Pre-Dimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial - Metodologia Generalizada

RBRH Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 12 n2 AbrJun 2007 157168 157 Metodologia Generalizada para PréDimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial na Fonte André Luiz Lopes da Silveira e Joel Avruch Goldenfum Instituto de Pesquisas Hidráulicas UFRGS Porto Alegre RS andreiphufrgsbr joeliphufrgsbr Recebido 050705 Revisado 130706 Aceito 020407 RESUMO O presente trabalho busca desenvolver uma metodologia generalizada de fácil aplicação para pré dimensionamento de dispositivos de controle pluvial na fonte a partir da proposição de fórmulas explícitas e gerais Uma solução explícita de prédimensionamento hidrológico é apresentada aplicável a grande parte dos dispositivos de controle na fonte que possuem alguma capacidade de armazenamento incluindo pavimentos permeáveis dispositivos de infiltração trincheiras poços e valas e bacias de detenção e retenção A chuva de projeto é obtida de uma equação IDF com a formula ção de Talbot o método racional fornece as vazões de entrada e os volumes de saída nominais dos dispositivos por infiltra ção no solo ou lançamento na rede pluvial obedecem a taxas máximas constantes Com estas simplificações as equações de balanço são construídas para fornecer explicitamente dimensões de projeto das estruturas de controle pluvial na fonte Palavraschave controle pluvial na fonte prédimensionamento hidrológico dispositivos de infiltração dispositivos de ar mazenamento INTRODUÇÃO A prática de projeto de obras pluviais de pequeno porte exige métodos simples e confiáveis de dimensionamento para não tornar complexo um estudo de alternativas que muitas vezes pode en volver um arranjo com diversos dispositivos ou me didas de controle na fonte pavimentos permeáveis trincheiras de infiltração bacias de detenção entre outros doravante chamadas de MCs Uma impor tante componente destes métodos é o pré dimensionamento hidrológico entendido aqui co mo a etapa que associa uma chuva de projeto a um balanço hídrico simplificado com vistas ao cálculo de volumes de armazenamento necessários e em conseqüência das dimensões mínimas dos dispositi vos de controle na fonte Ao prédimensionamento hidrológico devem superporse outras exigências como as requeridas por exemplo pelo dimensio namento estrutural Assim as soluções obtidas não devem ser utilizadas para dimensionamentos defini tivos sem um julgamento adequado por parte do projetista O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para o prédimensionamento hidroló gico de MCs a partir de fórmulas explícitas e gerais onde os parâmetros podem ser adaptados localmen te em função de características da chuva e do solo MÉTODO DA CURVA ENVELOPE O método da curva envelope ou método das chuvas é bastante utilizado no dimensionamen to expedito de bacias de detenção DAEECETESB 1980 Por esse método a curva de massa no tem po dos volumes afluentes ao dispositivo é compara da com a curva de massa dos volumes dele efluentes e a máxima diferença entre as duas curvas é o volu me de dimensionamento O método pode ser adap tado para qualquer MC com algum volume de arma zenamento Para efeito de cálculo os volumes podem ser expressos em lâminas de água equivalentes sobre a área em planta do dispositivo A curva afluente é dada pela curva HDF alturaduraçãofrequência das chuvas afetada por coeficientes de escoamento e de relação de áreas enquanto que a curva efluente normalmente é uma reta pois admitese por simpli cidade uma vazão de saída constante do dispositivo Definemse inicialmente as seguintes variáveis de massa função do tempo Metodologia Generalizada para PréDimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial na Fonte 158 HE lâmina dágua de entrada acumulada medida sobre a área em planta da MC HS lâmina dágua de saída acumulada também medida sobre a área em planta da MC A função HE é construída pela IDF multipli cada pelo tempo o que vem a ser uma HDF e por fatores de escoamento e relações de área A expressão de Talbot permite solução ex plícita do volume máximo conforme mostrado adi ante Partese portanto de relações IDF com a ex pressão geral análoga à de Talbot Azzout et al 1994 c t aT i b 1 onde i intensidade da chuva mmh1 T período de retorno anos t duração da chuva min a b c são os parâmetros da equação Desta forma a expressão de HE em mm fica 60 t c t aT H b E β 2 onde β é produto do coeficiente de escoamento pela razão entre a área contribuinte e a área do dispositivo A função HS em mm é obtida pela multi plicação pelo tempo da vazão de saída constante conforme segue 60 t H q H s S γ 3 onde qs vazão de saída constante do