ANA CAROLINE MELLO RAMOS

EFICIÊNCIA DO USO DE POÇOS DE INFILTRAÇÃO NA

SUPLEMENTAÇÃO DO SISTEMA DE DRENAGEM: ESTUDO

DE CASO EM NATAL

NATAL-RN

2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Ana Caroline Mello Ramos

Eficiência do uso de poços de infiltração na suplementação do sistema de drenagem: estudo

de caso em Natal

Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade

Artigo Científico, submetido ao Departamento

de Engenharia Civil da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte como parte dos requisitos

necessários para obtenção do Título de

Bacharel em Engenharia Civil.

Orientador: Profª. Dr.ª Joana Darc Freire de

Medeiros

Coorientador: Profª. M.ª Caroline Elizabeth

Braz Fragoso de Sousa Medeiros

Natal-RN

2017

Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN

Sistema de Bibliotecas – SISBI

Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede

Ramos, Ana Caroline Mello.

Eficiência do uso de poços de infiltração na suplementação do sistema

de drenagem: estudo de caso em Natal / Ana Caroline Mello Ramos. -,

2017.

17 f. : il.

Artigo científico (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do

Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil. Natal,

RN, 2017.

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Joana Darc Freire de Medeiros.

Coorientadora: Prof.ª Ma. Caroline Elizabeth Braz Fragoso de Sousa

Medeiros.

1. Drenagem urbana – Natal (RN) – TCC. 2. Poço de infiltração - TCC.

2. Escoamento superficial - TCC. 3. Amortecimento - TCC. I. Medeiros,

Joana Darc Freire de. II. Medeiros, Caroline Elizabeth Braz Fragoso de

Sousa. III. Título.

RN/UF/BCZM CDU 626.86

Ana Caroline Mello Ramos

Eficiência do uso de poços de infiltração na suplementação do sistema de drenagem: estudo

de caso em Natal

Trabalho de conclusão de curso na modalidade

Artigo Científico, submetido ao Departamento

de Engenharia Civil da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte como parte dos requisitos

necessários para obtenção do título de Bacharel

em Engenharia Civil.

Aprovado em 08 de junho de 2017:

___________________________________________________

Profª. Dr.ª Joana Darc Freire de Medeiros – Orientadora

___________________________________________________

Prof.ª M.ª Caroline Elizabeth Braz Fragoso de Sousa Medeiros – Coorientadora

___________________________________________________

Prof.ª Dr.ª Adelena Gonçalves Maia – Examinadora interna

___________________________________________________

M.ª Giovana Cristina Santos de Medeiros – Examinadora externa

Natal-RN

2017

RESUMO

A urbanização, sem o devido planejamento do manejo das águas pluviais, vem causando

impactos negativos no ciclo hidrológico. A urbanização não planejada aumenta o percentual de

áreas impermeabilizadas e impede que parte das águas pluviais infiltre no solo da cidade,

provocando o aumento do escoamento superficial, sobrecarregando o sistema de drenagem

pública. Esse processo pode resultar em enchentes, inundações e alagamentos no meio urbano.

As medidas de controle na fonte surgem, desta forma, como ferramenta para amenizar o

impacto gerado pela impermeabilização do solo, e, assim, amortecer as vazões de pico. O poço

de infiltração, por sua vez, se destaca dentre as medidas de controle, por requisitar uma pequena

área de implantação e baixo custo de construção, além de possibilitar a recarga do aquífero

subterrâneo. O presente estudo objetiva avaliar o potencial amortecimento dos picos de vazões

promovido pela implantação de poços de infiltração em lotes padrão, a partir do método de

dimensionamento do Manual de Drenagem, em uma sub-bacia de Natal. Os resultados foram

obtidos a partir do levantamento dos lotes de uma sub-bacia específica, e da verificação da área

do lote padrão que receberia a técnica adotada, junto do dimensionamento do poço de infiltração

para esse lote. Por fim, são mostrados ainda os prováveis cenários e avaliações quanto à

eficiência da construção da medida adotada.

Palavras-chave: Poço de infiltração, escoamento superficial, amortecimento.

ABSTRACT

The urbanization, without proper planning of rainwater management, has been causing

negative impacts on the hydrological cycle. The not planned urbanization increases The

percentage of impermeable areas and prevents part of the rainwater infiltrating the city not soil,

causing the increase of surface runoff, overburden the public drainage system. This process can

result in flooding in urban environment. The source control measures appear, thus, to soften the

impact generated by the impermeable soil, damping the peak flows. The infiltration well, stands

out among these control measures, because it requires a small area and low construction cost,

besides enabling the underground aquifer recharge. The present study aims to evaluate the

damping potential in a Natal sub-basin, through the implantation of infiltration wells in standard

lots, using the method of the Drainage Manual. The results were obtained from the survey of

the lots of a specific sub-basin and the verification of the area of the standard lot that would

receive the technique adopted, with the infiltration pit design for this lot. Finally, the probable

scenarios and evaluations regarding the efficiency of the construction of the adopted measure

are also shown.

