EVELLYNN SATO SIRQUEIRA, Dimensionamento de microssistema de retenção hídrica utilizando materiais de fácil acesso – caixas plásticas de hortifrúti;

EVELLYNN SATO SIRQUEIRA

DIMENSIONAMENTO DE MICROSSISTEMA DE RETENÇÃO HÍDRICA

UTILIZANDO MATERIAIS DE FÁCIL ACESSO – CAIXAS PLÁSTICAS

DE HORTIFRÚTI

Sinop

2018/01

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT

EVELLYNN SATO SIRQUEIRA

DIMENSIONAMENTO DE MICROSSISTEMA DE RETENÇÃO HÍDRICA

UTILIZANDO MATERIAIS DE FÁCIL ACESSO – CAIXAS PLÁSTICAS

DE HORTIFRÚTI

Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Prof. Orientador: Augusto Romanini

Sinop

2018/01

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Espaço de gestão das águas urbanas ... 18

Tabela 2: Conceito de canalização x conceito de reservação ... 21

Tabela 3: Percentagem de redução da área impermeável ... 31

Tabela 4: Pontos relacionados com a características do local de estudo ... 34

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Avenida dos Ingás em Sinop ... 9

Figura 2: Corredores da Universidade deo Estado de Mato Grosso – UNEMAT ... 10

Figura 3: Situação de armazenamento de uma bacia hipotética com plano diretor com armazenamento. ... 11

Figura 4: Características dos leitos do rio. ... 15

Figura 5: Avenida dos Tarumãs em Sinop ... 15

Figura 6: Carro é levado pela água na avenida André Maggi em Sinop-MT ... 16

Figura 7: Jovens andam de barco na avenida das Embaúbas em Sinop-MT ... 16

Figura 8: Avenida dos Ingás, próximo à Unemat, Sinop-MT ... 16

Figura 9: Ilustração esquemática dos conceitos de reservação x canalização ... 22

Figura 10: Sistema de detenção em Sinop – “Valetões” – na Avenida das Itaúbas .. 23

Figura 11: Esquema de uma bacia de percolação ... 24

Figura 12: Climograma de Sinop ... 28

Figura 13: Caixa de plástica para hortifrúti. ... 29

Figura 14: Tela Verde ... 29

Figura 15: Esquematização da estrutura do reservatório ... 30

Figura 16: Fluxograma do cálculo do volume do reservatório ... 31

Figura 17: Corredor do bloco I ... 33

Figura 18: Espaço entre os blocos H e I ... 33

LISTA DE ABREVIATURAS

DIY – Do It Yourself (Faça você mesmo) h – hora

IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IDF – Intensidade-Duração-Frequência LL – Limite de Liquidez LP – Limite de Plasticidade m – metro min – minuto mm – milímetro

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

1. Título: Dimensionamento de microssistema de retenção hídrica utilizando

materiais de fácil acesso – caixas plásticas de hortifrúti.

2. Tema: 30000009 Engenharias

3. Delimitação do Tema: 30104009 Engenharia Hidráulica 4. Proponente(s): Evellynn Sato Sirqueira

5. Orientador(a): Augusto Romanini

7. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso -

UNEMAT

8. Público Alvo: Toda a população

9. Localização: Universidade do Estado de Mato Grosso - UNEMAT 10. Duração: 2018/02 até 2019/01

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 8 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 9 3 JUSTIFICATIVA... 11 4 OBJETIVOS ... 12 4.1 OBJETIVO GERAL ... 12 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 12 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 13 5.1 URBANIZAÇÃO ... 13 5.1.1 Águas Urbanas ... 13 5.1.2 Inundações ... 14

5.2 SISTEMA DE DRENAGEM URBANA ... 17

5.2.1 Medidas de Controle ... 17

5.2.2 Gerenciamento de Sistema de drenagem urbana... 18

5.2.2.1 Exemplos de caso de mal gerenciamento ... 19

5.3 MEDIDAS NÃO CONVENCIONAIS DE DRENAGEM URBANA ... 20

5.3.1 Dispositivos de infiltração ... 22

5.3.2 Obras de Reservação ... 24

5.3.3 Micro reservatórios de detenção... 25

5.3.4 Dimensionamento de micro reservatórios ... 27

6 METODOLOGIA ... 28 6.1 LOCAL DE ESTUDO ... 28 6.2 MATERIAIS ... 29 6.3 MÉTODOS ... 30 6.3.1 Dimensionamento... 30 6.3.2 Local de estudo ... 32 6.3.2.1 Determinação do local ... 32

6.3.2.2 Verificação das condições do local estudado ... 34

6.3.3 Coleta de Dados ... 35

6.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 38

7 RECURSOS MATERIAIS ... 39

8 CRONOGRAMA ... 40

1 INTRODUÇÃO

Após a Revolução Industrial no século XVIII, a população mundial deixou de viver no campo para morar na cidade, por conta do processo de industrialização ocorrente. Com isso, o número de pessoas nas cidades passou a ser maior que na zona rural. Em 1900, 13% da população mundial era urbana, e atualmente essa porcentagem é de 50%. No Brasil, a população que mora em área urbana chega a 83%. (TUCCI, 2008)

Com a crescente urbanização dos últimos anos, as cidades passaram a enfrentar diversos problemas ambientais, sociais e de infraestrutura. Dentre eles, os problemas das águas urbanas, que englobam o sistema de abastecimento de água e esgotos sanitários, a drenagem urbana e as inundações.

As inundações podem ser classificadas em inundações ribeirinhas: que são inundações naturais que ocorrem no leito maior dos rios; e inundações em razão da urbanização: que ocorrem na drenagem urbana por causa do efeito da impermeabilização do solo, canalização do escoamento ou obstruções ao escoamento (TUCCI, 2008). Com o objetivo de minimizar os efeitos da urbanização sobre o ciclo hidrológico, é salientado a importância das medidas de controle não convencionais, como os micro reservatórios de detenção, e seu efeito no sistema de drenagem.

