maneira a não criar uma dívida social

para as gerações futuras, e que os recursos naturais devem ser utilizados de maneira

a não criar dívidas ecológicas por sobre-explotação da capacidade de sustento e da

capacidade produtiva da Terra.

A perspectiva da drenagem urbana sustentável introduz uma nova forma de

direcionamento das ações, baseada no reconhecimento da complexidade das relações

entre os ecossistemas naturais, o sistema urbano artificial e a sociedade. Dessa

forma, conclui-se que drenagem e controle de cheias em áreas urbanas devem ser

reconceitualizadas em termos técnicos e gerenciais.

O Ministério das Cidades apresentou em 2006 seu Manual para Apresentação

de Propostas para o Programa de Drenagem Urbana Sustentável, que possui duas

ações:

• Ação 1: Apoio à Implantação e Ampliação de Sistemas de Drenagem Urbana

Sustentável.

• Ação 2: Apoio a Estados e Municípios para elaboração de Projetos de

Drenagem Urbana Sustentável.

A Ação 1 contempla intervenções estruturais voltadas à redução das

inundações e melhoria das condições de segurança sanitária, patrimonial e ambiental

dos municípios.

Essas intervenções estruturais consistem em obras que privilegiem a redução,

o retardamento e o amortecimento do escoamento das águas pluviais. Alguns

exemplos de intervenções seriam:

• Reservatórios de amortecimento de cheias;

• Adequação de canais para a redução da velocidade de escoamento;

• Sistemas de drenagem por infiltração;

• Implantação de parques lineares;

• Recuperação de várzeas;

• Renaturalização de cursos de água.

As soluções adotadas devem estar embasadas por meio de estudos de

alternativas que contemplem aspectos técnicos, econômicos e ambientais.

O trabalho social é item obrigatório em todos os empreendimentos apoiados,

incluindo a participação comunitária nas fases de elaboração, implementação e uso

das obras e serviços propostos.

Este trabalho social deverá prever apoio à participação comunitária,

campanhas educativas de conscientização sobre saneamento ambiental, educação

sanitária e ambiental, e capacitação profissional, visando a formação e capacitação de

agentes sanitários e dos técnicos responsáveis pela manutenção e operação das

obras.

A Ação 2 contempla intervenções não-estruturais voltadas à redução das

inundações e melhoria das condições de segurança sanitária, patrimonial e ambiental

dos municípios.

Essas intervenções consistem na elaboração de estudos, projetos, planos

diretores de drenagem ou planos de manejo de águas pluviais, iniciativas de

capacitação e desenvolvimento institucional e de recursos humanos, fortalecimento

social, fiscalização e avaliação.

O objetivo da Ação 2 é apoiar intervenções que impulsionem soluções para a

promoção do escoamento regular das águas e prevenção de inundações locais, a

jusante e a montante, proporcionando segurança sanitária, patrimonial e ambiental,

através das seguintes modalidades:

• Elaboração de Planos Diretores de Drenagem Urbana Sustentável;

• Elaboração de Projetos Básico e Executivo de Engenharia para intervenções

de drenagem urbana;

• Apoio a Estudos e iniciativas de fortalecimento social, fiscalização de áreas

vulneráveis e avaliação de intervenções pré-existentes;

• Implementação de iniciativas de capacitação e desenvolvimento institucional e

de recursos humanos para a gestão, gerenciamento e operação de sistemas

de drenagem urbana.

2.3 – RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO

Os reservatórios de detenção têm a função de amortecer vazões de pico,

redistribuindo estas vazões no tempo. Eles não atuam sobre o excesso de volume

gerado pelo aumento da impermeabilização, mas podem ser muito úteis na função de

aliviar as galerias de drenagem, pela redução das vazões máximas geradas. Este tipo

de reservatório, em geral, funciona a seco, só sendo caracterizados como

reservatórios durante os eventos chuvosos e por um curto período posterior ao evento,

quando ocorre o seu esvaziamento.

Outro objetivo das bacias ou reservatórios de detenção é minimizar o impacto

hidrológico da redução da capacidade de armazenamento natural da bacia

hidrográfica.

Pode-se listar como vantagens dos reservatórios de detenção:

• Custos relativamente baixos de implantação, operação e manutenção;

• Facilidade de administrar a construção;

• Possibilidade de integrar soluções urbanísticas e paisagísticas com o controle

de enchente.

Como desvantagens dos reservatórios de detenção, têm-se:

• Dificuldade de achar locais adequados;

• Custo de aquisição da área;

• Reservatórios maiores têm oposição por parte da população.

A descarga do volume acumulado no reservatório se dá normalmente através

de descarga de fundo ou de bombeamento. Devido à conservação de massa, este

fenômeno pode ser descrito:

– Q

= dV

Sendo:

= vazão de entrada no reservatório

= vazão de saída do reservatório

dV = variação de volume

dt = variação de tempo

Quando do enchimento do reservatório, tem-se que dV/dT > 0. Então, pela

expressão acima, Q

< Q

, que evidencia que há uma atenuação no hidrograma de

cheia desta bacia. Na situação inversa, quando do esvaziamento do reservatório,

dV/dT < 0, implicando que Q

> Q

. Isto pode ser observado através da Figura 2.4.

Figura 2.4 – Hidrogramas Característicos dos Reservatórios de Detenção

O reservatório poderá revestido em concreto (figura 2.5), ou não ter

revestimento algum (terreno natural ou gramado) conforme as figuras 2.6 e 2.7. Neste

último caso, há a vantagem de facilitar a infiltração no solo, aumentando o

desempenho do dispositivo. Mas, em contrapartida, o reservatório não revestido é

normalmente mais raso, em função da necessidade do fundo do reservatório estar

acima do lençol freático, sob pena de diminuir o volume útil, necessitando assim de

áreas maiores, difíceis de serem encontradas em áreas urbanas. Além disso, as

estruturas não revestidas necessitam de taludes de escavação mais suaves,

aumentando a demanda por áreas ainda maiores, e terão uma manutenção muito

mais difícil.

Esvaziamento, Q

> Q

Enchimento, Q

> Q

Vazão de Entrada (Q

)

Vazão de Saída (Q

)

Figura 2.5 – Reservatório de detenção revestido em concreto armado (TUCCI, 1995)

Figura 2.6 – Reservatório de detenção junto à superfície (TUCCI, 1995)

Figura 2.7 – Reservatório de detenção revestido com grama (TUCCI, 1995)

As bacias de detenção também podem ser do tipo aberta ou subterrânea.

No caso de bacias de detenção subterrâneas, deve-se prever a construção de

praças e áreas de lazer sobre a laje superior do reservatório de concreto. Os fatores

negativos são a dificuldade de acesso e a necessidade de equipamentos mais

robustos, além do custo da obra em si, que é, em média, de 3 a 5 vezes mais alto que

o de bacias abertas. Já que não existe uso de lazer dentro da bacia, a freqüência de

manutenção pode ser menor. Porém, deve haver inspeções periódicas para garantir a

desobstrução das estruturas de entrada e saída, que podem ficar entupidas por

sedimentos e lixo.

Este tipo de dispositivo requer manutenção constante de modo que o material

decantado não diminua o seu volume útil ao longo do tempo. Deverá também ser

previsto acesso fácil para equipamentos de manutenção. Além disso, em função de

seu volume, são necessárias grandes áreas, difíceis de serem disponibilizadas em

regiões urbanizadas, podendo, entretanto, serem construídos sob estacionamentos

sem causar impactos visuais, ou em parques.

Por se tratar de área urbana, também deverá ser levada em conta a possível

necessidade de remanejamento de redes de utilidades, tais como força, luz, telefone,

água, esgoto, dentre outras.

Quando esses reservatórios de detenção ocupam áreas superficiais de praças

ou parques urbanos, estas intervenções passam a caracterizar o uso de paisagens

multifuncionais. As grandes virtudes desses parques são de acomodar as diferentes

ampliações de vazões de cheia dentro da parte da bacia que o reservatório do parque

drena, a possibilidade de criar um espaço ambiental agradável, reduzir o material

sólido e melhorar a qualidade da água. Por permanecerem secos durante a estiagem,

torna-se possível

seu uso como áreas de lazer tais como pista de “cooper”, campo de

futebol, quadra poliesportiva, “playground” (CANHOLI, 1995).

Walesh (1989) cita que a incorporação de funções múltiplas fica evidente ao se

analisar a evolução mundial de utilização das obras de detenção em centros urbanos.

Distinguem-se pelo menos 4 fases sobre a evolução da utilização desse tipo de

estrutura:

• Fase 1: Controle quantitativo do escoamento.

• Fase 2: Controle quantitativo do escoamento, recreação, paisagismo, outros

usos.

• Fase 3: Controle quantitativo do escoamento, recreação, paisagismo, outros

usos, controle da qualidade da água.

• Fase 4: Controle quantitativo do escoamento, recreação, paisagismo, outros

usos, controle da qualidade da água, mananciais urbanos (estudar a

viabilidade de se usar esse volume de água armazenado como eventual fonte

de abastecimento.

Atualmente, as obras para detenção dos escoamentos já aplicadas no Brasil

situam-se na Fase 2.

Por outro lado, avaliando outro aspecto desta discussão, segundo Urbinatti

(2007), no período chuvoso, essas unidades recebem imenso volume de água

contendo matéria orgânica, lixo, os mais variados tipos de entulhos e animais mortos.

Assim, nesses reservatórios, após o escoamento das águas, formam-se ambientes

propícios aos microrganismos patogênicos, bem como a fauna sinantrópica de

roedores e insetos (baratas, moscas e mosquitos).

Os mosquitos (Diptera, Culicidae) necessitam de coleções hídricas para o

desenvolvimento das formas imaturas (ovo, larva e pupa). Essas coleções aquáticas

são conhecidas como criadouros e são classificadas em naturais e artificiais podendo

ser permanentes e semipermanentes. Nesse sentido acredita-se que os reservatórios

de detenção são potenciais criadouros semipermanentes de mosquitos. Estudos

realizados nos Estados Unidos e Austrália revelaram que as águas retidas nos

reservatórios de detenção, contendo matéria orgânica e vegetação aquática,

favorecem a proliferação de diversas espécies de mosquitos, principalmente do

gênero Culex (SARNECKIS 2002; EPA 2005).

Das espécies de culicídeos identificadas nos reservatórios de detenção da

cidade de São Paulo, onde há um conjunto deste tipo de reservatório em operação no

Brasil, destaca-se o Culex quinquefasciatus, que se adaptou ao ambiente

peridomiciliar urbano, beneficiado pelas alterações antrópicas. As formas imaturas

desta espécie desenvolvem-se em criadouros artificiais no solo ou em recipientes com

água estagnada com pouco movimento, rica em matéria orgânica em decomposição,

baixo teor de oxigênio e presença de vegetação aquática, condições essas

encontradas nos ambientes dos reservatórios (URBINATTI, 2007).

Neste contexto, as alterações ambientais nos aglomerados urbanos

provocadas pelas ações antrópicas têm sido um grande desafio não só para os

pesquisadores que estudam a bioecologia desses culicídeos, mas também para

profissionais que atuam na área de saneamento ambiental, visando o controle de

pragas urbanas.

Cruz e tal (2001) afirmam que tem sido feito um esforço no sentido de se

chegar a soluções de drenagem cada vez mais adaptadas às cidades que sofrem com

os alagamentos. No entanto, estas soluções, muitas vezes, acoplam-se ao sistema de

drenagem e produzem respostas úteis sobre o escoamento, amortecendo cheias de

grandes sub-bacias urbanas, mas nem sempre elas são bem integradas com o espaço

urbano e/ou com outros usos.

Os reservatórios de detenção podem ser designados ainda, de acordo com o

seu posicionamento e função nos sistemas de drenagem, como on-line, ou seja, na

linha principal do sistema ou a ele conectado em série, e off-line, quando implantados

em paralelo, para desvio dos escoamentos.

A Figura 2.8 apresenta uma esquematização da localização dos reservatórios

on-line e off-line no sistema principal de drenagem.

Figura 2.8 – Reservatórios on-line e off-line

Qualquer projeto executivo de um reservatório de detenção nas condições em

que se encontram a maioria das cidades brasileiras e, possivelmente das cidades

latino-americanas, com populações ainda não totalmente conscientizadas, lançando

resíduos e esgotos cloacais em redes que deveriam ter esgotos somente pluviais,

deve levar em consideração os seguintes aspectos:

• As cargas de resíduos sólidos, sedimentos e esgotos cloacais e perspectivas

futuras destas;

• Prever estruturas de retenção destas cargas;

• Prever limpezas sistemáticas dos reservatórios, construindo acessos e

evitando que o fundo do reservatório seja um terreno que impossibilite o

acesso de homens e máquinas;

• Levar estas questões para a população, mostrando o caminho traçado pelos

resíduos e mostrando o quanto atinge os reservatórios;

• Manutenção das redes de micro e macrodrenagem contribuinte;

• Incentivo a construções de baixo impacto no escoamento da drenagem,

evitando altas impermeabilizações;

• Utilização de modelagem adequada para o dimensionamento das estruturas,

bem como verificação hidráulica;

Reservatório

de detenção

Corpo

receptor

Reservatório

de detenção

Corpo

receptor

Bacia de

drenagem

Bacia de

drenagem

1 – Reservatório on-line

2 – Reservatório off-line

Canalização

à jusante

Canalização

à jusante

• Conscientizar as pessoas de que elas geram esgotos e que este esgoto tem

que ser encaminhado de maneira correta para uma estação de tratamento.

2.4 – OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DOS RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO

Segundo Canholi (2005), economia e facilidade para os serviços de operação e

manutenção devem ser preocupações do projetista desde a fase de planejamento das

bacias de detenção, já que desses serviços depende o desempenho geral da obra,

bem como a sua vida útil.

O critério de projeto desse tipo de obra deve ter como objetivos principais

(ASCE, 1992):

• Garantir o funcionamento hidráulico e a integridade física das estruturas por

toda a vida útil da obra;

• Evitar a infestação por insetos;

• Permitir a utilização múltipla, incluindo as atividades de lazer e recreação;

• Garantir a segurança e o conforto dos visitantes, especialmente das crianças,

no caso de aproveitamento multifuncional;

• Preservar o aspecto visual agradável.

Na elaboração do projeto e/ou dos manuais de operação e manutenção, devem

ser considerados, no mínimo, os seguintes aspectos (Canholi, 2005):

• Se o período de detenção for longo, especialmente se for liberado o acesso de

crianças às vizinhanças do reservatório, é conveniente a instalação de

alambrados em todo o perímetro da bacia de detenção;

• Se o reservatório for escavado lateralmente a vias de tráfego e em cota

bastante inferior às pistas, devem-se instalar guard-rails ou barreiras tipo “New

Jersey”;

• Devem ser previstos acessos permanentes ao fundo do reservatório,

especialmente às estruturas de entrada e saída, normalmente por meio de

rampas projetadas para o tráfego de caminhões pesados e escavadeiras;

• Os requisitos estéticos ou paisagísticos são de grande importância e devem

ser estabelecidos e cumpridos com rigor;

• Caso se planejem somente áreas planas para recreação, devem ser previstos

sistemas de drenagem subsuperficiais, compatíveis com o tipo de solo

existente no local;

• As bacias de detenção devem comportar um adequado volume de espera para

sedimentos, de forma a reduzir a periodicidade de limpeza;

• As grades e cercas próximas das estruturas de saída podem prejudicar sua

operação hidráulica pelo tamponamento ou obstrução com detritos. O projetista

deve avaliar convenientemente esses aspectos e, quando possível, optar por

outras soluções, como a inserção de taludes íngremes e/ou de áreas isoladas

por vegetação, nesses locais;

• De preferência, as estruturas de saída, notadamente os extravasores de

emergência, devem prescindir de dispositivos móveis ou controlados. Devem

ser evitadas comportas, operadas elétrica ou manualmente.

