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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CAMPUS DE FREDERICO WESTPHALEN DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS E AMBIENTAIS PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO DE MICRORRESERVATÓRIO DE DETENÇÃO EM LOTES NA CIDADE DE FREDERICO WESTPHALEN TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Nathana Karina Swarowski Arboit Frederico Westphalen, RS, Brasil 2014
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CAMPUS DE FREDERICO WESTPHALEN
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS E AMBIENTAIS
PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO DE
MICRORRESERVATÓRIO DE DETENÇÃO EM
LOTES NA CIDADE DE FREDERICO WESTPHALEN
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Nathana Karina Swarowski Arboit
Frederico Westphalen, RS, Brasil
2014
PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO DE
MICRORRESERVATÓRIO DE DETENÇÃO EM LOTES NA
CIDADE DE FREDERICO WESTPHALEN
Nathana Karina Swarowski Arboit
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia
Ambiental e Sanitária, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS)
como requisito para obtenção do grau de Engenheiro Ambiental
Orientadora: Profª Drª Malva Andrea Mancuso
Frederico Westphalen, RS, Brasil
2014
Universidade Federal de Santa Maria
Campus de Frederico Westphalen
Departamento de Ciências Agronômicas e Ambientais
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de
Conclusão de Curso
PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO DE MICRORRESERVATÓRIO
DE DETENÇÃO EM LOTES NA CIDADE DE FREDERICO
WESTPHALEN
elaborado por
Nathana Karina Swarowski Arboit
Como requisito para obtenção do grau de Engenheiro Ambiental
Frederico Westphalen, 15 de Janeiro de 2014
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho de pesquisa a toda minha família,
especialmente aos meus pais, Cleides e Jairton e irmãos
Frâncis e Gianna. À vocês como parte do meu
crescimento.
AGRADECIMENTOS
Esta conquista não é mérito exclusivamente meu. Outras pessoas contribuíram
explicíta ou anonimamente para minha caminhada. Com elas desejo partilhar esses momentos
de vitória e alegria.
À Deus, pois sem Ele, nada é possível, e com Ele o impossível se torna realidade.
Minha gratidão aos meus pais, referências da minha vida, pelos incentivos e
acompanhamento em mais essa fase.
À Universidade Federal de Santa Maria-UFSM.
À professora Malva Andrea Mancuso, por terem aceitado o desafio de me orientar.
À Vinicius Alexandre Sikora de Souza pela atenção e colaboração nesta pesquisa.
Ao engenheiro civil Leandro Bonafé, pela colaboração técnica.
À todos os professores do curso de Engenharia Ambiental, os quais tenho muita
admiração. Muito obrigada pelo auxílio e pelos conhecimentos transmitidos.
Aos grandes amigos do Núcleo de Pesquisa e Extensão Engenharia Ambiental. Muita
obrigada de coração por compartilharem sentimentos, emoções e aprendizado durante este
tempo.
Meus agradecimentos a todos que de alguma maneira contribuíram para o
desenvolvimento desta pesquisa.
“Se você não conseguir fazer uma coisa grandiosa hoje, faça alguma coisa pequena,
mas faça.Viva um dia de cada vez...E será mais fácil continuar vivendo. O importante é não
parar, pois mesmo um pequeno avanço na direção certa, já é um grande progresso. Continue
andando e fazendo, e o que parecia fora do alcance esta manhã vai parecer um pouco mais
próximo ao anoitecer. A cada momento intenso e apaixonado que você dedica ao seu objetivo
um pouco mais você se aproxima dele. Se você para completamente é muito mais difícil
recomeçar, então continue andando. Vá rápido quando puder e devagar quando for obrigado,
mas siga seguro”.
(Autor Desconhecido)
RESUMO
O presente trabalho apresenta uma proposta de dimensionamento de microrreservatórios de
detenção, fundamentada no Método Racional e associada a relações IDF, que permitem o
cálculo do volume de armazenamento do dispositivo.
Para o dimensionamento do reservatório de detenção considerou-se as informações de projeto
de uma futura residência, com área de contribuição de 181,500m2. A metodologia de
dimensionamento baseou-se no Método Racional, sendo que o volume de detenção obtido foi
de 2m3 para uma chuva de projeto de 204,597mm/h, com 5 minutos de duração e tempo de
retorno de 5 anos.
Tendo em vista que um requisito fundamental para a aplicação do Método Racional em
dimensionamento de obras de drenagem urbana é o conhecimento das chuvas intensas, houve
a necessidade de determinar para Frederico Westphalen a equação que relaciona Intensidade-
Duração-Frequencia (IDF). Para tanto, considerou-se os dados pluviométricos diários, com
uma série histórica de 21 anos, da estação meteorológica convencional de Iraí, município
adjacente à Frederico Westphalen. Aplicou-se a distribuição estatística de Gumbel para
estimar as alturas de chuvas e, a partir destas, empregou-se o método de desagregação de
chuvas diárias para a obtenção de intensidades pluviométricas com durações de 5 a 1440
minutos para períodos de retorno de 2 a 100 anos. Ao comparar as precipitações observadas
pelo método de Gumbel com as estimadas pela equação IDF, gerou-se um coeficiente de
correlação (r2) de 0,997, indicando coerência entre a curva IDF determinada e a análise
realizada pela distribuição de Gumbel. Ao que confere o teste de hipótese aplicado, pode-se
afirmar com 99,95% de confiança que a equação IDF é significativa para os dados utilizados,
o que confirma a viabilidade de uso da mesma.
Palavras chave: drenagem urbana, microrreservatório de detenção, curva IDF.
ABSTRACT
The present work presents a proposal the sizing of detention micro reservoir, based on the
Rational Method and the associated with IDF relations, which allows the calculation of the
volume of storage device.
For the sizing of the reservoir detention considered project information for a future residence,
with an contribuition area of 181,500 m2. The methodology for sizing was based on the
Rational Method, and the volume of detention was obtained from 2m3 to a rain project
204,597 mm / h, with 5 minutes duration and return time of 5 years.
Given that a key requirement for the application of the Rational Method in the sizing of urban
drainage works is the knowledge the heavy rains, there was a need to determine for Frederico
Westphalen the equation that relating Intensity-Duration-Frequency (IDF). For this, was
considered the daily rainfall data, with a historical series of 21 years, of Iraí conventional
weather station, municipality near to Iraí. Applied Gumbel statistical distribution to estimate
the heights of rainfall and from these we used the method of disaggregation of daily rainfall
for obtaining rainfall intensities with durations 5-1440 minutes to return periods of 2 to 100
years. By comparing the observed precipitation method with the Gumbel IDF estimated by
equation was generated by a correlation coefficient (r2) of 0,997, indicating consistency
between the IDF and the analysis curve determined by the Gumbel distribution. By giving the
T-paired hypothesis test, one can say with 99,95% confidence that the IDF equation is
significant for the data used ,this confirms the feasibility of using the equation.
Keywords: urban drainage, micro-reservoirs, IDF curve.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Ciclo Hidrológico .................................................................................................... 17
Figura 2 - Cenários de modificação e uso do solo e hidrogramas correspondentes ................. 21 Figura 3 - Microrreservatório de detenção-Paris, França. Telhado Verde Portland, EUA. .... 24 Figura 4-Trincheira de infiltração em Seine-Saint-Denir, França. Pavimento Permeável em
IPH-UFRGS, Porto Alegre ....................................................................................................... 24
Figura 5 - Bacia de detenção em Porto Alegre. Bacia de detenção aberta em Belo Horizonte.
.................................................................................................................................................. 25
Figura 6 - Localização geográfica do município de Frederico Westphalen ............................. 39 Figura 7- Pontos críticos de alagamentos. Rua Cabo da Rocha, Bairro Santo Antônio. Avenida
Artur Milani .............................................................................................................................. 39 Figura 8 - Ponto de alagamento. Esquina Avenida Artur Milani e Rua Piratini. ..................... 40 Figura 9 - Gráfico da reta de ajuste dos dados de precipitação máxima em relação ao tempo de
retorno ....................................................................................................................................... 49 Figura 10 - Família de Curvas IDF para Iraí ............................................................................ 51
Figura 11 - Intensidade de chuva observada pelo método de Gumbel vs estimada pela equação
IDF ............................................................................................................................................ 52
Figura 12 - Croqui do funcionamento de um microrreservatório enterrado............................. 55
LISTA DE QUADROS
Quadro 1-Metodologias de cálculo para o tempo de concentração .......................................... 35
Quadro 2-Coeficientes de escoamento superficial em função do uso e cobertura do solo ...... 45
Quadro 3-Dados e valores de entrada para o dimensionamento do reservatório ..................... 53
LISTA DE TABELAS
Tabela 1-Média (yn) e desvio padrão (Sn) da variável reduzida (y) em função do número de
observações, conforme Gumbel ............................................................................................... 42 Tabela 2-Fatores de desagregação de chuva de 1 dia ............................................................... 44 Tabela 3-Série selecionada de chuvas máximas diárias em ordem cronológica e decrescente 47 Tabela 4-Variável "y" de Gumbel e o respectivo Tempo de Retorno ...................................... 48
Tabela 5-Tempo de Retorno e respectiva Altura de Chuva...................................................... 49 Tabela 6-Intensidades pluviais máximas médias em mm/h para a estação 83881 em Iraí ...... 50
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ...................................................................................... 13
2 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 15 2.1 Objetivo geral...................................................................................................................... 15 2.2 Objetivos específicos.......................................................................................................... 15
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................. 16 3.1 Ciclo Hidrológico................................................................................................................ 16 3. 2 Precipitação........................................................................................................................ 18 3.3 Eventos Pluviométricos Extremos...................................................................................... 19 3.4 Urbanização e os Impactos da Impermeabilização na Drenagem Urbana.......................... 20 3.5 Drenagem Urbana............................................................................................................... 22 3.5.1 Conceito Clássico em Drenagem Urbana ........................................................................ 22 3.5.2 Conceito Moderno de Drenagem Urbana ........................................................................ 23 3.6 Legislação Relacionada a Drenagem Urbana......................................................................25 3.6.1 Legislação Federal ........................................................................................................... 26 3.6.2 Legislação Municipal ...................................................................................................... 28 3.7 Microrreservatórios para Detenção de Águas Pluviais....................................................... 30 3.7.1 Principais Características ................................................................................................. 30 3.7.2 Exemplos de Utilização ................................................................................................... 31 3.7.3 Critérios de Dimensionamento de Microrreservatórios .................................................. 32 3.7.4 Vazão Limite ................................................................................................................... 32 3.7.5 Determinação do Volume de Armazenamento ................................................................ 36 3.7.6 Dimensões do Microrreservatório e Estruturas de Descarga........................................... 36
4 METODOLOGIA .................................................................................................................. 38 4.1 Localização e Caracterização da Área de Estudo............................................................... 38 4.2 Determinação da Equação Intensidade-Duração-Frequência............................................ 41 4.3 Dimensionamento do Microrreservatório de Detenção...................................................... 45
5 RESULTADOS ..................................................................................................................... 47 5.1 Equação Intensidade-Duração-Frequência..........................................................................47 5.2 Microrreservatório de Detenção.......................................................................................... 52
CONSIDERAÇÕES ................................................................................................................. 56
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 59
ANEXOS .................................................................................................................................. 68
Anexo A - Pontos críticos de alagamentos. Matéria publicada no Jornal O Alto Uruguai.......69 Anexo B - Intensidades pluviais máximas em mm/d para Iraí................................................. 70 Anexo C - Curvas IDF para Iraí................................................................................................ 71 Anexo D - Projeto da residência de estudo. Planta baixa......................................................... 72 Anexo E - Croqui de funcionamento do sistema de drenagem residencial com
micrroreservatório enterrado..................................................................................................... 73
INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA
A expansão urbana irregular e sem planejamento conduz à impermeabilização
crescente das bacias hidrográficas e à ocupação inadequada dos vales próximos aos cursos de
água. Os efeitos desse processo são os frequentes episódios de inundações e/ou alagamentos
observados em várias cidades brasileiras que causam prejuízos tangíveis e intangíveis dos
mais diversos graus à sociedade. Neste sentido, tem-se a necessidade da implantação de
sistemas de drenagem de águas pluviais junto às benfeitorias para evitar ou reduzir a
exposição da população e das propriedades aos riscos de inundações, além de preservar a
qualidade ambiental.