Key words: infiltration wells, runoff, damping.

5

*Autora: Ana Caroline Mello Ramos, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, graduanda em

Engenharia Civil.

** Orientadora: Prof.ª Dr. ª Joana Darc Freire de Medeiros, Universidade Federal do Rio Grande do Norte,

*** Coorientadora: M.ª Caroline Elizabeth Braz Fragoso de Sousa Medeiros, Universidade Federal do Rio

Grande do Norte.

1 INTRODUÇÃO

Os alagamentos urbanos têm como elementar origem a incapacidade de retenção das águas

pluviais nas cidades, devido, em geral, à ocupação urbana desordenada. Nas últimas décadas

80% da população brasileira passou a residir em cidades, e embora este evento tenha causado

uma tendência de estabilização populacional no país, ele também demanda gestão da

infraestrutura e investimentos, especialmente no setor do saneamento básico, o que ainda

representa uma carência no Brasil (NATAL, 2009).

A ocupação territorial urbana constituiu-se primeiramente na adjacência dos corpos

hídricos, sendo sua maioria situada a jusante. Posteriormente, a fim de amenizar problemas de

drenagem naturais, ocasionados por eventos hidrológicos de alta intensidade, como também,

integrar as várzeas dos rios ao sistema viário, houve a canalização e a retificação de vários

córregos (CANHOLI, 2014). Surgiu-se assim, um colapso do ambiente urbano, uma vez que,

estas obras apenas afastam, rapidamente, as águas pluviais dos pontos críticos para outro local

a montante, caracterizando a filosofia intitulada higienista (TUCCI, 2012).

O progresso da urbanização e as consequentes modificações induzidas na bacia

hidrográfica geram consideráveis mudanças no processo hidrológico, tal como a diminuição da

infiltração e o aumento do escoamento superficial. Diferente dos sistemas de drenagem

convencionais, que têm como mecanismo o rápido transporte das águas para jusante, os

sistemas de drenagem em controle na fonte, têm como foco o alívio dos impactos ocasionados

pela urbanização (CAPUTO, 2012).

Em geral, no Brasil, se cria a ideia de que a solução para os efeitos da urbanização

requeira grandes obras e reservatórios. Contudo, uma solução simples para drenagem é o poço

de infiltração, que pode ser construído em uma pequena área e com volume reduzido, de modo

que possa fazer parte de uma área urbana como, por exemplo, um lote edificado. Por outro lado,

de acordo com Caputo (2012), a adoção das técnicas encontra obstáculos, como a ausência de

comprovação das características de desempenho em relação às técnicas convencionais e por

consequência a falta de informações para a estimativa do potencial de sua implantação em

ambientes já existentes. Buscando apresentar-se como uma contribuição na superação deste desafio, o presente

trabalho destina-se a avaliar os potenciais impactos e benefícios da implantação de uma medida

de controle na fonte, o poço de infiltração, sobre o volume total escoado numa sub-bacia

hidrográfica, tendo como estudo de caso uma sub-bacia do município de Natal.

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 EVOLUÇÃO DO SISTEMA DE DRENAGEM

De acordo com Sobrinha (2012), os primeiros relatos de medidas para o controle em

drenagem urbana se deram na Roma Antiga. No intuito de promover a qualidade de vida da

população foram executadas obras de grandes magnitudes ligadas ao desenvolvimento urbano,

com a finalidade de afastar tanto as águas residuais domésticas, quanto as pluviais em um

sistema unitário de drenagem.

A suspensão da elaboração e construção de novos sistemas de drenagem, assim como a

ausência de manutenção do sistema já existente, durante a Idade Média, induziu as cidades da

6

Europa a um conceito de drenagem em que as águas residuais e pluviais não eram

recolhidas e sim apenas lançadas nas ruas. Em consequência disso, as ruas das cidades eram

tomadas por uma mistura de lama e esgoto que emanava odores desagradáveis (SOBRINHA,

2012).

Aliado a isto, a estratificação social, quanto a distribuição geográfica da população nas

cidades, os indivíduos menos favorecidos ficavam expostos a inundações causadas pela água

contaminada lançada nas ruas, por habitarem as áreas de baixios. Esse contexto resultou em

epidemias de cólera e tifo, dando à luz a questionamentos quanto a higiene pública durante o

período do Renascimento, época em que as execuções de obras de regularização de canalização

dos rios tornaram-se frequentes (BAPTISTA; NASCIMENTO; BARRAUD, 2005).

Na realidade brasileira, os responsáveis pelas primeiras construções de sistemas

drenagem foram os holandeses no século XVII através da execução de ancoradouros, canais e

diques, por exemplo. As soluções sanitárias de abastecimento de água e eliminação dos

resíduos, no entanto, ficavam sob o dever de cada habitante (SOBRINHA, 2012).

