A metodologia deste trabalho dividiu-se em duas etapas. A primeira etapa
consiste nos materiais necessários para elaboração do método de posicionamento
de bocas de lobo em sistemas de drenagem urbana, em sintonia com as referências
bibliográficas. A segunda etapa apresenta os materiais necessários para a aplicação
da metodologia desenvolvida através de um estudo de caso na Rua Presidente
Domiciano do município de Niterói no estado do Rio de Janeiro. Todas as etapas
são descritas a seguir.
Método de Integração de Áreas Contribuintes (MIAC) para o
posicionamento de boca de lobo
O Método de Integração de Áreas Contribuintes – MIAC – para o
posicionamento de boca de lobo em sistemas de microdrenagem urbana consiste
numa ferramenta computacional piloto que indica o posicionamento e a quantidade
de boca de lobo necessária para captar o escoamento superficial gerado nos pontos
em que a capacidade de escoamento superficial da sarjeta foi superada.
Esta indicação ocorre através da análiseentre avazão admissívelde
escoamento superficial na sarjeta (Qsar), obtida através da equação Izzard-Manning
(Equação 6), e vazão de escoamento superficial (Qesc) acumulada por áreas
incrementaisao longo da rua, gerada pelo Método Racional (Equação 1).
A metodologia foi desenvolvida através do software Microsoft Excel com a
criação de planilhas para entrada de dados e avaliação da vazão do escoamento
50
superficial com a vazão admissível da sarjeta de forma integral. Comoresultante, a
formação de um gráfico que indica o posicionamento das bocas de lobo ao longo da
rua.
Para análise das vazões, é necessário, inicialmente, determinar os dados de
características da região estudada, esses são: comprimento da rua (L); altitude
inicial (Ai) e final (Af) da rua; declividade longitudinal da rua (i); coeficiente de
rugosidade da sarjeta (η); inverso da declividade transversal da sarjeta (Z); altura de
água na sarjeta (y); largura da faixa de inundação da sarjeta (x); coeficiente de
escoamento superficial (C);tempo de retorno (TR); intensidade de precipitação (I);
tempo de concentração (tc); vazão captada pela boca de lobo (Qbl); área total da
baciadrenante (A); características da área da bacia drenante; e largura da área
incremental (Linc).
As características da rua, que são o do comprimento, altitude inicial, altitude
final e declividade longitudinal, podem ser medidas diretamente em visitas de campo
ou através de ferramentas indiretas, como a utilização de software Google Earth. No
caso das características da sarjeta, os dados de coeficiente de rugosidade, elemento
Z, altura y e largura x da sarjeta ficam a critério do projetista a sua determinação
com a utilização de referências bibliográfica ou podem ser determinadas por
medição direta.
O coeficiente de rugosidade é estimado através de estudos preexistentes e
apresentado em forma de tabela, devido à variação do coeficiente pelo tipo de
material utilizado. No presente trabalho, utiliza-se a Tabela 4 como referência para
determinação do coeficiente de rugosidade.
Sabe-se que a altura y e largura x são previamente estabelecidas em
documentos técnicos de projetos de drenagem urbana definidos pelas prefeituras
municipais, quando houver. A Tabela 11 apresenta os limites dos elementos x e y,
segundo as diretrizes de projeto do município de Porto Alegre, São Paulo e Rio de
Janeiro.
Apesar dos limites dos elementos x e y serem variados de acordo com as
diretrizes de projetos dos municípios, a possível inundação da rua pode ser limitada
conforme o tipo de classificação da rua, indicado na Tabela 5, conforme
DAEE/CETESB (1980).
51
Mediante análise literária, os dados de coeficiente de escoamento superficial
e tempo de retorno ficam a critério do projetista e são determinados de forma
indireta através de referências bibliográficas.
Segundo Tomaz (2012), em microdrenagem é comum adotar períodos de
retorno de 25 anos. Outras referências utilizam a tabela apresentada pela
DAEE/CETESB (1980), conforme Tabela 3 deste trabalho, porém cabe ao projetista
sua determinação. O mesmo acontece com o coeficiente de escoamento superficial,
é determinado pelo projetista conforme tabelas preexistentes e apresenta-se
referência pela Tabela 1 neste trabalho.