Alternativamente aos dispositivos convencionais de drenagem urbana, que tem por
característica transportar as vazões por meio de canalizações e transferir as inundações para
jusante da bacia, as técnicas compensatórias ou não convencionais tem por objetivo
neutralizar os efeitos da urbanização sobre os processos hidrológicos, controlando o volume e
a velocidade do escoamento superficial mediante o armazenamento e/ou infiltração.
Dentre as estruturas utilizadas para o controle do escoamento superficial encontra-se o
microrreservatório de detenção, dispositivo que atua no sentido de devolver à bacia o
armazenamento natural perdido após a urbanização, por meio do armazenamento temporário
das precipitações.
Tendo em vista que os microrreservatórios são uma medida compensatória que atua na
fonte, são dispositivos de mais fácil inserção no ambiente urbano já consolidado como é o
caso de Frederico Westphalen.
Muito embora existam inúmeras pesquisas sobre utilização dos microrreservatórios em
outros países, no Brasil o tema é ainda carente em estudos e aplicações. Baseado nisso,
percebe-se a necessidade de um estudo que apresente os critérios e metodologia de projeto
desta modalidade de dispositivo de drenagem como forma de contribuir para o arcabouço
científico e, no âmbito deste trabalho, minimizar o impacto da urbanização crescente no
sistema de drenagem urbana de Frederico Westphalen.
Neste sentido, foi desenvolvida uma proposta de dimensionamento de
microrreservatório de detenção, fundamentada no Método Racional e associada a relações de
Intensidade-Duração-Frequencia (IDF) de chuvas intensas, que permitirá o cálculo do volume
de detenção. Assim, tendo-se em vista que o conhecimento de eventos hidrológicos extremos
é um requisito em projetos de drenagem, este trabalho propõe também, como parte inerente ao
dimensionamento, a determinação das curvas IDF para Frederico Westphalen.
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Este trabalho tem por objetivo geral elaborar uma proposta de implementação de
microrreservatório de detenção em lotes na cidade de Frederico Westphalen para a redução
dos riscos de alagamentos e inundações a jusante.
2.2 Objetivos específicos
Para atingir o objetivo geral do trabalho, os seguintes objetivos específicos foram
definidos:
- Obter registros pluviométricos mensais para Frederico Westphalen;
- Estimar, a partir dos dados, a curva de intensidade-duração-frequência local;
- Empregar metodologias de dimensionamento simplificadas e difundidas na literatura;
- Dimensionar um microrreservatório de detenção para armazenamento temporário das
precipitações.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Ciclo Hidrológico
A água é a substância inorgânica mais abundante na superfície do planeta Terra, sendo
este recurso estimado em 1,4. 1015
m3
(TEIXEIRA et al., 2009). A distribuição da água no
Planeta se dá, conforme Holanda (2007) da seguinte forma: 97,5% são de água salgada,
presente nos oceanos e 2,5% de água doce, sendo que destes, 0,3% estão nos lagos e rios,
30,80% são subterrânea e 68,9% estão nas geleiras e neves perenes.
De acordo com Rossa (2006), a água do planeta distribui-se por três reservatórios
principais: os oceanos, os continentes e a atmosfera, entre os quais existe uma circulação
constante, denominada ciclo da água ou ciclo hidrológico. O autor ainda acrescenta que a
energia solar é a fonte de energia térmica necessária para a passagem da água das fases
líquida e sólida para a fase de vapor e é também, a origem da circulação atmosférica que
transporta o vapor de água e desloca as nuvens.
Gribbin (2009) descreve que apesar de seu complexo funcionamento, o ciclo
hidrológico pode ser explicado simplesmente como as seguintes etapas:
- A água sofre evapotranspiração dos oceanos, lagos e vegetação;
- A água evapotranspirada forma as nuvens;
- As nuvens deslocam-se pela atmosfera em padrões climáticos globais;
- O vapor da água se condensa e se precipita em forma de chuva, neve ou granizo;
- A água precipitada chega ao solo e pode escoar superficialmente por ele até os corpos
d´água superficiais ou infiltrar-se no solo alimentando os aquíferos ou ainda escoar
subsuperficialmente e abastecer os cursos d´água. A Figura 1 esquematiza o Ciclo
Hidrológico.
17
Figura 1 - Ciclo Hidrológico
Fonte: Puyol e Villa (2006)
Assim definido, Feltrin (2009) afirma que o ciclo hidrológico pode ser entendido
como o balanço hídrico cujo resultado fornecerá a água disponível no sistema, após os vários
processos que envolvem o fluxo da água.
O balanço hídrico é representado pela Equação 1, sendo que a precipitação é a
principal entrada de água do sistema e que a partir dela são obtidas as outras variáveis, a
exemplo do escoamento superficial. Assim, a determinação pluviométrica apresenta interesse,
especialmente de ordem técnica, nos projetos de obras hidráulicas (FELTRIN, 2009).
𝑃 = 𝐸𝑣 + 𝑄 ± ∆𝑆 (1)
Onde:
P: precipitação (mm);
Ev: Evapotranspiração (mm);
18
Q: Escoamento superficial (mm);
∆𝑆: Taxa de água que infiltra ou submerge no sistema (mm).
3. 2 Precipitação
Ayoade (1986) entende a precipitação como toda água proveniente do meio
atmosférico que atinge a superfície terrestre, contudo somente a chuva e a neve contribuem
significativamente para os totais de precipitação.
De acordo com Tucci (2000), a precipitação em forma de chuva pode ser classificada
como convectiva, frontal ou ciclônica e orográfica.
Conforme Teixeira (2010), as chuvas convectivas são também chamadas de chuvas de
verão. De acordo com o autor, elas ocorrem quando o ar úmido é aquecido na vizinhança do
solo, criando-se uma camada de ar quente que se mantêm em equilíbrio instável. Essa camada
sobe sendo resfriada rapidamente, condensando o vapor atmosférico, formando nuvens e, em
muitas vezes, precipitações. Grande parte das enchentes urbanas são ocasionadas por esse tipo
de chuva.
As chuvas frontais ou ciclônicas são provenientes do encontro de extensas massas de
ar frias e quentes. As frentes de ar frio, que vêm dos pólos da Terra, ao interagirem com as
frentes de ar quente elevam estas bruscamente. Esse processo provoca a condensação do
vapor d’água presente em grande quantidade e ocasiona chuvas de intensidade média, porém
que abrangem grandes áreas e por um longo período de tempo (VIOLA, 2008).
As chuvas orográficas são as que têm sua formação frequentemente ligada às
características geográficas. As massas de ar que seguem do oceano para o continente trazem
junto a umidade proveniente do mar. Ao chegarem à superfície e encontrarem relevos
montanhosos, a massa de ar quente e úmido se eleva como se fosse para superar a barreira
geográfica. Assim, ela se resfria e se condensa formando nuvens e então chuvas com
intensidades menores que as chuvas convectivas sendo, portanto, de grande duração e
atingindo áreas pequenas (Ayoade, 1986).
19
3.3 Eventos Pluviométricos Extremos
Eventos pluviométricos extremos ou chuvas intensas, conforme explica Sampaio
(2011), são precipitações que geram um grande volume de água em um pequeno intervalo de
tempo. Estas chuvas são capazes de suscitar grande quantidade de escoamento superficial e,
portanto, sua espacialização temporal é de grande interesse na elaboração de projetos de obras
hidráulicas, como os sistemas de drenagem urbana (OLIVEIRA et al., 2008).
A caracterização das chuvas intensas é feita utilizando-se equações empíricas
denominadas equações de intensidade-duração-frequência (IDF) ou equação de chuvas
intensas, representadas pela Equação 2 (CECÍLIO et al., 2009).
𝑖𝑚 =𝐾.𝑇𝑅𝑎
𝑡+𝑏 𝑐 (2)
Em que:
im : intensidade máxima média de precipitação (mm/h);
t: duração do evento chuvoso (minutos);
TR: tempo de retorno (anos);
K, a, b, c: parâmetros de ajuste relativos à localidade.
De acordo com Souza et al., (2012), para a obtenção dessas equações são necessários
dados pluviográficos, de caráter local e com um longo período de observações disponíveis.
Para Cardoso, Ullmann e Bertol (1998) é em virtude destes critérios que o conhecimento das
características de chuvas intensas é bastante escasso no território brasileiro, pois são raras as
localidades que apresentam medidores do tipo pluviógrafo e onde estes são realidade, os
registros não são suficientes.
Como forma de contornar essa dificuldade algumas metodologias foram desenvolvidas
no Brasil, como o método da desagregação de chuvas diárias, proposto por CETESB (1979) e
citado por Gonçalves (2011). Essa técnica é bastante difundida e consiste no emprego de
coeficientes para transformar a chuva de um dia medida por pluviômetros em chuvas de
menor duração.
20
Conforme afirma Back (2009) trata-se de um método com a vantagem de ser de uso
simples, de fornecer resultados satisfatórios e com grande similaridade para diferentes locais,
o que lhe outorga validade regional.
3.4 Urbanização e os Impactos da Impermeabilização na Drenagem Urbana
A partir da segunda metade do século XX, o grau de urbanização no Brasil se
intensificou de maneira expressiva, sendo que de 1950 a 2010 a porcentagem da população
vivendo em cidades mais do que dobrou (DRUMOND, 2012). Embora seja, geralmente,
sinônimo de prosperidade, o crescimento de áreas urbanas são comumente seguidos de
impactos ao meio ambiente e, na grande maioria das vezes, as pressões negativas exercidas no
meio refletem sobre a população (VILLANUEVA et al., 2011).