No século XIX, a concepção higienista surge na Europa através de medidas de saúde

pública e para acabar com as águas paradas ou empoçadas nas cidades de forma a afastar as

águas residuais e pluviais dos centros urbanos. Enquanto que no Brasil, o conceito higienista

só foi utilizado de fato a partir de 1889, com a implantação do sistema separador absoluto, que

conduzia as águas pluviais e residuais em tubulações separadas e exclusivas (SANTOS, 1928

apud SILVEIRA, 1998).

Surge na Europa e na América do Norte, em 1970, o pensamento de tecnologias

alternativas de drenagem urbana, conhecida também como medidas corretivas das águas

urbanas. Segundo Tucci (2012), a insustentabilidade em persistir na realização de obras de

drenagem que conferissem no aumento do escoamento devido à urbanização ocasionou a

revisão dos procedimentos e a preferência por sistemas de amortecimento de vazões em

detrimento aos de canalização das águas pluviais.

Assim, em 1990, nasce o conceito atual de desenvolvimento sustentável, ao se perceber

a persistência da poluição nos cursos d’água naturais em razão da poluição difusa das

inundações urbanas e rurais. Neste período, houve o desenvolvimento de uma política embasada

na conservação do escoamento pluvial, no tratamento das águas pluviais urbanas e rurais e no

tratamento dos efluentes em âmbito terciário. A partir disso, é possível preservar os caminhos

naturais do escoamento, assim como priorizar a infiltração (TUCCI, 2012).

2.2 IMPACTOS DA URBANIZAÇÃO

O aumento da urbanização e a expansão das cidades nem sempre é um bom indicativo

para a qualidade de vida da população. Apesar de poder refletir um avanço tecnológico e

oportunizar melhorias na infraestrutura daquele local, ele também pode corresponder a um

conjunto de prejuízos, em virtude do mau planejamento ou até mesmo da ausência dele.

A alteração no uso e ocupação do solo, devido a urbanização originam alterações no

ciclo hidrológico local, sendo os produtos mais notórios a redução da infiltração do solo, a

diminuição na redução dos escoamentos subsuperficial e subterrâneo, o aumento do escoamento

superficial, o aumento das vazões máximas, a diminuição da evapotranspiração e o aumento da

temperatura (CAPUTO, 2012).

O escoamento superficial é um processo natural do ciclo hidrológico, porém a

urbanização, a partir do aumento da impermeabilização do solo, reduz a capacidade de

infiltração do solo, decorrente da pavimentação das ruas, passeios e da construção de edifícios,

gera uma redução da infiltração e, por consequência, um incremento no volume escoado.

É através da pavimentação das ruas, passeios e a construção de edifícios e entre outros

que a impermeabilização das superfícies acontece. Isto dificulta e até mesmo impede a

7

ocorrência da infiltração no solo, como forma de armazenamento natural da água das chuvas,

resultando, então, no aumento o escoamento superficial. Em razão disso, tubulações que foram

previamente dimensionadas para uma determinada vazão se tornam obsoletas devido a essa

nova e não prevista contribuição.

2.3 MEDIDAS DE CONTROLE

De acordo com Canholi (2014), as medidas de controle servem para corrigir e/ou

prevenir possíveis prejuízos motivados por inundações e podem ser categorizados conforme a

sua natureza, em estruturais e não estruturais.

As medidas estruturais “são aquelas que modificam o sistema fluvial através de obras

na bacia (medidas extensivas) ou no rio (medidas intensivas) para evitar o extravasamento do

escoamento para o leito maior decorrentes das enchentes” (TUCCI, 2005).

Já as medidas não-estruturais são “aquelas em que os prejuízos são reduzidos pela

melhor convivência da população com as enchentes, através de medidas preventivas como o

alerta de inundação, zoneamento das áreas de risco, seguro contra inundações, e medidas de

proteção individual” (TUCCI, 2005).

2.4 POÇO DE INFILTRAÇÃO DA DRENAGEM URBANA

Dentre as medidas estruturais de manejo de águas pluviais, os poços de infiltração se

destacam pela necessidade de pequenas áreas para sua execução. Este dispositivo pontual de

controle na fonte tem como função infiltrar as águas pluviais e amortecer os picos de vazão que,

por ventura, atinjam o sistema de drenagem convencional, e, em consequência da sua

implantação, há a redução do volume escoado superficialmente (BAPTISTA; NASCIMENTO;

BARRAUD, 2005).

Um hidrograma de cheia urbana tem como configuração um elevado pico de vazão, em

curto intervalo de tempo. Segundo Reis, Oliveira e Sales (2005) a existência de um poço de

infiltração dentro de cada lote, mesmo de volume reduzido, já resultaria em uma diminuição

significativa na vazão máxima de escoamento (Figura 1).

Figura 1 - Hidrogramas natural, pré e pós

urbanização

Fonte: Reis; Oliveira; e Sales, 2005.