dispositivo mmh1 γ razão entre a área de percolação e volume do dispositivo mm1 H profundidade média do volume de acumulação do dispositivo mm t duração da chuva min CONVERSÃO PARA UMA IDF DO TIPO TALBOT A expressão de Talbot para a IDF não é muito comum no Brasil onde predomina a equação potencial n m d t kT i 4 A partir de simulações numéricas as seguin tes expressões de conversão puderam ser estabeleci das 1 13 0 26 0 68 exp 0 06 d n k a b m 0 89 2 28 1 32 d n c Elas valem como uma primeira aproximação para um caso específico sendo provavelmente ne cessário aplicar um coeficiente de ajuste adicional ao coeficiente a Como exemplo utilizamos uma IDF estabe lecida para Porto Alegre Bemfica et al 2000 85 0 171 0 6 11 9 1297 t T i 5 Os valores dos parâmetros para uma expres são do tipo de Talbot obtidos a partir das expres sões anteriores são a 2395 4 b 0 171 c 16 9 Comparandose as intensidades de chuva de ambas IDF verificouse neste caso de Porto Alegre que o coeficiente a deveria ser ainda majorado com 109 Assim a versão Talbot final da IDF acima passa a ser 16 9 2611 171 0 t T i 6 Evidentemente há outras formas de estabe lecer direta ou indiretamente IDFs Talbot necessá rias ao método mas isto não será tratado aqui EXPRESSÃO DO VOLUME MÁXIMO O volume máximo ou de dimensionamento equivalente à lâmina dágua armazenável é obtido através da maximização da diferença entre HE e HS no tempo 0 t H H t V S E 7 RBRH Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 12 n2 AbrJun 2007 157168 159 Utilizandose as expressões anteriores ob témse 0 1 S b H q c t t c t aT γ β 8 Desenvolvendose fica 0 2 S b H q c t caT γ β 9 Explicitando o tempo temse c H q c a T t S b γ β 10 Este é o tempo da máxima diferença de vo lumes ou seja o tempo através do qual podese calcular o volume de dimensionamento ou volume máximo Esse volume Vmax em mm fica expresso por 2 2 max 60 60 S b q H c T a V γ β 11 A partir desta expressão geral podemse ob ter os parâmetros de dimensionamento para dife rentes MCs A tabela 1 apresenta as MCs analisadas neste trabalho e as respectivas equações de pré dimensionamento obtidas conforme demonstrado nos próximos itens PRINCÍPIOS BÁSICOS PARA O PRÉDIMENSIONAMENTO Considerase somente o aspecto quantitativo de retenção eou redução do escoamento superfici al sem abordar controle de poluição Não serão analisados também aspectos relevantes de localiza ção incluindo condições de solo suporte Admitese que as MCs de infiltração pavi mentos porosos microrreservatórios infiltrantes e trincheiras valas poços e bacias de infiltração promovem infiltração no solo de todo o excesso pluvial a elas destinado portanto as áreas por elas controladas terão escoamento superficial nulo para o período de retorno de projeto As MCs de armazenamento sem infiltração no solo incluindo bacias de detenção e retenção com leitos considerados impermeáveis serão di mensionadas por sua vez para liberar o escoamento máximo equivalente a uma vazão de restrição em ls por hectare portanto as áreas por ela controladas terão escoamento superficial de projeto igual a essa vazão de restrição para o período de retorno de projeto Por fim as MCs de armazenamento com in filtração no solo bacias de detenção e retenção com leitos considerados permeáveis serão dimensiona das para liberar o escoamento máximo equivalente à referida vazão de restrição sendo a infiltração no solo usada para diminuir as dimensões da MC por tanto mesmo com esta infiltração as áreas por ela controladas terão escoamento superficial de projeto igual à vazão de restrição para o período de retorno de projeto Em resumo na análise do escoamento ge rado por um empreendimento onde há áreas con troladas por MCs e áreas não controladas é preciso verificar se o conjunto do empreendimento gera no máximo a vazão de restrição local Pode haver áreas não controladas que gerem mais do que a vazão de restrição mas isto deve ser contrabalançado pelas áreas controladas pelas MCs Pavimento Permeável O pavimento permeável é admitido aqui como tendo uma camada suporte porosa geralmen te brita abaixo do pavimento revestimento pro priamente dito O que é prédimensionado é a es pessura dessa camada reservatório Para o pavimento permeável temse a área de percolação coincidente com a área do dispositivo em planta Deste modo H 1 γ Logo 2 2 max 60 60 S b q c T a V β 12 A partir de Vmax o cálculo da espessura da camada reservatório do pavimento é obtido facil mente por η H Vmax 13 onde η é a porosidade do material de enchimento da camada porosa Metodologia Generalizada para PréDimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial na Fonte 160 Tabela 1 Equações de prédimensionamento de