Analise Nutricional e Fisico-Quimica de Variedades de Sementes de Feijao-Alfarroba Parkia Biglobossa da Nigeria

KLS HIDROLOGIA E DRENAGEM Hidrologia e drenagem African Journal of Food Science wwwacademicjournalsorgajfs ISSN 19960794 2019 Academic Journals Full Length Research Paper Nutritional and physicochemical quality of six locust bean Parkia biglobossa seed varieties of Delta State Nigeria Nwakpa Vivian Chiemela1 Oko Tokunbo Esther1 and Ijoma Gilbert Chinecherem2 1 Department of Food Science and Technology Delta State Polytechnic OtefeOghara Delta State Nigeria 2 Department of Food Science and Technology University of Nigeria Nsukka Enugu State Nigeria Received 6 November 2018 Accepted 26 November 2018 Nutritional and physicochemical quality of six locust bean seed varieties processed from Delta State Nigeria were studied The locust bean varieties were identified and separated into Seed coat black Seed coat brown Brownwhite Blackwhite with dots partially brownwhite and brownblack and were boiled and fermented The results showed that different varieties had different proximate composition as follows Moisture 1156 to 1321 Ash 304 to 358 fat 363 to 403 protein 2913 to 3323 fibre 052 to 185 carbohydrate 4766 to 5225 calcium 2152 to 2652 mg100 g and phosphorus 2044 to 2612 mg100 g The sensory analyses showed that the seed coat black fermented locust bean variety had the best flavour 703 colour 742 and overall acceptability 758 as against the least in partially brown and white variety while the seed coat brown fermented locust bean variety had the best taste 622 The pH ranged from 487 to 529 while titratable acidity ranged from 036 to 042 in the different varieties The standard identity test revealed the various product varieties exhibited good nitrogen content showed no sign of deterioration and contained no carotenoid Based on the results obtained the seed coat black variety was adjudged the best and could be used in place of the brown variety Key words Locust bean varieties proximate composition nutritional quality pH INTRODUCTION Locust bean Parkia biglobossa seed is one of the most important legumes found in Nigeria used widely as flavoring food condiment in Nigerian foods such as soups and stews and it acts as food supplement during dry season It serves as a rich source of vitamins minerals proteins and carbohydrates Omosuli et al 2017 The plant Parkia biglobossa belongs to the family Fabaceae and is widely distributed in the lowlands of West Africa with its cultivation and use mostly in Nigeria Niger Senegal Ivory Coast Ghana and other West African countries Wang et al 2002 Previous studies have shown that fermented locust bean contains BASF Bacillus subtilis A2B976 which delays the inhibition of spoilage bacteria Aruna et al 2011 Bamidele et al 2013 This study was to ascertain the nutritional and physicochemical quality as well as the standard identity of the six varieties of locust bean seeds as a means of providing valuable information to food industries and consumers MATERIALS AND METHODS Sources of raw materials Fermented locust bean seeds were obtained from randomly selected markets in the Delta State Nigeria Sample preparation Six different varieties of locust bean seeds were sorted out by colour seed coat into seed coat black seed coat brown brown and white black and white dots partially brown and white and brown and black dot varieties The samples were dried and dehulled their locust beans were boiled and fermented for 72 h under the same condition Proximate analysis The chemical composition of fermented locust bean seeds such as moisture crude fat crude fibre total ash content and crude protein were determined using the official methods of AOAC 2005 Carbohydrate was calculated by difference AOAC 2005 Calcium and phosphorus were analysed following AOAC 2005 methods Physicochemical analysis pH and titratable acidity TA of the locust bean seeds were analysed using AOAC 2005 Sensory analysis Ten panelists from department of Food Science and Technology Delta State Polytechnic OtefeOghara rated the colour taste flavor and overall acceptability of each variety using a 9point hedonic scale Standard identity tests The identity tests for fermented locust beans were carried out using the official methods of AOAC 2005 Statistical analysis Data were analysed using the oneway analysis of variance ANOVA with Duncan multiple range test using SPSS software 2009 Significant level was set at p 005 RESULTS Tables 1 and 2 show the proximate composition and mineral composition of the six varieties of fermented locust beans The moisture content of the fermented locust beans ranged from 1156 in seed coat brown variety to 1321 in blackwhite dots variety Protein content was highest in the seed coat black variety 3323 and lowest 2916 in partially brown and white variety The ash content was highest 358 in partially brown and white variety while brown and white variety had the least 304 The carbohydrate content was generally the highest component ranging from 4766 in partially brown and white variety to 5225 in blackwhite dots variety The fat content ranged from 403 in seed coat brown variety to 363 in partially brown and white variety The fibre content was generally low and ranged from 052 in seed coat brown variety to 185 in brown and white variety The calcium content was highest 2652 mg100g in the blackwhite dots variety and lowest 2152 mg100g in seed coat black variety phosphorus content was similarly highest 2612 mg100g in brown and black dots and lowest 2044 mg100g in the seed coat black variety Table 3 presents the physicochemical properties of fermented locust bean seeds The pH values ranged from 487 in partially brown and white variety to 529 in seed coat brown variety while the titratable acidity varied from 036 in brown and white variety to 042 in seed coat black variety Table 