Um plano de manutenção consistente é a melhor forma de assegurar que o

reservatório de detenção continue executando suas funções de controle de vazões e

qualidade de água.

Em geral, um plano de manutenção deve conter componentes como inspeções

regulares, revisões feitas por um engenheiro civil, manutenção da vegetação,

estabilização de taludes e escoadouros, controle de lixo e entulhos e remoção de

sedimentos.

É importante guardar os registros de todas as inspeções, atividades de

manutenção, reparos e custos associados.

As tarefas de inspeção e manutenção a seguir devem ser incorporadas para os

componentes estruturais do reservatório de detenção:

• Inspecionar os tubos de entrada e saída pela integridade estrutural.

(Anualmente). => para assegurar que eles não estão despedaçados ou

quebrados.

• Conduzir inspeções de rotina para o lixo e outros entulhos que possam estar

bloqueando os tubos de entrada ou saída ou vertedores de emergência.

(Mensalmente e após eventos chuvosos) => remover todo o lixo e entulho do

reservatório para que não haja também proliferação de mosquitos e redução do

volume de armazenagem do reservatório.

• Inspecionar e limpar o sistema de rede pluvial e bacias de captação a montante

do reservatório de detenção. (A cada 5 anos ou quando necessário).

• Inspeção da acumulação de sedimentos nos tubos de entrada. (2 vezes ao ano

e após eventos chuvosos).

• Ter um Engenheiro Civil inspecionando o reservatório de detenção para

garantir seu funcionamento pleno. (Anualmente) => comparar as condições

existentes com as plantas de engenharia tipo as-built.

Por fim, uma tarefa de suma importância é promover campanhas educacionais

ambientais para evitar o aumento da quantidade de lixo e sedimentos acumulados no

reservatório, e instruir a população sobre a importância da manutenção do reservatório

e seus componentes estruturais.

2.5 – AVALIAÇÃO ECONÔMICA DOS RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO

2.5.1 – Custos

Segundo Canholi (2005), o custo de um sistema de drenagem urbana é

composto por 3 parcelas:

1. Investimento => Custos relativos à implantação da obra: estudos, projetos,

levantamentos, construção, desapropriações e indenizações.

2. Operação e manutenção => Despesas de mão-de-obra, equipamentos,

combustíveis e outras, relativas à execução dos reparos, limpezas, inspeções e

revisões necessárias durante a vida útil da estrutura.

3. Riscos => Valores correspondentes aos danos não evitados, ou seja, aos

danos residuais relativos a cada período de retorno atendido. Pode tanto ser

medido pela estimativa dos danos como pelos custos de recuperação da área

afetada.

Os custos podem ser considerados diretos ou indiretos. Os custos diretos

envolvem as obras civis, os equipamentos elétricos e mecânicos, a relocação das

interferências, as desapropriações, manutenção e operação. São os custos

diretamente alocáveis às obras.

Os custos indiretos são os custos relativos à interrupção de tráfego, aos

prejuízos ao comércio, às adequações necessárias, ou custos dos danos não evitados

no sistema de drenagem a jusante no período construtivo e durante a vida útil da obra.

Utilizam-se tabelas de custos unitários de obras e serviços especializados de

engenharia, como por exemplo a Tabela de Custos Unitários da Secretaria de Infra-

Estrutura Urbana do Município de São Paulo, para a determinação preliminar dos

custos das obras e equipamentos.

A Tabela 2.1 apresenta os custos unitários médios de alguns itens de material

e serviços relativos a obras de drenagem urbana, que podem ser utilizados nas fases

preliminares de planejamento e comparação de alternativas. Estes custos unitários

englobam material, mão-de-obra, leis sociais, impostos, BDI do empreiteiro e

despesas com instalação e manutenção do canteiro de obras.

Tabela 2.1 – Estimativa dos custos unitários médios (Canholi, 2005)

SERVIÇO UNIDADE

CUSTO UNITÁRIO

ESTIMATIVO – R$

(jan/2004)

Escavação mecânica para fundações e valas m³ 9,50

Escavação mecânica de córrego m³ 4,00

Carga e remoção de terra, até a distância média

de ida e volta de 20 km

m³ 21,00

Fornecimento de terra incluindo carga,

escavação e transporte, até distância média de

ida e volta de 20 km

m³ 22,50

Compactação de terra, medida no aterro m³ 7,80

Demolição de pavimento asfáltico, inclusive

capa, inclui carga no caminhão

m² 8,80

Pavimentação (inclui preparo da caixa,

imprimações betuminosas ligante e

impermeabilizante, revestimento asfáltico e base

m² 9,20

de brita graduada)

Fornecimento e assentamento de

paralelepípedos

m² 43,00

Fornecimento e assentamento de tubos de

concreto armado tipo CA-2, diâmetro 60 cm /

diâmetro 100 cm / diâmetro 120 cm

un 77,00/186,00/283,00

Boca de lobo simples / boca de lobo dupla un 605,00/1.070,00

Poço de visita, incluindo tampão m 2.250,00

Escoramento para galerias moldadas, incluindo

perfis metálicos, com reaproveitamento / sem

reaproveitamento

m² 229,00/493,80

Concreto armado moldado in loco – fck = 20

MPA (inclui formas e armaduras)

m³ 520,00

Fornecimento e colocação de gabião, tipo caixa,

h = 1,00 m

m³ 222,00

Parede diafragma (e = 0,50m), incluindo

concreto e armadura

m³ 1.200,00

A Tabela 2.2 apresenta exemplos de custos intangíveis, aos quais não se pode

atribuir um valor monetário.

Tabela 2.2 – Exemplos de Custos Intangíveis (Canholi, 2005)

CUSTOS INTANGÍVEIS

(não podem ser medidos monetariamente)

TIPO DE

DANO

Setor Privado Setor Público

Direto A vidas humanas

À saúde pública

Ao meio ambiente

Ao estresse causado pelas inundações

Interrupção das atividades

comunitárias

Indireto Ao estresse causado pela expectativa

de inundações futuras

Perda de receita de impostos

pela desmobilização de

atividades

2.5.2 – Benefícios

Sendo a tangibilidade dos benefícios um pouco restrita, um dos enfoques mais

adotados é a quantificação dos danos evitados relativos aos bens e propriedades,

atrasos nas viagens, prejuízos no comércio e serviços e outros. Os benefícios

decorrentes da redução nos índices de doença e mortalidade, melhoria nas condições

de vida e impactos na paisagem são de quantificação bem mais difícil, porém não

menos importante (CANHOLI, 2005).

Segundo Barth (1997) e James e Lee (1971), os danos decorrentes das

inundações podem ser classificados em:

• Diretos => São as perdas de bens e serviços que podem ocorrer como

conseqüência do contato direto com a inundação. Sua avaliação é feita pelo

custo de reposição, reparo e recuperação da área atingida. São estimados a

partir de dados históricos levantados na área inundada em estudo ou, por meio

de fórmulas empíricas definidas para situações de inundação similares.

• Indiretos => Ocorrem na área inundada ou por ela influenciada, sem o contato

direto com a inundação, como, por exemplo, na paralisação de atividades

econômicas e de serviços públicos, na perda de horas de trabalho daqueles

que residem na área, no custo adicional de transporte para circundar áreas

inundadas, nos gastos com atendimento de emergência a desabrigados, etc.

São quase sempre estimados como uma fração do dano direto de mesma

natureza, pelos percentuais definidos em levantamentos realizados em vários

episódios de inundação pesquisados.

A avaliação dos danos de inundação em termos monetários é importante para

justificar a alocação de recursos públicos e amparar estudos de viabilidade econômica

de projetos de drenagem (NAGEM, 2007).

Os danos causados pelas enchentes estão diretamente relacionados aos riscos

e à vulnerabilidade que dada região apresenta (NAGEM, 2007).

NAGEM (2007) mostrou através do estudo de caso da Bacia do Rio Joana, a

aplicabilidade de uma metodologia proposta para utilização em bacias urbanas.

Apoiou-se na conjugação da modelação de equações de prejuízo com o uso do

modelo de escoamento MODCEL.

No contexto da avaliação econômica, analisando o caso da enchente na Bacia

do Rio Joana, partindo da mancha de alagamento atual e um conjunto de obras

propostas, foi possível calcular os benefícios advindos destas obras, comparando os

prejuízos calculados para os cenários de simulação sem e com obras. A meta

proposta foi alcançada (NAGEM, 2007).

A Tabela 2.3 apresenta exemplos de benefícios intangíveis, aos quais não se

pode atribuir um valor monetário.

Tabela 2.3 – Exemplos de Benefícios Intangíveis (Canholi, 2005)

BENEFÍCIOS INTANGÍVEIS

(não podem ser medidos monetariamente)

TIPO DE

BENEFÍCIO

Setor Privado Setor Público

Direto Melhoria da qualidade de vida

Melhoria da saúde pública

Melhoria do meio ambiente

Valorização dos imóveis

Continuidade das atividades

comunitárias

Indireto Segurança dos indivíduos para

habitar áreas recuperadas

Favorecimento das atividades

comerciais, industriais e de serviços

em áreas recuperadas

Segurança para a instalação

de indústrias e comércio nas

áreas recuperadas

Retorno via arrecadação de

impostos

2.5.3 – Riscos de Projeto

A Tabela 2.4 representa, como referência geral, a relação dos períodos de

retorno, baseados nos critérios observados em Denver (1999; 2001) e na experiência

do autor, normalmente adotados para projetos de sistemas de micro e

macrodrenagem.

Tabela 2.4 – Períodos de retorno normalmente adotados (CANHOLI, 2005)

TIPO DE OBRA TIPO DE OCUPAÇÃO TR (anos)

Microdrenagem

Residencial

Comercial

Vias de tráfego locais

Vias de tráfego expressas

Terminais e áreas correlatas

2 – 5

5 – 10

10 – 25

Macrodrenagem

Áreas comerciais e residenciais

Bacias de detenção:

Definição do volume útil

Extravasor de emergência (*)

Pontes urbanas ou rodoviárias

25 – 100

10 – 100

100 – 500

100

* Em casos especiais deverão ser utilizados critérios de segurança de barragem (Ver

Institution of Civil Engineers, 1978)

O risco de excedência, ou risco de falha (R), em porcentagem, de uma obra de

proteção dimensionada para uma vazão ou volume com recorrência igual a TR,

prevista para operar n anos, é definido por:

R = 100 [ 1 – ( 1 – 1/TR )

]

Por meio dessa relação pode-se verificar que, para uma recorrência de projeto

de 20 anos, assume-se um risco anual de excedência de 5%. Num período de 20

anos, por exemplo, a probabilidade da vazão de projeto ser igualada ou superada é de

cerca de 64%.

2.5 – EXPERIÊNCIAS BRASILEIRAS DE RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO

Uma das regiões beneficiadas com reservatórios de detenção foi a bacia do

córrego Cabuçu de Baixo, cujo córrego é afluente da margem direita do rio Tietê e

localiza-se na zona norte do município de São Paulo.

Tendo em vista a premência de minorar as inundações no vale do Cabuçu de

Baixo e considerando que as soluções convencionais propostas anteriormente – de

reforço das galerias ou ainda de derivação por túnel – exigiriam um longo prazo para

sua implantação, foi analisada a possibilidade de se promover o amortecimento das

cheias, pela implantação de reservatórios em pontos estratégicos (CANHOLI, 2005).

Essa bacia apresenta uma forma em cálice bastante favorável à solução com

reservatórios, já que 80% de sua área de drenagem situam-se a montante da foz do

córrego Guaraú, e 71% dessa área é composta pelas bacias do Bananal (13,4 Km²),

Guaraú (9,3 Km²) e Itaguaçu (6,2 Km²).

Primeiramente foram analisadas alternativas com a implantação de até 3

reservatórios: na foz do córrego Bananal, na foz do córrego Guaraú e no córrego

Cabuçu de Baixo montante. Porém, após resultados obtidos, percebeu-se que o

reservatório no Cabuçu de Baixo montante seria ineficaz para a redução nos picos de

vazão do trecho canalizado a jusante, quando implantado em conjunto com os outros

2 reservatórios. Com isso, prosseguiu-se com os estudos dos outros 2 reservatórios

apenas, um na foz do córrego Guaraú e o outro na foz do córrego Bananal (CANHOLI,

2005).

O reservatório Bananal (Figuras 2.9 e 2.10) foi implantado em área particular,

mas não urbanizada, enquanto o reservatório Guaraú (Figura 2.11) exigiu

desapropriações também de áreas edificadas (CANHOLI, 2005).

Figura 2.9 – Reservatório Bananal – planta geral (projeto: Themag Engenharia)

Figura 2.10 – Reservatório Bananal – vista (projeto: Themag Engenharia)

Figura 2.11 – Obras de construção do reservatório Guaraú – zona norte de São Paulo

(Revista Siurb 2003 / projeto: Themag Engenharia)

Além da redução nos picos das vazões, outra função importante prevista para o

sistema de reservatórios seria controlar o transporte de sedimentos e de lixo pelos

córregos, um aspecto bastante sério nas bacias urbanas.

Para saber o efeito dos amortecimentos nas vazões de pico nos 2

reservatórios, foram feitas diversas simulações para recorrências de 10 e 25 anos. Os

resultados podem ser vistos na tabela abaixo.

Tabela 2.5 – Amortecimento das cheias nos reservatórios (CANHOLI, 2005)

RESERVATÓRIO

(anos)

Qafl máx

(m³/s)

Qefl máx

(m³/s)

Hres máx

(m)

Vres máx

(m³)

Guaraú 25

60,6

42,4

6,1

4,7

3,1

2,1

223.000

154.000

Bananal 25

69,4

45,6

6,3

4,7

3,2

2,1

234.000

153.000

Onde:

Qafl máx – pico da vazão afluente ao reservatório

Qefl máx – pico da vazão efluente do reservatório

Hres máx – altura máxima da lâmina d’água no reservatório

Vres – volume do reservatório, correspondente à Hres máx

Foram analisados 2 pontos de interesse: estaca 3940 e foz. As vazões de pico

no córrego Cabuçu de Baixo sem controle e com controle podem ser vistas nas

tabelas abaixo.

Tabela 2.6 – Vazões de pico no córrego Cabuçu de Baixo – condições vigentes –

chuva de duas horas de duração (CANHOLI, 2005)

LOCAL ÁREA DE

DRENAGEM

(km²)

(anos)

VAZÃO

(m³/s)

Estaca 3940 31,00 25

163

113

Foz

Estaca 0

34,60 25

144

100

Tabela 2.7 – Vazões de pico no córrego Cabuçu de Baixo com controle (CANHOLI,

2005)

SITUAÇÃO LOCAL TR

(anos)

(m³/s)

Com reservatórios Estaca 3940

Foz

Estaca 0

70,0

50,0

79,8

57,9

Da análise das tabelas 2.6 e 2.7 observa-se que as vazões de TR = 25 e 10

anos do córrego Cabuçu de Baixo na foz (144 m³/s e 100 m³/s) sofrem uma redução

de 45% e 42%, respectivamente, após a implantação dos reservatórios.