Desta maneira, busca-se avaliar e dimensionar um sistema de retenção hídrica a nível urbano, utilizando material de fácil acesso – caixa plástica de hortifrúti -, verificando o impacto da vazão deste dispositivo no sistema de drenagem nível da área de estudo.

2 PROBLEMATIZAÇÃO

Com o aumento da urbanização, a cidade de Sinop-MT teve crescimento significativo no número de edificações, com ruas pavimentadas e calçadas na região central e em bairros mais afastados. Esse processo, tonou a superfície do município impermeável, dificultando a infiltração das águas pluviais, resultando em um grande volume de água escoando na superfície e nas tubulações de drenagem

O sistema de drenagem de Sinop tem se mostrado ineficiente, ocasionando inundações em alguns pontos do município, principalmente nas áreas centrais onde o volume perdido durante a drenagem escoa sobre as ruas, sendo seu curso determinado pelo traçado destas, ou na maioria das vezes ficando armazenado entre os cruzamentos das ruas, dificultando a passagem dos veículos e pedestres. (SCARPAZZA, 2011).

Dessa forma, é necessário a elaboração de medidas capazes de drenar/ armazenar o volume precipitado, tornando o sistema de drenagem do município mais eficiente.

Figura 1: Avenida dos Ingás em Sinop Fonte: Acervo Próprio, 2018

Figura 2: Corredores da Universidade deo Estado de Mato Grosso – UNEMAT Fonte: Acervo Próprio, 2018.

3 JUSTIFICATIVA

Com a falha no sistema de drenagem no município de Sinop, as estruturas responsáveis pela as águas pluviais tornam-se um desafio a ser vencido, uma vez que são ineficientes para a necessidade atual.

O projeto proposto, pretende pesquisar a viabilidade da construção de micro reservatórios de detenção a nível urbano, e o impacto da vazão no sistema do município. Uma vez que os reservatórios são uma ferramenta de retenção da água, que alivia o sistema aumentando o tempo de concentração e diminuindo a vazão.

Kobyama et al. (2008) afirma que o Plano Diretor interfere diretamente sobre o uso do solo, permitindo ou negando determinado tipo de uso em determinada localização da bacia ou região, precisa-se também introduzir o conceito de armazenamento urbano ao Plano Diretor de Drenagem Urbana.

Um exemplo da situação de uma bacia com a gerência de um Plano Diretor, pode ser visto na Figura 3. Nesse caso, o gerenciamento do armazenamento é realizado sobre a área que passará a ter uso do solo de cidade. O valor de armazenamento deve ser implementado pelo Plano Diretor em função do tipo de construção (captação da água da chuva com cisternas) e/ou através da introdução de piscinões.

Figura 3: Situação de armazenamento de uma bacia hipotética com plano diretor com armazenamento.

4 OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GERAL

Avaliar e dimensionar um sistema de retenção hídrica a nível urbano utilizando material de fácil acesso (caixas plásticas de hortifrúti), por meio da técnica “faça você mesmo” – DIY: “Do It Yourself”, e seu impacto no sistema de drenagem do bairro Jardim Imperial, tendo como objeto de estudo uma estrutura inserida na unidade regionalizada de Sinop na Universidade do Estado de Mato Grosso, UNEMAT.

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

a) Realizar o dimensionamento de um dispositivo de infiltração, calculando seus parâmetros, como a área, altura e volume;

b) Construir dois protótipos para simular as condições de drenagem, um com vegetação superficial e outro sem.

c) Verificar a aplicabilidade do dispositivo e seus efeitos no sistema de drenagem do local estudado, em área delimitada dentro da Unemat.

d) Estimar o impacto da vazão do dispositivo no sistema de drenagem a nível da área de estudo.

5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

5.1 URBANIZAÇÃO

A Revolução Industrial que teve início no século XVIII foi o principal evento que transferiu a sociedade mundial rural para as cidades. Uma vez que a população migrava para os grandes centros em busca de melhores condições de vida por meio de empregos ofertados pelas indústrias. O processo de industrialização e sua expansão pelo mundo, fez com que a população mundial se tornasse urbanizada.

Junto com o processo de urbanização, as cidades passaram a enfrentar problemas ambientais, sociais e de infraestrutura. Dentre eles, as Águas Urbanas. Em cidades com relevo plano (caso de Sinop) e por não haver/ocorrer um pensamento racionalizado da expansão urbana (Plano Diretor), algumas patologias ou falhas em sistemas de urbanização desde normatização de tipos de edificação até o caso de congestionamentos e alagamentos, que são sazonais passam a afetar o meio de vida da população.

5.1.1 Águas Urbanas

As águas urbanas englobam o sistema de abastecimento de água e esgotos sanitários, a drenagem urbana e as inundações ribeirinhas, a gestão dos sólidos totais, tendo como metas a saúde e conservação ambiental. (TUCCI, 2008).

Tucci (2012), pontua os principais problemas relacionados com a infraestrutura de água no ambiente urbano são:

 Contaminação dos mananciais superficiais e subterrâneos com os efluentes urbanos, como, por exemplo, o esgoto sanitário, pluvial e os resíduos sólidos.

 Disposição inadequada dos esgotos sanitários, pluviais e resíduos sólidos nas cidades.

 Inundações nas áreas urbanas devido à impermeabilização das superfícies urbanas e canalização do escoamento pluvial.

 Ocupação de áreas ribeirinhas, com risco de inundações e de áreas de grandes inclinações, como, por exemplo, morros urbanos, sujeitos a deslizamento após período chuvoso.

Os problemas de inundações urbanas normalmente são atribuídos ou sentidos em regiões com alta densidade populacional. Como é o caso de alagamentos registrados em São Paulo em março de 2018, onde o Centro de Gerenciamento de Emergências (CGE), da Prefeitura, precisou emitir alertas e anunciar estado de atenção para toda a cidade. (G1 SP, 2018).