Segundo Tucci (2008), o crescimento urbano no Brasil tem ocorrido, principalmente,
em regiões metropolitanas e em cidades que são pólos regionais de forma irregular e com
pouco planejamento, apesar da existência dos Planos Diretores Urbanos. Ademais, de acordo
com Rezende e Heller (2008) o perfil de ocupação das cidades é determinado pelo caráter
profundamente desigual e antidemocrático da sociedade brasileira, que continua forçando as
populações pobres a morarem em áreas de urbanização precária, muitas vezes em condições
de risco, ocupando encostas íngremes, margens de cursos d’água e áreas de proteção de
mananciais. Para Bastos (2009), o grande contingente populacional ocupando estas áreas
também favorece o gradativo aumento do volume de escoamento superficial e as
conseqüentes enchentes.
Diretamente ligada à urbanização, está a impermeabilização do solo urbano, presente
nas vias pavimentadas, nos estacionamentos e em telhados (TASSI, 2002). O terreno, quando
impermeabilizado, incorre na diminuição da infiltração de água no solo e da
evapotranspiração, deste modo uma maior parcela de água da chuva se transforma em
escoamento superficial, tendo como consequência, conforme mostra a Figura 2, o aumento
dos volumes escoados, das vazões de pico e a redução do tempo de concentração da bacia
(TUCCI, 2000; ONHUMA Jr, 2008; PINTO, 2011). O resultado disso é um aumento na
frequência e magnitude das inundações.
21
Figura 2 - Cenários de modificação e uso do solo e hidrogramas correspondentes
Fonte: Ohnuma Jr (2008)
Agra (2001) descreve que a problemática das enchentes urbanas ou alagamentos é
visível e amplamente divulgada pela imprensa. Como exemplo, pode-se citar as situações de
inundações que ocorrem em Porto Alegre, São Paulo e inclusive no interior dos estados, em
municípios menores, como Frederico Westphalen, no Rio Grande do Sul, onde tem sido
registrados vários pontos de alagamentos. Os danos causados por esses episódios podem
variar bastante, indo de transtornos ao trânsito até perdas humanas (CRUZ et al., 2001).
Adicionalmente, Tucci (2000) indica dois outros importantes impactos oriundos da
urbanização:
- aumento da produção de sedimentos em virtude da desnudação das superfícies e a produção
de resíduos sólidos e
- a deterioração da qualidade da água, devido a lavagem das ruas, transporte de material
sólido e as ligações clandestinas de esgoto cloacal e pluvial.
Na tentativa de minimizar os efeitos da urbanização sobre o ciclo hidrológico, a
engenharia lança mão dos sistemas de drenagem urbana e de medidas de controle que podem
atuar em diversas escalas espaciais (AGRA, 2001).
22
3.5 Drenagem Urbana
Para Tucci (2000) o termo drenagem urbana é entendido como o conjunto de medidas
que tenham por objetivo minimizar os riscos a que as populações estão sujeitas, diminuir os
prejuízos causados por inundações e possibilitar o desenvolvimento urbano de forma
harmônica, articulada e sustentável. Neste sentido, duas abordagens são discutidas na
literatura: o conceito clássico, considerado ineficaz e insustentável, contudo ainda muito
praticado em países em desenvolvimento, como o Brasil; e o conceito moderno, visto como
uma alternativa mais consciente, porém ainda incipiente em termos de estudos e aplicação.
É preciso levar em conta que soluções eficazes de drenagem urbana dependem de
fatores associados, como (TUCCI, 2000):
- existência de uma política para o setor que defina objetivos a serem alcançados e os
meios legais, institucionais, técnicos e financeiros para atingi-los;
- existência de uma política para ocupação do solo urbano devidamente articulada com
a política de drenagem urbana;
- processo de planejamento que contemple medidas de curto, médio e longo prazo em
toda a bacia, e integre as medidas de drenagem de águas pluviais no complexo maior do
ambiente urbano;
- existência de entidade eficiente que domine tecnologias necessárias, implante obras e
medidas, desenvolva atividades de comunicação social, promova participação pública,
estabeleça critérios, aplique leis e normas e, enfim, exerça, de maneira positiva, a liderança do
setor;
- domínio da tecnologia adequada para planejamento, projeto, construção e operação
das obras e
- organização de campanhas de educação e esclarecimento da opinião pública.
3.5.1 Conceito Clássico em Drenagem Urbana
De acordo com Virgiliis (2009), o sistema clássico de drenagem urbana é constituído
de dispositivos de microdrenagem que efetuam o transporte das águas superficiais nas ruas
(sarjetas), sua captação (bocas de lobo) e o deságue até o sistema de macrodrenagem (canais
23
abertos ou galerias). Como descreve o autor, o conceito clássico apresenta uma abordagem
higienista ou sanitarista que pressupõe o rápido afastamento das águas pluviais das áreas
urbanas, por meio da utilização de condutos. É a máxima do “pegar e largar rápido” como
menciona Botelho (1998 apud Agra, 2001).
Segundo Tucci e Bertoni (2003) essa política que se baseia na canalização dos
escoamentos é ineficiente, já que apenas transfere para jusante as inundações. No Brasil,
como parece ser em outros países em desenvolvimento, há o agravante ainda de o conceito
higienista ser mal aplicado, seja por falta de recursos, dimensionamento incoerente, má
execução ou por manutenção deficiente (SILVEIRA, 2002). Para Tucci (2003) a
irracionalidade dos projetos leva a custos insustentáveis e representa um prejuízo
extremamente alto para a sociedade como um todo ao longo do tempo.
Diante do exposto, os países desenvolvidos tem buscado evitar esse tipo de solução e
incentivado um novo conceito de drenagem, preocupada com a saúde pública e com a questão
ambiental (DRUMOND, 2012).
3.5.2 Conceito Moderno de Drenagem Urbana
O conceito moderno de drenagem urbana é pautado em tecnologias alternativas ou
compensatórias e tem por objetivo neutralizar os efeitos da urbanização sobre os processos
hidrológicos (SOUZA, 2008). Segundo Tassi (2002) seguindo o conceito, o critério típico
para projetos em bacias hidrográficas requer que a vazão de pico de pós-desenvolvimento seja
mantida a níveis inferiores ou no máximo iguais à vazão de pico de pré-desenvolvimento,
através da implantação de estruturas de armazenamento ou infiltração, que controlam a vazão.
Segundo Nascimento e Baptista, (2009), as técnicas compensatórias podem assumir
um caráter estrutural e não-estrutural. Conforme o autor, as técnicas não-estruturais incluem
os princípios de prevenção como as ações de educação ambiental. Já as técnicas
compensatórias estruturais se referem às obras de engenharia construídas para compensar o
aumento do escoamento superficial gerado pela impermeabilização do solo. Assim, elas
podem ser classificadas em três de acordo com o princípio de funcionamento, infiltração ou
retenção ou pela localização do dispositivo de controle:
24
a) técnicas para controle na fonte: são implantadas em pequenas superfícies de drenagem,
como por exemplo, junto ao gerador, em parcelas ou pequenos conjuntos de parcelas como
mostra a Figura 3.
Figura 3 - (A) Microrreservatório de detenção - Paris, França. (B) Telhado Verde - Portland,
EUA.
Fonte: Drumond (2012)
b) técnicas lineares: dispositivos implantados junto aos sistemas viários, como arruamentos,
pátios e estacionamentos, com grandes áreas de drenagem associadas como ilustra a Figura 4.
Essas técnicas são caracterizadas por apresentarem como principal dimensão o comprimento,
signicativamente maior que a largura e a profundidade.
Figura 4 - (A) Trincheira de infiltração em Seine-Saint-Denir, França. (B) Pavimento
Permeável em IPH- UFRGS, Porto Alegre
Fonte: Nascimento e Baptista (2009) e Acioli (2005)
25
c) técnicas centralizadas: estruturas associadas a áreas de drenagem de porte mais
significativo, como as bacias de detenção e retenção mostradas na Figura 5.
Figura 5 - (A) Bacia de detenção em Porto Alegre. (B) Bacia de retenção aberta em Belo
Horizonte.
Fonte: Drumond (2012)
A escolha dos tipos de técnicas a serem adotadas depende de fatores urbanísticos,
sociais, econômicos e ambientais. A situação ideal para o emprego desse tipo de solução
ocorre quando os estudos conduzindo para escolha das técnicas mais convenientes são feitos
ao mesmo tempo em que se desenvolve o projeto de urbanização de uma nova área de
desenvolvimento, o que permite uma maior flexibilidade para a escolha e a adaptação das
técnicas compensatórias ao projeto urbanístico (NASCIMENTO e BAPTISTA, 2009). Porém,
conforme os mesmos, há vários casos de inserção de técnicas compensatórias em áreas já
urbanizadas, ainda que, nessas circunstâncias, frequentemente, notem-se maiores limitações à
escolha e os custos de implantação sejam majorados.
3.6 Legislação Relacionada à Drenagem Urbana
Segundo Marques (2006), as estruturas de drenagem e outras medidas de controle
contribuem para a gestão das águas urbanas. Entretanto, de acordo com o autor, os preceitos
para serem implantados dependem fundamentalmente da legislação vigente.
26
Tucci (2002) descreve que as legislações federais que envolvem a drenagem urbana
estão relacionadas com os recursos hídricos, o uso do solo e o licenciamento ambiental e mais
recentemente ao saneamento básico.
Referente ao município de Frederico Westphalen, as leis tratam de maneira frágil a
questão da drenagem urbana. A ausência ou a pouca abordagem legal feita a este setor por
parte dos municípios, em geral, corrobora com os percentuais obtidos na Pesquisa Nacional
do Saneamento Básico (PNSB) realizada em 2008. De acordo com o levantamento, 94,5%
dos municípios possuem manejo de águas pluviais, em 60% deles existe legislação que exige
aprovação e implantação de sistema de manejo de águas pluviais em loteamentos novos, mas
somente 18% dos municípios apresentam instrumentos reguladores de drenagem urbana
(IBGE, 2008).
3.6.1 Legislação Federal
A partir da Lei Federal nº 9433/97, que instituiu a Política Nacional de Recursos
Hídricos (PNRH), a água passou a ser tratada como um bem público e um recurso natural
limitado dotado de valor econômico (VIOLA, 2008).
Conforme o autor, a mudança legal foi impulsionada pela conscientização ambiental e
pelo déficit de disponibilidade quantitativa e qualitativa de água em algumas regiões, surgindo
assim a necessidade da conservação da água, da redução da poluição na fonte ou por meio de
tratamento adequado, e do correto gerenciamento dos recursos hídricos. Contudo, Cruz, Souza
e Tucci (2007) defendem que a gestão das águas pluviais urbanas na maioria nos municípios
brasileiros ainda é realizada de forma fragmentada e isso tem gerado impactos significativos e
acometido de maneira danosa a sustentabilidade urbana.
Para Viola (2008) essa visão seccionadora faz parte do pensamento clássico, já
ultrapassado e, portanto, torna-se necessário desenvolver um planejamento preventivo que
incorpore ao Plano de Desenvolvimento Urbano os componentes que se relacionam com as
águas urbanas como um todo, como: manancial, esgotamento sanitário, abastecimento de
água, resíduos sólidos, drenagem urbana, uso do solo.