dispositivos de controle pluvial na fonte Dispositivo Representação esquemática Fórmulas para prédimensionamento Pavimento permeável η H Vmax 2 2 max 60 60 S b q c T a V β Trincheira de Infiltração 2 2 2 2 1 k k k H η η S b q c k T a k γ β 60 60 2 2 1 L B A C β B 2 LB γ 2L Vala de Infiltração 2 2 max 60 60 S b q c T a V H β L B A C β Poço de Infiltração 2 2 2 2 1 k k k H η η S b q c k T a k γ β 60 60 2 2 1 D γ 4 2 4 D A C π β Micror reservatório 2 2 max 60 60 S b q H c T a V γ β L B A C β Infiltrante 2 2 2 2 1 k k k H η η S b q c k T a k γ β 60 60 2 2 1 B L B L 2 γ Estanque H Vmax H 1 γ Bacia de Detenção 2 2 max 60 60 S b q c CT a V H sat pre S K q q α Leito impermeável pre S q q Bacia de infiltração sat S K q α Vmax volume de dimensionamento mm T período de retorno anos a b c parâmetros da equação IDF de Talbot qs vazão de saída constante do dispositivo mmh1 A área contribuinte ao dispositivo m2 C coeficiente de escoamento da área de contribuição L B D dimensões do dispositivo m η porosidade do material de enchimento do dispositivo H profund média do volume de acumulação do dispositivo mm γ razão entre área de percolação e volume do dispositivo mm1 β produto do coef de escoam pela razão entre a área contribuinte e a área do dispositivo Ksat condutividade hidráulica saturada do solo mmh1 α coeficiente redutor devido à colmatação qpre vazão de restrição ou de prédesenvolvimento mmh1 RBRH Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 12 n2 AbrJun 2007 157168 161 Trincheira de Infiltração É uma MC linear de infiltração com volume de reservação em material poroso geralmente de brita Uma trincheira de infiltração é um dispositi vo de controle de escoamento gerado em pequenas áreas contribuintes É um dispositivo linear que colocase bem na borda ou num canteiro interno da área contribuinte A trincheira é dimensionada para infiltrar toda a água de escoamento superficial da área contribuinte com determinado período de retorno Podese fixar seu comprimento com base no traçado arquitetônico por exemplo comprimento coincidente com a largura de um estacionamento A largura da trincheira por sua vez não deve ser muito estreita de modo que dificulte sua própria execução nem muito larga para não exigir muito espaço no terreno larguras de 80 cm a 1 m são normalmente utilizadas Fixandose o comprimento e a largura a profundidade da trincheira é definida basicamente pelo dimensionamento da profundida de de brita O que se procura é o cálculo da profun didade da trincheira ou seja o valor de H Admitese que já estão definidos o compri mento L e a largura B da trincheira Portanto a área de captação do dispositivo é BL Assim é possível calcular β que é adimensional como L B A C β 14 onde A área contribuinte à trincheira C coeficiente de escoamento da área de contribui ção B largura da trincheira L comprimento da trincheira A área de percolação ou seja de passagem da água da trincheira para o solo corresponde à área das paredes laterais a área de fundo não é considerada pois admitese colmatação rápida Desta forma temse B 2 LB γ 2L 15 sendo B em mm A expressão de γ independente de H in troduzida na de Vmax estabelece uma equação do tipo 2 2 1 H k k H η 16 onde ηH Vmax 17 S b q c k T a k γ β 60 60 2 2 1 18 sendo η a porosidade do material de enchimento da trincheira A solução para a profundidade H da trin cheira em mm é 2 2 2 2 1 k k k H η η 19 Vala de Infiltração É também uma MC linear de infiltração mas seu volume de armazenamento temporário antes da infiltração ocorre a céu aberto A vala de infiltração também é dimensionada para eliminar por infiltra ção todo o escoamento superficial da sua área con tribuinte para o período de retorno adotado O prédimensionamento de uma vala de in filtração pode ser simplesmente volumétrico por metro linear de comprimento de vala Esse volume é redistribuído transversalmente em função da geo metria da seção adotada O prédimensionamento pode então base arse no cálculo da profundidade média de armazenamento máximo na vala de infiltração Considerase como superfície de infiltração a superfície em planta largura multiplicada pelo comprimento Admitese conhecidos o comprimento L e a largura B do espelho dágua Como a área do dispositivo é igual à superfí cie de infiltração temse H 1 γ Logo usase a mesma equação de Vmax apre sentada o para o pavimento permeável equação 12 A expressão de β é por sua vez análoga à da trincheira equação 14 apenas considerando B largura da vala Metodologia Generalizada para PréDimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial na Fonte 162 L comprimento da vala Após o cálculo de Vmax em mm fazse H Vmax 20 onde H é a profundidade média em cm do volume máximo