No entanto estes problemas podem estar relacionados com situações de ocorrência natural (rios) ou aqueles de natureza artificial (urbanização).

5.1.2 Inundações

Segundo Nakazone (2005), as inundações são decorrentes de processos de urbanização e de ocupação natural das várzeas ribeirinhas pelos córregos e riachos, podendo ocorrer isoladamente ou de forma integrada.

Tucci (2008) afirma que essas inundações podem ser classificadas como:  Inundações de áreas ribeirinhas: são inundações naturais que ocorrem no leito

maior dos rios por causa da variabilidade temporal e espacial da precipitação e do escoamento na bacia hidrográfica;

 Inundações em razão da urbanização: são as inundações que ocorrem na drenagem urbana por causa do efeito da impermeabilização do solo, canalização do escoamento ou obstruções ao escoamento.

De acordo com Bichança (2006), as inundações de áreas ribeirinhas ocorrem quando o leito maior é inexistente ou foi suficientemente ocupado, podendo ocorrer cheias, um fenómeno perfeitamente natural, mas que se revela bastante preocupante devido às perdas materiais e vidas humanas envolvidas. Exemplificado pela Figura 2:

Figura 4: Características dos leitos do rio. Fonte: Tucci, 2008.

Já as inundações ocasionadas pela urbanização ocorrem na medida que a população impermeabiliza o solo e acelera o escoamento por meio de condutos e canais. Assim, a quantidade de água que chega ao mesmo tempo no sistema de drenagem aumenta, produzindo inundações mais frequentes do que as que existiam quando a superfície era permeável e o escoamento se dava pelo ravinamento natural. (TUCCI, 2012).

Tucci e Marques (2000) afirmam que “a produção de ilhas de ilhas de calor na parte central dos centros urbanos onde predomina o concreto e o asfalto, também contribuem para o aumento de precipitações mais intensas com baixa duração, agravando as enchentes urbanas”. Como pode ser visto nas Figuras 5, 6, 7 e 8 as inundações em vários pontos da cidade de estudo, Sinop.

Figura 5: Avenida dos Tarumãs em Sinop Fonte: Só Notícias/ Luiz Ornaghi, 2015

Figura 6: Carro é levado pela água na avenida André Maggi em Sinop-MT Fonte: SBT Sinop, 2017

Figura 7: Jovens andam de barco na avenida das Embaúbas em Sinop-MT Fonte: Só Notícias, 2013.

Figura 8: Avenida dos Ingás, próximo à Unemat, Sinop-MT Fonte: Acervo Próprio, 2018.

5.2 SISTEMA DE DRENAGEM URBANA

O sistema de drenagem adotado pelas cidades até a década de 1970 tinha como único conceito o escoamento da água em menor tempo.

Esta forma de pensamento condicionou o sistema de drenagem urbana existente em todas as cidades brasileiras, e foi caracterizada pela implantação de galerias de águas pluviais e seus acessórios e por retificação e canalização de corpos d’água, que reduziram drasticamente o tempo de percurso do escoamento superficial e o tempo de pico dos hidrogramas, trazendo graves consequências principalmente para áreas à jusante (TUCCI, PORTO e BARROS, 1995).

Contudo, soluções técnicas de drenagem urbana mais modernas e sustentáveis passaram a colocar de lado o conceito de “escoar a água precipitada o mais rápido possível” e incorporam estratégias de retenção e infiltração para solucionar os problemas de drenagem mais próximo do local de geração do escoamento. Estas medidas são chamadas medidas compensatórias de drenagem. (DA SILVA JUNIOR, DALL’AGNOL e BARROS, 2015).

5.2.1 Medidas de Controle

As medidas de correção e/ou prevenção podem ser divididas em soluções estruturais e não estruturais.

As medidas não estruturais são aquelas em que se procura reduzir os danos ou as consequências das inundações, não por meio de obras, mas pela introdução de normas, regulamentos e programas que visem disciplinar a ocupação territorial, o comportamento de consumo das pessoas e as atividades econômicas (CANHOLI, 2005).

Ainda segundo Canholi (2005), as medidas estruturais baseiam-se propriamente em obras de engenharia subdividida em intensivas e extensivas:

As intensivas podem ser classificadas como: aceleração de escoamento (canalização e obras correlatadas); retardamento do fluxo (reservatórios de detenção/retenção); desvio de escoamento (túneis de derivação e canais de desvios); ações individuais visando tornar as edificações à prova de enchentes. Por sua vez, as medidas extensivas correspondem aos pequenos armazenamentos disseminados na bacia, à recomposição de cobertura vegetal e ao controle de erosão do solo, ao longo da bacia de drenagem.

5.2.2 Gerenciamento de sistema de drenagem urbana

Por mais que as medidas de controle apresentadas mostram eficácia, o gerenciamento da drenagem urbana ainda tem sido falho em diversas cidades do país, não atendendo a necessidade básica de escoamento de água. De acordo com IBGE (2014), os alagamentos deixaram 2,1 milhões de pessoas desabrigadas ou desalojadas entre anos de 2008 e 2012. No período, 2.065 municípios foram atingidos por enchentes ou enxurradas (UOL Notícias, 2014).

Uma das formas de mitigar o problema, é considerar que “o sistema de drenagem deve ser entendido como parte de um abrangente processo de planejamento urbano e, portanto, coordenado com os demais planos, principalmente os de saneamento básico (água e esgoto), uso do solo e transporte”. (CANHOLI, 2005).

Segundo Tucci (2008) a gestão das águas urbanas pode ser realizada de acordo com a definição do espaço geográfico externo e interno à cidade, onde a bacia hidrográfica é caracteriza como condicionantes externos às cidades, e o ambiente interno da cidade trata de ações dentro do município. Para esses dois espaços existem gestores, os instrumentos utilizados e as metas da gestão, como descrito na Tabela 1.