Tabela 11 – Limites dos eixos X e Y conforme diretrizes de projeto dos municípios.
Fonte: O Autor (2019).
Para o calculo da intensidade de precipitação, é necessário a utilização dos
parâmetros de ajuste da equação IDF (Intensidade, Duração e Frequência) e os
mesmos podem ser determinados pelo softwarePlúvio, disponibilizado gratuitamente
pelo Grupo de Pesquisa em Recursos Hídricos (GPRH) da Universidade Federal de
Viçosa (UFV).
O tempo de concentração é a soma do tempo de entrada com o tempo de
percurso. O tempo de entrada é pode ser obtido quando houver dados do interior do
terreno através da equação de Kerby (Equação2), e o tempo de percurso é
calculado pela equação do George Ribeiro (Equação 3), considerando que o
percentual de área permeável na sarjeta é igual a zero.
Na ausência ou na dificuldade de obtenção dos dados no interior de lote, as
referencias bibliográficas estimam um tempo de entrada de 10 minutos, como no
caso de Tomaz (2012) e pela Prefeitura Municipal de Belo Horizonte (2004).
LARGURA X -
MUNICÍPIO Largura máxima da faixa de
inundação da sarjeta
ALTURA Y -
Altura máxima de
água na guia
FONTE
Porto
Alegre
1 m
0,15 m
Município de Porto Alegre Caderno de Encargos do
(2005)
São Paulo
-
0,10 m
Manual de drenagem e manejo
de águas pluviais por SMDU
(2012)
Rio de
Janeiro
0,8 m para vias principais e 1 m para vias secundárias
-
Instruções técnicas por RIO-
52
A vazão captada pela boca de lobo deve ser previamente determinada pelo
projetista, podendo serutilizada a vazão nominal informada pelo fabricante ou a partir
de referências bibliográficas. Conforme instrução técnica da Rio-Águas (2010), pode-
se considerar uma vazão média de captação por boca de lobo padrão de grelha
igual a 30L/s a 40L/s.
A área total da bacia de drenanteda rua deve ser divididapelo método das
bissetrizes,que consiste na subdivisão do quarteirão da rua pelas bissetrizes nas
esquinas, conforme BOLINAGA (1979), encontrando-se subáreas.
Como a metodologia tem o intuito de acumular o escoamento superficial ao
longo da rua, deve-se dividir a subárea drenantepara determinar a vazão de
escoamento superficial gerada em partes. Esta subdivisão consiste em áreas
incrementais com larguras iguais e variações da altura, como exemplo a
representação pela Figura 9.
Os parâmetros da área drenantesão importantes para determinar as
variações da altura das áreas incrementais por meio dos elementos “a” e “b” de uma
equação da reta ( = + ) ao longo do comprimento da rua.
Conforme a Figura 9, se o comprimento da rua for igual a 310 metros, a
primeira equação da reta inicia-se no comprimento 0 m da rua até 65 m e apresenta
o parâmetro a = 1 e b = 0. A segunda equação da reta é limitada até o comprimento
245 m e apresenta a = 0 e b = 65. Por fim, a terceira equação da reta é limitada até
o comprimento 310 m da rua e apresenta a = -1 e b = 310. Os parâmetros das
equações da reta e os limites do comprimento da rua são dados de entrada para o
método de posicionamento de boca de lobo MIAC.
A largura da área incremental define o espaçamento para a repetição do
cálculo da vazão de escoamento superficial (Qesc) pelo Método Racional (Equação
1), e da seguinte análise: Se a Qesc é maior ou igual à Qsar. Quanto menor for o
espaçamento entre a análise, mais preciso será a indicação do posicionamento de
bocas de lobo pelo Método de Integração de Áreas Contribuintes (MIAC), devido ao
aumento de análises.
As áreas incrementais serão acumuladas para formação do escoamento
superficial, quando a vazão resultante Qesc da análise anterior não ultrapassar o
limite da sarjeta(Qsar), e serão anuladas no ponto imediatamente a jusante do
posicionamento de boca de lobo, quando a resultante Qesc ultrapassar o limite da
sarjeta (Qsar), denominando ponto de captação.