acumulado na vala Esta profundidade H deve ser compatibilizada com a forma da seção transversal da vala Poço de Infiltração É uma MC de infiltração pontual que usa as superfícies laterais do cilindro escavado para elimi nar por infiltração todo o escoamento superficial da sua área contribuinte para o período de retorno adotado Um poço de infiltração é uma medida de controle de escoamento superficial de pequenas áreas contribuintes Uma alternativa de dimensionamento é fi xar o diâmetro D do poço e determinar sua profun didade H A vazão de saída de projeto por metro linear de poço é dada pela capacidade de absorção do solo multiplicada pela área interna do poço O valor de γ para o poço é dado por D D D 4 4 2 π π γ 21 sendo D em mm O valor de β é dado por 2 4 D A C π β 22 onde A área contribuinte ao poço C coeficiente de escoamento ponderado da área contribuinte D diâmetro do poço A expressão de γ independente de H in troduzida na de Vmax estabelece o mesmo equacio namento da trincheira de infiltração para H equa ções 16 a 19 só que com H significando a profun didade do poço A profundidade H referese apenas ao hori zonte permeável A profundidade real do poço pode ser maior pela presença de camada superficial im permeável Microrreservatório O prédimensionamento de um microrre servatório depende se ele é estanque ou poroso de infiltração No caso do microrreservatório estanque o prédimensionamento estima o volume de reserva ção necessário Usase a fórmula geral de Vmax dada pela equação 11 Evidentemente os dispositivos de saída ori fícios ou condutos devem ser dimensionados hi draulicamente para esgotar o equivalente à vazão de restrição No caso de microrreservatório poroso ele pode ser dimensionado fixandose primeiramente seu comprimento e largura em planta com base no espaço disponível no lote A localização deve ser feita a cerca de 3 m de qualquer edificação impor tante no lote O que se procura é calcular a profun didade do dispositivo o que equivale ao dimensio namento da profundidade de brita Neste caso as fórmulas de dimensionamen to são análogas às da trincheira de infiltração O que muda é a consideração da infiltração pelas quatro paredes verticais do microrreservatório desprezan dose apenas o fundo como área de infiltração As sim em relação à trincheira de infiltração a expres são de β não muda equação 14 considerando B largura do microrreservatório L comprimento do microrreservatório Entretanto a expressão de γ é peculiar ao micro reservatório infiltrante B L B L 2 γ 23 sendo L e B expressos na unidade de mm A capacidade de infiltração como em outras MCs é elemento básico de projeto É preciso calcu lar qs a vazão que percola pelas paredes do micror reservatório Esta vazão é dada pelo produto da condutividade hidráulica saturada Ksat do solo por um coeficiente redutor α devido à colmatação Para microrreservatórios valores recomen dados de α situamse entre 01 e 05 É recomendá vel que o solo tenha Ksat da ordem de 15 a 60 mmh1 O prédimensionamento propriamente dito é então realizado pela mesmo equacionamento da trincheira de infiltração sendo que H é a profun didade requerida pelo microrreservatório infiltran te RBRH Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 12 n2 AbrJun 2007 157168 163 A profundidade total do dispositivo é a pro funfidade H somada às das camadas de fundo filtro de areia se houver e de superfície recobrimento A estrutura com membrana geotêxtil permeável isolando a brita do solo é semelhante à da trinchei ra de infiltração Bacia de Detenção A bacia de detenção também conhecida como bacia seca tem aplicação em espaços abertos de condomínios privados ou espaços públicos par ques e praças Isto corresponde a um uso que pode ser chamado de aplicação em loteamento ou offline Tucci e Genz 1995 Outra aplicação corresponde à sua implan tação diretamente no leito de arroios da macrodrenagem da cidade o que implica em um porte maior Silveira et al 2001 No âmbito dos loteamentos a bacia de de tenção visa resolver ou prevenir problemas de gera ção de escoamento superficial restritos a estes mesmo que alivie a macrodrenagem a jusante Bacias de detenção no leito dos arroios vi sam normalmente resolver problemas globais da bacia dentro de um planejamento da bacia como um todo Portanto podem exigir estudos de simula ção hidráulicohidrológica mais amplos mesmo em nível de prédimensionamento em relação a uma bacia de detenção em loteamento O prédimensionamento da bacia de deten ção pode ser feito por uma variante da equação 12 onde β C significando nesse caso que Vmax é o volume a reservar em equivalente de lâmina sobre toda bacia contribuinte 2 2 max 60 60 S b q c CT a V 27 onde V volume