Tabela 1: Espaço de gestão das águas urbanas

Espaço Domínio Gestores Instrumento Característica Bacia hidrográfica¹ Estado ou governo federal Comitê e agências

Plano de bacia Gestão da quantidade e qualidade da água nos rios da bacia hidrográfica, sem transferir impactos Município² Munícipio ou região metropolitana

Município Plano Diretor Urbano e Plano Integrado e Esgotamento, Drenagem Urbana e Resíduo Sólido Minimizar os impactos dentro da cidade, nas pequenas bacias urbanas e não transferir para o sistema de rios Nota: 1.Bacias de grande porte (> 1.000 km²); 2. Área de abrangência do município e suas pequenas

sub-bacias de macrodrenagem (<50 km²). Os valores de áreas são indicativos e podem se alterar para cidades de grande porte. Fonte: Adaptado de Tucci, 2008.

De acordo com Guerra (2011) apud Souza (2013), “para se aumentar a eficiência dos sistemas de drenagem e evitar as inundações deve-se realizar um manejo das águas pluviais, tornando-se necessário o uso de dispositivos de detenção

ou amortecimento da vazão das águas, para atenuar sua energia e diminuir o carregamento de sedimentos para os corpos receptores”. Ainda afirma que “a manutenção e conservação periódica das unidades que compõem o sistema (bocas de lobo, redes coletoras, emissários, dispositivos de amortecimento de vazão, bacias de dissipação de energia) também contribuem para a eficiência da drenagem urbana”. Souza (2013) pontua que embora 95% dos municípios brasileiros realizem o manejo das águas pluviais, há necessidade de evolução do sistema de drenagem urbana no Brasil, exemplificada por Guerra (2011):

 Apenas 11,9% dos 5564 municípios brasileiros apresentam algum dispositivo de contenção de águas pluviais;

 Apenas 11,4% dos municípios brasileiros que fazem manejo de águas pluviais usam informações hidrológicas ou fluviométricas;

 Apenas 28,3% dos municípios brasileiros que fazem manejo de águas pluviais usam informações meteorológicas ou pluviométricas.

5.2.2.1 Exemplos de caso de mal gerenciamento

Um exemplo do mal funcionamento do sistema de drenagem é o caso do Bairro Espinheiro, localizado na área central de Recife. Segundo Righetto (2009), o local é ocupado por grande número de habitantes e sua população tem um poder aquisitivo caracterizada entre médio e alto. Esse bairro, algumas décadas atrás, possuía residências com quintais e jardins e não tinha problemas de alagamentos. Posteriormente, ele foi sendo modificado na década de 1980, chegando ao início da década de 1990 com aproximadamente 8.400 habitantes, com grande número de edifícios altos e, consequentemente, todo o terreno dos lotes impermeabilizado para construção de estacionamentos aos moradores.

Righetto (2009) ainda afirma, que devido ao crescimento acelerado do bairro, sem levar em consideração o planejamento urbano, grande parte das áreas permeáveis foi se tornando impermeável, o que contribuiu para a diminuição da infiltração e o aumento do escoamento superficial pelas ruas e avenidas. Assim sendo, a infraestrutura do bairro, tornou-se pouco eficiente e tampouco comportava o total

precipitado. Diante disso, em períodos chuvosos, ocorrem alagamentos em suas principais ruas e avenidas.

O plano diretor da cidade Sinop (2006), pouco fala sobre o sistema de drenagem. No Art. 79 afirma que elaboração e implementação do Plano Municipal de Drenagem Urbana e a criação de um sistema de captação de águas pluviais é uma das prioridades para a implementação da gestão do saneamento ambiental no Município de Sinop. O plano diretor também apresenta diretrizes específicas para a gestão do sistema de drenagem no Art. 84:

I - A adequação do sistema de drenagem urbana com a ampliação e recuperação das galerias de águas pluviais existentes;

II - A articulação entre órgãos municipais e entidades comunitárias para implementação de um programa de prevenção à obstrução das galerias de águas pluviais, através da educação ambiental;

III - A ampliação do conhecimento das condições de drenagem com a identificação e mapeamento das principais áreas de recarga de aquíferos de Sinop.

As medidas apresentam o que deve ser implementado, mas não mostra uma regra efetiva a ser seguida.

5.3 MEDIDAS NÃO CONVENCIONAIS DE DRENAGEM URBANA

Na tentativa de minimizar os efeitos da urbanização sobre o ciclo hidrológico, o papel da engenharia é realizar o planejamento dos sistemas de drenagem urbana e adotar medidas de controle para o bom funcionamento deste sistema.

Segundo Canholi (2005), as medidas não convencionais em drenagem urbana são soluções que diferem do conceito tradicional de canalização, mas podem estar a ela associadas, para adequação ou otimização do sistema de drenagem.

Dentre as medidas não convencionais mais frequentemente adotadas, destacam-se aquelas que visam incrementar o processo da infiltração; reter os escoamentos em reservatórios; ou retardar o fluxo nas calhas dos córregos e rios [...]. As soluções que envolvem a retenção dos escoamentos são compostas por estruturas que amortecem os picos de vazão por meio do conveniente armazenamento dos deflúvios. (CANHOLI, 2005)

Walesh (1989) apud Canholi (2005) classifica diretrizes gerais de projeto de drenagem urbana em “conceito de canalização” e “conceito de reservação”. As características dos dois conceitos podem ser comparadas na Tabela 2:

Tabela 2: Conceito de canalização x conceito de reservação CARACTERÍSTICAS CANALIZAÇÃO RESERVAÇÃO Função Remoção rápida dos

escoamentos

Contenção temporária para subsequente liberação Componentes

principais

Canais abertos/ galerias Reservatórios a superfície livre Reservatórios subterrâneos Retenção subsuperficial Aplicabilidade Instalação em áreas novas

Construção por fases Ampliação de capacidade pode se tornar difícil (centros urbanos)