Outro estudo de caso para reservatórios de detenção é o do piscinão Rincão.

Este, com 305.000 m³, localiza-se na margem esquerda do córrego Rincão, entre as

estações Penha e Vila Matilde do Metrô. Ele tem a função de reduzir os picos de

vazão afluentes ao local, durante as enchentes, colaborando para o controle das

cheias no Baixo Aricanduva e dos aportes deste ao rio Tietê. Permitirá uma redução

dos picos de vazão, neste ponto, de 84 m³/s para 37 m³/s, e no trecho de jusante do

Aricanduva, de 259 m³/s para 176 m³/s, para chuvas com TR = 10 anos (CANHOLI,

2005).

A figura abaixo mostra o reservatório Rincão em construção, durante a

estiagem de 2002.

Figura 2.12 – Reservatório Rincão (CANHOLI, 2005)

Visando o aproveitamento parcial da área destinada ao reservatório, como área

de lazer, a exemplo do piscinão do Jabaquara e de outros já implantados na Região

Metropolitana do Estado de São Paulo, foi concebida uma solução do tipo off-line, ou

seja, somente quando o canal atingir profundidades d’água acima de 1,5 m, haverá o

extravasamento para o reservatório, cujo fundo foi projetado com 3 patamares, com

desnível total de 6,0 m (CANHOLI, 2005).

Haverá extravasamento para o interior do reservatório apenas se ocorrer

precipitação acima de 25 mm e, os 3 patamares serão inundados completamente só

para eventos com recorrência acima de 25 anos.

O projeto paisagístico do reservatório Rincão pode ser visto na figura 2.13.

Figura 2.13 – Projeto paisagístico – reservatório Rincão (concepção Arq. Vladimir

Ávila)

O início da inundação do 1º patamar ocorre com uma precipitação de 25 mm,

do 2º patamar com precipitação de 40 mm e do 3º patamar com precipitação de 60

mm.

O piso superior, quando inundado, será esvaziado por gravidade, dispensando

bombeamento, que será necessário para os 2 níveis inferiores. Por isso, após as

chuvas, a área superior será drenada em algumas horas, reduzindo a possibilidade de

assoreamento.

Foi também incluída no projeto uma área sempre seca, onde se prevê a

implantação de edificações e equipamentos não suscetíveis à inundação periódica.

Nos demais patamares, foram previstos equipamentos esportivos resistentes à

inundação eventual, como pista de cooper, campos de futebol, quadras poliesportivas

e playground.

Oyakawa (2004) destacou as condições de manutenção nos dispositivos

hidráulicos utilizados para o amortecimento da vazão de pico no Reservatório de

Detenção AM-3, no Município de Santo André.

Este Reservatório de Detenção pode ser visto na Figura 2.14.

Figura 2.14 – Reservatório de Detenção AM-3 na Rua Grã-Bretanha - Bairro do Bom

Pastor - Município de Santo André (OYAKAWA, 2004)

Ainda em São Paulo, encontram-se alguns outros reservatórios de detenção,

como podemos observar na Figura 2.15.

Figura 2.15 – Reservatórios de Detenção próximos ao AM-3 (OYAKAWA, 2004)

As informações sobre os reservatórios indicados na figura anterior podem ser

vistas na tabela abaixo.

Tabela 2.8 – Informações sobre os reservatórios de detenção próximos ao AM-3

(OYAKAWA, 2004)

Reservatório de

Detenção

Capacidade (m³)

Área da Bacia de

Drenagem (Km²)

Área do

Reservatório (m²)

RPI-02 106.728 8,7 36.962

RPI-07 130.448 4,5 45.177

AC1 – Castelo Branco

1.114.587 9,3 23.290

TC2 – Casa Grande 84.320 10,8 17.000

TM5 34.534 21,4 11.360

AM3 – Fac. Medicina 125.000 42,0 27.000

TM6 – Canarinho 38.403 14,4 4.450

TM7 – Bombeiros 75.640 27,9 12.400

AT1a – Mauá 138.000 15,1 23.000

Segundo Oyakawa (2004), o Reservatório de Detenção AM-3 tem como função

reter os picos de cheias do Ribeirão dos Meninos, regularizando as vazões para

jusante, minimizando assim os problemas com inundações por transbordamento do

córrego. Está localizado na margem direita do córrego com acesso pela Rua Grã-

Bretanha, e foi construído pelo DAEE ( Departamento Águas e Energia Elétricas) em

convênio com a Prefeitura de Santo André. O convênio consiste na doação ou

desapropriação de terrenos, por parte dos municípios, para a instalação de

reservatórios de águas pluviais. As prefeituras também estarão encarregadas pela

manutenção das áreas e implementação de educação ambiental em seus territórios.

Ao Estado, por meio do DAEE, cabe a construção dos reservatórios, além do

monitoramento hidrológico. Outras características do reservatório:

As obras desse reservatório com área de 27.000 m², capacidade de 125.000

m³ para uma bacia de denagem de 42 Km², foram concluídas em 1999.

Algumas fotos do reservatório após as chuvas de dezembro de 1999 podem

ser vistas da Figura 2.16 à Figura 2.19.

Figura 2.16 – Reservatório de Detenção AM3 após chuvas de dezembro de 1999 – 1/4

(OYAKAWA, 2004)

Figura 2.17 – Reservatório de Detenção AM3 após chuvas de dezembro de 1999 – 2/4

(OYAKAWA, 2004)

Figura 2.18 – Reservatório de Detenção AM3 após chuvas de dezembro de 1999 – 3/4

(OYAKAWA, 2004)

Figura 2.19 – Reservatório de Detenção AM3 após chuvas de dezembro de 1999 – 4/4

(OYAKAWA, 2004)

A SEMASA é o órgão responsável por toda a Drenagem no município de Santo

André desde 1997. Por isso, este, através da Gerência de Drenagem do

Departamento de Manutenção e Obras, realiza os trabalhos de manutenção e limpeza

do reservatório.

Segundo Oyakawa (2004), a manutenção de maior porte compreende a

retirada de material sedimentado e outros resíduos inertes. Esta tem sido efetuada

duas vezes ao ano, com sérias dificuldades de entrada dos equipamentos. As

dificuldades de acesso são devido à pavimentação ter sido executada em

paralelepípedos que, ao se deslocarem da posição original, não suportam o peso dos

veículos e, também, ao desaparecimento do arruamento que após as cheias fica

coberto pela lama e confunde-se com as outras partes do fundo do reservatório que

não possuem revestimento, impossibilitando assim a total limpeza do reservatório.

Para a limpeza do reservatório ou retirada do material sedimentado e outros

resíduos são necessários 22 dias para um volume aproximado de 1.700m³. Os

equipamentos utilizados são 1 pá carregadeira e 6 caminhões basculantes. Com

relação à mão-de-obra, são necessários 1 operador da pá carregadeira, 6 motoristas e

2 ajudantes de manutenção. O local para bota-fora utilizado é o aterro sanitário do

próprio município.

Nas Figuras 2.20 até 2.25 podem ser observadas imagens da limpeza

realizada em agosto de 2001.

Figura 2.20 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 1/6 (OYAKAWA, 2004)

Figura 2.21 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 2/6 (OYAKAWA, 2004)

Figura 2.22 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 3/6 (OYAKAWA, 2004)

Figura 2.23 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 4/6 (OYAKAWA, 2004)

Figura 2.24 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 5/6 (OYAKAWA, 2004)

Figura 2.25 – Limpeza do reservatório em agosto de 2001 – 6/6 (OYAKAWA, 2004)

A limpeza do gradeamento de entrada das águas é muito complicada, pois este

não possui um equipamento de içamento para a devida retirada dos detritos que se

encrostam (figuras 2.26 e 2.27). Não foram previstos locais de fácil acesso para

manutenção. Os funcionários têm que entrar pelo único acesso, que são as células

feitas para entrada da água do córrego para o reservatório, executando toda limpeza

manualmente (figura 2.28).

A limpeza do gradeamento é executada a cada 3 meses, com duração de 10

dias. São necessários 1 caminhão e 10 ajudantes de manutenção.

Todos estes trabalhos são desenvolvidos com mão-de-obra interna e

equipamentos do próprio SEMASA. Existem ainda outras despesas geradas, como:

vigilância, manutenção de equipamentos e instalações elétricas.

Figura 2.26 – Gradeamento com detritos encrostados – 1/2 (OYAKAWA, 2004)

Figura 2.27 – Gradeamento com detritos encrostados – 2/2 (OYAKAWA, 2004)

Figura 2.28 – Acesso ao gradeamento (OYAKAWA, 2004)

Abaixo são descritos os serviços utilizados para a manutenção, com suas

estimativas de custos, de acordo com a freqüência das atividades já mencionadas.

Tabela 2.9 – Estimativa de custo para limpeza do reservatório de detenção AM3 (Base

Tabela SVP – Julho/02)

Serviços Custos (R$)

Escavação, carga e remoção até 1Km 13.200,00

Remoção além do 1ºKm até 15Km 24.990,00

Espalhamento no bota-fora 2.320,00

Equipamentos

1 pá carregadeira 10.760,00

6 caminhões 41.250,00

Mão-de-obra

1 operador 1.340,00

6 motoristas 5.670,00

2 ajudantes 1.460,00

Custo A 100.990,00

Estimativa Custo A por ano 201.980,00

Tabela 2.10 – Estimativa de custo para limpeza das grades do reservatório de

detenção AM3 (Base Tabela SVP – Julho/02)

Mão-de-obra Custos (R$)

10 ajudantes 3.350,00

Equipamentos

1 caminhão 3.200,00

Custo B 6.570,00

Estimativa Custo B por ano 26.280,00

Custo Total por ano = Custo A + Custo B = R$ 201.980,00 + R$ 26.280,00

Estimativa de Custo Total por ano = R$ 228.260,00

A utilização dos reservatórios de detenção tem sido de grande valia nos últimos

tempos. Porém, deve-se salientar que em fases de projeto e execução da obra seja

dada a devida atenção às condições propícias para a manutenção e operação dos

reservatórios. Deve-se também alertar e enfocar para as atividades desenvolvidas na

limpeza e manutenção, serviços que geram custos elevados e onerosos absorvidos,

sem às vezes, ter-se idéia do tamanho e da complexidade dos mesmos.

Segundo Oyakawa (2004), o espaço do reservatório poderia ser utilizado como

área de lazer em épocas de estiagem, uma das idéias iniciais com previsão de

quadras esportivas e campo de futebol, se tivesse condições de executar uma

manutenção adequada.

Por isso, entende-se que as atividades de manutenção são impreteríveis para a

preservação do bem-estar e da saúde das populações, responsabilidades da

administração pública.

Urbinatti (2007) abordou alguns aspectos ecológicos da fauna de culicídeos

relacionados aos reservatórios de contenções das cheias.

O reservatório de detenção pode integrar o meio ambiente urbano

harmonicamente, visto que pode ser projetado como área de recreação quando não

estiver chovendo, assumindo características multifuncionais.

Hall e Porterfield (2001) afirmam que os reservatórios de detenção usados para

controle de escoamento podem também ser usados como amenidades, quando

projetados com imaginação, ajudando a criar ambientes saudáveis e funcionais, bem

como adicionando aspectos estéticos que ajudam a aumentar o valor do solo.

A integração de soluções de drenagem com programas de revitalização de

áreas urbanas pode ser uma opção importante para a solução do problema do

escoamento, assim como a possibilidade de projetar ações distribuídas na bacia

urbanizada, não focando apenas na rede de drenagem, mas também otimizando os

recursos públicos.

Miguez et al (2007) estudaram alternativas para controle de enchentes na bacia

do rio Joana. As intervenções alternativas propostas foram projetadas no conceito de

paisagem multifuncional, evitando ações na rede de drenagem existente e controlando

os escoamentos gerados de forma distribuída. Dentre essas ações, existe a

possibilidade de re-urbanização de praças para que estas funcionem como

reservatórios de detenção temporários.

Todas as ações seriam criadas em áreas livres, como parques, praças, ruas,

estacionamentos e outras áreas públicas, agregando funções hidráulicas ao projeto de

novas paisagens urbanas.

Miguez et al (2007) propuseram uma paisagem multifuncional na Praça

Edmundo Rego. A figura 2.29 mostra uma vista parcial da Praça Edmundo Rego, no

Grajaú, em 2007, após intervenção do Projeto Rio-Cidade.

Figura 2.29 – Vista parcial da Praça Edmundo Rego (Miguez et al, 2007)

A figura 2.30 mostra um perfil da alternativa proposta no projeto da praça

Edmundo Rego, rebaixada em diferentes níveis. Esses níveis diferentes poderiam

permitir um escoamento seletivo de acordo com o tempo de recorrência da chuva, até

que esta atinja o topo na chuva de projeto. Nesse sentido, escoamentos freqüentes

não interromperiam o uso da praça. Escoamentos mais importantes exigiriam um

plano de manutenção e limpeza para ser colocado em prática logo após a chuva.

Figura 2.30 – Perfil da praça Edmundo Rego na concepção alternativa, com áreas em

níveis diferentes, atuando como reservatórios temporários (Miguez et al, 2007).

A figura 2.31 mostra os resultados obtidos para uma simulação do cenário a

jusante da bacia, onde a inundação é um problema sério, e na qual foi considerada

uma aplicação extensiva do conceito de transformação de praças públicas em

paisagens multifuncionais visando detenção do escoamento, prevendo a

implementação de reservatórios de detenção em 11 praças da bacia, e também

considerando adoção de reservatórios em lotes, ações de reflorestamento e proteção

de taludes.

Teatro – reservatório

de detenção principal

Área para ginástica e playground – reservatório

de detenção secundário

Figura 2.31 – Resultado obtido dos níveis do escoamento nas ruas, perto da saída da

bacia, através de um grupo de reservatórios de detenção em praças, reservatórios em

lotes e reflorestamento (Miguez et al, 2007).

Esse trabalho foi apresentado num Workshop pela Universidade Federal do Rio

de Janeiro e Rio-Águas, que vêm interagindo ao longo do tempo. Como conseqüência,

alguns resultados tornaram-se visíveis. A Prefeitura implementou, como projeto piloto,

uma intervenção na bacia do rio Orfanato, transformando um terreno baldio num

parque público, com um reservatório de detenção. Esse novo parque, conhecido como

Pinto Teles, está ilustrado nas figuras 2.32, 2.33 e 2.34.

Figura 2.32 – Vista aérea da região do parque Pinto Teles e um detalhe do local (De

Bonis, 2008).

Figura 2.33 – Escoamento nas redondezas do parque Pinto Teles, antes da

construção da medida de controle de escoamento (De Bonis, 2008).

Figura 2.34 – Vista geral da construção do Parque Pinto Teles, detalhe do reservatório

de detenção e vista da paisagem do parque após o término da obra (De Bonis, 2008)

Historicamente, as soluções urbanas nem sempre têm olhado para os

problemas da drenagem. Porém, pode-se perceber que a combinação de Engenharia

Hidráulica, Arquitetura e Urbanismo pode prover um importante progresso na pesquisa

para a construção de um meio ambiente sustentável, harmônico e equilibrado.