de acumulação em mm C coeficiente de escoamento T período de retorno em anos qs vazão de saída em mmh1 O resultado de Vmax é em mm mas basta multiplicar por 10 para se obter o equivalente em m3ha Obtido o volume por unidade de área de bacia hidrográfica podese estimar com as informa ções topográficas e de área da bacia hidrográfica a área inundada e o volume absoluto necessário Há basicamente três possibilidades de pré dimensionamento Bacia de detenção com leito impermeável esgotamento por tubulação Bacia de detenção com leito permeável e esgotamento por infiltração bacia de infiltração Bacia de detenção com leito permeável e esgotamento simultâneo por infiltração no solo e por tubulação bacia de deten çãoinfiltração Para a bacia de detenção com leito imper meável ou com leito considerado impermeável é conveniente dimensionar o tubo de saída com a vazão de saída qs igual à vazão de restrição ou de prédesenvolvimento qpre pre S q q Para uma bacia preferencialmente de in filtração a capacidade de infiltração do solo co manda o esgotamento da água Assim a vazão de saída qs é a exemplo das MCs de infiltração vistas antes dada pelo produto de da condutividade hi dráulica saturada Ksat mmh1 do solo com um coe ficiente redutor α devido à colmatação sat S K q α A condutividade hidráulica saturada deve ser determinada através de ensaios de infiltração Para bacias de infiltração valores recomendados de α situamse próximos a 05 Para a bacia de detenção com ajuda por in filtração bacia de detençãoinfiltração o valor de qs deve ser a soma da vazão de restrição ou pré desenvolvimento com a vazão de infiltração sat pre S K q q α É importante ressaltar que A bacia de detenção com leito considerado impermeável tem seu volume prédimensionado para liberar o escoamento máximo equivalente à vazão de prédesenvolvimento portanto a área por ela controlada terá seu escoamento superficial limi tado a esta vazão para o período de retorno consi derado A bacia de infiltração tem seu volume pré Metodologia Generalizada para PréDimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial na Fonte 164 dimensionado para infiltrar no solo todo o excesso pluvial a elas destinado portanto a área por ela controlada terá para o período de retorno conside rado escoamento superficial nulo A bacia de detençãoinfiltração tem seu vo lume prédimensionado para liberar o escoamento máximo equivalente à vazão de prédesenvol vimento portanto a área por ela controlada terá seu escoamento superficial limitado a esta vazão mas ao favorecer também a infiltração o volume armazena do será menor para o período de retorno conside rado Em qualquer das alternativas acima é preci so prever um descarregador de cheias com períodos de retorno maiores que o de projeto Bacia de Retenção A bacia de retenção é um lago com volume de espera para contenção de excessos pluviais A exemplo da bacia seca tem aplicação em espaços abertos de condomínios privados ou espaços públi cos O prédimensionamento da bacia de reten ção pode ser realizada com a mesma formulação da bacia seca estanque pois não se admite saída por infiltração apenas por vertimento O volume calculado é adicionado ao volume correspondente ao nível dágua mínimo perene projetado para a bacia de retenção Exemplos de Aplicação A seguir são apresentados exemplos numé ricos de aplicação da metodologia descrita visando demonstrar o bom emprego das expressões bem como verificar o grau de facilidade dos cálculos necessários Exemplo 1 Pavimento Permeável Considerese um empreendimento implantado em Porto Alegre sobre uma área total de 12000 m2 12 hectares que vai ocupar 2000 m2 com edificações reservar 4000 m2 para estacionamento pavimentado e preservar 6000 m2 como área verde com bosque Admitase que a vazão máxima que este empreen dimento pode produzir como escoamento superfici al destinado à rede pluvial pública local seja 208 lsha E que a municipalidade exija que se avalie a situação para um período de retorno de 2 dois anos Se nenhum controle na fonte for realizado via de regra toda área edificada e de estacionamento constituem áreas com grande taxa de impermeabili zação Neste caso a vazão máxima pode ser calculada pelo método racional CiA Q 0 278 14 onde Q vazão máxima em m3s C coeficiente de escoamento médio superficial ponderado i máxima intensidade da precipitação em mmh A área da bacia contribuinte em km2 O tempo de concentração da área total do empreendimento sem controle na fonte foi avalia do em 15 minutos assim a intensidade de chuva correspondente pela equação 6 para T2 anos é 921 mmh O coeficiente de escoamento médio super ficial é ponderado entre as áreas de edificação esta cionamento e a área