Áreas novas (em implantação) Construção por fases

Áreas existentes (à superfície ou subterrâneas)

Impacto nos trechos de jusante

(quantidade)

Aumenta significativamente os picos das enchentes em relação à condição anterior Maiores obras nos sistemas de jusante

Áreas novas: podem ser dimensionadas para impacto zero

Reabilitação de sistemas: podem tornar vazões a jusante compatíveis com capacidade disponível

Impacto nos trechos de jusante (qualidade)

Transporta para o corpo receptor toda carga poluente afluente

Facilita remoção de material flutuante por concentração em áreas de recirculação dos reservatórios e dos sólidos em suspensão, pelo processo natural de decantação Manutenção/

Operação

Manutenção em geral pouco frequente (pode ocorrer excesso de assoreamento e de lixo)

Manutenção nas galerias é difícil (condição de acesso)

Necessária limpeza periódica Necessária fiscalização Sistemas de bombeamento requerem operação/ manutenção

Desinfecção eventual (insetos) Estudos hidrológicos/

hidráulicos

Requer definição dos picos de enchente

Requer definição os hidrogramas

(volumes das enchentes) Fonte: Adaptado de Canholi, 2005

Canholi (2005) também esquematizou a diferença entre esses conceitos através da Figura 9, mostrando a influência que proporcionam aos picos de vazão de um sistema de drenagem:

Figura 9: Ilustração esquemática dos conceitos de reservação x canalização Fonte: Canholi, 2005.

5.3.1 Dispositivos de infiltração

Souza (2013) afirma que os dispositivos de infiltração são considerados como medidas não convencionais do sistema de detenção. “Esses dispositivos podem ser classificados em dois grupos principais: métodos dispersivos (quando a água superficial infiltra no solo) e métodos em poços (quando há recarga do nível subterrâneo pelas águas da superfície) ” (NAKAMURA, 1988 apud CANHOLI 2005).

Canholi (2005) classifica os métodos dispersivos da seguinte forma:

 Superfície de infiltração: permitem que as águas percorram um terreno coberto por vegetação, podendo-se instalar subdrenos em áreas com subsolo argiloso ou pouco permeável

 Valetas de infiltração abertas: revestidas com vegetação, facilitam a infiltração em áreas adjacentes a ruas, estradas ou estacionamentos. Como pode ser encontrado em Sinop, mostrado Figura 10.

Figura 10: Sistema de detenção em Sinop – “Valetões” – na Avenida das Itaúbas Fonte: Só Notícias, 2017.

 Lagoas de infiltração: são pequenas bacias de detenção com nível d’água permanente e volume de espera

 Bacias de percolação: construídas por meio de escavação de valetas, as quais são preenchidas com brita ou cascalho, sendo posteriormente reaterradas, promovem reservação temporária do escoamento e permitem uma percolação lenta para o subsolo. Conforme a Figura 11:

Figura 11: Esquema de uma bacia de percolação Fonte: Canholi, 2005

 Pavimentos porosos: constituídos de concreto e asfalto convencionais, porém sem as partículas mais finas, podem ser construídos sobre camadas permeáveis, com mantas geotêxtis colocadas entre sua base e o pavimento.

Já os métodos em poço são caracterizados por poços de infiltração secos ou úmidos, pelos quais ocorre recarga do nível subterrâneo por meio das águas de superfície. Porém, é necessário que o lençol freático se encontre baixo o suficiente em relação à superfície do terreno e que existam camadas arenosas no subsolo. (CANHOLI, 2005).

5.3.2 Obras de Reservação

De acordo com Walesh (1989) apud Canholi (2005), as obras de reservação podem ser diferenciadas em bacias de retenção e bacias de detenção:

 Bacias de Retenção: reservatórios de superfícies que sempre contém um volume substancial de água permanente, onde o nível d’água eleva-se

temporariamente acima dos níveis normais durante ou imediatamente após as cheias.

 Bacias de detenção: áreas normalmente secas durante as estiagens, mas projetadas para reter as águas superficiais apenas durante e após as chuvas.

Nakazone (2005) afirma que os reservatórios podem ser implantados na macrodrenagem, na microdrenagem e em loteamento e lotes (como é o caso dos micro reservatórios).

5.3.3 Micro reservatórios de detenção

Cruz, Tucci e Silveira (2000) afirmam que o controle em nível de lote permite a redução de uma parte dos impactos devido à urbanização, já que ainda restam ruas, calçadas e áreas públicas. Com a redução da vazão de saída dos lotes, poderá existir economia na rede de drenagem de pluviais.

Segundo Tassi (2002), o uso de micro reservatórios de detenção é uma das alternativas consideradas para o controle de cheias urbanas, com a finalidade principal de promover a redução do pico das enchentes, através do amortecimento conveniente das ondas de cheias, pelo armazenamento temporário dos volumes escoados.

A realização destas estruturas pode se dar nos lotes residenciais e comerciais ou junto do sistema de microdrenagem da rede pública. Nakazone (2005) enfatiza que os micro reservatórios podem assumir os mais variados formatos e serem constituídos dos mais diversos materiais (concreto, alvenaria, fibrocimento, solo, etc.)

Tassi (2002), pontua diversas vantagens da utilização deste sistema:

 O micro reservatório previne impactos adversos do desenvolvimento restaurando, pelo menos parcialmente, o armazenamento natural perdido;  Não transfere para a 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;

Dentre as desvantagens citadas por Tassi (2002), tem-se:

 Os regulamentos são ainda deficientes, e os critérios e métodos de projeto são usualmente muito simplificados;

 A manutenção das estruturas é o maior problema, pois os micro reservatórios impõem obrigações muito pesadas aos proprietários;

 Os micros reservatórios possibilitam pouca redução de poluentes na água coletada.