No início de 2007 foi promulgada a Lei n˚ 11.445 que estabelece as diretrizes
nacionais para o saneamento básico. Considera-se este como o conjunto de serviços, infra-
27
estruturas e instalações operacionais de abastecimento de água potável, esgotamento sanitário,
limpeza urbana, manejo de resíduos sólidos e drenagem e manejo das águas pluviais urbanas.
No que tange ao serviço de drenagem urbana o mesmo é conceituado pela Lei
11.445/2007 como: as atividades de infraestruturas e instalações operacionais de drenagem de
águas pluviais, de transporte, detenção ou retenção para o amortecimento de cheias, incluindo
o tratamento e disposição final das águas drenadas. A mesma Lei estabelece no artigo 2º,
inciso IV, a disponibilidade, em todas as áreas urbanas, de serviços de drenagem e de manejo
das águas pluviais adequados à saúde pública e à segurança da vida e do patrimônio público e
privado e prevê a integração das infraestruturas e serviços com a gestão eficiente dos recursos
hídricos. Desta forma, o manejo de águas pluviais deve buscar respaldo legal na Lei
9.433/1997.
A Lei 9.433/1997 foi criada para promover a gestão coletiva das águas, assim muito
embora ela não faça menção explícita sobre águas pluviais como recurso hídrico
propriamente, alguns aspectos abordados na Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH)
podem ser aplicados para a adequada gestão das águas urbanas. A Lei prevê no artigo 2º a
prevenção e a defesa contra eventos hidrológicos críticos de origem natural ou decorrentes do
uso inadequado dos recursos naturais. Neste sentido, entende-se a necessidade de estruturas
para drenar as águas pluviais, além de outras medidas que possam contribuir para o manejo
das mesmas. A PNRH também estabelece a outorga para o lançamento em corpos d´água de
esgotos e demais resíduos líquidos ou gasosos, tratados ou não, com o fim de diluição,
transporte ou disposição final. Sendo assim, as águas pluviais também estão inseridas neste
contexto, pois são considerados por Tucci (2008) como efluentes de drenagem que,
geralmente, são lançados em corpos d´água, sendo que conforme a PNSB (2008), em 74% dos
municípios brasileiros o efluente da drenagem é destinado para corpos receptores superficiais.
Tucci (2002) defende que as águas pluviais urbanas devem ser objeto de outorga ou
controle a ser previsto nos Planos de Bacia Hidrográfica, pois como este instrumento não vem
sendo cobrado pelos Estados, não existe até então uma pressão direta para a redução dos
impactos da urbanização. É válido ressaltar que a Lei 11.445/2007 faz referência à cobrança
pelo uso dos serviços de drenagem como forma de assegurar sua sustentabilidade econômico-
financeira. Ademais, de acordo com a mesma Lei, em seu artigo 36, a cobrança pela prestação
do serviço deve levar em conta, em cada lote urbano, os percentuais de impermeabilização e a
existência de dispositivos de amortecimento ou de retenção de água de chuva.
A drenagem urbana, ao se relacionar com o uso do solo sofre as disposições da Lei nº
6.766/1979 que rege o parcelamento do solo para fins urbanos. O artigo 3º, inciso I da Lei não
28
permite o parcelamento do solo em terrenos antes de tomadas as providências para assegurar
o escoamento das águas pluviais. O artigo 7˚, inciso IV descreve que a prefeitura municipal
ou o Distrito Federal, quando for o caso, indique as faixas sanitárias do terreno necessárias ao
escoamento das águas pluviais e as faixas não edificáveis. Conforme Drumond (2012),
percebe-se que existe uma preocupação por parte da legislação em prevenir a população dos
problemas de drenagem que podem surgir em virtude da ocupação incorreta das áreas
urbanas.
A Lei 10.257/2001 que estabelece, entre outras providências, as diretrizes gerais da
política urbana também é um aparato legal para a organização territorial de forma a gerir as
áreas urbanas. Conforme a referida Lei também denominada Estatuto da Cidade, a ordenação
e o uso do solo devem ser feitos de forma a evitar a deterioração das áreas urbanizadas, a
poluição e a degradação ambiental e a exposição da população a riscos de desastres. Além
disso, a Lei objetiva a garantia do direito a cidades sustentáveis, sendo que a mesma entende o
acesso ao saneamento ambiental, incluindo, portanto a drenagem urbana, como requisito
básico para alcançar um meio urbano sustentável. Fica evidente que as diretrizes impostas por
ambas as Leis são compatíveis com as políticas de controle de inundações, já que o controle
sobre o uso e ocupação do solo terá efeito direto sobre o regime de escoamento pluvial.
Quanto ao licenciamento ambiental, a Resolução n˚ 237/1997 do CONAMA dispõe
sobre as atividades passíveis de licença pelo órgão ambiental competente, sendo que as obras
civis como as de drenagem devem ser licenciadas. Da mesma forma, a Resolução CONAMA
n˚ 001/1986, que dispõe sobre a avaliação de impacto ambiental, estabelece em seu artigo 2˚,
inciso VII, a elaboração de estudo de impacto ambiental para as atividades de saneamento,
incluindo, assim, as estruturas de drenagem.
3.6.2 Legislação Municipal
No município de Frederico Westphalen a questão da drenagem urbana e manejo das
águas pluviais é tratada em diferentes leis que regem a gestão municipal, não existindo uma
base legal específica para o setor. Recentemente, o legislativo aprovou o Plano Municipal de
Saneamento Básico, sendo este uma ferramenta importante de planejamento que possibilita à
administração identificar as deficiências nos serviços de saneamento e a partir disso projetar
29
melhorias, além de pleitear recursos financeiros junto a União que viabilize as medidas
propostas.
A Lei Municipal nº 1.036/84 dispõe sobre o parcelamento do solo urbano. De acordo
com o art. 2º, parágrafo único, não é permitido o parcelamento do solo em terrenos alagadiços
e sujeito a inundações, antes de tomadas as providências para assegurar o escoamento das
águas. De forma semelhante, o art. 3º estabelece que um dos requisitos para obter a permissão
de loteamento é a existência de redes de escoamento das águas pluviais.
Por sua vez, a principal lei do município, o Plano Diretor, estabelece que nos lotes
situados em logradouros ou vias de circulação que ainda não estão servidos pela rede pública
de esgoto pluvial, os proprietários ou interessados deverão solicitar ao órgão responsável do
município a execução da mesma ou poderão executá-la por conta própria, observando as
normas técnicas e do executivo (Lei 3.620/2010).
O Código de Posturas municipal torna ilícito, sob qualquer pretexto, ações que
impeçam ou dificultem o livre escoamento das águas pelos canos, valas, sarjetas ou canais das
vias públicas (Lei 671/1976). Com base nisso a Política Ambiental do Município, proíbe
expressamente o lançamento de lixo em sistemas de drenagem (Lei 3.046/2006).
Amparando-se na diretriz desta última Lei é importante que as obras e ações de saneamento
básico se deem de forma harmônica e integrada, evitando os conflitos entre estes serviços
(BERNARDES, SCÁRDUA e CAMPANA, 2006).
A Lei Orgânica do município assume o serviço de drenagem urbana como de caráter
público e essencial para a prevenção da saúde e degradação do meio ambiente. Como este
serviço público é de interesse local, sua gestão deve ser comandada pelo município, contudo
este pode delegar as funções de organização, regulação, fiscalização e prestação à outrem
perante a celebração de contrato (Lei 11.445/2007).
Para Tucci (2008), embora a responsabilidade da gestão das águas pluviais dentro da
zona urbana ser da administração municipal se reconhece que a grande maioria dos
municípios brasileiros não possui corpo técnico capacitado para administrar o sistema de
drenagem urbana e muito menos para abordar o controle de águas pluviais na fonte.
30
3.7 Microrreservatórios para Detenção de Águas Pluviais
Por se tratar do dispositivo proposto neste trabalho, os microrreservatórios de detenção
serão apresentados com ênfase maior em relação as demais estruturas de controle.
3.7.1 Principais Características
Microrreservatórios são dispositivos compensatórios de controle de águas pluviais que
atuam no sentido de permitir o retardo do tempo de concentração, atenuando o pico dos
hidrogramas de saída e compensando a perda da capacidade de armazenamento de terrenos
em virtude de solos impermeabilizados (AGRA, 2001; COSTA JR. E BARBASSA, 2006).
De acordo com os autores, sua função é reservar temporariamente as precipitações, retardar a
velocidade do escoamento superficial e proporcionar o amortecimento de picos de cheias, de
maneira que a vazão máxima de saída após a impermeabilização seja próxima a das condições
naturais.
O sistema de drenagem pluvial em uma residência com esse dispositivo funciona com
o encaminhamento das águas precipitadas nos telhados e nos pavimentos impermeáveis ao
microrreservatório. No microrreservatório a água é direcionada a uma tubulação de saída,
conectada à rede pública de drenagem urbana e deve possuir seção inferior a de entrada, de
maneira a restringir a vazão de saída do escoamento. A partir do momento em que a vazão de
chegada é superior à de saída, as águas precipitadas começam a ser armazenadas, retardando e
diminuindo o pico do hidrograma de saída (DRUMOND, 2012).
No projeto de um microrreservatório há também de se prever um dispositivo de
emergência para a saída dos excessos de volumes no caso de vazões superiores a de projeto,
que pode extravasar para a superfície do lote, para a sarjeta ou diretamente para a rede pluvial
(AGRA, 2001).
Esses microrreservatórios podem ser aplicados em pequenos espaços livres, como
praças, jardins e quintais e possuem a vantagem de uma implantação mais simples e rápida,
além de serem dimensionados através de metodologias simplificadas (NAKAZONE, 2005).
Ao que se refere às vantagens e desvantagens dos microrreservatórios, Tassi (2002)
cita o trabalho desenvolvido por O´Loughlin et al., (1995) em Sydney, na Austrália. Os
31
autores, após analisarem o uso de microrreservatório na saída de unidades de habitação,
elencaram características de sua aplicação:
- os microrreservatórios previnem impactos adversos do desenvolvimento,
restaurando, pelo menos parcialmente, o armazenamento natural perdido;
- não transfere para jusante os impactos da urbanização, diferenciando-se por isso do
sistema tradicional;
- o sistema é equitativo, já que coloca a responsabilidade do controle para quem está
implementando a urbanização e se beneficia dela;
- os problemas são resolvidos na sua origem e as soluções não são postergadas;
- os regulamentos para medidas de controle na fonte são ainda deficientes, e os
critérios e métodos de projeto são usualmente muito simplificados;
- sob algumas condições hidrológicas, armazenamentos localizados nas partes mais
baixas das bacias podem aumentar as taxas de escoamento a jusante devido aos hidrogramas
retardados;
- a manutenção das estruturas é o maior problema, pois os microrreservatórios impõem
obrigações financeiras muito pesadas aos proprietários e
- os microrreservatórios possibilitam pouca redução de poluentes na água coletada.