verde Para a área edificada que comporta alguns jardins internos definiuse um Cedif 080 Para o estacionamento impermeável considerouse Cpav 095 Para a área verde com bosque Cver 010 é adequado Assim o coeficiente de escoamento médio superficial ponderado fica em 050 Sabendose que a área total do empreendi mento é de 12000 m2 ou 0012 km2 o valor da vazão máxima é de s m Q 3 0 154 012 01 0 278 0 5092 Esta vazão equivale a 154 ls portanto mai or que a vazão máxima permitida de 208 lsha ou 25 ls Assim é preciso tomar alguma medida de controle na fonte para respeitar este limite A opção escolhida foi a de um pavimento permeável com revestimento de asfalto poroso e camada porosa reservatório de brita sobre solo suporte permeá vel para infiltração total da água da chuva com o período de retorno adotado de 2 anos Isto equivale a admitir como escoamento superficial no empre endimento apenas aquele gerado na área de bos que assim o coeficiente de escoamento médio su perficial ponderado para toda a área do empreen dimento resumese a C 010600012000 005 Com este C a nova vazão máxima gerada pe lo empreendimento será por efeito do pavimento permeável igual a RBRH Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 12 n2 AbrJun 2007 157168 165 s m Q 3 0 015 012 01 0 278 0 0592 Portanto o pavimento permeável propicia o atendimento da restrição de vazão já que 15 ls é menor que a vazão limite que é de 25 ls 208 lsha em 12 ha Notese que mantevese o mesmo tempo de concentração e portanto a mesma inten sidade de chuva mas evidentemente o tempo de concentração poderia ser reavaliado para a nova situação mas para uma fase de pré dimensionamento é aceitável o que foi feito Partese a seguir para o pré dimensionamento efetivo do pavimento permeável Há possibilidade de utilização de 50 da área de estacionamento como pavimento poroso boxes para os carros O prédimensionamento é feito com a e quação de β que exige o cálculo dos parâmetros abaixo pav pav A CA A β 26 Apav 2000 m2 área do pavimento permeável ou 50 da área de estacionamento A 4000 m2 área de edificação 2000 m2 mais 50 do estacionamento outros 2000 m2 com pavimento comum cujo escoamento deve ser absorvido pelo pavimento permeável No cálculo do coeficiente C de escoamento ponderado da área A acima considerouse o valor de 085 para a parcela edificada e de 095 para a parcela com pavimento comum chegando a um valor ponderado de 090 Com os valores acima obtémse o parâmetro β 28 O solo teve sua per meabilidade Ksat avaliada em 15 mmh mas por medida de precaução usouse um redutor α 01 colmatação para obtenção de qs que ficou com o valor de 15 mmh A equação de Vmax para Porto Alegre com base na equação 12 é 2 0 086 max 0 53 6 60 qS T V β 27 Com os valores de β28 e qs15 mmh sendo T2 anos obtémse mm V max 123 Usandose brita com permeabilidade η 035 a profundidade da camada porosa é mm H 351 0 35 123 Portanto 2000 m2 de pavimento permeável com camada porosa reservatório de 35 cm de brita com porosidade 035 propicia que o empreendi mento como um todo gere apenas 15 ls respeitan do o limite de 208 lsha ou 25 ls Para chuvas maiores que a chuva de projeto períodos de retorno maiores o pavimento perme ável naturalmente deve contar com dispositivos de deságue para um exutório um córrego ou uma rede pluvial do bairro por exemplo Exemplo 2 Trincheira de Infiltração Outro exemplo é o de uma trincheira de infiltração para drenar um trecho de rua com pavimento im permeável com 100 m de comprimento com 10 m de largura de pista em Porto Alegre A trincheira é colocada na lateral da rua e portanto seu compri mento também será de 100 m Definese também a priori a largura resumindo o dimensionamento no cálculo da profundidade do reservatório de brita No presente exemplo optouse por dimensionar uma trincheira com 080 m de largura para um pe ríodo de retorno de 2 anos O prédimensionamento iniciase com o cál culo de β que exige a definição dos parâmetros a baixo A 1000 m2 área da pista que é a área cujo escoa mento direcionado para a trincheira deve ser por ela controlado C 095 coeficiente de escoamento da área A aci ma ou seja da pista B 080 m largura da trincheira L 100 m comprimento da trincheira Calculandose obtémse β 11875 No cálculo de γ a largura B deve estar com a unidade de mm assim γ 2800 00025 mm1 O passo seguinte é a definição de qs que é o produto da permeabilidade Ksat do solo suporte avaliada por ensaio de campo em 36 mmh e de um fator redutor α por colmatação O projetista avaliando as condições locais achou razoável consi derar α 05 assim qs fica em 18 mmh Para a IDF considerada de Porto Alegre os fatores k1 e k2 são Metodologia Generalizada para PréDimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial na Fonte 166 0 086 1 6 60 T k β qS k 2 0 53 γ Portanto substituindose as variáveis pelos seus valores no problema obtémse 2414 6 60 11875 2 0 086 1 k 0 1124 0 0025 18 0 53 2 k A brita selecionada para execução da trin cheira tem porosidade η 038 desta forma o cálcu lo da espessura H da camada reservatório em cm pode finalmente completarse através da equação 19 e o resultado fornecido é 2 0 11242 38 0 0 38 2414 0 1124 10 1 H cm H 110 Como a trincheira de infiltração é dimensi onada para eliminar por infiltração todo o escoa mento superficial da sua área contribuinte para o período de retorno adotado na prática no contex to de uma área maior que deve respeitar a vazão limite local a trincheira elimina sua área contribuin te da avaliação do escoamento desta área maior Exemplo 3 Poço de Infiltração Considerese um poço de infiltração em Porto Ale gre para absorver o escoamento com dois anos de período de retorno gerado em uma praça com 500 m2 e parcela impermeabilizada de 40 O prédimensionamento é feito com a pré fixação do diâmetro D do poço e o cálculo subse quente de sua profundidade H de infiltração a infiltração pelo fundo é desconsiderada devido à possibilidade de colmatação A escolha do valor de D é arbitrária mas devese evitar poços muito pro fundos por questões de custo de escavação Se o poço resultante for raso ou seja com H pequeno em relação a D podese diminuir D e refazer os cálcu los Para o cálculo de H a exemplo de outros casos estimase β em primeiro lugar com base no seguinte Para A área contribuinte ao poço temse o valor de 500 m2 Para o coeficiente C de escoamento ponderado da área A acima considerouse o valor de 095 para a parcela impermeabilizada da praça 40 da área ou seja 200 m2 e 020 para a parcela com grama 60 da área ou seja 300 m2 0 50 500 0 20 300 0 95 200 C E para D iniciase com 30 m Com os valores acima obtémse o parâme tro β 3536 No cálculo de γ o diâmetro D deve estar com a unidade de mm assim γ 43000 000133 mm1 A seguir definese qs que é o produto da permeabilidade Ksat do solo suporte e de um fator redutor α devido à colmatação Admitase que um ensaio de campo indicou uma permeabilidade de 30 mmh e uma análise das condições locais permitiu usar α 025 Assim qs fica igual a 75 mmh Podese calcular agora os fatores k1 e k2 4166 6 60 3536 2 0 086 1 k 0 0529 57 0 00133 0 53 2 k Preenchendose o poço de infiltração com brita de porosidade η 030 o valor da altura H em cm é dado por 2 0 05292 30 0 0 30 4166 0 0529 10 1 H O resultado fornecido é cm H 481 Talvez esta profundidade seja excessiva as sim seria conveniente utilizar um diâmetro D 40 m e refazer os cálculos Abaixo estão os resultados dos parâmetros intermediários que se modificam e o novo valor de H β 1989 γ 0001 mm1 RBRH Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 12 n2 AbrJun 2007 157168 167 3124 6 60 1989 2 0 086 1 k 0 0459 57 0 001 0 53 2 k Deles resulta 2 0 04592 30 0 0 30 3124 0 0459 10 1 H cm H 277 Este valor é mais razoável pois o poço não fica nem muito raso nem muito profundo O impor tante é que a camada de solo na profundidade toda H tenha a permeabilidade Notese que o poço com D 40 m ocuparia uma área de 1257 m2 ou seja apenas 25 da área da praça com a vantagem de poder incorporarse paisagisticamente sem o sentimento de perda de espaço Exemplo 4 Bacia de Detenção Em uma área de 40 ha em Porto Alegre existe um núcleo urbano que abrange 25 ha e o restante é área coberta com vegetação Esta área é uma mi crobacia em cujo talvegue pretendese construir uma bacia de detenção de modo que toda área não produza uma vazão específica maior que 208 lsha ou seja um total de 083 m3s A municipa lidade exige que se avalie a situação considerando um período de retorno de 2 dois anos O primeiro passo é calcular a vazão máxima T 2 anos sem a bacia de detenção com o méto do racional Qmax 0278 C I A onde Qmax vazão máxima em m3s C coeficiente de escoamento médio superficial ponderado I intensidade da precipitação IDF em mmh A área da bacia contribuinte em km2 O tempo de concentração da área foi avali ado em 30 minutos assim a intensidade de chuva correspondente pela equação 6 para T2 anos é I 627 mmh O coeficiente de escoamento médio super ficial é ponderado entre as áreas de urbanização e área verde Para a área urbanizada que é uma mes cla de superfícies impermeáveis edificações ruas pavimentadas e permeáveis jardins canteiros gra mados uma avaliação criteriosa chegou a um coeficiente de escoamento urbano de Curb 085 devido à predominância das áreas impermeáveis Para a área verde estimouse Cver 015 como adequado Assim o coeficiente de escoamento médio superficial ponderado calculase como