A Figura 2 ilustra três hidrogramas referentes à precipitação sobre um lote urbano, que

correspondem ao período de pré-urbanização, pós-urbanização e o resultante após a

implantação do poço absorvente. Fica claro que a impermeabilização parcial do lote após a

urbanização resulta em um fator relevante para o aumento do pico do hidrograma. Nota-se que

8

a implantação do dispositivo reduz o excesso de escoamento superficial, amortecendo a vazão

acrescida em relação ao hidrograma natural.

Em relação ao funcionamento deste sistema toda a água da chuva captada é lançada para

o poço. O extravasamento só ocorrerá se houver o preenchimento do poço, somado a redução

da capacidade de infiltração do solo, e o volume extravasado será lançado no sistema público

de coleta pluvial, logo este dispositivo não tem compromisso no controle total do escoamento

superficial (REIS; OLIVEIRA; SALES, 2005).

A água detida neste dispositivo pode deixá-lo pela infiltração no solo ou pela injeção da

água no lençol subterrâneo, ocasionando em duas nomenclaturas, respectivamente poços de

absorção e poços de injeção. O poço de infiltração se mostra uma solução conveniente para

localidades com camada superficial de solo pouco permeável, contudo que tenha uma

considerável capacidade de infiltração em camadas inferiores (BAPTISTA; NASCIMENTO;

BARRAUD, 2005).

3 METODOLOGIA

3.1 ÁREA DE ESTUDO

Compreende a área de estudo a sub-bacia, denominada pelo Manual de Drenagem de

Natal XIX.5, pertencente à bacia XIX, também chamada de bacia Lagoinha (Figura 3). A sub-

bacia em estudo está inserida predominantemente no bairro de Ponta Negra, e uma outra menor

parte em Neópolis e possui 384,07 ha de área (Natal, 2009).

O Anuário Natal (2016) expõe que a Região de Lagoinha, regulamentada pela Lei

Municipal nº 5.665, de 21 de junho de 2004, é composta pelo ecossistema de dunas fixas e

lagoas, constituído pelo desenvolvimento de vegetação com espécies de maior dominância da

Mata Atlântica e de formação de tabuleiro litorâneo, sendo este ecossistema uma das principais

áreas de recarga dos aquíferos.

Figura 2– Bacias de drenagem das zonas leste,

oeste e sul de Natal

Fonte: Natal, 2009.

9

Figura 3 - Delimitação da bacia XIX

Fonte: Natal, 2009.

Assim, foram dimensionados poços de infiltração em cada lote e se avaliou o impacto

disto no escoamento superficial da sub-bacia XIX.5. Para isso, inicialmente calculou-se o

tamanho do lote padrão, em seguida calculou-se o número de poços.

3.2 DETERMINAÇÃO DO LOTE PADRÃO

Para a avaliação da eficiência do emprego dos poços de infiltração, inicialmente

necessita-se da área do lote para se avaliar a contribuição recebida por ele, desta forma, foi

definido o levantamento de todos os lotes pertencentes a sub-bacia em estudo e em seguida foi

feita a média para que se obtivesse o lote padrão. A partir do dimensionamento dos poços de

infiltração para o lote padrão, assim, pode-se avaliar a contribuição da implementação deste

método na redução do volume de chuva que é lançada na rede pública de drenagem.

O levantamento dos lotes foi realizado a partir da identificação da sub-bacia no arquivo

de divisão das sub-bacias da zona sul de Natal, o qual foi cedido pela Prefeitura Municipal do

Natal. Com a importação da delimitação da sub-bacia em estudo para o software Google Earth,

realizou-se a marcação dos limites de cada lote a partir de polígonos formados pelos seus

vértices.

Tendo demarcado os lotes, foram exportados os dados de cada polígono, isto é, a coleta

das áreas e número de identificação dos lotes, que foi feita manualmente para o software

Microsoft Excel. Com a listagem de áreas concebida, o lote padrão foi obtido a partir da média

das áreas, conforme a equação 1. A média é avaliada comparando-se a mediana e obtendo-se o

desvio padrão.

Alote padrão = ∑ Ai

ni=1

n (1)

Onde:

n é número de lotes;

Alote padrão é a área do lote padrão.

10

3.3 DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE POÇOS POR LOTE

A definição do número de poços de infiltração foi feita de acordo com o método

sugerido pelo Manual de Drenagem do Plano Diretor de Drenagem e Manejo de Águas Pluviais

de Natal. O método se baseia nas das análises do pré-dimensionamento e do balanço hídrico de

30 dias, sendo o valor adotado para o número de poços a situação mais crítica, ou seja, com

maior número de poços.

Define-se, inicialmente, o tipo de poço de infiltração padrão que será utilizado. O

Manual de Drenagem sugere três diferentes possibilidades, as quais todas apresentam a mesma

profundidade (H) medindo 2,5 metros, assim como, a mesma revanche de transbordamento

(∆H) de 0,5 metros. Sendo a distinção entre eles os diâmetros, que podem ser de 2,0, 2,5 ou 3,0

metros.