3.7.2 Exemplos de Utilização
Agra (2001) descreve que os microrreservatórios vêm sendo propostos por vários
autores ao longo do tempo e para várias cidades do mundo, tais como: Tsuchiya (1978) e
Sugio et al., (1995) no Japão, Schilling (1982) e Fuchs (1984) na Alemanha, Holmstrand
(1984) na Suécia, O´Loughlin et al.; (1995) e Nicholas (1995) em Sydney na Austrália.
No Brasil ainda são escassos os trabalhos sobre a utilização e a modelagem dos
microrreservatórios. Nesta linha de pesquisa destacam-se os estudos de Cruz (1998) citado
por Costa Jr. e Barbassa (2006), Agra (2001), Tassi (2002) e Drumond (2012), os quais são
brevemente descritos a seguir.
Cruz (1998 apud Costa Jr. e Barbassa, 2006), em simulações de uso de
microrreservatório em lotes de 300m2
a 600m2, com períodos de retorno (TR) de 2 a 5 anos,
onde os volumes escoados eram de 39% a 109% superiores aos das condições de pré-
32
urbanização, obteve com a utilização de um microrreservatório de 2,5 m3 e com ocupação de
1% da área total do lote, resultados em volumes iguais aos de pré-urbanização.
Agra (2001), com um módulo experimental de detenção de 1,0 m3, instalado no
Instituto de Pesquisas Hidráulicas, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, recebendo
contribuições de uma área de 337,5m2, obteve reduções de pico das vazões de 7% a 50% para
TR de 5 anos.
Em simulações matemáticas sobre a redução de vazões com o uso desse dispositivo
em lotes hipotéticos de 300m2 e 600m
2, Tassi (2002) obteve, para precipitações com TR de 5
anos, reduções de 50% nas vazões de pico de saída da bacia em relação às vazões de pico sem
controle, e para chuvas com TR de 10 anos, a redução foi de 45%.
Drumond (2012) ao simular a implantação de microrreservatórios em lotes em Belo
Horizonte obteve, para chuvas com duração de 45 e 60 minutos, redução de 50% da vazão de
pico em comparação ao cenário sem controle.
Os resultados dos trabalhos mencionados demonstram que os microrreservatórios
apresentam um desempenho significativo, contudo, como afirma Agra (2001) existe a
necessidade de mais estudos experimentais sobre o assunto.
3.7.3 Critérios de Dimensionamento de Microrreservatórios
O dimensionamento dos microrreservatórios, comumente, é descrito compreendendo
três etapas:
- determinação da vazão limite de saída do reservatório;
- determinação do volume de detenção;
- dimensionamento do reservatório e das estruturas de descarga.
3.7.4 Vazão Limite
De acordo com Tassi (2002), a vazão permissível na saída do lote pode estar prevista
no Plano Diretor de Drenagem Urbana Municipal ou ser determinada pelo Método Racional.
33
Segundo Garotti (2005), o Método Racional é o mais difundido e utilizado,
frequentemente para pequenas bacias (área inferior a 2 Km2) e, de acordo com Tucci (2002),
assume os seguintes princípios básicos:
- Considera a duração da precipitação intensa de projeto igual ao tempo de
concentração (tc). Admitindo-se que a bacia seja suficientemente pequena para que tal
situação possa ser admitida e
- Adota um coeficiente único de perdas representado por C, estimado com base nas
características físicas da bacia.
Assim, a vazão máxima ou limite segue o Método Racional é obtida segundo a
Equação 3.
𝑄 = 0,278 . 𝐶 . 𝐼 . 𝐴 (3)
Onde:
Q: vazão limite ou máxima (m3/s);
0,278: fator para correção de unidade;
C: coeficiente de escoamento;
A: área da bacia (Km2).
I: intensidade da precipitação de projeto em mm/h para o TR pré-definido.
De acordo com Fendrich (2008), o coeficiente de escoamento superficial representa a
parcela da chuva total que se transforma em escoamento de superfície. Em razão disso, o
coeficiente de escoamento depende de uma série de fatores e deve ser determinado em função
do tipo e ocupação do solo (TASSI, 2002).
Para determinação da intensidade da chuva de projeto, faz-se o uso da relação
intensidade-duração-frequencia (IDF) já descrita anteriormente.
Como o município de Frederico Westphalen não apresenta uma equação de chuvas
intensas foi necessário obtê-la para que este trabalho pudesse ser desenvolvido. Assim, o item
4.2 descreve a metodologia empregada para a obtenção da equação IDF local.
Tendo em vista que o Método Racional parte do princípio que o tempo de duração (td)
da chuva é o mesmo do tempo de concentração da bacia, faz-se necessário determinar o
tempo de concentração da área de contribuição em questão (AGRA, 2001). Segundo Menezes
Filho e Costa (2012), o tempo de concentração é definido como o tempo, a partir do início da
34
precipitação, necessário para que toda a bacia contribua na seção em estudo ou, em outras
palavras, o tempo que leva a água dos limites da bacia para chegar à saída da mesma.
Tucci (2000) e Assunção (2012) apresentam algumas das fórmulas mais utilizadas
para determinar o tempo de concentração de uma bacia hidrográfica (Quadro 1). Agra (2001)
recomenda que o tempo de concentração seja determinado pela equação da Onda Cinemática
por ser a única que considera a precipitação.
35
Quadro 1 - Metodologias de cálculo para o tempo de concentração
Fonte: Adaptado de Tucci (2000) e Assunção (2012)
Método Equação Termos da Equação Comentários K
irp
ich
tc = 3,089 . 𝐿0,77 . 𝑆−0,385
tc: em minutos;
𝐿: comprimento do talvegue (Km);
𝑆: Declividade do talvegue (m/Km).
O valor de tc obtido deve ser multiplicado por 0,2 ou 0,4, conforme sejam canais de
betão ou superfícies asfaltadas, respectivamente; é recomendado para bacias rurais
(0,50 - 45,3 ha) com canais bem definidos e de declives situados entre 3 a 10%.
Cal
ifo
rnia
culv
erts
pra
ctic
e
tc = 57 . 𝐿1,155 . 𝐻−0,385
tc: em minutos;
𝐿: comprimento do talvegue (Km);
𝐻: diferença de cota entre a saída da bacia e o
ponto mais alto do talvegue (m).
-
Fed
eral
Av
iati
on
Ag
ency
𝑡𝑐 = 22,73 . 1,1 − 𝐶 . 𝐿0,50 . 𝑆−0,33
tc: em minutos;
𝐿: comprimento do talvegue (Km);
𝑆: Declividade do talvegue (m/Km);
𝐶: coeficiente de escoamento
Desenvolvida para drenagem de aeroportos, é válida provavelmente para o caso que
predomina o escoamento em superfícies de pequenas bacias.
On
da
Cin
emát
ica
𝑡𝑐 =447 . η .L 0,6
S0,3 . I0,4
tc: em minutos;
𝐿: comprimento do talvegue (Km);
𝑆: Declividade do talvegue (m/m);
η: rugosidade de Manning;
𝐼: intensidade da precipitação (mm/h).
É adequada para pequenas bacias onde o Método Racional pode ser aplicado e a
superfície é predominante.
SC
S L
ag
fórm
ula
tc=3.42 𝐿0.8 1000
CN− 9
0.7 S−0.5
tc: em minutos;
CN: número da curva (método SCS);
𝐿: comprimento do talvegue (Km);
S: Declividade do talvegue (m/m).
Desenvolvida para bacias rurais com área de drenagem de até 8 Km2 e reflete
fundamentalmente o escoamento em superfícies. Para aplicação em bacias urbanas o
SCS sugere procedimentos para ajuste em função da área impermeabilizada e da
parcela dos canais que sofreram modificações.
SC
S –
mét
od
o
cin
emát
ico
tc= 1000
60
𝐿
𝑉
𝐿: comprimento do talvegue (Km);
𝑉: velocidade média no trecho (m/s).
A fórmula se baseia no fato de que o tempo de concentração é o somatório dos
tempos de trânsito dos diversos trechos que compõem o comprimento do talvegue.
Do
og
e
𝑡𝑐 = 21,88 . 𝐴0,41 . 𝑆−0,17
S: Declividade do talvegue (m/m);
𝐴: área da bacia (Km2).
Para bacias médias e escoamento predominantemente em canais.
36
3.7.5 Determinação do Volume de Armazenamento
Várias metodologias, simples ou mais complexas foram e vem sendo propostas para
estimar os volumes a serem reservados em dispositivos de detenção. Os métodos, bem como
os critérios utilizados e os resultados obtidos, encontram-se disponíveis na literatura de
diversos trabalhos e permitem realizar comparações entre as metodologias e as situações onde
elas podem ser aplicadas (TASSI, 2002).
McCuen (1989 apud Assunção, 2012) citou que em vários estados da América do
Norte é comum determinar o volume de reservação de maneira que a vazão máxima efluente
seja igual à vazão do local nas condições anteriores à urbanização. Deste modo, o autor
propôs uma equação simplificada (Equação 4).
𝑉 = (𝑄𝑑 − 𝑄𝑎). 𝑡𝑑 . 60 (4)
Em que:
𝑉: volume de detenção (m3);
𝑄𝑑 : vazão de pico após a urbanização (m3/s);
𝑄𝑎 : vazão de pico antes da urbanização (m3/s);
𝑡𝑑 : tempo de duração da chuva (minutos);
60: fator de correção de unidade.
3.7.6 Dimensões do Microrreservatório e Estruturas de Descarga
O dimensionamento dos microrreservatórios tem a rede pública de drenagem pluvial
como uma limitação relevante, haja vista que a altura destes dispositivos de controle depende
da localização da rede e, portanto, da não necessidade de uma estação elevatória para a
drenagem do lote (AGRA, 2001). Em virtude disso, o autor ainda descreve que o formato dos
microrreservatórios geralmente são retangulares e assim o dimensionamento dos mesmos
37
passa a ser área superficial, que é obtida pela razão entre o volume de armazenamento e a
altura do dispositivo.
As dimensões das estruturas de descarga consistem simplesmente na determinação da
área e do número de orifícios (AGRA, 2001). De acordo com Azevedo Netto et al., (1998)
para o cálculo da vazão de saída de orifícios e bocais, descarregando livremente para a
atmosfera utiliza-se a Equação 5.
𝑄 = 𝐶𝑑. 𝐴. 2𝑔𝐻 (5)
Onde:
𝑄: vazão de pré-urbanização (m3/s);
𝐶𝑑: coeficiente de descarga;
𝐴: área da seção transversal do tubo (m2);
𝐻: carga total sobre o eixo do tubo (m);
𝑔: aceleração da gravidade (m/s2).
O coeficiente de descarga representa as perdas de carga contínuas e localizadas e se
aconselha obtê-lo experimentalmente. Contudo, a bibliografia clássica recomenda para
orifícios em geral o valor médio de Cd de 0, 61 e para bocais Cd de 0,82 (DRUMOND,
2012).