Vários países desenvolvidos vêm adotando estratégias que visam mitigar os

efeitos antrópicos negativos que interferem na quantidade e qualidade da água das

chuvas, implantando bacias de detenção e outras alternativas, que acumulam as

águas à jusante (CANHOLI, 1995). No Brasil, várias metrópoles enfrentam problemas

rotineiros, como as enchentes nos períodos quentes chuvosos decorrentes das

intensas precipitações.

Na RMSP, tendo em vista o crescimento populacional acelerado e

desordenado, ocupação das várzeas dos rios e a impermeabilização do solo, optou-se

pela estratégia de detenção temporária da água, por meio da construção de

reservatórios de detenção de cheias, como medida mitigatória das enchentes. Assim

sendo já estão em operação 21 dessas unidades na RMSP e 14 no município de São

Paulo (SIURB, 2003).

Já foram construídas bacias de detenção em Porto Alegre (Figura 2.35), São

Paulo (Figura 2.36) e Belo Horizonte, por exemplo.

Na cidade do Rio de Janeiro, com a intenção de minimizar inundações, o

decreto-lei municipal nº 23.940, publicado em janeiro de 2004, tornou obrigatório, para

novas áreas com mais de 500 m² impermeabilizados, a construção dos reservatórios

de lote. Esta obrigatoriedade fará com que existam poucos lotes com reservatórios de

maior porte, em um primeiro momento, com crescimento paulatino de sua aplicação, à

medida que novos empreendimentos sejam implantados. Entretanto, lotes pequenos e

construções antigas poderão vir a não participar do esforço conjunto para controle das

cheias em momento algum.

No caso de bacias de detenção abertas, como a observada na Figura 2.35,

utilizam-se taludes laterais suaves, de forma a evitar possíveis acidentes, cobertos por

grama ou construídos na forma de arquibancadas ou rampas lisas.

A manutenção das bacias de detenção abertas é mais rápida e econômica,

pois o acesso é livre e os equipamentos necessários são facilmente obtidos.

Figura 2.35 – Bacia de detenção aberta da Avenida Polônia – Porto Alegre/RS

(Prefeitura Municipal de Porto Alegre, RS – DEP, 2008)

Figura 2.36 – Bacia de detenção do córrego Caaguassu em execução – São Paulo

(DAEE, 1999)

A utilização indiscriminada de bacias de detenção no meio urbano pode gerar

um efeito de coincidência de picos, quando não é tomada também nenhuma medida

para controlar os volumes escoados, como as medidas de infiltração. Dessa forma,

novas soluções como controle na fonte e uso de dispositivos de infiltração devem ser

pensadas, além do uso de ferramentas de avaliação sistêmica do funcionamento da

bacia, que deve ser incentivado.

3 – CONCEPÇÃO DE UM RESERVATÓRIO DE DETENÇÃO

Um reservatório de detenção compõe-se, basicamente, dos seguintes

elementos: uma estrutura de captação, que permite a entrada d’água no reservatório,

podendo esta contar com dispositivos de gradeamento e desarenação, recebendo

águas derivadas de galerias ou captadas diretamente do escoamento superficial;

também apresentam a área destinada propriamente ao armazenamento temporário da

água, composta por um dado volume útil; por fim, são necessárias estruturas de

descarga, em dois níveis – um respondendo pela própria capacidade de

amortecimento, pela definição de uma vazão restrita de saída do reservatório,

caracterizando-se, em geral, por um orifício de fundo não controlado, outro nível,

relacionado a um vertedouro de segurança, para descarregar vazões que superam

aquela que define o projeto.

Assim, as vazões de águas pluviais, antes de chegarem no reservatório de

detenção, passam por diversos dispositivos, como: bueiros, ranhuras longitudinais,

caixa de desvio, gradeamento, vertedor e galerias. E, após amortecidas no próprio

reservatório, saem por um orifício de fundo. Esse reservatório pode possuir ainda uma

característica multifuncional.

3.1 – BUEIROS

Os bueiros são as valas, geralmente localizadas ao longo das vias

pavimentadas, para onde escoam as águas da chuva drenadas pelo meio-fio. São

também usados como ponto de inspeção para a galeria pluvial.

As instalações de bueiros possuem 3 formas comuns:

• Caixa com grelha ou grade – sistema de captação vertical formado por um

orifício na sarjeta, em geral retangular, coberto por uma grade metálica ou de

concreto;

• Boca-de-lobo – sistema de captação lateral em que uma caixa apresenta-se

coberta por uma tampa, em geral de concreto, e, abaixo dela, na altura da

sarjeta, há uma abertura para a entrada das águas;

• Sistema combinado – formado por uma grelha e uma boca-de-lobo (figura 3.1).

Figura 3.1 – Sistema combinado em uso

(http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Storm_Drain.JPG)

A instalação de bueiros é muito importante para o controle de enchentes, já

que capta a água das chuvas que não infiltra no solo por causa de sua

impermeabilização.

3.2 – RANHURAS DE CAPTAÇÃO LONGITUDINAIS

As ranhuras de captação são dispositivos posicionados a 45° transversalmente

à rua, com 1,0 metro de largura. As grades permitem a coleta da quase totalidade das

águas que fluem pelo arruamento, conforme mostrado no projeto PBCM (2000).

A água que escoa pela rua entra pelas grades, e passa por um pequeno

reservatório subterrâneo, que possui um orifício de saída para uma caixa acoplada à

uma galeria que leva o escoamento até o reservatório de detenção ou até uma caixa

de desvio que possui um gradeamento em seu interior.

O principal objetivo desse dispositivo é a captação superficial de um volume

muito maior de água vindo pelas ruas, visto que este ocupa toda a largura da rua.

Desta forma, este dispositivo pode suprir a ausência de galerias ou complementar

captações funcionando de forma precária por sub-dimensionamento ou obsolescência.

A figura 3.2 representa um desenho esquemático de uma ranhura de captação.

Figura 3.2 – Desenho Esquemático de uma Ranhura de Captação

3.3 – CAIXA DE DESVIO

As vazões de águas pluviais após passarem pelos bueiros, ranhuras de

captação e galerias, chegam até um dispositivo denominado caixa de desvio.

Essa caixa é subterrânea e construída com concreto armado, possuindo uma

tampa em sua parte superior para que haja manutenção freqüentemente realizada por

uma pessoa que descerá pela escada de marinheiro localizada abaixo da tampa.

No projeto proposto nesta dissertação, as vazões entram pelas galerias,

oriundas das ranhuras, bueiros e redes existentes, passam pelo gradeamento e,

aquelas com tempo de recorrência até 1 ano retornam ao sistema pluvial existente

através de um orifício, enquanto as vazões com tempo de recorrência entre 1 ano e 20

anos passam por cima de um vertedor até chegarem na galeria de saída da caixa de

desvio, se dirigindo então para o reservatório. Esta concepção foi pensada e proposta

para evitar que chuvas de pequena intensidade e, portanto, mais freqüentes, acabem

Escoamento

Trecho

de canal

Saída

lateral

Ranhuras de

captação

chegando ao reservatório em momentos em que a atuação do mesmo não será

importante para o sistema. Essa decisão permite o aproveitamento do reservatório

como paisagem multifuncional, de modo a minimizar as interferências com os demais

usos propostos.

A figura 3.3 mostra um esquema da caixa de desvio.

Figura 3.3 – Esquema da Caixa de Desvio

3.4 – GRADEAMENTO

O principal objetivo do gradeamento é impedir a passagem de galhos e de

qualquer outro tipo de sólido grosseiro flutuante, evitando assim um acúmulo muito

grande de lixo no reservatório de detenção.

Conforme mostrado no item anterior, a grade localiza-se no interior da caixa de

desvio.

A remoção dos sólidos grosseiros é feita por uma pessoa que desce pela

escada de marinheiro e retira os detritos, ou seja, a limpeza proposta é manual.

3.5 – VERTEDOR

O vertedor é um dispositivo de forma simples, retangular, de parede delgada,

sobre a qual a água escoa.

Este não possui contrações laterais e sua soleira é delgada, reta, em nível com

o plano horizontal e normal à direção do fluxo, ocupando pouco espaço dentro da

caixa.

Localiza-se também dentro da caixa de desvio impedindo que vazões com

tempo de recorrência até 1 ano cheguem no reservatório. Sua função é a de permitir o

escoamento das vazões com tempo de recorrência entre 1 ano e 20 anos.

3.6 – GALERIAS

Após passarem pelo vertedor, as águas pluviais chegam em uma galeria

retangular de concreto armado.

Este tipo de galeria é retangular e com uma laje de concreto armado em sua

parte superior para evitar a necessidade de recobrimento da tubulação. Dessa forma,

a galeria pode ficar mais próxima ao solo, e evita que o reservatório seja profundo.

Embora mais cara, esta concepção permite evitar o uso de bombeamento, fazendo o

reservatório funcionar sempre por gravidade.

A figura 3.4 mostra um esquema desse tipo de galeria pluvial.

Figura 3.4 – Esquema de Galeria Pluvial Retangular

T.N.

3.7 – RESERVATÓRIO MULTIFUNCIONAL

As vazões que escoam pela galeria pluvial retangular e pelas ranhuras de

captação longitudinais chegam até o reservatório de detenção.

Este tipo de reservatório é multifuncional, pois em períodos chuvosos tem a

função de amortecimento de cheias e em épocas de estiagem serve como área de

lazer, podendo se localizar em áreas públicas como parques ou, como no caso da

proposta desta dissertação, em praças.

Como opções de lazer para a área do reservatório, podem ser propostos:

brinquedos infantis, quadra poliesportiva, pista de cooper, pistas de bicicletas e

caminhadas, pista de skate, anfiteatros e outros.

O paisagismo deve-se fazer presente nesse tipo de reservatório. Uma rampa

de acesso deve ser integrada aos usos propostos, em uma das extremidades, para

que seja possível a manutenção e retirada dos sedimentos do fundo do reservatório

por um caminhão.

O reservatório multifuncional é um exemplo de aplicação da drenagem urbana

sustentável, pois garante a integração entre sociedade, ecossistema natural e sistema

urbano artificial.

Este tipo de reservatório é uma obra hidráulica para controlar a água da

natureza e que funciona como lazer para a população em épocas de estiagem (figura

3.6). Porém, esta precisa ajudar a garantir o bom funcionamento da estrutura.

Essa garantia vem através da proibição de se jogar lixo e dejetos nas ruas e

reservatório, e de impedir que crianças e animais entrem na área de lazer em períodos

chuvosos.

Esses reservatórios de detenção permanecem secos na maior parte do tempo,

recebendo aporte de águas apenas nos dias de chuva de maior intensidade e que

seriam capazes de inundar as próprias ruas.

Eles devem armazenar o escoamento superficial e liberar, aos poucos, através

de pequeno orifício de saída, as vazões a jusante. Se também for objetivo do projeto o

tratamento de poluentes, sugere-se um tempo de residência ao redor de 40 horas para

que se aumente a eficiência da remoção dos mesmos. Normalmente, a área requerida

para essas bacias é da ordem de 0,5 a 2,0% da área de contribuição (Urban Drainage

and Flood Control District, 1992). Entretanto, quanto maior o tempo de residência,

mais vulnerável à cheia fica a região no caso de uma segunda chuva intensa em

seqüência.

A eficiência de remoção é boa para sedimentos e metais e razoável para

nutrientes.

É essencial que esse tipo de estrutura receba tratamento paisagístico (figura

3.5), de forma a se integrar com a ocupação do local. A manutenção deve manter a

área livre, com bom aspecto estético, e proteger sua integridade estrutural. Os

reservatórios mais indicados para remoção de poluentes são os de retenção, que

mantêm um lago permanente.

Figuras 3.5 e 3.6 – Exemplo de bacia de detenção seca, combinada a quadras de

esporte (Seminário Qualidade das Águas – Hidrologia Urbana e Drenagem – UFMG,

2005)

3.8 – ORIFÍCIO DE SAÍDA

Após o amortecimento das cheias no reservatório de detenção, estas retornam

à rede de drenagem pluvial existente através de um dispositivo denominado orifício de

saída, funcionando, neste caso, por gravidade.

Orifícios de pequeno diâmetro permitem que as águas fiquem o maior tempo

possível dentro do reservatório, aumentando o tempo do amortecimento e fazendo

com que haja uma maior sedimentação dos sólidos em suspensão. Entretanto, quanto

menor o orifício, maior é o volume requerido para o reservatório.

O orifício de saída fica no fundo do reservatório, conforme pode ser observado

na figura abaixo.

Figura 3.7 – Esquema do Orifício de Saída

Uma preocupação constante e fundamental é a da manutenção do

funcionamento deste orifício, que não deve sofrer risco de entupimento sob pena de

falha grave do sistema.

T.N.

4 – ESTUDO DE CASO: BACIA DO RIO GUERENGUÊ

4.1 – CARACTERIZAÇÃO GERAL DA ÁREA DE INTERESSE

A bacia do rio Guerenguê / Arroio Pavuna está situada na Zona Oeste do

município do Rio de Janeiro, com a maior parte do seu território localizada no bairro de

Jacarepaguá, integrante da XVI Região Administrativa (Jacarepaguá) do município, da

qual também fazem parte: Anil, Curicica, Freguesia, Gardênia Azul, Pechincha, Praça

Seca, Tanque, Taquara e Vila Valqueire.

O bairro de Jacarepaguá está localizado na Baixada de Jacarepaguá, limitada

pelas encostas atlânticas do Maciço da Pedra Branca, a leste, pelo Maciço da Tijuca, a

oeste, pelas lagoas de Jacarepaguá, Camorim e Tijuca, ao sul, e pelas serras do

Valqueire e do Engenho Velho, ao norte.

A Região de Jacarepaguá cobre uma área de 12.781 ha, na qual residem

507.698 habitantes, segundo o Censo de 2000 (PREFEITURA, 2008). A atividade

econômica local é composta por cerca de 7.900 estabelecimentos, 88,4% dos quais

pertencentes ao segmento de comércio e serviços, empregando aproximadamente

163 mil pessoas, a terceira maior região empregadora do Município. A região está

classificada como de médio a alto desenvolvimento humano segundo o Índice de

Desenvolvimento Humano (IDH=0,844), e ocupa a 6ª posição quando consideradas

todas as 12 regiões do Plano Estratégico da Cidade do Rio de Janeiro (PREFEITURA,

2008).

A região de Jacarepaguá apresenta alta densidade de drenagem, constituída,

principalmente, pelos arroios Pavuna e Pavuninha/Passarinhos, provenientes do

Maciço da Pedra Branca, e pelos rios Grande (maciços da Tijuca e Pedra Branca) e

Pedras e Anil (Maciço da Tijuca), além dos respectivos tributários de cada um destes

rios. Cabe ressaltar ainda que, os rios Grande e Anil juntam-se no trecho final do

Arroio Fundo.