Figura 4 - Configurações dos poços de infiltração pelo Manual de Drenagem de Natal

Fonte: Natal, 2009.

Posteriormente, a partir da área de contribuição do lote, foi determinado o diâmetro do

extravasor (Φ), baseado na tabela abaixo, retirada do Manual de Drenagem.

Tendo obtido o diâmetro do extravasor, parte-se para a obtenção da área de contribuição

efetiva do poço (Ac,poço), que é obtida a partir do gráfico1 da Figura 4. A partir da curva

correspondente a área da base do poço, a área de contribuição efetiva do poço é encontrada

através da coordenada horizontal referente ao ponto onde a curva intercepta o valor da revanche

de transbordamento adotado.

Por fim, para o cálculo do número de poços de infiltração padrão (Npoços), divide-se a

área de contribuição efetiva do lote (Ac) pela área de contribuição efetiva do poço multiplicado

pelo coeficiente de fragilidade da sub-bacia (k) estudada. Neste caso, pela área de estudo se

tratar de uma “Sub-bacia fechada com sistema de drenagem deficiente, sem transposição”

(NATAL, 2009) o coeficiente de fragilidade será 1,59, conforme apresentado na tabela VIII.5

do Manual de Drenagem.

Npoços = k ∙Ac

Ac,poço (2)

Para esta análise, é necessário que seja obtida, novamente, a área de contribuição, a

partir da Figura 5, que faz a correlação do coeficiente de escoamento superficial com a área de contribuição efetiva do poço de infiltração, para o diâmetro escolhido, cujas curvas

correspondem às taxas de infiltração (f). Segundo Natal (2009), a taxa de infiltração referente

1 Referente ao tubo extravasor adotado.

11

à bacia XIX-Lagoinha é de 13 mm/h. Finalmente, o número de poços é obtido pela razão da

área de contribuição pela área de contribuição do poço (equação 2).

3.4 ESTIMATIVA DA VAZÃO AFLUENTE

Para estimar a vazão afluente na sub-bacia, utilizou-se o método racional, segundo

Collischonn e Dornelles (2015), é baseado nos dados de chuva para estimativa das vazões

máximas de bacias e tem aplicação em bacias com áreas de aproximadamente 1 a 3 km². Deve-

se lembrar, quando aplicar o método racional, das hipóteses o qual é baseado, estas são:

a) ao coeficiente de escoamento superficial, todas as perdas estão incorporadas;

b) o tempo de duração da precipitação deve ser igual ou exceder ao tempo de

concentração da bacia, pois toda a bacia contribui com o escoamento superficial;

c) a chuva é distribuída uniformemente por toda a área da bacia.

Q =C ∙ i ∙ A

3,6 (3)

Onde:

Q = a vazão máxima (m³/s);

C = o coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de deflúvio (adimensional);

i = a intensidade pluviométrica (mm/h);

A = a área da bacia hidrográfica (km²).

O coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de deflúvio (C), por definição é

a razão entre o volume total de escoamento superficial no evento e o volume total precipitado.

É o resultado da combinação de fatores físicos da bacia em estudo, como o tipo de ocupação do

solo, o tipo de solo, a intensidade de precipitação, a cobertura vegetal, a umidade antecedente,

entre outros (TUCCI, 1995). O valor do coeficiente C é obtido a partir da fórmula:

C =∑ Ci ∙ Ai

ni=1

A (4)

Onde:

C = o coeficiente de escoamento superficial (adimensional);

A = a área total (m²);

Ci = o coeficiente de deflúvio para cada área com diferente tipo de uso do solo;

Ai = a área dos diferentes tipos de uso do solo.

De acordo com o manual de drenagem da cidade do Natal todos os projetos de

drenagem da cidade devem utilizar os coeficientes de deflúvio das sub-bacias de drenagem

definidos nos Estudo Hidrológicos do Plano Diretor de Diretor de Drenagem e Manejo de

Águas Pluviais, neste caso 0,45, para o seu desenvolvimento (NATAL, 2009).

O método utilizado para se obter a vazão de pico, neste estudo, será o método racional,

em virtude da existência do coeficiente de deflúvio dado pelo Manual de Drenagem de Natal

para a sub-bacia estudada.

A intensidade (i) é a precipitação por unidade de tempo, e é prevista através da curva

intensidade-duração-frequência (IDF) da localidade da bacia. É necessário que se defina o

tempo de retorno e a duração da chuva para a definição da intensidade i, e é considerado que o

12

tempo de concentração é igual a duração da chuva. Esta hipótese, assim, permitirá que a vazão

encontrada corresponda uma situação de vazão máxima que decorre quando o exutório recebe

a contribuição de toda a bacia (COLLISCHONN; DORNELLES, 2015). A partir do Manual de

Drenagem da cidade do Natal, tem-se:

i =502,46 ∙ TR0,1431

(td + 10,8)0,6060 (5)

Onde:

i = a intensidade pluviométrica (mm/h);

TR = o tempo de retorno (adotados 2, 5 e 10 anos);

td = o tempo de duração da precipitação em minutos (utilizado 60 min).