Por fim deve ser previsto um vertedor de emergência que permita extravasar a água,
na ocorrência de eventos que superem o volume de armazenamento disponível, para a
superfície do lote, sarjetas ou diretamente para a rede pluvial (AGRA, 2001; TASSI, 2002;
OHNUMA, 2008)
38
4 METODOLOGIA
4.1 Localização e Caracterização da Área de Estudo
A cidade de Frederico Wetphalen (Figura 6) está situada na Mesorregião do Planalto
Meridional do Rio Grande do Sul e na Microrregião Colonial de Iraí. Apresenta uma área de,
aproximadamente, 262 Km2 e uma população de 28.843 habitantes, sendo que destes 23.333
vivem na zona urbana (IBGE, 2010 e Missio, 2003).
O perímetro urbano apresenta-se densamente ocupado e de acordo com o Atlas do
Desenvolvimento Humano no Brasil (2013), no ano de 2010, a taxa de urbanização no
município era de aproximadamente 81%. Conforme Reis et al., (2012), essa expansão urbana
observada nos últimos anos tem sido a principal causa das inundações bruscas. Para os
autores a tendência é de que se aumentem as precipitações intensas e, consequentemente, as
inundações.
39
Figura 6 - Localização geográfica do município de Frederico Westphalen
Fonte: Missio (2003)
Informações levantadas pelo Plano de Saneamento Básico de Frederico Westphalen
(2010) apontam pontos de alagamentos importantes no perímetro urbano, sendo que os
bairros Santo Antônio, Nossa Senhora Aparecida, Ipiranga, Itapagé e São José são
consideradas as zonas mais críticas.
Matéria publicada no jornal O Alto Uruguai e descrita no Plano de Saneamento
Municipal relata pontos de alagamentos (Figura 7), ocorridos no primeiro dia do mês de
fevereiro de 2010 decorrente de uma precipitação de 52,2 mm com duas horas de duração,
localizados na rua Cabo da Rocha, no bairro Santo Antônio, e Avenida Artur Milani. A
reportagem ainda descreve que, de acordo com moradores antigos das áreas atingidas, a
situação sempre foi esta e que em virtude da expansão imobiliária do município o problema
tem sido agravado a cada ano.
Figura 7 - Pontos críticos de alagamentos. (A) Rua Cabo da Rocha, Bairro Santo Antônio. (b)
Avenida Artur Milani
Fonte: Jornal O Alto Uruguai (2010)
Mais recentemente, no dia 11 de novembro de 2013, nova matéria publicada pelo
mesmo jornal descreve que em poucos minutos de chuva, pontos de alagamentos foram
verificados na esquina entre a Avenida Artur Milani e Rua Piratini, causando prejuízos
econômicos para motoristas que trafegavam pelo local (Figura 8 e Anexo A).
A B
40
Figura 8 - Ponto de alagamento. Esquina Avenida Artur Milani e Rua Piratini.
Fonte: Jornal O Alto Uruguai (2013)
De acordo com o Plano de Saneamento Municipal (2010) o sistema de drenagem de
águas pluviais no município é constituído por micro e macrodrenagem, sendo que o traçado
da rede existente é datado de janeiro de 1986 e é o único registro do sistema de drenagem
urbana existente no município. As modificações e expansão da rede efetuadas a partir de 1986
não foram documentadas.
O lote de estudo foi uma residência a ser construída na Rua Brasília, bairro Itapagé,
visto que o próprio proprietário manifestou interesse na possibilidade de implantação de um
microrreservatório em sua residência. O local também permite a aplicação da legislação no
que se refere as adequações no Plano Diretor de Desenvolvimento Urbano que estão sendo
propostas pela administração municipal e deverão contemplar o controle das águas pluviais
urbanas.
41
4.2 Determinação da Equação Intensidade-Duração-Frequência
Para a determinação da equação IDF, utilizou-se como base de dados as precipitações
máximas registradas na Estação Meteorológica Convencional de Iraí-RS, sob as coordenadas
geográficas de referência de Latitude -27.18º, Longitude de -53.23º e Altitude de 247.1
metros, fornecidas pelo Instituto Nacional de Meteorologia-INMET. Justifica-se a utilização
dos dados pluviométricos da estação de Iraí em razão de sua proximidade ao município de
Frederico Westphalen e pela mesma conter registros de um longo período de observações
(desde 1935), diferentemente da estação automática existente em Frederico Westphalen que
está em funcionamento há apenas 6 anos. Além disso, os dois municípios estão dentro da
mesma bacia hidrográfica e apresentam regime de precipitação semelhante.
Desconsiderando os períodos em que houve falhas de observação, adotou-se uma série
histórica de chuvas de 21 anos e, a partir dessa base, selecionou-se a precipitação máxima de
“um dia” de cada ano, constituindo, dessa forma, a série de chuvas máximas anuais.
Na sequência, os dados foram organizados em ordem decrescente e calculou-se a
média aritmética e o desvio-padrão da amostra. Com isso foi possível estabelecer uma análise
estatística da probabilidade e o tempo de retorno das chuvas intensas empregando o método
da distribuição de Gumbel, tendo em vista que este método, em geral, permite ajustar
satisfatoriamente os valores extremos das grandezas hidrológicas, sendo o mais bem aceito e
empregado na literatura.
Deste modo, considerando o método de Gumbel, o tempo de retorno, definido como o
intervalo médio, em anos, em que um valor qualquer de chuva é igualado ou superado pelo
menos uma vez foi estimado pela Equação 6. Constata-se pela equação que o tempo de
retorno é matematicamente correspondente ao inverso da probabilidade de ocorrência de um
evento.
𝑇𝑅 =1
1−𝑒−𝑒−𝑦 (6)
Em que:
𝑇𝑅: Tempo de Retorno (anos);
𝑦: variável reduzida de Gumbel.
42
A variável reduzida de Gumbel (𝑦) foi obtida por meio da Equação 7.
y = 𝑆𝑛
𝑆𝑥 𝑥𝑖 − 𝑥𝑚 − 𝑆𝑥
𝑦𝑛
𝑆𝑛 (7)
Onde:
𝑆𝑥: desvio-padrão da amostra;
𝑥𝑖: valor de um elemento da amostra;
𝑥𝑚: média da amostra;
𝑆𝑛 : desvio padrão da variável reduzida (𝑦), conforme Tabela 1;
𝑦𝑛 : média da variável reduzida (𝑦), conforme Tabela 1.
Tabela 1 - Média (yn) e desvio padrão (Sn) da variável reduzida (y) em função do número de
observações, conforme Gumbel
n yn Sn n yn Sn n yn Sn
8 0,4843 0,9042 35 0,5403 1, 1285 64 0,5533 1, 1793
9 0,4902 0,9288 36 0,5410 1, 1313 66 0,5538 1, 1814
10 0,4952 0,9497 37 0,5418 1, 1339 68 0,5543 1, 1834
11 0,4996 0,9676 38 0,5424 1, 1363 70 0,5548 1, 1854
12 0,5053 0,9833 39 0,5430 1, 1388 72 0,5552 1, 1873
13 0,5070 0,9972 40 0,5436 1, 1413 74 0,5557 1, 1890
14 0,5100 1, 0095 41 0,5442 1, 1436 76 0,5561 1, 1906
15 0,5128 1, 0206 42 0,5448 1, 1458 78 0,5565 1, 1923
16 0,5157 1, 0316 43 0,5453 1, 1480 80 0,5569 1, 1938
17 0,5181 1, 0411 44 0,5458 1, 0150 82 0,5572 1, ,1953
18 0,5202 1, 0493 45 0,5463 1, 1519 84 0,5576 1, 1967
19 0,5220 1, 0566 46 0,5468 1, 1538 86 0,5580 1, 1980
20 0,5236 1, 0628 47 0,5473 1, 1557 88 0,5583 1, 1994
21 0,5252 1, 0696 48 0,5477 1, 1574 90 0,5586 1, 2007
22 0,5268 1, 0754 49 0,5481 1, 1590 92 0,5589 1, 2020
23 0,5283 1, 0811 50 0,5485 1, 1607 94 0,5592 1, 2032
24 0,5296 1, 0864 51 0,5489 1, 1638 96 0,5595 1, 2044
25 0,5309 1, 0915 52 0,5493 1, 1653 98 0,5598 1, 2055
26 0,5320 1, 0961 53 0,5497 1, 1667 100 0,5600 1, 2065
27 0,5332 1, 1004 54 0,5501 1, 1681 150 0,5646 1, 2253
28 0,5343 1, 1047 55 0,5504 1, 1696 200 0,5672 1, 2360
29 0,5353 1, 1086 56 0,5508 1, 1708 250 0,5688 1, 2429
30 0,5362 1, 1124 57 0,5511 1, 1721 300 0,5699 1, 2479
31 0,5371 1, 1159 58 0,5515 1, 1734 400 0,5714 1, 2545
43
Tabela1 – Continuação
32 0,5386 1, 1193 59 0,5518 1, 0000 500 0,5724 1, 2588
33 0,5388 1, 1226 60 0,5521 1, 1747 750 0,5738 1, 2651
34 0,5396 1, 1255 62 0,5527 1, 1770 1000 0,5745 1, 2685
Fonte: Carvalho (2007)
Após esse procedimento, foram plotados os dados de tempo de retorno e intensidade
de chuva em um gráfico com as mesmas características do papel log-probabilístico. Assim, os
pontos correspondentes às alturas máximas de chuva (im) ficaram na ordenada, em escala
aritmética, e o tempo de retorno, em anos, correspondente na abscissa, em escala logarítmica.
Foi ajustada uma reta para os dados do gráfico, que compreendeu a amplitude dos dados
analisados, sendo assim possível estimar para os tempos de retorno de 2, 5, 10, 15, 20, 25, 50
e 100 anos as precipitações máximas com duração de “um dia”.
De posse das precipitações máximas com duração de 1 dia, foi possível estimar as
intensidades máximas médias para todas as durações de chuva de 5 a 1440 minutos, por meio
da desagregação de chuva diária, conforme método proposto por CETESB (1979) e
apresentado na Tabela 2. As precipitações obtidas, juntamente com os tempos de retorno e as
durações das chuvas foram organizadas em um gráfico, alcançando assim as curvas de
intensidade-duração-frequencia (IDF).
44
Tabela 2 - Fatores de desagregação de chuva de 1 dia
Fonte: Carvalho (2007)
Com base nas alturas máximas para os tempos de retorno e durações, foi possível
gerar a função IDF (Equação 2), estabelecendo os valores das constantes “K”, “a”, “b” e “c”
por meio do Método dos Mínimos Quadrados, aplicando uma simulação estatística
denominada simulação de Monte Carlo, através do Software SigmaPlot 12.5. A simulação de
elementos climáticos pelo método Monte Carlo consiste na geração aleatória de uma
probabilidade associada à ocorrência de um determinado evento, aplicada a uma distribuição
de probabilidade pré-definida. O objetivo do uso deste método é a obtenção do valor aleatório
da variável desejada, cuja distribuição dos dados resultantes do modelo é obtida a partir de
repetidas simulações (OLIVEIRA, 2003).