Os formadores do Guerenguê / Arroio Pavuna são os rios Monjolo, Areal e do

Engenho Novo. A nascente do Córrego do Engenho Novo localiza-se no Parque

Estadual da Pedra Branca, numa região predominantemente ocupada por mata densa,

numa altitude aproximada de 411m. Ainda no Parque, recebe em sua margem

esquerda o riacho Cascardo; logo depois, recebe o rio do Tucum em sua margem

direita na região da Floresta da Colônia. Nas proximidades de uma área de

propriedade militar, ele recebe o rio do Areal em sua margem esquerda. Mais adiante,

ainda nessa mesma margem, recebe o rio Monjolo na região próxima à Estrada do

Guerenguê, passando a chamar-se, a partir daí, Rio Guerenguê, conforme ilustra a

figura 4.1.

Figura 4.1 – Vista do rio Guerenguê e seus principais afluentes.

Há um grande problema de ocupação das encostas e margens dos rios e

lagoas, o que vem deteriorando as condições de vida da população da Baixada de

Jacarepaguá, a qualidade da água destes corpos hídricos e a susceptibilidade desta

região a enchentes.

Inúmeros problemas podem ser detectados como:

• Proliferação de macrófitas aquáticas, plantas herbáceas que se multiplicam

com velocidade elevada em locais com presença abundante de matéria

orgânica;

• Descarte de praticamente todo o esgoto proveniente da bacia de Jacarepaguá

sem qualquer tratamento nas lagoas e canais da região;

• Ocorrência periódica de fenômenos como o boom de algas provocado pela

eutrofização das lagoas, provocando mortandade de peixes, etc.

4.2 – ENCHENTES EM JACAREPAGUÁ

As bacias de Jacarepaguá vêm sofrendo com problemas de enchentes em

áreas urbanas e com a degradação ambiental do Sistema Lagunar da Barra da Tijuca.

De acordo com SEMADS (2001), em fevereiro de 1996, a atenção da população e das

autoridades do Poder Público voltou-se para a região. Chuvas de elevada intensidade,

ocasionadas pela chegada de uma frente fria, incidiram sobre a Cidade do Rio de

Janeiro, concentrando-se na vertente sul do Maciço da Tijuca. Os totais pluviométricos

registrados pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) são apresentados, a

seguir, na tabela 4.1.

Tabela 4.1 – Totais pluviométricos registrados pelo INMET em fevereiro de 1996

(SEMADS, 2001)

Total diário registrado (mm)

Dia

Alto da Boa Vista Jacarepaguá

13 191 111

14 202 304

15 15 55

No dia 13, houve elevação do nível dos rios da região, afetando as residências

construídas impropriamente junto às margens. No dia 14, ocorreu precipitação de

200mm em menos de 8 horas, o que levou a um cenário de destruição. Grandes

blocos de pedra e elevado volume de terra desceram das encostas, mesmo dos

trechos protegidos com vegetação natural, fato que contribuiu enormemente para a

obstrução de galeria de drenagem e o assoreamento das calhas dos rios da região.

Em algumas áreas de baixada, os leitos dos rios deixaram de existir, praticamente

nivelando-se aos terrenos marginais.

Ainda no dia 14, quando o total pluviométrico em Jacarepaguá foi de 304mm,

no centro da Cidade do Rio de Janeiro, os pluviômetros registraram cerca de 20mm.

Equipes dos Governos do Estado e do Município uniram-se no esforço de reconstruir o

caminho das águas, preocupados com a possibilidade da incidência de outras chuvas.

Em virtude do elevado crescimento demográfico desta região, estas bacias

merecem uma atenção especial, para que os processos de urbanização e,

consequentemente, de intensa modificação do uso e ocupação do solo não agravem

os problemas já existentes.

4.3 – CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DO PROJETO

O projeto do reservatório de detenção proposto será localizado na praça Clarim

(figura 4.2), tendo o seu gradeamento localizado à montante, na praça Sentinela.

Ambas as praças localizam-se no Bairro da Taquara, em Jacarepaguá, e podem ser

vistas na figura 4.3.

Figura 4.2 – Praça Clarim – Taquara, RJ.

Figura 4.3 – Praça Sentinela à montante da Praça Clarim – Taquara, RJ.

A Taquara, um bairro de classe média da Zona Oeste da cidade do Rio de

Janeiro, é o maior pólo econômico de Jacarepaguá, seguido da Freguesia. Dentre

suas qualidades estão sua enorme área verde ao longo do bairro, sua vizinhança

tranqüila e seu belo relevo cercado por montanhas.

Dentre os pontos negativos estão o trânsito caótico ao longo da Avenida

Nelson Cardoso e da Estrada dos Bandeirantes (centro do bairro) e seu contínuo

problema com as enchentes em épocas de muita chuva.

Praça Sentinela

5 – METODOLOGIA DESENVOLVIDA PARA O PROJETO DO RESERVATÓRIO DE

DETENÇÃO PROPOSTO NESTA DISSERTAÇÃO

5.1 – CARACTERÍSTICAS DO RESERVATÓRIO

O reservatório de detenção proposto para a praça Clarim será projetado para

reter as águas superficiais apenas durante e após as chuvas, permanecendo seco

durante as estiagens.

Seu tipo será off-line, visto que irá reter volumes de água que serão desviados

da rede de drenagem principal quando ocorrer a cheia, e os restituir para o sistema

após obtido o alívio no pico de vazão.

Será um reservatório com múltiplos usos, pois funcionará para lazer quando

estiver seco e para controle de cheias durante e após as chuvas.

O paisagismo é um aspecto muito importante para os reservatórios de

detenção multifuncionais, e é por isso que os taludes deste serão com degraus

revestidos com grama. Em períodos não chuvosos, este funcionará como área de

lazer com parquinho para crianças, quadra poliesportiva, pista para cooper, bicicleta,

patins e caminhadas.

Trabalhará também como uma bacia de sedimentação já que irá reter sólidos

em suspensão e absorver poluentes que são carreados pelos escoamentos

superficiais.

O revestimento do piso será em concreto e haverá uma rampa de acesso

também em concreto para que o caminhão tenha acesso ao fundo do reservatório

para fazer o recolhimento dos sedimentos. A rampa terá declividade de 6%, para que

o caminhão não enfrente nenhuma dificuldade durante o transporte dos sedimentos.

Existirá uma caixa de desvio localizada na Praça Sentinela, a montante da

Praça Clarim, que possuirá em seu interior um gradeamento e um vertedor. Pelo

gradeamento passará a vazão desviada da Rua Gazeta da Tarde por uma galeria de

diâmetro 1200mm e a vazão captada por ranhuras longitudinais posicionadas a 45º da

rua Gazeta da Noite.

Após o gradeamento, as vazões com tempo de recorrência até 1 ano

retornarão à rede de drenagem existente por um orifício de diâmetro 1000mm, e as

vazões com tempo de recorrência acima de 1 ano passarão por cima do vertedor de

10m de largura e chegarão até uma galeria retangular em concreto de 0,60m x 1,90m

que possuirá uma laje de concreto armado em cima para evitar que a galeria possua

um recobrimento e o reservatório precise ser profundo.

Esta galeria retangular transportará a vazão que verterá dentro da caixa de

desvio, localizada na Praça Sentinela, até o reservatório de detenção localizado na

Praça Clarim.

Além da galeria retangular, o reservatório de detenção receberá também a

contribuição de chuva da própria praça Clarim que verterá diretamente no reservatório,

e de 2 galerias que sairão das ranhuras longitudinais que captarão as vazões

superficiais do final das ruas Gazeta da Tarde e Gazeta da Noite.

Haverá gradeamento apenas para as vazões oriundas de galerias, visto que a

qualidade dessas águas é mais degradada devido a possibilidade de ligações

clandestinas de esgoto nas galerias pluviais. Por esse motivo, o gradeamento estará

localizado a montante, na Praça Sentinela, e permitirá que apenas vazões com tempo

de recorrência acima de 1 ano e com qualidade melhor cheguem até o reservatório.

A água de chuva captada pelas ranhuras longitudinais e a água que verte

diretamente da praça são de contribuição apenas superficial, por isso podem entrar

direto no reservatório.

As vazões que entram no reservatório serão amortecidas e haverá retorno da

água de chuva com tempo de recorrência de 20 anos, para a rede pluvial existente,

através de um orifício de 300mm de diâmetro. Isso permitirá um tempo total de

enchimento e esvaziamento do reservatório de 10 horas, possibilitando assim a

sedimentação de sólidos em suspensão.

O reservatório de detenção possuirá 3 entradas de galerias e 1 saída por

orifício. Todas possuirão telas para evitar a entrada de crianças e animais.

5.2 – PRÉ-DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO DE DETENÇÃO

5.2.1 – Cálculo do Tempo de Concentração

Para o cálculo do tempo de concentração da região estudada, foi tomada como

base a fórmula de George Ribeiro:

tc = ________16L

________

(1,05 – 0,2p

)(100S

)

0,04

Onde:

tc – tempo de concentração (min)

– fração da área da bacia com cobertura vegetal (0 a 1)

– comprimento percorrido no talvegue (km)

– declividade do trecho (m/m)

O percentual das áreas com cobertura vegetal foi estimado a partir de análise

da foto da bacia pelo Google Earth (figura 5.1), o que gerou um p

de 0,4.

Figura 5.1 – Cobertura vegetal da região em estudo

A declividade representativa da bacia, utilizada nos cálculos com a fórmula de

George Ribeiro, foi calculada a partir da integração do perfil longitudinal do talvegue

até a praça, ou seja, foi calculada como aquela que produz um perfil com declividade

constante, cuja integral é equivalente àquela do perfil longitudinal real. A figura 5.2

ilustra o processo de cálculo da declividade representativa através deste método.

Figura 5.2 – Ilustração do procedimento de cálculo da declividade representativa

= (28,29 – 13,9) = (28,29 – 13,9) = 0,018 m/m

804,2

O tempo de concentração calculado foi de 12 minutos.

28,29

Perfil real

Perfil ajustado

A1 = A2

5.2.2 – Cálculo da Chuva de Projeto

A chuva de projeto para o dimensionamento do reservatório foi elaborada

considerando as seguintes hipóteses:

• Tempo de recorrência de 20 anos;

• Duração da chuva igual a 12 minutos (equivalente ao tempo de concentração);

• Intensidade de chuva calculada a partir da equação IDF do posto pluviométrico

de Jacarepaguá (Via 11);

• Distribuição espacial da chuva homogênea sobre toda a bacia.

A equação IDF do posto pluviométrico de Jacarepaguá (Via 11) utilizada foi a

seguinte:

i = 1423,2

0,196

(t + 14,58)

0,796

Onde:

i – intensidade de chuva (mm/h)

Tr – tempo de recorrência (anos)

t – duração da chuva (minutos)

i = 1423,2

0,196

= 188,07 mm/h

(12 + 14,58)

0,796

A chuva de projeto de 20 anos de tempo de recorrência foi estimada em 38mm.

5.2.3 – Cálculo da Vazão de Projeto

A vazão de água pluvial será estimada pela aplicação do Método Racional, cuja

formulação é apresentada abaixo:

Q = C

3600

Onde:

Q = vazão (l/s)

C = coeficiente de escoamento superficial (adimensional)

i = intensidade de chuva (mm/h)

A = área da bacia contribuinte (m²)

O coeficiente de escoamento superficial (run-off) foi estimado pela média

ponderada das áreas de contribuição (figura 5.3) para o reservatório. A tabela abaixo

mostra as áreas contribuintes e run-off ponderado.

Tabela 5.1 – Área Total de Contribuição e Run-off Ponderado

Região

Área de Contribuição

(m²)

Run-off

1 136.366,18 0,40

2 13.598,73 0,40

3 7.699,81 0,40

4 14.991,68 0,40

5 9.009,37 0,40

6 10.066,17 0,40

12 4.272,24 0,65

13 5.383,73 0,65

14 7.275,59 0,65

15 11.567,27 0,60

16 9.511,02 0,65

17 6.364,57 0,50

18 5.201,30 0,50

19 8.309,90 0,65

20 6.443,50 0,50

TOTAL 256.061,06 0,45

Sendo assim, a vazão de projeto será:

Q = 0,45

188,07

256061,06 = 6020 l/s = 6,02 m³/s

3600

Figura 5.3 – Regiões de contribuição para o reservatório

5.2.4 – Dimensionamento dos Dispositivos

A vazão de projeto de 6,02 m³/s será desviada para dentro do dispositivo da

praça Sentinela que contará com um gradeamento inicial. O desvio será feito por uma

galeria com diâmetro de 1200mm vinda da Rua Gazeta da Tarde e por ranhuras

longitudinais com galeria vinda da Rua Gazeta da Noite. Após o gradeamento, terá um

orifício que retornará a vazão de projeto com tempo de recorrência menor ou igual a 1

ano para a rede de água pluvial. Acima desse TR, a vazão passará por um vertedor

que encaminhará a vazão para outra galeria, que conduzirá esse volume de água para

o reservatório de detenção na praça Clarim. Esse reservatório amortecerá o pico de

cheias, liberando uma pequena vazão por um orifício que chegará até a rede de água

pluvial.

Primeiramente, para o dimensionamento do orifício após o gradeamento foi

utilizado TR = 1 ano.

i = 1423,2

0,196

= 104,55 mm/h

(12 + 14,58)

0,796

orifício

= 0,45

104,55

256061,06 = 3346 l/s = 3,35 m³/s

3600

Foi utilizada a fórmula do orifício:

orifício

= C

A(2gh)

1/2

Onde:

Q = vazão (m³/s)

= coeficiente de descarga (adimensional)

A = seção de escoamento (m²)

g = 9,81 m/s²

h = carga inicial disponível (m)

O C

depende do comprimento relativo do tubo, isto é, de L/D. A tabela abaixo

mostra os valores práticos disponíveis para o coeficiente C

Tabela 5.2 – Valores Práticos de C

(Azevedo Netto)

L/D Azevedo Netto

300 0,33

200 0,39

150 0,42

100 0,47

90 0,49

80 0,52

70 0,54

60 0,56

50 0,58

40 0,64

30 0,70

20 0,73

O comprimento do tubo (orifício) que transporta a vazão de TR = 1 ano mede

20m. Fazendo um teste com diâmetro de 1000mm para o orifício, tem-se:

L = 20 = 20

D 1,0

Segundo a tabela 5.2, para L/D = 20, tem-se C

= 0,73.

A = πD² = π(1,0)² = 0,785 m²

4 4

A carga do orifício (h) será determinada pela fórmula:

orifício

= C

A(2gh)

1/2

3,35 = 0,73

0,785

9,8

1/2

h = 1,74m

Para o dimensionamento do vertedor retangular de parede delgada foi utilizada

a fórmula de Francis:

vertedor

= 1,838LH

3/2

Onde:

vertedor

= vazão que escoa pelo vertedor (m³/s)

L = comprimento do vertedor (m)

H = lâmina d’água acima do vertedor (m)

A vazão do vertedor será a vazão que passará pelo gradeamento subtraída da

vazão que sai pelo orifício de TR = 1 ano.

vertedor

= Q

gradeamento

– Q

orifício

= 6,02 – 3,35 = 2,67 m³/s

2,67 = 1,838

3/2

H = 0,28m

A vazão de entrada no reservatório de detenção é a mesma do vertedor

acrescida da vazão captada pelas ranhuras longitudinais propostas para as ruas

Gazeta da Noite e Gazeta da Tarde, à jusante do reservatório, e da vazão da Praça

Clarim que verte para o reservatório.