53
Figura 9– Exemplo das áreas incrementais da subáreadrenante de uma rua.
Fonte: O Autor (2019).
Em cada análise de vazão escoada superficialmente, será avaliado a
velocidade, altura d’água (y) e largura da faixa de inundação (x) na sarjeta, através
das equações 8, 7 e relação de x = yz. Onde os valores máximos permitidos deverão
ser estabelecidos pelo projetista no preenchimento do MIAC, exceto a velocidade
em que não poderá ultrapassar 3 m/s, conforme referencias bibliográficas como
Wilken (1978). Em caso de indicação de excesso de velocidade, altura y ou largura
x, deve-se diminuir a altura máxima d’água na guia definida no MIAC.
Desta forma, torna-se possível acompanhar o escoamento superficial gerado
ao longo da rua e apresentar o resultado através de um gráfico de vazão escoada
superficialmente pelo comprimento da rua, com as indicações dos locais propícios à
captação do escoamento superficial por bocas de lobo.
Aplicação do Método de Integração de Áreas Contribuintes (MIAC) para o
posicionamento de bocas de lobo na Rua Presidente Domiciano do
Município de Niterói/RJ
O município de Niterói pertence à região metropolitana do Rio de Janeiro,
apresenta área de 133,92 km², dista da cidadedo Rio de Janeiro cerca de 13 km e
54
possui as seguinte coordenadas geográficas: 22º 52’ 58’’ de latitude sul e 46º 06’ 14’’
de longitude a oeste.
O clima é do tipo tropical com período de chuvas concentrado no verão, com
temperatura média de 25ºC e precipitação média anual de, aproximadamente,
1.200,00 mm(PMN, 2015). Conta com uma população de 487.562 habitantes,
conforme senso demográfico do IBGE em 2010.
Neste município está localizado a Rua Presidente Domiciano (Figura 10), no
bairro Ingá, com extensão de, aproximadamente, 624 metros que se iniciaa partir do
muro do campus Praia Vermelha da Universidade Federal Fluminense (UFF) até a
direção do Hospital Geral do Ingá (HGI), localizado na Rua Presidente Pedreira.
A Rua Presidente Domiciano apresenta uma entrada de acesso para o
campus Praia Vermelha da UFF, entrada de acesso para Praça Nilo Peçanha,
também conhecida como Praça do Jambeiro, estabelecimentos comerciais, Museu
Janete Costa de Arte Popular e, em grande maioria, residências.
Segundo relatos de moradores desta rua e docentes da UFF, a mesma
apresenta um ponto de baixa elevação, em relação à região, que ocasiona o
acúmulo de água em parte de sua extensão em períodos de chuva.
O ponto mais baixo da rua analisada é limitado por um muro do campus Praia
Vermelho da UFF, formando uma região propícia ao acúmulo de água de chuva e
sendo necessários captação do escoamento superficial e direcionamento para um
corpo hídrico.
Atualmente, há sistema de drenagem urbana ao longo da Rua Presidente
Domiciano, porém apresenta-se deficiência devido aos relatos dos moradores e
representantes da UFF sobre a constante frequência de alagamento em parte da
rua.
Na noite do dia 17 de fevereiro de 2019 foi registrado pelo segurança da UFF
o alagamento da Rua Presidente Domiciano (Figura 11), após uma intensidade de
precipitação de 153,18 mm/h registrada pela estação pluviométrica Praia João
Caetano gerenciada pelo Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres
Naturais – CEMADEN (Tabela 12).
Figura 10 – Rua Presidente Domiciano no bairro Ingá no município de Niterói/RJ.
Fonte: Google Earth (2018), adaptado pelo Autor (2019).
Figura 11 – Registro
A estação pluviométrica Praia João Caetano fica localizada no bairro Ingá no
município de Niterói com as seguintes coordenadas geográficas:22º 54’ 18’’S e 43º
7’ 15,6’’O.
Ressalta-se que os dados obtidos pelas estações pluviométricas do
CEMADEN são registrados em UTC (Coordinated Universal Time/Tempo Universal
Coordenado) ou GMT (Greenwich Meridian Time/Hora do Meridiano de Greenwich).