Após a determinação de todos os parâmetros necessários para a avaliação da efetividade

dos poços de infiltração, foram definidos três cenários a serem estudados. O primeiro deles é a

situação da sub-bacia XIX.5 sem a implantação dos poços de infiltração, seguido pela situação

da sub-bacia com a introdução dos poços de infiltração em aproximadamente 90% dos lotes e,

por fim, o cenário da consideração de 100% dos lotes com poços de infiltração.

4 RESULTADOS

4.1 LOTE PADRÃO CALCULADO

O levantamento, através do software Google Earth (Figura 5), resultou na definição de

1493 lotes (34,2% da área da sub-bacia) que foram divididos em faixas de acordo com a área,

conforme pode ser visto na tabela 1. A distribuição dos lotes nas faixas revelou que

aproximadamente 90% dos lotes possuem área até 500 m², o que representa 7,5% da área da

sub-bacia.

Figura 5 – Ilustração referente ao limite da sub-bacia XIX.5 e os lotes

levantados

Fonte: Google Earth, 2017.

13

O cálculo do lote padrão, considerando todos os lotes resultou em uma média de cerca

de 880 m². Este valor distorce a amostra, tendo em vista que a 43% dos lotes se concentra na

faixa entre 201 e 300 m², 90% dos lotes têm até 500 m² e a mediana obtida foi 250 m² (Tabela

1).

Tabela 1 -Distribuição dos lotes em faixas de área

Área Lotes Frequência Frequência

acumulada

Até 100m² 270 18% 18%

Entre 101 e 200 m² 206 14% 32%

Entre 201 e 300 m² 644 43% 75%

Entre 301 e 400 m² 164 11% 86%

Entre 401 e 500 m² 45 3% 89%

Entre 501 e 1000 m² 67 4% 94%

Entre 1.001 e 2.000 m² 20 1% 95%

Entre 2.001 e 3.000 m² 14 1% 96%

Entre 3.001 e 4.000 m² 12 1% 97%

Entre 4.001 e 5.000 m² 10 1% 97%

Entre 5.001 e 10.000 m² 19 1% 99%

Entre 10.001 e 20.000 m² 19 1% 100%

Acima de 50.001 m² 3 0% 100%

Total 1493 100% 100%

Fonte: Autora.

Percebe-se que os lotes com áreas acima de 500 m², em especial aqueles acima de 5000

m², elevam substancialmente a amostra (Tabela 1). Além disso, esses lotes de grandes

dimensões são, em geral, condomínios residenciais multifamiliares2 construídos na vigência da

atual legislação. Supõe-se, deste modo, que possuam sistema de manejo de águas pluviais

adequado.

Portanto, para o cálculo do lote padrão, desconsiderou-se os lotes com área superior a

500 m². O lote padrão resultante do cálculo da média, considerando os lotes com áreas até 500

m², foi de aproximadamente 216 m², valor próximo a mediana inicial e inserido na faixa de

maior frequência (90%).

4.2 DIMENSIONAMENTO DO POÇO DE INFILTRAÇÃO

Conforme abordado anteriormente, o Manual de Drenagem de Natal apresenta três

configurações de poços para dimensionamento. Neste estudo foi feito o dimensionamento para

três possíveis configurações, de forma a se escolher a solução mais econômica. Vale ressaltar

que o valor do diâmetro adotado deve ser o mais desfavorável entre o pré-dimensionamento e

o balanço hidrológico de 30 dias. A configuração adotada foi a de dois poços de diâmetro de

2,0 m, pois foi aquela que apresentou menor número de poços e menor volume, que a torna

mais viável economicamente (Tabela 2).

2 Além dos condomínios, o estádio Maria Lamas Farache, popularmente conhecido como Frasqueirão, bem

como o centro de treinamento do clube ABC, constitui um dos lotes de grande dimensão.

14

Tabela 2 - Comparação dimensionamento dos poços

Pré-dimensionamento

Diâmetro (m) 2,0 2,5 3,0

Ac,poço (m²) 237 262 320

Npoços 2 2 2

Balanço hidrológico de 30 dias

Diâmetro (m) 2,0 2,5 3,0

Ac,poço (m²) 215 320 420

Npoços 2 2 1 Fonte: Autora.

4.3 AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DO USO DOS POÇOS

A eficiência dos poços de infiltração nos lotes, como medida de mitigação para o

controle de alagamentos, foi avaliada através do balanço hídrico para precipitações com

diferentes tempos de retorno e tempos de duração. A vazão final foi obtida através do balanço

hídrico, entretanto, desprezou-se a vazão de infiltração instantânea. Essa desconsideração se

justifica pela adoção da pior situação possível, em favor da segurança, tendo em vista a sua

pequena contribuição no balanço, e pela variação da umidade do solo durante o evento, o que

pode alterar a taxa de infiltração do solo.