Para a vazão que passa pelo vertedor da praça Sentinela será usada uma

galeria de seção retangular (0,60m x 1,90m) com declividade de 0,0054m/m para

chegar até o reservatório de detenção na praça Clarim.

As vazões que passam pelas ranhuras longitudinais das ruas Gazeta da Noite

e Gazeta da Tarde serão calculadas de acordo com as áreas de contribuição e

coeficientes de run-off ponderados, conforme as tabelas 5.3 e 5.4.

Para o cálculo dessas vazões, assim como a da Praça Clarim que verte para o

reservatório, também serão considerados o tempo de concentração de 12 minutos e

tempo de recorrência de 20 anos, o que gera a intensidade de chuva de 188,07mm/h.

Tabela 5.3 – Áreas de contribuição e run-offs para ranhura longitudinal da rua Gazeta

da Noite

Região

Área de Contribuição

(m²)

Run-off

18 14.069,95 0,50

19 7.405,00 0,65

21 4.952,84 0,65

22 6.643,88 0,65

23 3.893,08 0,65

24 7.993,80 0,65

TOTAL 44.958,55 0,60

ranhuras rua Gazeta da Noite

= 0,60

188,07

44.958,55 = 1409 l/s = 1,409 m³/s

3600

Tabela 5.4 – Áreas de contribuição e run-offs para ranhura longitudinal da rua Gazeta

da Tarde

Região

Área de Contribuição

(m²)

Run-off

23 3.893,08 0,65

26 7.891,46 0,65

TOTAL 11.784,54 0,65

ranhuras rua Gazeta da Tarde

= 0,65

188,07

11.784,54 = 400 l/s = 0,4 m³/s

3600

praça Clarim

= 0,30

188,07

6.277,11 = 98 l/s = 0,098 m³/s

3600

entrada no reservatório

= Q

vertedor

+ Q

ranhuras rua Gazeta da Noite

+ Q

ranhuras rua Gazeta da Tarde

+ Q

praça Clarim

entrada no reservatório

= 2,67 + 1,409 + 0,4 + 0,098 = 4,577 m³/s

O objetivo do reservatório de detenção da praça Clarim é amortecer o pico de

cheias, de tal maneira que apenas uma vazão no máximo equivalente a de pré-

urbanização retorne à rede pluvial de imediato.

Para o cálculo da vazão de pré-urbanização foi adotado um coeficiente de

escoamento (run-off) de 0,3.

pré-urbanização

= 0,3

188,07

(256.061,06 + 44.958,55 + 11.784,54 + 6.277,11)

3600

pré-urbanização

= 5000 l/s = 5,0 m³/s

A vazão do orifício que retorna à rede pluvial após o gradeamento da Praça

Sentinela (Q

orifício

), adicionada à vazão de saída do reservatório de detenção da praça

Clarim (Q

saída

) tem que ser no máximo igual à vazão de pré-urbanização.

saída máx

= Q

pré-urbanização

- Q

orifício

saída máx

= 5,0 – 3,35 = 1,65 m³/s

Para o dimensionamento do reservatório de detenção da praça Clarim adotou-

se um orifício de saída de 300mm de diâmetro e obteve-se um volume útil de

2.118,01m³, conforme mostrado na tabela 5.5. Esse é um pré-dimensionamento visto

que este será melhor ajustado a partir dos resultados obtidos com a modelagem.

O cálculo foi feito pela Equação da Continuidade:

dV = Q

entrada

- Q

saída

Sendo que Q

saída

= Q

saída 1

+ Q

saída 2

= (C

A(2gh)

1/2

) + (1,838LH

3/2

)

Onde:

= coeficiente de descarga do orifício = 0,42 (pois L/D = 38/0,3 ≈ 150)

A = área do orifício (m²)

h = carga sobre o orifício (m)

L = largura do vertedor (m)

H = carga sobre o vertedor (m)

Como o dimensionamento mostrado na tabela abaixo é para TR = 20 anos, só

haverá a vazão Q

saída 1

. A Q

saída 2

é a vazão que verterá caso haja uma chuva com TR

maior que 20 anos.

O hidrograma da vazão de entrada (Qentrada) foi gerado pela diminuição do

hidrograma da vazão de entrada no gradeamento pelo hidrograma da vazão do orifício

TR = 1 ano, e acrescido do hidrograma da vazão de entrada nas ranhuras

longitudinais das ruas Gazeta da Noite e Gazeta da Tarde e da vazão da praça Clarim

que verte no reservatório de detenção.

Tabela 5.5 – Dimensionamento do Reservatório de Detenção da Praça Clarim

(min)

Qvert.

(m³/s)

Qranh+praça

(m³/s)

Qentr.

(m³/s)

(m)

Área

(m²)

Qsaída1

(m³/s)

Vutil

reserv.

(m³)

0,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000

2400,00 0,000 0,000

0,50 0,000 0,080 0,080 0,000

0,001

2400,00 0,003 1,392

1,50 0,000 0,239 0,239 0,001

0,005

2400,00 0,009 11,077

2,50 0,000 0,398 0,398 0,001

0,012

2400,00 0,015 29,969

5,00 0,000 0,796 0,796 0,002

0,049

2400,00 0,029 117,485

10,00 1,662 1,592 3,254 0,008

0,264

2400,00 0,067 634,036

12,00 2,670 1,910 4,580 0,011

0,458

2400,00 0,088 1098,834

15,00 1,159 1,433 2,591 0,006

0,717

2400,00 0,110 1720,222

20,00 0,000 0,637 0,637 0,001

0,862

2400,00 0,121 2069,584

22,00 0,000 0,318 0,318 0,000

0,880

2400,00 0,122 2111,337

23,20 0,000 0,127 0,127 0,000

0,883

2400,00 0,122 2118,005

40,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,833

2400,00 0,119 1999,072

60,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,775

2400,00 0,115 1858,982

80,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,718

2400,00 0,110 1723,979

100,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,664

2400,00 0,106 1594,064

120,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,612

2400,00 0,102 1469,238

140,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,562

2400,00 0,098 1349,500

160,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,515

2400,00 0,093 1234,850

180,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,469

2400,00 0,089 1125,288

200,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,425

2400,00 0,085 1020,814

220,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,384

2400,00 0,081 921,429

240,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,345

2400,00 0,076 827,132

260,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,307

2400,00 0,072 737,923

280,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,272

2400,00 0,068 653,802

300,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,239

2400,00 0,064 574,770

320,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,209

2400,00 0,059 500,827

340,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,180

2400,00 0,055 431,972

360,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,153

2400,00 0,051 368,206

380,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,129

2400,00 0,047 309,528

400,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,107

2400,00 0,043 255,939

420,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,086

2400,00 0,038 207,439

440,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,068

2400,00 0,034 164,028

460,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,052

2400,00 0,030 125,706

480,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,039

2400,00 0,026 92,474

500,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,027

2400,00 0,021 64,331

520,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,017

2400,00 0,017 41,279

540,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,010

2400,00 0,013 23,317

560,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,004

2400,00 0,009 10,447

580,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,001

2400,00 0,004 2,672

600,00 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000

2400,00 0,000 0,001

600,10 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000

2400,00 0,000 0,000

Analisando a tabela acima, percebe-se que a lâmina máxima do reservatório é

de 0,88m e esta é atingida em 23,2 minutos. Após atingir o limite, o reservatório fica

completamente vazio em 576,9 minutos (9 horas, 36 minutos e 54 segundos). O tempo

total de duração é de 600,1 minutos, ou seja, 10 horas e 6 segundos.

A vazão de saída máxima do reservatório é de 0,122 m³/s. Com isso, o

dimensionamento atendeu, com sobras, o objetivo de recuperar a vazão de pré-

urbanização, visto que a vazão de saída máxima poderia chegar a 1,65 m³/s.

Houve um retorno de 3,472 m³/s, o que significa um atendimento de 69,44% da

vazão de pré-urbanização estimada inicialmente (5,0 m³/s). Essa folga ajuda a

compensar outras contribuições de vazão, agravadas pela urbanização, e para as

quais já não se encontram áreas livres para intervenções similares.

O reservatório será trapezoidal com largura média de 40 metros, comprimento

médio de 60 metros e profundidade de 0,95 metros.

O detalhamento do reservatório de detenção da praça Clarim e demais

dispositivos pode ser visto na figura 5.4.

Figura 5.4 – Detalhamento do Reservatório de Detenção

5.3 – DEPÓSITO ANUAL DE SEDIMENTOS

É importante para a manutenção de um reservatório de detenção estimar a

quantidade de sedimentos anual em m³ / (ano x ha).

Em 3 de novembro de 2002 foi publicado no jornal Folha de São Paulo os

volumes de sedimentos que foram retirados dos piscinões do Bananal, Caaguassu e

Limoeiro. Esses valores podem ser vistos na tabela 5.6, com as respectivas áreas de

contribuição das bacias e tempo de funcionamento.

Tabela 5.6 – Cálculo da taxa de sedimentos de piscinões na RMSP (TOMAZ, 2006)

Piscinão

Volume

(m³)

Tempo de

funcionamento

(anos)

Área

(ha)

Taxa de

sedimentos

(m³/(ha x ano))

Bananal 46.000 2,75 1.340 12,5

Caguassu 29.000 3,00 1.100 8,8

Limoeiro 30.000 2,75 870 12,5

AM3 Santo

André

120.000 6,7

Média

estimada

10,1

Carolina do

Norte

5,49

Canadá,

Ontario

3,8

Analisando a tabela acima percebemos que a média obtida no Brasil é quase o

dobro da Carolina do Norte e praticamente 3 vezes a do Canadá.

Os sedimentos recolhidos são considerados não-perigosos e podem ser

dispostos em aterros sanitários ou em local autorizado (TOMAZ, 2006).

Considerando que no Brasil adota-se a taxa de 10m³ / (ano x ha) para remoção

de sedimentos, haverá um acúmulo de 319 m³/ano de sedimentos no reservatório de

detenção proposto para a praça Clarim, conforme a fórmula abaixo.

(10 m³ / ano x ha ) x (25,6 ha + áreas das células 21, 22, 23, 24, 25, 26, parte da 18 e

parte da 19) = 10 x (25,6 + 6,3) = 319 m³/ano

A retirada desses sedimentos será efetuada após cada evento chuvoso.

Segundo Tomaz (2006), o custo médio de um reservatório de detenção no

Brasil é de US$30,00/m³. Considerando que o volume do reservatório é de 1.900m³, o

custo da obra deste será de US$57.000,00.

O custo somente para a retirada de sedimentos e limpeza das grades é

anualmente de US$ 1,00/m³ de volume do reservatório de detenção, o que gera um

custo anual de US$1.900,00. Considerando-se os custos de transportes para o aterro

sanitário, os custos do próprio aterro sanitário e os custos de segurança e vigilância,

estima-se que chegará a US$ 3,00/m³, totalizando um gasto de US$5.700,00. Sendo

assim, a manutenção do reservatório é praticamente 10% do custo da obra.

Para os americanos, o percentual considerado para manutenção de

reservatórios varia de 3% a 6% do custo inicial. Sendo assim, o percentual de 10% no

Brasil é considerado muito alto. Isso pode ser um reflexo da falta de planejamento

adequado de uso do solo, da proliferação de ocupações irregulares e degradação do

ambiente, bem como de um sistema de coleta de lixo insuficiente.

5.4 – PLANO DE MANUTENÇÃO PARA O RESERVATÓRIO

Para garantir o bom funcionamento do reservatório é necessário que haja um

plano de manutenção e que este seja cumprido.

Primeiramente, a retirada dos sedimentos deverá ser efetuada após cada

evento chuvoso. De acordo com a taxa de 10 m³/(ano x ha), foi estimado que este

reservatório acumulará 319m³ de sedimentos por ano.

A limpeza do gradeamento, na praça Sentinela, será feito 1 vez/ano.

Os tubos de entrada e saída serão inspecionados anualmente para assegurar

que não estejam despedaçados ou quebrados.

Todo o lixo e entulhos serão removidos mensalmente e após eventos chuvosos

para impedir que estes bloqueiem os tubos e também para que não haja proliferação

de mosquitos e redução do volume de armazenagem do reservatório.

Haverá inspeção da acumulação de sedimentos nos tubos de entrada, 2 vezes

ao ano e após eventos chuvosos.

Haverá inspeção 1 vez por ano do reservatório, realizada por um Engenheiro

Civil, garantindo assim seu funcionamento pleno.

Para que a população consiga se integrar totalmente com o projeto de

engenharia construído no meio ambiente urbano, haverá placas informativas e

educativas sobre o reservatório. Essas placas conterão informações sobre a proibição

de se jogar lixo nas ruas e no reservatório, de entrar no reservatório (área de lazer)

quando estiver chovendo, de deixar excretas de animais no chão e sobre a

manutenção de todos os dispositivos.

5.5 – MODELO DE CÉLULAS

O Modelo de Células foi o escolhido para calcular as lâminas d’água, vazões, e

verificar o dimensionamento do reservatório, de modo a prover uma capacidade de

análise sistêmica.

5.5.1 – Concepção do modelo

As bacias de rios naturais, ou canalizados, em áreas urbanas, geralmente em

áreas aproximadamente planas, têm potencial para formar grandes áreas alagáveis.

Ao sair da rede de drenagem, o caminho da água pode ser qualquer, ditado pelos

padrões de urbanização. Calçadas marginais tornam-se vertedouros para os rios,

cujas águas extravasadas ao chegarem às ruas fazem destas verdadeiros canais,

podendo alagar construções, parques ou praças, que então podem funcionar como

reservatórios, indesejadamente, concentrando águas que não retornarão à rede de

drenagem.

Nessa situação, pode-se perceber que águas extravasadas podem ter

comportamento independente da rede de drenagem, gerando seus próprios padrões

de escoamento, especialmente, quando a micro-drenagem não corresponde à função

que dela se espera. Em um caso extremo, onde a micro-drenagem não funcione, o

que não é incomum, por falhas de manutenção e entupimentos, por exemplo, ou onde

ela estiver sub-dimensionada, alagamentos em áreas urbanas podem-se iniciar

mesmo sem extravasamento da rede de macrodrenagem, gerando também um padrão

de escoamento particular e distinto daquele dos canais.

Nesse contexto, percebe-se que a modelação por células permite a

representação do espaço urbano através de compartimentos homogêneos, que

cobrem toda a superfície da bacia e faz toda ela se integrar e interagir em função do

escoamento que sobre ela ocorre.