Para a construção de um reservatório de detenção, deve-se atender uma composição estrutural básica. De acordo com Hüffner (2013), os reservatórios de detenção devem ser compostos, basicamente por:

 Estrutura de entrada: podem ser por gravidade, quando se encontram acima da cota de armazenamento, ou por bombeamento;

 Corpo de armazenamento: responsável pela contenção dos volumes, podendo ser construído no próprio solo;

 Estrutura de descarga ou saída: controlam a vazão de saída, o nível da água no reservatório e o volume retido;

 Dispositivo de extravasão: elemento de segurança do sistema contra eventos de magnitudes maiores, podendo ou não estar acoplado às estruturas de saída.

De acordo com Urbonas e Stahre (1993) citado pelo Manual de Drenagem de Porto Alegre (2005), existem algumas condições que a construção de dispositivo de infiltração não é recomendada:

 Profundidade do lençol freático no período chuvoso menor que 1,20 m, abaixo da superfície terrestre;

 Camada impermeável a 1,20 m ou menos da superfície infiltrante;

 A superfície infiltrante está preenchida (ao menos que este preenchimento seja de areia ou cascalho limpo);

 Os solos superficiais são classificados, segundo o SUCS, como pertencentes ao grupo hidrológico D, ou a taxa de infiltração saturada é menor que 7,60 mm/h, como relatado pelas pesquisas de solo do SUCS

5.3.4 Dimensionamento de micro reservatórios

Tucci (2005), define o dimensionamento da drenagem proveniente de um lote, condomínio ou outro empreendimento individualizado, estacionamento, parques e passeios como “drenagem na fonte”.

O pré-dimensionamento desses dispositivos pode ser realizado de forma simplificada, com vistas ao cálculo de volumes de armazenamento necessários e, em consequência, das dimensões mínimas dos dispositivos de controle na fonte. Levando em conta que as soluções obtidas não devem ser utilizadas para dimensionamentos definitivos sem um julgamento adequado por parte do projetista. (SILVEIRA e GOLDEFUM, 2007).

A seguir, é apresentada a metodologia recomendada para dimensionamento do micro reservatório de estudo.

6 METODOLOGIA

6.1 LOCAL DE ESTUDO

O estudo será realizado na cidade de Sinop – MT, que em 2017 foi estimado uma população de 135.874 habitantes, de acordo com o IBGE (2017). É conhecida como a Capital do Nortão, e é a quarta maior cidade do estado em número de habitantes.

Com a altitude de 384 m acima do nível do mar, possui um relevo plano, levemente ondulado, com o solo classificado como argiloso contendo poucas áreas arenosas. O regime de chuvas é equatorial e caracteriza-se por um período seco no inverno e um período chuvoso no verão. Os meses que mais chovem na região são: janeiro, fevereiro e março e os que menos chovem são: junho, julho e agosto1_. Conforme a Figura 12.

Figura 12: Climograma de Sinop Fonte: Climate – Data.Org², 2017.

1 _{Sinop em Dados, 2015. Disponível em:}

http://sinopemdados.com.br/geografia-do-municipio/localizacao-geografica/285104

6.2 MATERIAIS

Os materiais utilizados serão:

 Material granular: pedrisco e areia, comprados de um fornecedor local. Os diâmetros serão: 2 mm para pedrisco (retido na peneira nº 10) e 1 mm para areia (passante da peneira nº 10 e retida na peneira nº 200);

 Caixas plástica para hortifrúti, Figura 13;

Figura 13: Caixa de plástica para hortifrúti. Fonte: Acervo Prórprio, 2018.

 Arame liso;

 Tela (verde), Figura 14.

Figura 14: Tela Verde Fonte: Alma Têxtil.

6.3 MÉTODOS

A montagem do reservatório será iniciada com a escavação da vala. Depois, o material granular (pedrisco e areia) será colocado no fundo para o assentamento do conjunto. A estrutura é montada empilhando as caixas e amarrando umas nas outras com o arame, até chegar na dimensão mínima especificada. Após estrutura ser fixada na vala, a tela verde será colocada por cima. Para concluir, será feito mais uma cama de material granular (pedrisco). A análise será feita em dois protótipos, como no esquema da Figura 15, em um será com vegetação (I) e em outro sem a vegetação (II).

Figura 15: Esquematização da estrutura do reservatório Fonte: Acervo Próprio, 2018.

A análise também será realizada na área sem o protótipo para fim de comparação entre as áreas com e sem a implantação do micro reservatório.

6.3.1 Dimensionamento

Baseado no Manual de Drenagem de Porto Alegre (2005), o método para encontrar o volume do reservatório de infiltração pode ser estruturado como apresentado na Figura 16:

Figura 16: Fluxograma do cálculo do volume do reservatório Fonte: Adaptado do Manual de Drenagem de Porto Alegre, 2005.

A Equação 1 determina o volume:

𝑉 = 4,25. 𝐴. 𝐴𝐼 (Eq. 1)

Onde:

V: volume em m³;

A: área drenada para a jusante do empreendimento (ha);

AI: área impermeável que drena a precipitação para os condutos pluviais (% da área total A), conforme a Tabela 3:

Tabela 3: Percentagem de redução da área impermeável

Tipo de medida Redução da área impermeável em % Drenagem de 100% de superfície

impermeável para uma área de infiltração com drenagem

40

Continuação

Drenagem de 100% de superfície impermeável para uma área de infiltração

sem drenagem

80

Drenagem de 100% de superfície impermeável para pavimento permeável

50 Drenagem de 100% de superfície

impermeável para trincheira de infiltração

80

Fonte: Adaptado do Manual de Drenagem de Porto Alegre, 2005.

Com o valor do volume calculado, faz-se necessário encontrar a profundidade do reservatório. Silveira e Goldefum (2007), afirmam que no caso de micro reservatório poroso (infiltração), ele pode ser dimensionado fixando-se primeiramente seu comprimento (L) e largura (B) em planta, com base no espaço disponível no lote. A localização deve ser feita a cerca de 3 m de qualquer edificação importante no lote. Por se tratar de um reservatório cubico retangular, temos que:

𝐻 = 𝑉

𝐿.𝐵 (Eq.2)

Com o valor do volume encontrado e as dimensões de L e B fixadas, encontra-se a altura H.