A vazão de entrada no poço, calculada através do método racional, considerou um

coeficiente de deflúvio diferente do coeficiente da bacia, em virtude de a área total dos lotes

menores que 500 m² representar menos de 10% da área total da sub-bacia e esta porcentagem

apresenta uma combinação de fatores físicos diferentes da sub-bacia.

Para o cálculo do coeficiente de deflúvio do lote padrão considerou-se sua adequação

com o Plano Diretor de Natal, logo foi calculado através da equação 4, sendo 80% de área

construída e 20% de área permeável, sendo caracterizados respectivamente por telhados

(C=0,85) e grama em solo arenoso (C=0,08), valores retirados de Tucci (1995). O valor obtido

para o coeficiente de escoamento superficial do lote padrão foi de aproximadamente 0,70.

Por fim, o volume retido por poço foi obtido pela multiplicação entre a vazão de entrada

e o tempo de duração da precipitação. Com isso, primeiramente, considerou-se somente os lotes

até 500 m² para a estimativa do amortecimento, adotando-se diferentes percentuais de lotes com

poços de infiltração. O volume total retido foi obtido através da multiplicação do número de

lotes com poços pelo volume retido pelo poço calculado para o lote padrão.

Em seguida, para fins comparativos calculou-se o número de lotes padrão para toda a

área adensada (34,2% da área total), através da divisão da área total dos lotes pela área do lote

padrão, 216 m². A consideração dos lotes acima de 500 m² aumentou substancialmente a vazão

amortecida na sub-bacia podendo chegar a 52,95%. Quanto aos lotes com áreas menores ou

iguais a 500 m², que representam pouco mais de 7% da área total, a vazão amortecida seria no

máximo 11,57% da vazão escoada superficialmente.

O Gráfico 1 apresenta a vazão de pico, as vazões finais considerando lotes com até 500

m² e todos os lotes da sub-bacia estudada, para uma precipitação com diferentes tempos de

retorno e tempo de duração igual ao tempo de concentração da sub-bacia, que é de 60 minutos

(NATAL, 2009).

15

Gráfico 1 - Comparação entre a vazão de pico e final

Fonte: Autora.

Percebeu-se também que para esses tempos de retorno (2, 5 e 10 anos) e duração toda

vazão de entrada no poço será retida, somente uma precipitação com tempo de retorno de 1200

anos para a duração do evento de 60 minutos, resultará no extravasamento dos poços. Podendo-

se inferir, assim, que o poço calculado através do método do Manual de Drenagem foi

superestimado. Os valores das intensidades pluviométricas obtidas para os tempos de retornos

citados foram de 41,98, 47,86 e 52,86 mm/h.

Através do levantamento foi possível constatar que embora o Manual de Drenagem

afirme que nesta sub-bacia há apenas uma região de urbanização precária, constatou-se,

visualmente, que uma representativa quantidade de lotes não está de acordo com a legislação3

em vigor, a qual estabelece uma área mínima permeável de 20% da área do lote, que também

contribuiria para a redução do escoamento superficial na sub-bacia.

Além disso, este dispositivo contribui para o restabelecimento da contribuição de

infiltração do lote. No caso de Natal, onde aproximadamente 70% da população é abastecida

por águas subterrâneas provenientes dos aquíferos Dunas/Barreias (NATAL, 2009), este

restabelecimento contribuiria para a recarga deste aquífero, já que a área estudada está situada

sobre uma das regiões de maior recarga. Como também, por se tratar de uma região de solo

arenoso, a percolação da água no solo é mais intensa e rápida favorecendo a infiltração

(COLLISCHONN; DORNELLES, 2015). Outro fator que endossa a implantação de

dispositivos de controle na fonte é a redução do escoamento nas superfícies urbanas que

“carrega consigo poluentes, cuja ingestão ou contato com a pele e mucosas pode causar

doenças, que vão desde simples irritações cutâneas a severas infecções intestinais”

(RIGHETTO, 2013).

No estudo em questão verificou-se que para apenas a contribuição dos lotes de pequenas

dimensões, que correspondem a 7,5% da área da sub-bacia, o amortecimento foi discreto pouco

mais de 11% caso todos os lotes possuíssem poços. Porém levando em conta todos os lotes, isto

é, 34,2% da área da sub-bacia, o amortecimento seria de mais que 50% da vazão de pico. Este

valor poderia reduzir a sobrecarga do sistema de drenagem pública e assim reduzir os

transtornos pelos alagamentos recorrentes na região de estudo

3 Lei complementar nº 082 de 21 de junho de 2007.

20,1622,98

25,38

17,8320,32

22,44

9,48 10,81 11,94

T R = 2 A N O S T R = 5 A N O S T R = 1 0 A N O S

Vazão de Pico (m³/s)

Vazão Final considerando poços nos lotes menores que 500 m² (m³/s)

Vazão Final considerando poços em todos oslotes (m³/s)

16

5 CONCLUSÃO

As medidas de controle na fonte surgem como fundamentais para o amortecimento das

vazões de pico, e o poço de infiltração se destaca como solução complementar ao sistema de

drenagem urbana. Entretanto, não existe um único dispositivo de controle na fonte que se

adeque a todos os casos. Os fatores físicos locais devem ser considerados na escolha da

alternativa que melhor se enquadra ao local, verificando-se o desempenho quanto ao

amortecimento do pico de vazão de escoamento superficial.