5.5.2 – Hipóteses do modelo de células para cheias urbanas

De acordo com MIGUEZ (2001), o Modelo de Células adota as seguintes

hipóteses quando se considera uma bacia urbana:

•

A natureza pode ser representada por compartimentos homogêneos,

interligados, chamados células de escoamento. A cidade e sua rede de

drenagem são subdivididas em células, formando uma rede de escoamento bi-

dimensional, com possibilidade de escoamento em várias direções nas zonas

de inundação, a partir de relações unidimensionais de troca;

•

Na célula, o perfil da superfície livre é considerado horizontal, a área desta

superfície depende da elevação do nível d'água no interior da mesma e o

volume de água contido em cada célula está diretamente relacionado com o

nível d'água no centro da mesma, ou seja,

V( Z

)

, mais especificamente,

x ( Z

- Z

)

, onde Z

é a cota do fundo da célula, e

é a área

superficial da célula;

•

Cada célula comunica-se com células vizinhas, que são arranjadas em um

esquema topológico, constituído por grupos formais, onde uma célula de um

dado grupo só pode se comunicar com células deste mesmo grupo, ou dos

grupos imediatamente posterior ou anterior;

•

O escoamento entre células pode ser calculado através de leis hidráulicas

conhecidas, como, por exemplo, a equação dinâmica de Saint-Venant, nas

formulações completa ou simplificada, a equação de escoamento sobre

vertedouros, livres ou afogados, a equação de escoamento através de orifícios,

equações de escoamento através de bueiros, entre outras várias, sendo, neste

estudo, considerados os efeitos de inércia no escoamento que ocorre nos

cursos d’água principais;

•

A vazão entre duas células adjacentes, em qualquer tempo, é apenas função

dos níveis d'água no centro dessas células, ou seja,

i,k

(

);

•

As seções transversais de escoamento são tomadas como seções

retangulares equivalentes, simples ou compostas;

•

O escoamento pode ocorrer simultaneamente em duas camadas, uma

superficial e outra subterrânea, em galeria, podendo haver comunicação entre

as células de superfície e de galeria. Nas galerias, o escoamento é

considerado inicialmente à superfície livre, mas pode vir a sofrer afogamento,

passando a ser considerado sob pressão.

5.5.3 – Representação de uma bacia urbana por células de escoamento

As células podem representar a natureza isoladamente ou em conjuntos,

formando estruturas mais complexas. Um conjunto resumido de tipos de células pode

eventualmente já fornecer grande capacidade de representação, ao se pensar em

suas possíveis associações. Porém, a definição do conjunto de tipos de ligação, que

são representativas de leis hidráulicas que traduzem determinados escoamentos,

pode fazer grande diferença na tentativa de reproduzir a multiplicidade dos padrões de

escoamento de um cenário urbano.

A atividade de modelação topográfica e hidráulica deve então contar com um

conjunto pré-definido de tipos de célula e tipos possíveis de ligações entre células. A

Figura 5.5 mostra, esquematicamente, os de tipos de células existentes em uma

situação típica da paisagem urbana, bem como as funções assumidas por estas

células.

Conjunto tipo de células pré-definido:

•

de rio, ou canal, por onde se desenvolve o escoamento principal da drenagem

à céu aberto, podendo a seção ser simples ou composta;

•

de galeria, subterrânea, complementando a rede de drenagem;

•

de planície, para a representação de escoamentos a superfície livre em

planícies alagáveis, bem como áreas de armazenamento, ligadas umas às

outras por ruas, englobando também áreas de encosta, para recepção e

transporte da água precipitada nas encostas para dentro do modelo, áreas de

vertimento de água de um rio para ruas vizinhas e vice-versa e áreas de

transposição de margens, quando é preciso integrar as ruas marginais a um rio

e que se comunicam através de uma ponte – estas células se sub-dividem em

duas classes, sendo uma que considera um certo padrão de urbanização e

pré-define o nível de ruas, calçadas e edificações, outra que considera uma

área natural;

•

de reservatório, simulando o armazenamento d’água em um reservatório

temporário de armazenamento, dispondo de uma curva cota x área superficial,

a partir da qual, conhecendo-se a variação de profundidades, pode-se também

conhecer a variação de volume armazenado. A célula tipo-reservatório cumpre

o papel de amortecimento de uma vazão afluente.

Figura 5.5 – Tipos de célula (MIGUEZ, 2001)

Na figura 5.6 é apresentada uma vista em corte de um curso d’água e uma de

suas margens. Na figura 5.7 é apresentada uma representação por células para a

mesma região esquemática da figura 5.6, mostrando o escoamento superficial das

encostas para a região alagável e as interações entre estas, os vertedouros e os rios.

Figura 5.6 – Vista em corte da bacia genérica de um rio e a ocupação de suas

margens (MIGUEZ, 2001)

Figura 5.7 – Representação por células da região apresentada na figura 5.7,

mostrando interfaces dos escoamentos superficiais (MIGUEZ, 2001)

5.5.4 – Modelagem Matemática

A variação do volume d'água em uma célula i, em um intervalo de tempo t, é

dada pelo balanço de massa nesta célula. Assim, em termos diferenciais, tem-se a

equação da continuidade representada a seguir:

= P

+ ∑Q

i,k

Onde:

i,k

– vazão entre as células i e k, vizinhas entre si;

– cota do nível d’água no centro da célula i;

– área superficial do espelho d’água na célula i;

– vazão relativa à parcela de chuva ocorrida sobre a célula i e disponível para

escoamento;

– variável independente relativa ao tempo.

De forma a possibilitar a modelagem matemática é assumida a definição de um

padrão de urbanização, que considera o comportamento médio de áreas urbanizadas,

que pode ser aplicado a qualquer célula de planície. Este padrão considera três níveis

distintos, cujas áreas de abrangência devem ser determinados para a região em

estudo por uma amostragem representativa de células:

•

nível das ruas, tomado como o fundo das células, considerado ocupando um

dado percentual da área de armazenagem da célula, abrangendo apenas a

área das próprias ruas;

•

nível das calçadas, considerado cerca 0,15 m acima do nível das ruas, e

englobando também áreas de praças, parques, jardins, quintais,

estacionamentos, entre outras, que não correspondam a edificações,

considerado ocupando outro percentual da área de armazenagem da célula;

•

nível das edificações, tomado 0,30 m acima do nível das calçadas, supondo a

existência de dois degraus entre a calçada e a edificação, considerado

ocupando o percentual restante da área de armazenagem da célula, que

complementa os percentuais adotados nos dois primeiros níveis citados acima.

Estes níveis estão associados às diferentes seções retangulares, as quais

formarão uma seção composta.

A formulação numérica do modelo proposto inicia-se com o processo de

discretização da equação diferencial que, originalmente contínua, passa a ser

considerada em termos de incrementos finitos. Considerando que o tempo a que se

refere um termo da equação será designado por um índice superior, que representará

o número de intervalos de tempo decorridos, convenciona-se que o índice superior

indicará o intervalo de tempo

n ∆t

. Na discretização temporal, o índice

estará

referenciado ao intervalo de tempo de cálculo anterior ao atual, significando que a

variável já é conhecida; o índice

, por sua vez, fará referência ao intervalo de

tempo futuro, (

)

∆t

quando se procura o valor incógnito da variável.

Discretizando a equação acima e analisando esta discretização termo a termo,

tem-se a seguinte discussão:

∆Z

= P

+ ∑Q

i,k

∆t

No primeiro membro da equação,

∆Z

é a variável que se deseja conhecer e,

portanto, considerada no tempo

+1 . Conhecendo o valor de

∆Z

n+1

, automaticamente

obtém-se o valor de

n+1

, uma vez que

n+1

= Z

+ ∆Z

n+1

. A área superficial do espelho

d'água dentro de uma célula,

, é considerada como função do nível

, de acordo

com o escalonamento do nível de fundo da célula como função do uso do solo. Esta

consideração corresponde a uma aproximação de 1ª ordem.

é considerado um dado de entrada, correspondente à vazão que entra na

célula i em conseqüência da chuva ocorrida entre os intervalos de tempo

n ∆t

e (n+1)

∆t

. Por ser um valor conhecido,

receberá o índice superior

+ ∑Q

i,k

, a vazão

i,k

pode ser escrita de três formas diferentes:

•

considerando a vazão

i,k

no tempo

n ∆t

, ou seja, considerando que a vazão

não varia no intervalo de tempo

∆t

, tem-se uma formulação explícita, uma vez

que pode se explicitar o valor de

n+1

em função dos outros termos, que são

todos conhecidos; entretanto, este esquema tem o valor de

∆t

limitado por

condições de estabilidade numérica;

•

considerando

i,k

no tempo (

+1)

∆t

, tem-se um esquema totalmente

implícito, sendo a computação incondicionalmente estável, sob o ponto de vista

formalmente numérico;

•

considerando

i,k

em um tempo

, intermediário entre

n ∆t

e (

+1)

∆t

, tem-se

também um esquema implícito, ponderado no tempo.

A aplicação do modelo de células para bacias urbanas, de forma geral, trabalha

com intervalos de tempo bastante reduzidos, a fim de acompanhar as rápidas

variações do próprio movimento de cheias. Em vários casos de aplicações anteriores

do modelo, além de um intervalo de tempo pequeno, ainda foi necessário subdividir

este intervalo, computacionalmente, interpolando linearmente as grandezas envolvidas

na solução do problema, para estas subdivisões, a fim de evitar oscilações de cálculo

que não caracterizam instabilidade numérica, mas possivelmente problema de

convergênica, pois correspondem à formulação implícita.

As relações que definem as vazões entre as células podem ser encontradas

em Miguez (Miguez, 2001) e Campos (Campos, 2001), além de outros detalhes do

Modelo de Células.

5.6 – CONFIGURAÇÃO DO MODELO PARA CASO EM ESTUDO

A calibração dos parâmetros hidráulicos utilizados foi feita com base em

informações obtidas da Prefeitura do Rio de Janeiro e em um projeto anterior, que

tratou a bacia do rio Guerenguê de forma integral (ESCOLA POLITÉCNICA, 2007).

A Tabela 5.7, a seguir, apresenta os valores finais utilizados para as

simulações, após o processo de calibração.

Tabela 5.7 – Parâmetros da Calibração Hidráulica

Parâmetro Valor Adotado

Coeficiente de Manning do rio 0,035

Coeficiente de Manning das galerias principais 0,025

Coeficiente de Manning das ruas e ligações de planície 0,08

Coeficiente de vertimento 0,13 e 0,60

Coeficiente do orifício para o retorno da vazão de TR=

1 ano

0,73

Coeficiente do orifício de saída do reservatório de

detenção

0,42

Coeficiente de run-off 0,3 a 0,8

A figura 5.8 mostra a bacia estudada dividida em células de escoamento.

Figura 5.8 – Divisão de Células de Escoamento

A tabela abaixo mostra os números das células com seus respectivos tipos,

áreas de contribuição e áreas de armazenagem

Tabela 5.8 – Áreas de Contribuição e Áreas de Armazenagem das Células

Célula

Tipo de

Célula

Área de Contribuição

(m²)

Área de

Armazenagem

(m²)

1 Planície 136.366,18 13.000,00

2 Planície 13.598,73 4.433,00

3 Planície 7.699,81 1.713,00

4 Planície 14.991,68 6.735,00

5 Planície 9.009,37 5.484,00

6 Planície 10.066,17 6.604,00

7 Planície 11.629,41 7.333,00

8 Planície 9.816,70 3.512,00

9 Planície 65.804,63 13.027,26

10 Planície 11.822,25 11.822,25

11 Planície 10.160,17 10.160,17

12 Planície 4.272,24 4.272,24

13 Planície 5.383,73 5.383,73

14 Planície 7.275,59 7.275,59

15 Planície 11.567,27 2.815,36

16 Planície 9.511,02 5.375,00

17 Planície 6.364,57 4.092,61

18 Planície 19.271,25 10.736,60

19 Planície 15.714,90 8.162,00

20 Reservatório

6.443,50 6.443,50

21 Planície 4.952,84 1.540,33

22 Planície 6.643,88 3.004,01

23 Planície 7.786,15 5.479,39

24 Planície 7.993,80 6.001,67

25 Planície 6.277,11 6.277,11

26 Planície 7.891,46 7.891,46

27 Planície 10.660,98 10.660,98

28 Planície 8.155,53 8.155,53

29 Planície 6.511,70 6.511,70

30 Planície 7.432,13 7.432,13

31 Planície 60.483,66 2.811,08

32 Planície 43.296,10 10.207,43

33 Planície 3.043,37 3.043,37

34 Planície 1.528,05 1.528,05

35 Planície 19.373,37 4.714,37

36 Planície 14.576,41 14.576,41

37 Planície 10.817,00 10.817,00

38 Planície 87.297,05 87.297,05

39 Galeria 201,60 201,60

40 Galeria 195,75 195,75

41 Rio 176,00 176,00

42 Planície 18.361,64 8.590,00

43 Galeria 225,75 225,75

44 Reservatório

1.000.000,00 1.000.000,00

103 Galeria 22,00 22,00

104 Galeria 72,10 72,10

105 Galeria 112,20 112,20

106 Galeria 10,00 10,00

107 Galeria 55,60 55,60

108 Galeria 36,50 36,50

110 Galeria 87,40 87,40

111 Galeria 31,05 31,05

112 Galeria 52,80 52,80

113 Galeria 101,90 101,90

120 Reservatório

40,80 40,80

123 Galeria 46,06 46,06

124 Galeria 10,50 10,50

125 Reservatório

2.475,00 2.475,00

126 Galeria 52,40 52,40

127 Galeria 113,50 113,50

128 Galeria 174,60 174,60

129 Galeria 56,30 56,30

130 Galeria 187,60 187,60

132 Galeria 442,45 442,45

138 Galeria 825,60 825,60

139 Galeria 425,20 425,20

1251 Galeria 113,27 113,27

5.7 – MODELAGEM PARA EFEITO LOCAL X MODELAGEM PARA EFEITO NA

BACIA TODA

A modelagem para efeito local utilizou o tempo de concentração de 12 minutos,

calculado anteriormente pela fórmula de George Ribeiro, e seu objetivo é analisar as

manchas de alagamento locais antes e após a proposição do reservatório de detenção

da praça Clarim.

A modelagem para efeito na Bacia toda do Rio Guerenguê utilizou o tempo de

concentração de 225 minutos, calculado pela ESCOLA POLITÉCNICA (2007), e seu

100

objetivo é analisar as vazões entre as seções 126/129, 129/130 e 130/132, antes e

após a proposição do reservatório de detenção da praça Clarim. A escolha dessas

seções deve-se ao fato de serem constituintes do trecho de galeria que receberá a

vazão de descarte pelo orifício do reservatório, ou seja, é o trecho de galeria a jusante

deste e, a área mais importante de análise visto que está próxima à praça e chegará

até a junção com a galeria que recebe a vazão de toda a bacia de contribuição.

5.7.1 – Modelagem para Efeito Local

Conforme já calculado anteriormente, a intensidade de chuva para o tempo de

concentração de 12 minutos e tempo de recorrência de 20 anos é de 188,07 mm/h.

Dessa forma, em 12 minutos, a lâmina de projeto que é de 38mm, foi dividida em 4

intervalos de tempo (a cada 3 minutos), gerando o seguinte hidrograma:

0 2 4 6 8 10 12 14

t (min)

Lâmina (mm)

Figura 5.9 – Hidrograma de entrada para tc = 12 minutos

A tabela 5.9 mostra as cotas de fundo de cada célula existente antes de propor

o reservatório de detenção.

Tabela 5.9 – Cotas de Fundo

Célula

Cota do fundo da célula

1 23.90

2 28.41

3 26.86

4 21.82

5 20.51

101

6 21.61

7 22.66

8 23.90

9 15.85

10 15.85

11 16.90

12 18.00

13 17.66

14 18.68

15 20.89

16 37.35

17 41.35

18 41.13

19 39.24

20 17.35

21 33.71

22 24.46

23 16.90

24 14.37

25 14.05

26 13.90

27 16.82

28 14.90

29 14.34

30 13.25

31 18.51

32 12.00

33 13.43

34 12.84

35 12.00

36 9.86

37 11.50

38 8.84

39 10.74

40 9.76

41 9.44

42 9.91

43 8.63

44 -9.00

103 23.40

104 18.55

105 19.15

106 20.40

107 20.70

108 22.75

110 13.00

102

111 15.00

112 15.40

113 14.80

123 13.35

124 13.00

126 12.45

127 13.15

128 12.40

129 11.30

130 10.10

132 9.90

138 7.05

139 7.27

A figura abaixo mostra a mancha de alagamento obtida pelo Modelo de Células

para o projeto de drenagem da Rio Águas, ou seja, antes do reservatório.