Na verificação da eficiência da equação IDF proposta por este estudo, utilizou-se o
coeficiente de regressão (r2) de ajuste da função aos pontos e realizou-se, por meio do
programa Excel, o teste de hipótese t-pareado, com nível de significância (α) de 0,05 para
comprovar se os dados medidos e modelados conforme a distribuição de Gumbel diferem
estatisticamente dos dados estimados pela função IDF, sendo estabelecida como hipótese nula
(H0) que tais dados sejam iguais e como hipótese alternativa (H1), que os mesmos diferem
45
entre si. O critério de decisão foi baseado no valor-p, pois a hipótese de nulidade seria
rejeitada para valor-p menor que α.
4.3 Dimensionamento do Microrreservatório de Detenção
Como área de contribuição do escoamento, considerou-se a área total do telhado da
residência. A mesma já estava definida em planta baixa com 181,500 m2
(Anexo D).
O tempo de concentração do telhado foi determinado pela Equação da Onda
Cinemática apresentada no Quadro 1. Para tanto utilizou-se os softwares matemáticos Maple e
WXmáxima. O comprimento do escoamento (L) foi definido como a soma dos comprimentos
laterais de um dos lados do telhado, sendo este também já estabelecido em planta com
22,400m (Anexo D). A declividade média do escoamento adotada foi a inclinação do telhado
recomendada pela NBR 8039 para telhas de cerâmica, sendo de 35%.
A vazão de pré e pós-urbanização foi determinada pelo Método Racional (Equação 3).
O coeficiente de escoamento (Cp) de pré-ocupação adotado foi a média de C para matas,
parques e campos de esporte, enquanto que o coeficiente de escoamento (Ci) para as
condições atuais da bacia foi a média de C para edificação muito densa (Quadro 2). Para a
determinação da intensidade da chuva (I), utilizou-se a IDF elaborada com os dados Iraí
(Equação 7, apresentada no item 5) adotando-se um TR de 5 anos por ser valor de praxe em
projetos de drenagem pluvial.
Zonas C
Edificação muito densa: partes centrais densamente construídas, além de uma cidade com ruas e calçadas
pavimentadas. 0,70 a 0,95
Edificação não muito densa: partes não adjacentes ao centro, de menor densidade de habitações, mas
com ruas e calçadas pavimentadas. 0,60 a 0,70
Edificações com poucas superfícies livres: partes residenciais com construções cerradas e ruas
pavimentadas. 0,50 a 0,60
Edificações com muitas superfícies livres: partes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas. 0,25 a 0,50
Subúrbios com alguma edificação: partes de arrabaldes e subúrbios com pequena densidade de
construção. 0,10 a 0,25
Matas, parques e campos de esporte: partes rurais, áreas verdes, superfícies arborizadas, parques
ajardinados, campos de esporte sem pavimentação. 0,05 a 0,20
Quadro 2 - Coeficientes de escoamento superficial em função do uso e cobertura do solo
Fonte: Horn, et al.; (2011)
46
Referente a estrutura de descarga, para a determinação da área da seção transversal do
orifício de saída, empregou-se a Equação 5 e, seguindo as recomendações de Agra (2001),
adotou-se um coeficiente de descarga (Cd) de 0,61. A vazão considerada foi de pré-
urbanização e a carga total sobre o eixo do tubo (H) se refere à altura do reservatório.
47
5 RESULTADOS
5.1 Equação Intensidade-Duração-Frequência
A Tabela 3 apresenta a série selecionada, de 21 anos, de chuvas máximas diárias
registradas na Estação Meteorológica de Iraí em ordem cronológica e decrescente. A média e
o desvio padrão dos dados de precipitação foram de 112,200mm e 33,500mm,
respectivamente.
Tabela 3 - Série selecionada de chuvas máximas diárias em ordem cronológica e decrescente
Ordem Cronológica Ordem Decrescente
Ano Precipitação (mm) Ano Precipitação (mm)
1991
1992
91,000 2000 200,000
115,200 1998 165,000
1993 84,200 2008 151,400
1994 109,200 2011 150,600
1995
1996
1997
76,900 1999 144,000
141,400
115,200
99,000 2010
89,000 1992
1998 165,000 1994 109,200
1999 144,000 2006 102,300
2000 200,000 2007 101,400
2002
2003
72,000 2012 99,600
95,200 1996 99,000
2004 92,200 2005 96,200
2005 96,200 2003 95,200
2006
2007
102,300 2004 92,200
101,400 1991 91,000
2008 151,400 1997 89,000
2009 80,600 1993 84,200
2010 141,400 2009 80,600
2011 150,600 1995 76,900
2012 99,600 2002 72,000
48
Como a série histórica (n) foi de 21 anos, a média (𝑦𝑛 ) e o desvio padrão (𝑆𝑛 ) da
variável reduzida (y) de Gumbel, conforme a Tabela 1 foram de 0,525 e 1,069,
respectivamente.
A média e o desvio padrão da amostra, bem como a média e o desvio padrão da
variável reduzida de Gumbel e cada uma das precipitações máximas de um dia ao serem
inseridas na Equação 7, geraram os valores da coluna 1 da Tabela 4. Empregando-se os
valores da variável de Gumbel na Equação 6 foi possível obter o tempo de retorno (valores da
coluna 2 da Tabela 4.
Tabela 4 - Variável "y" de Gumbel e o respectivo Tempo de Retorno
Variável Reduzida
(y)
Tempo de Retorno
(anos)
3,324 28,273
2,208 9,607
1,775 6,414
1,749 6,263
1,539 5,178
1,456 4,808
0,621 2,405
0,430 2,091
0,210 1,800
0,181 1,767
0,124 1,705
0,104 1,684
0,015 1,596
-0,017 1,567
-0,112 1,485
-0,151 1,455
-0,214 1,408
-0,367 1,309
-0,482 1,247
-0,600 1,193
-0,756 1,135
O tempo de retorno, juntamente com suas respectivas alturas máximas de chuva foram
plotados em um gráfico com as mesmas características do papel log-probabilístico e geraram
a reta de ajuste apresentada na Figura 9.
49
Figura 9 – Gráfico da reta de ajuste dos dados de precipitação máxima em relação ao tempo
de retorno
A partir da equação do gráfico foi possível determinar as alturas de chuvas (Tabela 5)
para os períodos de retorno de 2, 5, 10, 15, 20, 25, 50 e 100 anos, sendo que “x” na equação
corresponde ao tempo de retorno e “y”, a altura de chuva.
Tabela 5 - Tempo de Retorno e respectiva Altura de Chuva
Tempo de Retorno
(anos)
Altura de Chuva
(mm)
2 103,577
5 139,641
10 166,923
15 182,882
20 194,205
25
50
100
202,987
230,269
257,550
Depois de obtidas as alturas de chuva de 1 dia para os períodos de retorno
mencionados, estimou-se as prováveis intensidades máximas médias para as durações de
y = 39,359ln(x) + 76,296
R² = 0,986
0
50
100
150
200
250
1 10 100
Alt
ura
máx
ima
de
ch
uva
(m
m)
Log [Tr(anos)]
50
chuva de 5 a 1440 minutos pelo método da desagregação proposto por CETESB (1979). Os
valores foram obtidos em mm/d (Anexo B), porém como é mais usual a unidade de mm/h os
mesmos foram transformados gerando a Tabela 6.
Tabela 6 - Intensidades de chuva máximas médias em mm/h para a estação 83881 em Iraí
Os valores da Tabela 6 foram plotados em um gráfico e geraram as curvas IDF,
apresentadas na Figura 10 e no Anexo C. É possível observar que as curvas apresentaram o
comportamento típico para as curvas IDF, ou seja, a intensidade é indiretamente proporcional
a duração, como constata Pereira, Silveira e Silvino (2007), ao observar que quanto menor for
a duração da precipitação, maior é a intensidade média. Verificou-se uma relação diretamente
proporcional entre a intensidade e o período de retorno, evidenciando dessa forma a diferença
no uso do TR para o dimensionamento de obras hidráulicas, visto que altos períodos de
retorno indicam uma elevada intensidade de precipitação. Dessa forma, a concepção de
projetos hidráulicos mais complexos necessita da previsão de grandezas hidrológicas de
grande magnitude com um intervalo temporal de recorrência elevado, para que sejam
estimadas máximas vazões ou precipitações que podem vir a ocorrer em certa localidade.
Nesse contexto o custo de tal projeto encontra-se intimamente ligado ao período de retorno de
ocorrência do fenômeno (BEIJO, MUNIZ, CASTRO NETO, 2005).
Tempo de Retorno (anos) Intensidade máxima (mm/h)
Duração
(min.) 2 5 10 15 20 25 50 100
1440
720
600
4,920 6,633 7,929 8,687 9,225 9,642 10,938 12,234
8,364 11,276 13,479 14,768 15,682 16,391 18,594 20,797
9,682 13,054 15,604 17,096 18,154 18,975 21,526 24,076
480
360
240
11,513 15,521 18,553 20,327 21,586 22,562 25,594 28,627
35,233
46,243
14,169 19,103 22,835 25,018 26,567 27,769 31,501
18,597 25,073 29,971 32,836 34,870 36,446 41,345
120
60
30
30,700 41,390 49,476 54,206 57,562 60,165 68,252 76,338
49,593 66,860 79,923 87,564 92,985 97,190 110,253 123,315
73,397 98,953 118,286 129,595 137,618 143,841 163,174 182,506
25
20
15
80,086 107,970 129,065 141,404 150,159 156,949 178,044 199,137
89,267 120,348 143,861 157,615 167,374 174,942 198,455 221,967
102,756 138,534 165,600 181,432 192,666 201,378 228,444 255,509
10
5
118,666 159,984 191,240 209,524 222,497 232,558 263,814 295,070
149,790 201,945 241,399 264,479 280,854 293,554 333,008 372,461
51
Figura 10 – Família de Curvas IDF para Iraí
Inserindo os dados de intensidade de chuva, duração e tempo de retorno no software
SigmaPlot 12.5, as constantes da Equação 2 foram obtidas a partir do Método dos Mínimos
Quadrados. Deste modo, a equação de chuvas intensas para Iraí e adotada para Frederico
Westphalen é apresentada na Equação 7.
im =1086.604Tr0.184
t+9.886 0.728 (7)
Ao correlacionar as intensidades observadas pela distribuição de Gumbel pelas
intensidades estimadas, a equação IDF apresentou, de acordo com a Figura 11, um coeficiente
de regressão de 0,997 indicando uma correlação positiva elevada entre a intensidade, duração
e o tempo de retorno.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Inte
nsi
dad
e d
e c
hu
va (
mm
/h)
Duração (min.)
2 anos
5 anos
10 anos
15 anos
20 anos
25 anos
50 anos
100 anos
52
Figura 11 - Intensidade de chuva observada pelo método de Gumbel vs estimada pela equação
IDF
Ao que confere o teste de hipótese foi possível demonstrar que não existem evidências
estatísticas que comprovem que os dados estimados pela equação difiram dos dados medidos,
pois obteve-se um valor-p de 0,45 sendo este maior que o nível de significância estipulado
para o teste, portanto rejeitou-se a hipótese alternativa. Logo, pode-se afirmar com 99,95% de
confiança que a equação 7 é significativa para os dados utilizados, o que confirma a
viabilidade do seu uso.