Dentre tais dispositivos, o poço de infiltração apresenta maior atratividade para

implantação devido à facilidade de ser empregado nos lotes muito impermeabilizados e em

regiões muito adensadas, haja vista que requer uma pequena área para sua construção. Dessa

forma, os poços poderiam ser instalados sem grandes dificuldades. Além disso, o Manual

orienta que nas bacias de drenagem fechadas, caso da sub-bacia estudada, as medidas não

estruturais de controle do escoamento na fonte devem se constituir de dispositivos de

infiltração.

Vale salientar que o dimensionamento do poço através do método do manual de

drenagem foi superestimado para o estudo em questão, uma vez que, só para tempos de retorno

muito elevados os poços extravasariam, embora o manual indique o tempo de retorno entre 2 e

5 anos para este tipo de dispositivo.

REFERÊNCIAS

BAPTISTA, M. B.; NASCIMENTO, N. O.; BARRAUD, S. Técnicas compensatórias em

drenagem urbana. Porto Alegre: ABRH, 2005. 266 p.

BRITO, Débora Silva de. Metodologia para seleção de alternativas de sistemas de

drenagem. 2006. 117 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Tecnologia Ambiental e Recursos

Hídricos, Universidade de Brasília, Brasília, 2006.

CANHOLI, Aluísio Pardo. Drenagem urbana e controle de enchentes: 2ª edição ampliada

e atualizada. São Paulo: Oficina de Textos, 2014. 384 p.

CAPUTO, Úrsula Kelli. Avaliação do potencial de utilização de trincheiras de infiltração

em espaços com urbanização consolidada: estudo de caso do município de Belo Horizonte

- MG. 2012. 122 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Saneamento, Meio Ambiente e Recursos

Hídricos, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2012.

COLLISCHONN, Walter; DORNELLES, Fernando. Hidrologia para engenharia e ciências

ambientais. 2. ed. Porto Alegre: Associação Brasileira de Recursos Hídricos, 2015. 336 p.

NATAL. Lei Complementar Nº 082, de 21 de junho de 2007: Dispõe sobre o Plano Diretor

de Natal e dá outras providências. Natal, 2007.

NATAL. Prefeitura Municipal de Natal. Secretaria Municipal de Meio Ambiente e

Urbanismo. Anuário Natal 2016. Natal, 2016. 292 p.

NATAL. Prefeitura Municipal do Natal. Secretaria Municipal de Obras e Infraestrutura.

Plano Diretor de Drenagem e Manejo de Águas Pluviais da Cidade do Natal: Manual de

Drenagem. Natal, 2009. 256 p.

17

REIS, R.P.A.; OLIVEIRA, L.H.; SALES, M.M. (2005). Proposição de Parâmetros de

Dimensionamento e Avaliação de Poço de Infiltração de Água Pluvial. In: M. 23º Congresso

Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental - Campo Grande. ABES - Associaçao

Brasileira de Engenharia Sanitaria e Ambiental. Saneamento Ambiental Brasileiro: Utopia ou

Realidade? Rio de Janeiro, RJ, 2005, p.1-9.

RIGHETTO, Antônio Marozzi. Manejo de Águas Pluviais Urbanas. Rio de Janeiro: Abes,

2009. 396 p.

SILVA, E. R. Um percurso na história através da água: passado, presente, futuro. In:

XXVII Congresso Interamericano De Engenharia Sanitária E Ambiental. v. 1. Rio de Janeiro:

ABES, 2000.

SILVEIRA, A. L. L. Hidrologia Urbana no Brasil. In: Braga, B.; Tucci, C.E.M.; Tozzi, M.,

1998, Drenagem Urbana, Gerenciamento, Simulação, Controle. ABRH, Publicações nº 3,

Editora da Universidade, Porto Alegre. 1998.

SOBRINHA, Lôide Angelini. Monitoramento e modelagem de um poço de infiltração de

águas pluviais em escala real e com filtração na tampa. 2012. 147 f. Dissertação (Mestrado)

- Curso de Engenharia Urbana, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2012.

TUCCI, Carlos E. M. Gestão da drenagem urbana. Brasília: CEPAL/IPEA, 2012. 50 p.

TUCCI, Carlos E. M. Gestão das inundações urbanas: Módulo 1. Porto Alegre: Ministério

das Cidades, 2005.

TUCCI, Carlos E. M.; PORTO, Rubem La Laina; BARROS, Mário T. de. Drenagem Urbana.

Porto Alegre: ABRH/Editora da Universidade/UFRGS, 1995.