Por consequência, deve
ou seja, o horário local.
Devido os registros de alagamento da Rua Presidente Domiciano e a
percepção de uma problemática de sistema de drenagem, representado pela área
Rua Presidente Domiciano no bairro Ingá no município de Niterói/RJ.
Fonte: Google Earth (2018), adaptado pelo Autor (2019).
Registro de alagamento na rua Presidente Domiciano no dia 17/02/2019.
Fonte: Registro fotográfico pelo segurança da UFF.
A estação pluviométrica Praia João Caetano fica localizada no bairro Ingá no
município de Niterói com as seguintes coordenadas geográficas:22º 54’ 18’’S e 43º
se que os dados obtidos pelas estações pluviométricas do
ados em UTC (Coordinated Universal Time/Tempo Universal
Coordenado) ou GMT (Greenwich Meridian Time/Hora do Meridiano de Greenwich).
Por consequência, deve-se diminuir 3 (três) horas para obter o horário de Brasília,
istros de alagamento da Rua Presidente Domiciano e a
percepção de uma problemática de sistema de drenagem, representado pela área
55
Rua Presidente Domiciano no bairro Ingá no município de Niterói/RJ.
Fonte: Google Earth (2018), adaptado pelo Autor (2019).
de alagamento na rua Presidente Domiciano no dia 17/02/2019.
Fonte: Registro fotográfico pelo segurança da UFF.
A estação pluviométrica Praia João Caetano fica localizada no bairro Ingá no
município de Niterói com as seguintes coordenadas geográficas:22º 54’ 18’’S e 43º
se que os dados obtidos pelas estações pluviométricas do
ados em UTC (Coordinated Universal Time/Tempo Universal
Coordenado) ou GMT (Greenwich Meridian Time/Hora do Meridiano de Greenwich).
se diminuir 3 (três) horas para obter o horário de Brasília,
istros de alagamento da Rua Presidente Domiciano e a
percepção de uma problemática de sistema de drenagem, representado pela área
56
em vermelho na Figura 12, nota-se a necessidade de avaliar o sistema de
microdrenagem da região.
Tabela 12– Dados pluviométricos do dia 17/02/2019 obtidos pela Estação Praia João Caetano.
Data
Cemaden Hora
(utc)
Hora local
Tempo
(min)
intervalo
Tempo
(min)
acumulado
Chuva
(mm)
intervalo
Chuva (mm)
Acumulado
Intensidade
de chuva
(mm/h)
17/02/2019
22:50
19:50
-
-
0
0
0
17/02/2019
23:50
20:50
60
60
0,2
0,2
0,2
17/02/2019
00:10
21:10
20
80
7,17
7,37
21,51
17/02/2019
00:20
21:20
10
90
25,53
32,9
153,18
17/02/2019
00:30
21:30
10
100
2,95
35,85
17,7
17/02/2019
00:40
21:40
10
110
2,76
38,61
16,56
17/02/2019
00:50
21:50
10
120
0,2
38,81
1,2
17/02/2019
01:50
22:50
60
180
0
38,81
0
Fonte: CEMADEN (2019).
Figura 12 – Delimitação da área de alagamento na Rua Presidente Domiciano no município
de Niterói/RJ.
Fonte: Google Earth (2018), adaptado pelo Autor (2019).
Para isto, foi realizado um levantamento sobre a região que influência para o
acúmulo de precipitação em parte da Rua Presidente Domiciano e mapeado os
dispositivos de captação de água de chuva, através de visitas de campo com a
utilização de trena e do aplicativo de celular Altímetro Preciso disponibilizado pela
ArLabs para Andorid.
Posteriormente, planeja-seum sistema de microdrenagem para região
estudada utilizando o método de posicionamento de boca de lobo desenvolvido
57
MIAC e comparando com a realidade levantada, com intuito de identificar pontos de
melhoria e testar a metodologia elaborada.
Para aplicação da metodologia desenvolvida MIAC, deve-se inicialmente
subdividir a bacia hidrográfica mapeada em subáreas que contribuem para o
escoamento superficial nas ruas.