5.2 Microrreservatório de Detenção
O Quadro 3 apresenta os valores admitidos, necessários para o dimensionamento do
microrreservatório de detenção, conforme recomendação de literatura e apresenta também as
características da residência em planta baixa. Ao associar as informações constantes no
referido quadro com as equações, foi possível dimensionar o microrreservatório.
R² = 0,997
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Inte
nsi
dad
e O
bse
rvad
a (m
m/h
)
Intensidade Estimada (mm/h)
53
Quadro 3 - Dados e valores de entrada para o dimensionamento do reservatório
O tempo de concentração foi determinado pelo Método da Onda Cinemática,
apresentada no Quadro 1. Substituindo os valores de L, S, η e I (sendo I a Equação 7) e
resolvendo os cálculos, obteve-se a Equação 8.
𝑡𝑐 =447 . η .L 0,6
S0,3 . I0,4 tc =447 . 0,013 .0,0224 0,6
0,350,3 . 1086 ,604 .TR 0,184
t+9,886 0,291 0,4
𝑡𝑐 − 0,251 . 𝑡𝑐 + 9,886 0,291 = 0 (8)
A solução para tc foi possível utilizando os softwares Maple e WXmáxima, sendo que
os testes em ambos os programas conduziram à valores bastante próximos, ou seja, 0,5
minutos. Moreira e Guimarães Jr. (2001) e Campos (2007) em seus trabalhos também
obtiveram este valor para o tempo de concentração. Porém, de acordo com Agra (2001) o
Método Racional não recomenda um tempo de duração (td) inferior a 5 minutos. De forma
semelhante, Drumond (2012) afirma que como não existem muitos estudos sobre o tempo de
concentração nos sistemas de microdrenagem, normalmente, adota-se nos projetos um tempo
de concentração que varia de 5 e 10 minutos. O Plano Diretor de Drenagem Urbana de Porto
Alegre (2005) recomenda que no dimensionamento de microrreservatórios adote-se um tempo
de concentração igual a 5 minutos. Em razão disso, utilizou-se 5 minutos para a duração da
chuva de projeto.
A Curva IDF (Equação 7), associada ao TR de 5 anos e ao tc de 5 minutos gerou uma
chuva de projeto de 204,597mm/h, conforme o desenvolvimento de cálculo:
Dados Valores
Área do telhado (A) 181,500m2
Comprimento (L) do telhado 22,400m
Declividade (S) do telhado 35%
Coeficiente de escoamento superficial para pré-urbanização (C1) 0,125
Coeficiente de escoamento superficial para pós-urbanização (C2) 0,825
Coeficiente de Manning para superfícies de concreto (η) 0,013
Tempo de Retorno (TR) 5 anos
54
im =1086.604Tr0.184
t + 9.886 0.728 im =
1086.604 . 50.184
5 + 9.886 0.728 im = 204,597mm/h
As vazões de pré e pós-urbanização são, respectivamente:
𝑄𝑎 = 0,278 . 𝐶1 . 𝐼 . 𝐴 𝑄𝑎 = 0,278 . 0,125 .204,597 . 181,500 𝑄𝑎 = 1,290𝑙/𝑠
𝑄𝑑 = 0,278 . 𝐶2 . 𝐼 . 𝐴 𝑄𝑑 = 0,278 . 0,825 .204,597 . 181,500 𝑄𝑑 = 8,516𝑙/𝑠
Portanto, o volume de detenção obtido foi:
V = (Qd − Qa). td . 60 V = 8,516 − 1,290 . 5 . 60 V ≅ 2m3
Este volume de armazenamento está situado na faixa de volumes determinados por
outros autores, como Agra (2001), Tassi (2000) e Andrade Filho, Széliga e Szesz (2000) e
Viola (2008) que obtiveram volumes de detenção entre 1m3 e 2,5 m
3. Para os autores a
variação dos volumes pode se dar em função das diferentes taxas de ocupação, coeficientes de
deflúvio, da área dos lotes e também do tempo de retorno considerado.
Agra (2001) sugere que a altura do microrreservatório leve em consideração a
profundidade da rede pública coletora de águas pluviais. Porém, o lote em questão não é, até o
momento, assistido pela rede. Mesmo assim, limitou-se a altura do reservatório em 1m e,
portanto o microrreservatório tem uma configuração quadrada de dimensões de
1,4mx1,4mx1m.
Para a área da estrutura de descarga obteve-se:
A =Q
Cd 2. g. H A =
0,00129
0,61 2 . 9,8 . 1 A = 4,776𝑐𝑚2
A configuração de tubo que atende essa área é de aproximadamente 25 mm, porém
com a finalidade de evitar problemas com entupimentos, Agra (2001) sugere que seja
55
instalado um cesto ou uma tela de coleta de materiais grosseiros logo na entrada do
microrreservatório ou numa caixa de passagem de modo a facilitar a remoção para limpeza.
No projeto de um microrreservatório é necessário prever a instalação de um extravasor
de emergência. Neste projeto, foi adotado para a tubulação extravasora um diâmetro
comercial de 75mm e optou-se por ligar a mesma à futura rede pluvial, haja vista que o
sistema coletor de águas pluviais é uma exigência legal.
A Figura 12 e o Anexo E apresentam o croqui de funcionamento do microrreservatório
projetado como forma de permitir uma melhor visualização e entendimento do sistema.
Figura 12 - Croqui do funcionamento de um microrreservatório enterrado
Fonte: O autor
56
CONSIDERAÇÕES
Ao final deste trabalho é possível fazer as seguintes considerações:
É importante que as cidades, no caso deste trabalho Frederico Westphalen, repensem a
forma de crescimento e a necessidade concomitante de implantação de infraestrutura, em
especial no que se refere ao sistema de drenagem urbana. É necessário, incorporar ao plano
diretor urbano medidas de controle de águas pluviais na fonte, de modo a não haver
transferência espacial de problemas, evitando o agravamento dos impactos gerados pela
urbanização crescente. Neste sentido, dentre as técnicas estruturais não convencionais, os
microrreservatórios de detenção são dispositivos que podem ser adaptados ao meio urbano,
especialmente os já consolidados.
A equação de chuvas intensas local é um subsídio imprescindível para o
dimensionamento de obras de drenagem urbana. Neste estudo, verificou-se que a equação IDF
proposta apresentou um coeficiente de regressão (r2) 0,997, indicando que existe uma relação
perfeitamente positiva entre a intensidade de chuva em relação a duração e o tempo de
retorno. Além disso, ao que confere o teste t-pareado, é possível afirmar com 99,95% de
confiança que tal equação é significativa para os dados utilizados, o que torna viável a
utilização da curva IDF para os processos que a mesma se destina. Para trabalhos futuros
recomenda-se a utilização de dados de chuvas locais e com registros menores que um dia, a
fim de confirmar os resultados alcançados, visto que os dados de precipitações menores que
um dia foram obtidos de forma sintética e em uma estação situada em município vizinho de
Frederico Westphalen, dessa forma os dados podem não corresponder exatamente às
características do local em estudo.
O microrreservatório de detenção projetado, por meio do Método Racional em razão
do mesmo ser o método mais simplificado e difundido no meio científico, para uma residência
urbana com área de contribuição de 181,500m2, considerando um TR de 5 anos e para uma
chuva de duração de 5 minutos forneceu um volume de 2m3, valor compatível com a literatura
consultada, demonstrando, portanto, ser uma metodologia passível de adoção. Recomenda-se
para os próximos trabalhos ajustar uma equação, que facilite e, portanto, agilize o cálculo do
57
volume de detenção. Existe ainda a necessidade de se fazer uma relação custo/benefício
avaliado em termos da eficiência do sistema e o custo de implantação da estrutura.
58
59
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68
ANEXOS
69
Anexo A - Pontos críticos de alagamentos. Matéria publicada no Jornal O Alto Uruguai.
70
Anexo B - Intensidades pluviais máximas em mm/d para Iraí
Tempo de Retorno (anos) Intensidade de chuva (mm/d)
Duração (min.) 2 5 10 15 20 25 50 100
1 dia 103,577 139,641 166,923 182,882 194,205 202,987 230,269 257,550
1440 118,078 159,191 190,292 208,485 221,394 231,405 262,507 293,607
720 100,366 135,312 161,748 177,213 188,185 196,694 223,131 249,566
600 96,824 130,536 156,040 170,958 181,543 189,752 215,255 240,758
480 92,101 124,169 148,428 162,619 172,687 180,496 204,755 229,013
360 85,016 114,617 137,010 150,110 159,403 166,612 189,005 211,397
240 74,389 100,290 119,884 131,346 139,478 145,785 165,379 184,972
120 61,400 82,779 98,952 108,412 115,125 120,331 136,503 152,676
60 49,593 66,860 79,923 87,564 92,985 97,190 110,253 123,315
30 36,699 49,476 59,143 64,797 68,809 71,921 81,587 91,253
25 33,396 45,024 53,820 58,966 62,616 65,448 74,244 83,040
20 29,726 40,076 47,906 52,486 55,735 58,256 66,086 73,915
15 25,689 34,634 41,400 45,358 48,166 50,345 57,111 63,877
10 19,817 26,717 31,937 34,991 37,157 38,837 44,057 49,277
5 12,478 16,822 20,109 22,031 23,395 24,453 27,740 31,026
71
Anexo C - Curvas IDF para Iraí
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Inte
nsi
dad
e d
e c
hu
va (
mm
/h)
Duração (min.)
2
5
10
15
20
25
50
100
72
Anexo D - Projeto da residência de estudo. Planta baixa.
73
Anexo E - Croqui de funcionamento do sistema de drenagem residencial com
micrroreservatório enterrado
![Os Noivos, de Artur Azevedoobjdigital.bn.br/Acervo_Digital/Livros_eletronicos/Os Noivos.pdf · Os Noivos, de Artur Azevedo Fonte: AZEVEDO, Artur. Teatro de Artur Azevedo. [s.l.] :](https://static.fdocumentos.com/doc/165x107/5c43fb5493f3c34c4b2728ca/os-noivos-de-artur-noivospdf-os-noivos-de-artur-azevedo-fonte-azevedo-artur.jpg)
![O mapa [ou] um estudo sobre representações complexas€¦ · início desse estudo, busquei garimpar mapas do encontro já realizados e ... assim continuar vivendo por entre as brechas](https://static.fdocumentos.com/doc/165x107/5add1f867f8b9a213e8c76a4/o-mapa-ou-um-estudo-sobre-representaes-incio-desse-estudo-busquei-garimpar.jpg)
![Os Noivos, de Artur Azevedo Fonte...Os Noivos, de Artur Azevedo Fonte: AZEVEDO, Artur. Teatro de Artur Azevedo. [s.l.] : Instituto Nacional de Artes Cênicas – INACEN, [s.d.]. 7](https://static.fdocumentos.com/doc/165x107/6093a8cdfd62ea3c5f22cf16/os-noivos-de-artur-azevedo-fonte-os-noivos-de-artur-azevedo-fonte-azevedo.jpg)