6.3.2 Local de estudo

6.3.2.1 Determinação do local

O Local escolhido para a análise do projeto, trata-se da área entre os blocos H e I na Universidade do Estado de Mato Grosso, UNEMAT. Local este, onde enfrenta problemas de drenagem, como pode ser visto nas Figuras 17 e 18:

Figura 17: Corredor do bloco I Fonte: Delavy, 2015

Figura 18: Espaço entre os blocos H e I Fonte: Delavy, 2015

6.3.2.2 Verificação das condições do local estudado

Levando em consideração as condições que a construção de dispositivo de infiltração não é recomendada, faz-se necessário a análise do local estudado por meio de alguns ensaios.

A primeira verificação a ser feita é a altura do lençol freático do terreno analisado, por meio de um furo feito a trado manual de no mínimo 1,5 m, afim de saber a viabilidade do local para a instalação do reservatório.

Outra verificação necessária será a classificação do solo (segundo Sistema Unificado de Classificação dos Solos - SUCS), necessitando dos ensaios de granulometria, limite de liquidez (LL) e limite de plasticidade (LP) de uma amostra do terreno. Conforme as normas: NBR 7180/1984; NBR 6459/1984; e NBR 6457/1986.

Se essas condições não excluírem o local, será feita uma segunda avaliação. O Manual de Drenagem de Porto Alegre (2005) cita o método desenvolvido pela Swedish Association dor Water and Sewer Works em 1983, e apresentado por Urbonas e Stahere (1993). A característica do local é associada a uma pontuação, de acordo com a Tabela 4:

Tabela 4: Pontos relacionados com a características do local de estudo

Características Pontos

1 Razão entre área impermeável (𝑨𝑰𝑴𝑷) e a área de infiltração (𝑨𝑰𝑵𝑭)

 𝐴𝐼𝑁𝐹> 2. 𝐴𝐼𝑀𝑃 20

 𝐴𝐼𝑀𝑃≤ 𝐴𝐼𝑁𝐹≤ 2. 𝐴𝐼𝑀𝑃 10

 0,5. 𝐴𝐼𝑀𝑃≤ 𝐴𝐼𝑁𝐹≤ 𝐴𝐼𝑀𝑃 5

Superfícies impermeáveis menores que 0,5. 𝐴𝐼𝑀𝑃 não devem ser usadas para infiltração

2 Natureza da camada de solo superficial

 Solos grosseiros com baixa taxa de material orgânico 7  Solo com taxas de matéria orgânica intermediárias 5  Solos granulados finos com alta taxa de material orgânico 0 3 Subsuperficial

 Se os solos subsuperficiais são mais grosseiros que os solos da superfície, associe o mesmo número de pontos daquele dos solos de superfície associado no item 2

 Se os solos subsuperficiais são mais granulados finos que os solos da superfície, use os seguintes pontos:

Cascalho ou areia Areia siltosa ou lemo Silte fino ou argila

7 5 0 Continua na próxima página

Continuação

4 Declividade (S) da superfície de infiltração

 S < 7% 5

 7 ≤ S ≤ 20% 3

 S > 20% 0

5 Cobertura vegetal

 Cobertura de vegetação natural, saudável 5

 Gramado bem estabelecido 3

 Gramado novo 0

 Sem vegetação – solo nu -5

6 Grau de tráfego na superfície de infiltração

 Pouco tráfego de pedestres 5

 Tráfego de pedestres médio (parque, gramado) 3  Muito tráfego de pedestres (campos esportivos) 0

Fonte: Adaptado do Manual de Drenagem de Porto Alegre (2005).

A somatória dos pontos informa o resultado da avaliação, portanto:  Se o total for menor que 20, o local deve ser descartado;

 Entre 20 e 30, o local é um candidato a receber um dispositivo de infiltração;  Se o total for maior que 30, o local poder ser considerado excelente.

6.3.3 Coleta de Dados

Carvalho et al. (2012) afirmam que dentro dos processos hidrológicos, após a precipitação, a infiltração é o principal fenômeno relativo à geração do escoamento superficial. A taxa de infiltração (I) é a razão com que a água entra na superfície de solo por unidade de tempo, sendo as unidades mais usuais mm/h e mm/min. Portanto, a taxa na estrutura pode ser calculada através da Equação 3:

𝐼 =

𝑉

𝐴.∆𝑡 (Eq. 3) Onde:

V: volume em m³;

A: área de infiltração (m²), que corresponde à área das paredes verticais das estruturas mais a área do fundo do reservatório;

∆

_𝑡: intervalo de tempo para medir a variação no nível da água na estrutura (min).

Carvalho et Al. (2012) ainda afirma que os ensaios de infiltração devem ser realizados com o enchimento do reservatório utilizando uma vazão de água que garanta o seu rápido enchimento. Geralmente, utiliza-se um caminhão pipa ou reservatório com volume e vazão adequados. O teste deve ser realizado pelo menos duas vezes seguidas e de preferência no mesmo dia.

Para a realização do ensaio de campo, devem ser adotados os seguintes procedimentos:

a) verificar as medidas da escavação: comprimento, largura e profundidade; b) abastecer e esvaziar o poço no mínimo duas vezes, tentando simular a estação chuvosa que corresponde às menores taxas de infiltração, momento em que o sistema de infiltração é solicitado;

c) adotar um sistema apropriado para avaliar o rebaixamento do nível da água no reservatório (utilizando trena, sensor de nível d’água ou outro) e considerar o mesmo referencial e variação de tempo para cada ensaio;

d) não direcionar a mangueira para as paredes do reservatório, para evitar riscos de perda de resistência e erosão do solo.

Realizando os procedimentos acima, encontra-se a taxa de infiltração pela equação 3.