103

Figura 5.10 – Mancha de Alagamento para tc=12min, Antes do Reservatório

104

A tabela 5.10 mostra os valores exatos das lâminas d’água máximas obtidas.

Tabela 5.10 – Valores da Lâminas Antes do Reservatório

Célula

Lâmina máxima

(m)

1 0,28

2 0,16

3 0,09

4 0,26

5 0,22

6 0,06

7 0,07

8 0,09

9 0,52

10 0,21

11 0,15

12 0,32

13 0,22

14 0,26

15 0,09

16 0,11

17 0,09

18 0,08

19 0,09

20 0,08

21 0,07

22 0,12

23 0,15

24 0,10

25 0,19

26 0,34

27 0,07

28 0,19

29 0,07

30 0,23

31 0,23

32 0,24

33 0,64

34 1,23

35 0,07

36 0,05

37 0,40

38 0,00

39 0,18

105

40 0,27

41 0,34

42 0,11

43 0,47

44 0,03

103 0,25

104 1,20

105 0,40

106 0,21

107 0,39

108 0,39

110 0,70

111 0,42

112 0,73

113 1,03

123 1,50

124 0,40

126 0,47

127 1,21

128 1,10

129 0,75

130 1,50

132 1,46

138 1,49

139 0,54

Com a proposição do reservatório, foram adicionadas 3 células ao modelo.

Segue abaixo suas cotas de fundo.

Tabela 5.11 – Cotas de Fundo

Célula

Cota do fundo da célula

120 13,70

125 13,10

1251 13,40

A figura 5.11 mostra a mancha de alagamento obtida após a inclusão do

reservatório de detenção.

106

Figura 5.11 – Mancha de Alagamento para tc=12min, Após Inclusão do Reservatório

107

A tabela 5.12 mostra os valores exatos das lâminas d’água máximas obtidas.

Tabela 5.12 – Valores das Lâminas Após Inclusão do Reservatório

Célula

Lâmina máxima

(m)

1 0,28

2 0,16

3 0,09

4 0,26

5 0,22

6 0,06

7 0,07

8 0,09

9 0,52

10 0,21

11 0,15

12 0,27

13 0,04

14 0,08

15 0,03

16 0,11

17 0,09

18 0,08

19 0,09

20 0,13

21 0,07

22 0,12

23 0,04

24 0,03

25 0,04

26 0,13

27 0,07

28 0,19

29 0,09

30 0,24

31 0,23

32 0,24

33 0,06

34 0,17

35 0,07

36 0,05

37 0,41

38 0,00

39 0,10

108

40 0,28

41 0,32

42 0,11

43 0,45

44 0,03

103 0,25

104 1,20

105 0,39

106 0,21

107 0,39

108 0,39

110 0,80

111 0,42

112 0,87

113 1,20

120 2,03

123 1,50

124 0,14

125 0,69

126 0,72

127 1,21

128 1,24

129 0,79

130 1,50

132 1,49

138 1,49

139 0,50

1251 1,20

Comparando-se as manchas de alagamento antes e após a proposição do

reservatório com o tc = 12 minutos, percebe-se uma redução significativa das lâminas

nas regiões próximas à praça Clarim, conforme mostra a tabela 5.13. O reservatório é

muito eficiente nessa área.

109

Tabela 5.13 – Redução Percentual nas Lâminas

Célula

Lâmina

máxima sem

reservatório

(m)

Lâmina

máxima com

reservatório

(m)

Redução

do nível

d'água

(%)

13 0,22 0,04 81,8

15 0,09 0,03 66,7

23 0,15 0,04 72,7

24 0,10 0,03 67,5

25 0,19 0,04 77,8

26 0,34 0,13 61,8

33 0,64 0,06 90,6

34 1,23 0,17 86,2

5.7.2 – Modelagem para Efeito na Bacia Toda

O hidrograma de entrada para a modelagem com efeito na bacia toda do Rio

Guerenguê foi calculado pela ESCOLA POLITÉCNICA (2005), com tempo de

concentração de 225 minutos e pode ser observado na figura abaixo.

0 50 100 150 200 250

t (min)

Lâmina (mm)

Figura 5.12 – Hidrograma de entrada para tc = 225 minutos

Foram analisados os hidrogramas de saída das seções de interesse obtidos

pelo Modelo de Células, e as vazões máximas entre as células em estudo podem ser

vitas na tabela 5.14.

110

Tabela 5.14 – Resultados das Vazões

SEÇÃO

VAZÃO antes do

reservatório (m³/s)

VAZÃO depois do

reservatório (m³/s)

REDUÇÃO

(%)

132 [130] 5,40 5,33 1,3

32 [30] 1,34 1,35 -

130 [129] 0,53 0,54 -

30 [29] 0,10 0,11 -

129 [126] 0,54 0,46 14,8

29 [26] 0 0 -

As seções 132, 130 e 129 são equivalentes aos trechos de galerias passam

por baixo das seções 32, 30 e 29, respectivamente.

Comparando as vazões do final da bacia modelada, para tc = 225 minutos,

percebe-se que não houve uma redução significativa, visto que a redução máxima foi

de 14,8%.

A explicação para tal fato é que as galerias de drenagem já não funcionavam a

contento e ocorria grande armazenagem das águas de chuva nas áreas de ruas e

lotes e, após a inclusão do reservatório, esta ficará concentrada no reservatório de

detenção da praça Clarim. Ainda assim, a redução observada gera um benefício a ser

considerado no contexto do sistema como um todo.

111

6– CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

A maioria dos reservatórios de detenção no Brasil visa apenas o

amortecimento de cheias. Existem poucos reservatórios multifuncionais hoje em dia,

que funcionam como área de lazer em períodos de estiagem e detêm as águas

pluviais nos períodos chuvosos. Por isso, a presente dissertação abordou este tema e

mostrou, através do estudo de caso da Bacia do Rio Guerenguê, a concepção,

modelagem e detalhamento de um reservatório de detenção em praça, como

alternativa para o controle de cheias.

Para fundamentar os estudos sobre os reservatórios multifuncionais foi preciso

entender bem os conceitos de drenagem urbana sustentável, visto que este tipo de

reservatório é uma obra de engenharia integrada à sociedade e ao meio ambiente. A

Drenagem Urbana Sustentável reconhece a complexidade das relações entre os

ecossistemas naturais, o sistema urbano artificial e a sociedade. Por isso é tão

importante a utilização dessa medida de controle de escoamento.

O principal objetivo desta dissertação era resgatar as características de

escoamento natural de pré-urbanização de parte de uma sub-bacia do rio Guerenguê,

através de um reservatório de detenção multifuncional, que amortecesse as cheias em

períodos chuvosos e servisse como área de lazer durante as estiagens.

Primeiramente, foi proposta uma concepção de reservatório de caráter

multifuncional. Este reservatório foi definido como de detenção, prioritariamente para

controle de cheias. A questão da qualidade, embora também importante, foi deixada

em segundo plano, para concentrar esforços na questão do amortecimento e controle

da quantidade. Outra questão é que a opção por um reservatório de retenção, com

lago permanente, de águas de muito baixa qualidade, poderia sofrer uma maior

rejeição e uma desvalorização da área de seu entorno, fato que atrapalharia a o

caráter multifuncional pretendido. O aproveitamento múltiplo de uma área pública para

lazer, paisagismo e controle de cheias deve procurar agregar valor ao local,

revitalizando este espaço. Para garantir o funcionamento do reservatório como área de

lazer a maior parte do tempo e com o mínimo de desconforto para a população do

entorno, este reservatório foi pensado com uma caixa de desvio, em sua entrada, de

modo a permitir que vazões com tempo de recorrência menores que 1 ano não

acessassem a praça imaginada para a função de reservação. Além disso, a questão

112

de acesso para manutenção e defesa dos dispositivos de entrada e saída d’água no

reservatório, em termos de preservação de sua capacidade hidráulica de descarga,

foram pontos importantes na proposição efetuada.

Para conduzir este estudo, então, de modo a tornar práticas as idéias

propostas e experimentar em uma situação de problema real os conceitos

desenvolvidos, procurou-se um local com problemas de drenagem urbana, que

sofresse com as enchentes, que possuísse uma área pública para a construção da

medida de controle de escoamento e que fizesse parte de uma bacia com sistema de

drenagem já modelado de forma sistêmica, de modo a permitir que uma análise local

depois pudesse ser observada sob a ótica global de resultados para esta bacia, sem

desviar o foco principal desta dissertação. Por isso, foi escolhida a bacia do rio

Guerenguê, já objeto de estudo anterior pela Escola Politécnica da UFRJ, em cuja

parte alta de um de seus afluentes principais, o rio Monjolo, encontra-se uma área

alagável, principalmente por problemas de microdrenagem, que engloba as praças

Clarim e Sentinela, na Taquara.

Na Praça Sentinela, a montante, ficou localizada a caixa de desvio com o

gradeamento, orifício de saída e vertedor em seu interior. Por seu orifício, como

destacado na concepção, as vazões com tempo de recorrência de até 1 ano retornam

à rede pluvial existente, e as vazões com tempo de recorrência entre 1 e 20 anos

passam pelo vertedor, chegando até uma galeria de concreto retangular, que leva as

águas pluviais até o reservatório de detenção localizado na praça Clarim. Esse

reservatório também recebe contribuições de águas captadas superficialmente por

ranhuras longitudinais, vindas dos arredores das praças e das próprias praças.

Após a caracterização do reservatório, foi feito um pré-dimensionamento deste,

onde foram calculadas também as vazões de entrada e saída dos dispositivos, além

do seu dimensionamento e detalhamento. O pré-dimensionamento das ranhuras,

galerias, caixa de desvio, vertedor, orifícios de saída e reservatório de detenção foi

bem atendido. A proposição do reservatório foi feita detalhadamente e foi elaborado

um plano de manutenção para que este tenha uma vida útil prolongada.

O pré-dimensionamento foi posteriormente confirmado através de modelagem

matemática e, nesse contexto, foi também avaliado o efeito em termos de minoração

da mancha de alagamento local e de seu potencial efeito sistêmico. Para tais

113

atividades, foram assumidos 2 cenários, para observação da situação antes e após a

implantação do reservatório. Foram analisadas as manchas de alagamento para os 2

cenários com efeito local, ou seja, com tempo de concentração de 12 minutos, focando

a criticidade da bacia que contribui diretamente para o alagamento das ruas da região

e, em ultima análise, que contribuem para o próprio reservatório da praça, e foram

analisadas as vazões de ambos os cenários, porém considerando o efeito na bacia

toda, com tempo de concentração de 225 minutos e, portanto, com uma chuva de

projeto menos intensa, mas de maior volume total, que então é a chuva crítica para o

sistema como um todo.

Para a execução da modelagem matemática desta dissertação foi utilizado o

Modelo de Células de Escoamento, MODCEL, que foi muito bem sucedido.

A modelagem matemática apresentou resultados que confirmaram e

atenderam ao pré-dimensionamento do reservatório de detenção.

Um dos objetivos iniciais, que era o retorno para a rede pluvial existente da

vazão de pré-urbanização, foi atendido com folga. Essa folga ajuda a compensar

outras contribuições de vazões, agravadas pela urbanização, e para as quais já não se

encontram áreas livres para intervenções similares.

Comparando manchas de alagamento antes e após a proposição do

reservatório de detenção, na análise que propõe observar o efeito local, percebe-se

uma redução significativa das lâminas nas áreas próximas à praça Clarim, que contém

o reservatório. A redução do nível d’água chega a atingir 90,6%. O reservatório é

muito eficiente nesse ponto.

A modelagem para efeito na bacia toda gerou comparações de resultados de

vazões que são transferidas para partes mais baixas, a jusante da bacia, tendo sido

escolhidas e analisadas, para este fim, as seções exutórias da área modelada.

Comparando as vazões do final da bacia, que afluem ao Guerenguê, para tc = 225

minutos, percebe-se que não houve uma redução pouco significativa desta, chegando

a 14,8%. A explicação para tal fato é que havia grande armazenagem de águas nas

áreas de ruas e lotes e, após a inclusão do reservatório, estas ficaram contidas no

reservatório de detenção da praça Clarim. Ou seja, a bacia local, mesmo que

114

indesejavelmente, já cumpria o papel de uma detenção, porém com conseqüências

desastrosas para a população que tinha suas casas alagadas.

O objetivo de atender aos conceitos de drenagem urbana sustentável também

foi cumprido, visto que o projeto de engenharia do reservatório de detenção

multifuncional consegue restaurar vazões menores que as de pré-urbanização,

garantindo o funcionamento adequado do sistema de galerias, que não mais afoga,

permite utilizar uma área de convívio social e de lazer como parte da solução do

problema de drenagem, exercitando a integração da Arquitetura e Paisagismo com a

Engenharia Hidráulica. Além disso, esta concepção necessita da participação e

colaboração da comunidade local, possibilitando e demandando desenvolver

campanhas de educação ambiental, importantes na conscientização e esclarecimento

das responsabilidades da própria comunidade.

Algumas recomendações com relação à modelagem e ao projeto podem ser

feitas.

Como recomendações específicas para o modelo de células, sugere-se

acrescentar a possibilidade de se utilizar seções circulares para as ligações tipo

galeria, melhorar as interfaces do modelo, como por exemplo, a possibilidade de se

importar dados do AutoCad e agregar um modelo de qualidade para avaliar a poluição

difusa.

Uma recomendação importante para os próximos trabalhos, com relação ao

projeto, seria avançar com os aspectos qualitativos da água armazenada no

reservatório, para desinfecção da praça. Seria bom coletar essa água, analisar os

poluentes existentes e propor um tratamento desta para possibilitar um reúso de água

e impedir que haja transmissão de doenças de veiculação hídrica.

O reservatório de praça proposto nesta dissertação utilizou conceitos de

drenagem urbana sustentável. Por isso, outra recomendação seria incorporar esse

conceito de projeto no Plano Diretor de drenagem da cidade do Rio de Janeiro, para

que sirva de modelo para outros projetos em diversas regiões.

Uma opção para o poder público municipal pode ser a busca de recursos junto

ao Ministério das Cidades para financiar este tipo de projeto, visto que é uma obra de

115

engenharia hidráulica que beneficia a cidade e a sociedade e tem cunho sustentável.

Com a construção desse tipo de reservatório, a cidade deixa de gastar dinheiro com

as conseqüências que as enchentes causam. Nesse contexto, por fim, outra sugestão

seria o de se procurar avaliar economicamente os benefícios deste tipo de proposição,

avaliando seu retorno e levando o tema em questão – utilização de medidas

sustentáveis no âmbito da drenagem urbana, em particular o uso de reservatórios de

detenção multifuncionais – também para discussão na esfera de gestão da cidade.

116

8 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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