Nesta etapa, a bacia hidrográfica é subdivido através do método das
bissetrizes, conforme BOLINAGA (1979), e para isto, deve-se utilizar uma imagem
do software Google Earth aplicada no software AutoCAD, em escala, e encontrar o
comprimento das ruas e subáreas delimitadas.
O próximo passo é avaliar se a vazão escoada superficialmente pela área de
contribuição ultrapassa a vazão admissível na sarjeta para cada lado da rua. Caso o
resultado seja positivo, deve-se aplicar a metodologia MIAC para o posicionamento
de boca de lobo e determinar os locais de captação. Caso contrário, deve-se avaliar
pontualmente a necessidade de captação do escoamento superficial no ponto de
menor altitude da rua.
A vazão escoada superficialmente nas áreas de contribuições subdividida da
bacia hidrográfica é determinada através do Método Racional (Equação 1) e, para
isto, é necessário especificar o coeficiente de escoamento superficial, tempo de
retorno, tempo de concentração e parâmetros da equação IDF da região estudada.
O coeficiente de escoamento superficial foi escolhido com base na Tabela 1
fornecido pela Manual de Instruções Técnicas da Fundação Rio-Águas (2010), na
qual indica uma faixa de 0,7 a 0,95 para áreas com prédios de apartamentos.
O tempo de retorno variou pelas bibliográficas estudadas e podendo ficar a
critério do projetista sua adoção. Desta maneira, optou-se por utilizar um tempo de
retorno de 25 anos para avaliar a região estudada com uma intensidade de
precipitação elevada.
O tempo de concentração é o tempo de entrada mais o tempo de percurso. O
tempo de entrada foi estimado em 10 minutos para todas as subáreas e o tempo de
percurso foi calculado pela equação de George Ribeiro (Equação 3), considerando
que o percentual de área permeável na sarjeta é igual a zero e a declividade
calculada pela diferença de cotas por comprimento da rua.
Os parâmetros da equação IDF para região de Niterói foi determinado através
do softwarePluvio, disponibilizado gratuitamente pela Universidade Federal de
58
Viçosa (UFV). Esses são: K igual a 4.379,439; a igual a 0,227; b igual a 49,188; e c
igual a 1.
A vazão admissível na sarjeta para cada lado de rua é calculada pela
equação Izzard-Manning (Equação 6). Sendo necessário determinar a declividade
da rua, inverso declividade transversal (z), largura máxima da faixa de inundação (x),
altura máxima d’água (y) e coeficiente de rugosidade da sarjeta (η).
A declividade da rua é calculada pela diferença de altitudes sobre o
comprimento da rua e esses os dados foram levantados no mapeamento da bacia
hidrográfica. A altura máxima da guia e a respectiva largura da faixa de inundação
foram medidas por trena nas visitas técnicas, para determinar o inverso da
declividade transversal (z) das sarjetas, a partir de interpretação da menor altura da
calçada.
O coeficiente de rugosidade foi determinado pela Tabela 4, disponibilizada
pelo Manual de Instruções Técnicas da Fundação Rio-Águas (2010), a 0,016,
considerando o tipo de superfície como sarjeta de concreto.
Para obter o resultado da vazão admissível na sarjeta é necessário definir a
altura máxima de água na guia (y). Com base nas medições realizadas, a altura y
será a medida menos 0,01 m com objetivo da água não ultrapassar a guia. No
presente trabalho, por considerar um tempo de retorno elevado, permite-se uma
faixa de inundação de 1,5 metros de largura com o intuito de preservar metade da
faixa de transito e o eixo da rua.
Após definição dos dados e avaliação se a vazão escoada superficialmente
supera a vazão admissível na sarjeta por lado de rua, deve-se aplicar o Método de
Integração de Áreas Contribuintes (MIAC) nos casos afirmativos e analisar
pontualmente os casos contrários o posicionamento de bocas de lobo. Ao final do
planejamento, obtém o novo mapeamento de dispositivos de captação pra região
estudada e retorno da utilização do MIAC.
No documento
Desenvolvimento de metodologia para o posicionamento de bocas de lobo aplicados à microdrenagem urbana
(páginas 50-59)