Através do escoamento que chega na estrutura e é amortecido pelo volume disponível, com o tempo que o reservatório demora para infiltrar a água, utiliza-se o método racional modificado, apresentado na Equação 4, para encontrar a vazão do sistema. (SILVEIRA e GOLDENFUM, 2007)

𝑄 = 0,278. 𝐶. 𝑖. 𝐴 (Eq. 4) Onde:

Q: vazão máxima em m³/s;

C: Coeficiente de escoamento médio superficial ponderado (tabela 5); i: máxima intensidade da precipitação em mm/h (Equação 5);

A intensidade da precipitação é calculada por:

𝑖 =

𝑎 𝑇𝑏

𝑡+𝑐

(Eq. 5)

Onde:

T: período de retorno (anos);

t: tempo de concentração da bacia (minutos);

a, b e c: parâmetros IDF de Talbot (Segundo Botan e Crispim (2014), para Sinop os valores dos parâmetros são: a= 2681,00; b= 0,15; c=25,20)

O coeficiente de escoamento utilizado no método racional depende de algumas características, dentre elas: solo, cobertura, tipo de edificação, entre outras. Portanto, é necessário o auxílio da Tabela 5 para fazer a escolha recomendada.

Tabela 5: Valores de C para várias superfícies, declividade e tempo de retorno. Superfície Tempos de Retorno (anos)

2 5 10 25 50 100 500 Asfalto 0,73 0,77 0,81 0,86 0,90 0,95 1,00 Concreto/ Telhado 0,75 0,80 0,83 0,88 0,92 0,97 1,00 Gramados (cobrimento de 50% da área) - Plano (0-2%) 0,32 0,34 0,37 0,40 0,44 0,47 0,58 - Média (2-7%) 0,37 0,40 0,43 0,46 0,49 0,53 0,61 - Inclinado (>7%) 0,40 0,43 0,45 0,49 0,52 0,55 0,62 Gramados (cobrimento de 50 a 70% da área) - Plano (0-2%) 0,25 0,28 0,30 0,34 0,37 0,41 0,53 - Média (2-7%) 0,33 0,36 0,38 0,42 0,45 0,49 0,58 - Inclinado (>7%) 0,37 0,40 0,42 0,46 0,49 0,53 0,60 Gramados (cobrimento maior

que 75% da área) - Plano (0-2%) 0,21 0,23 0,25 0,29 0,32 0,36 0,49 - Média (2-7%) 0,29 0,32 0,35 0,39 0,42 0,46 0,56 - Inclinado (>7%) 0,34 0,37 0,40 0,44 0,47 0,51 0,58 Campos cultivados - Plano (0-2%) 0,31 0,34 0,36 0,40 0,43 0,47 0,57 - Média (2-7%) 0,35 0,38 0,41 0,44 0,48 0,51 0,60 - Inclinado (>7%) 0,39 0,42 0,44 0,48 0,51 0,54 0,61 Pastos - Plano (0-2%) 0,25 0,28 0,30 0,34 0,37 0,41 0,53 - Média (2-7%) 0,33 0,36 0,38 0,42 0,45 0,49 0,58 - Inclinado (>7%) 0,37 0,40 0,42 0,46 0,49 0,53 0,60

Continuação

Florestas/ Reflorestamento

- Plano (0-2%) 0,22 0,25 0,28 0,31 0,35 0,39 0,48 - Média (2-7%) 0,31 0,34 0,36 0,40 0,43 0,47 0,56 - Inclinado (>7%) 0,35 0,39 0,41 0,45 0,48 0,52 0,58

Fonte: Adaptado de Chow et al. 19 88 citado por Genovez (2001)

6.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS

Após a coleta de dados, a análise será dividida entre os dois protótipos (I: com vegetação e II: sem vegetação), verificando as diferenças de infiltração que poderá ocorrer entre os dois.

Será analisado também, o efeito do reservatório no impacto da vazão no sistema, mostrando sua influência no escoamento superficial do local de estudo, comparando a área com os protótipos e a área sem os protótipos.

O Manual de Drenagem de Porto Alegre (2005), prevê o efeito do armazenamento no escoamento no hidrograma da Figura 19. O hidrograma tende a apresentar um patamar de escoamento para precipitações altas de duração média. O efeito do volume na retenção é de diminuição do pico.

Figura 19: Hidrogramas típicos de pequenas áreas urbanas. Fonte: Manual de Drenagem de Porto Alegre, 2005.

7 RECURSOS MATERIAIS

O presente trabalho será realizado na Universidade do Estado de Mato Grosso - UNEMAT, Campus de Sinop, onde serão utilizados os equipamentos do Laboratório de Solos para os ensaios de Granulometria, Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade.

Os demais recursos estão apresentados na Tabela 6, que apresenta uma estimativa de custos que serão necessários para a realização do projeto de pesquisa.

Tabela 6: Estimativa de custos para a realização do projeto do de pesquisa

Atividade Discriminação Quantidade

Valor

Montagem da Estrutura

Mão de Obra para

escavação – Diária 2 R$ 200,00 Caixas de plástico de supermercado 24 R$ 96,00 Arame (25m x 1mm) 1 R$ 15,00 Tela verde (1,2m x 50 m) 1 R$ 150,00 Ensaio de Infiltração Mangueira 1 R$ 30,00 Sensor de nível de

água data logger 1

R$ 100,00

Pluviômetro 1 R$150,00

Total R$ 741,00

8 CRONOGRAMA

Segue o cronograma das atividades a serem realizadas no decorrer do projeto de pesquisa.

ATIVIDADES

2018/02 2019/01

JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAIO JUN

Revisão Bibliográfica Delimitação do local do estudo Furo do medidor de nível de água Construção dos protótipos Teste dos protótipos na condição de Seca Teste dos protótipos com as precipitações Elaboração do Artigo Coleta e análise de dados Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca

9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO

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NBR 6459: Solo - determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, RJ.

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