C 085250151540 059 Sabendose que a área total do empreendi mento é de 40 ha ou 04 km2 o valor da vazão má xima é de Qmax 027805962704 411 m3s Esta vazão é maior que a vazão máxima permitida de 083 m3s acima calculada portanto a bacia de detenção é realmente necessária Este valor de vazão de restrição equivale a 75 mmh que corresponde aos 208 lsha Para Porto Alegre a equação 27 tornase 2 0 086 max 0 53 6 60 qS CT V No caso de uma bacia de detenção com lei to impermeável temse qs 75 mmh logo Vmax 1544 mm ou seja 1544 m3ha ou um total de 6176 m3 Uma avaliação local concluiu que o solo possui Ksat 36 mmh assim uma alternativa seria a bacia de infiltração Considerando um fator redutor por colmatação fixado em α 05 teríamos qs 180 mmh portanto superior à restrição Pela e quação acima chegarseia a Vmax 981 mm ou seja 981 m3ha ou um total de 3925 m3 Uma alternativa que poderia ser avaliada é propor uma bacia mista de detenção e infiltração para reduzir ainda mais a necessidade de reservação pois escoaria para o sistema pluvial a vazão de restri ção mas haveria outra saída somada por infiltração Neste caso o valor de qs é dado por h mm qS 25 5 18 0 57 Com a equação 27 e os parâmetros de Porto Alegre chegase a Vmax 731 mm ou seja 731 m3ha ou um total de 2926 m3 Metodologia Generalizada para PréDimensionamento de Dispositivos de Controle Pluvial na Fonte 168 Com os dados do presente exemplo pré dimensionar uma bacia de detençãoinfiltração necessitaria menos da metade do volume avaliado para uma bacia de detenção estanque CONCLUSÃO No presente trabalho é demonstrado que é possível estabelecer equações explícitas para pré dimensionamento hidrológico facilitado de disposi tivos de controle pluvial na fonte adaptandose a IDF de uma localidade para o formato da IDF de Talbot As equações de prédimensionamento estão generalizadas para qualquer localidade desde que se disponha de parâmetros locais de chuvas intensas IDF tipo Talbot solo condutividade hidráulica saturada e condições limitantes de vazão vazão de préocupação ou de restrição As limitações são aquelas inerentes ao método da curva envelope destacandose a simplificação de uma vazão de saída constante independente do volume armazenado no dispositivo Os equacionamentos obtidos abrangeram seguintes dispositivos de controle pluvial na fonte pavimento permeável trincheira de infiltração vala de infiltração poço de infiltração micro reservatório estanque microreservatório infiltrante bacia de detenção bacia de infiltração e bacia de retenção Foram apresentados exemplos numéricos com os quais podese verificar o grau de facilidade dos cálculos AGRADECIMENTOS Os dois autores agradecem o apoio obtido através de bolsas de produtividade do CNPq além do apoio dos projetos REHIDRO e CTHIDRO da FINEP e do PRONEX MCTMEC todos eles de senvolvidos no IPHUFRGS Agradecem também ao bolsista de Mestrado do CNPq Fernando Dornel les pela confecção das figuras e apoio na elaboração da Tabela 1 REFERÊNCIAS AZZOUT Y BARRAUD S CRES FN ALFAKIH E 1994 Techniques Alternatives en Assainissement Pluvial Choix Conception Réalisation et Entretien LCPC INSA Lyon Certu Agences de lEau Lavoisier Technique et Documentation Paris BEMFICA D C GOLDENFUM JA SILVEIRA ALL 2000 Verificação da Aplicabilidade de Padrões de Chuva de Projeto a Porto Alegre Revista Brasileira de Re cursos Hídricos Vol 5 N4 outdez pp 516 DAEECETESB 1980 Drenagem Urbana Manual de Projeto Departamento de Águas e Energia Elétrica e Com panhia de Tecnologia de Saneamento São Paulo TUCCI C E M GENZ F 1995 Controle do Impacto da Urbanização In Tucci CEM Porto RL Barros MT org 1995 Drenagem Urbana Editora da Uni versidade ABRH SILVEIRA A L L GOLDENFUM JA FENDRICH R 2001 Urban drainage control measures In Urban drainage in humid tropics Paris Unesco 2001 p125156 General Methodology To Design Runoff Source Con trol Devices ABSTRACT This paper intends to develop a generalized easy touse method to design runoff source control devices using generalized explicit formulations An explicit hydrological design solution is presented applicable to most of the source control devices presenting storage capacity including per vious pavements infiltration devices trenches wells and ditches and retention basins The design rainfall is ob tained using a Talbot formulation IDF curve The rational method provides the input flow and the nominal output volumes of the devices are given by maximum constant rates The balance equations are built according to these simplifications in order to explicitly establish design di mensions for runoff source control structures Keywords runoff source control hydrological design infil tration devices storage devices