4 shows the sensory evaluation of the fermented locust bean seeds The seed coat black variety had the highest ratings for flavor 703 colour 742 and overall acceptability 758 while the seed coat brown variety had the highest taste rating 622 The partially brown and white variety had the lowest scores in flavor 500 and overall acceptability 476 The standard identity tests shown in Table 5 indicate that all varieties exhibited good nitrogen content and showed no sign of deterioration or presence of carotenoid DISCUSSION The results show variability in the proximate composition and mineral content of different locust bean seed varieties The high protein content in seed coat black variety is consistent with the nutritional profiles reported for Parkia biglobossa Obizoba 1998 The carbohydrate content being the highest proximate component agrees with the usual composition of legumes Onwuka 2005 The pH and titratable acidity values are within expected ranges for fermented products indicating proper fermentation Nwachukwu et al 2013 Sensory evaluation suggests seed coat black variety is more acceptable in taste and flavor which could influence consumer preference The standard identity test confirming good nitrogen content and no carotenoid presence indicates the products meet quality standards CONCLUSION The study concludes that seed coat black fermented locust bean variety has superior nutritional and sensory qualities among the six varieties studied and can be used as a substitute for the commonly used brown variety Further research on processing techniques could enhance the utilization of these varieties in food industry applications REFERENCES AOAC 2005 Official Methods of Analysis Association of Official Analytical Chemists 18th edn Benjamin Franklin Station Washington DC USA Aruna BTO Iyama HI Okereke CC Okonkwo R 2011 Microbiological assessment and characterization of fermented African locust bean seeds Parkia biglobossa from Southern Nigeria African Journal of Microbiology Research 5530535 Bamidele JO Omida OA Onovo D Ojokoh AA 2013 Microbial flora and sensory evaluation of traditionally fermented African locust bean Parkia biglobossa Journal of Food Science and Quality Management 112430 Nwachukwu IB Okafor UI Chukwu D 2013 Effect of fermentation time on the nutrient composition microbial load and sensory properties of locust bean Parkia biglobossa African Journal of Food Science and Technology 45122128 Obizoba IC 1998 The nutritional value of fermented and unfermented locust beans Parkia filicoidea Welw in human diets Plant Foods for Human Nutrition 522127 Onwuka GI 2005 Food Analysis and Instrumentation Theory and Practice Naphtali Prints Lagos Nigeria Omosuli AA Adeoti OO Bankole FA Obadina AO 2017 Nutritional and sensory quality of fermented locust bean and Parkia beans as condiment Nigerian Food Journal 3521623 Wang Q Lansky EP Huang MT Newmark HL 2002 Nutritional and medicinal value of Parkia biglobossa Journal of Medicinal Food 515962 Gustavo Henrique Tonelli Dutra de Almeida Letícia Santos Masini Luiz Ricardo Santos Malta Hidrologia e drenagem Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIP Almeida Gustavo Henrique Tonelli Dutra de ISBN 9788584828630 1 Hidrologia 2 Drenagem I Masini Letícia Santos II Malta Luiz Ricardo Santos CDD 55148 de Almeida Letícia Santos Masini Luiz Ricardo Santos Malta Londrina Editora e Distribuidora Educacional SA 2017 200 p A447h Hidrologia e drenagem Gustavo Henrique Tonelli Dutra 2017 por Editora e Distribuidora Educacional SA Todos os direitos reservados Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio eletrônico ou mecânico incluindo fotocópia gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação sem prévia autorização por escrito da Editora e Distribuidora Educacional SA Presidente Rodrigo Galindo VicePresidente Acadêmico de Graduação Mário Ghio Júnior Conselho Acadêmico Alberto S Santana Ana Lucia Jankovic Barduchi Camila Cardoso Rotella Cristiane Lisandra Danna Danielly Nunes Andrade Noé Emanuel Santana Grasiele Aparecida Lourenço Lidiane Cristina Vivaldini Olo Paulo Heraldo Costa do Valle Thatiane Cristina dos Santos de Carvalho Ribeiro Revisão Técnica Adriane Monteiro Fontana Barbara Nardi Melo João Carlos dos Santos Editoração Adilson Braga Fontes André Augusto de Andrade Ramos Cristiane Lisandra Danna Diogo Ribeiro Garcia Emanuel Santana Erick Silva Griep Lidiane Cristina Vivaldini Olo 2017 Editora e Distribuidora Educacional SA Avenida Paris 675 Parque Residencial João Piza CEP 86041100 Londrina PR email editoraeducacionalkrotoncombr Homepage httpwwwkrotoncombr Unidade 1 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica Seção 11 As relações da água e a engenharia civil Seção 12 Ciclo hidrológico Seção 13 Bacias hidrográficas e vazões de projeto 7 9 23 37 Sumário Unidade 2 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas Seção 21 Regime de cursos dágua previsão de enchentes Seção 22 Regularização de vazão e controle de estiagens Seção 23 Águas subterrâneas 57 59 71 87 Unidade 3 Sistemas de micro e macrodrenagem Seção 31 Microdrenagem conceitos gerais e introdução a dimensionamento Seção 32 Microdrenagem dimensionamento Seção 33 Macrodrenagem conceitos gerais 99 101 119 135 Unidade 4 Técnicas compensatórias em drenagem urbana Seção 41 Técnicas compensatórias em drenagem urbana conceitos gerais e introdução às medidas estruturais Seção 42 Técnicas compensatórias em drenagem urbana medidas estruturais Seção 43 Técnicas compensatórias em drenagem urbana medidas não estruturais 151 153 167 185 Home Science Direct Home About us Contact us Login Register Palavras do autor Prezado aluno este material que vai ser apresentado traz um estudo a respeito de Hidrologia e drenagem urbana O primeiro tema hidrologia é de grande importância entre outros tópicos pois aborda o entendimento de previsão de eventos extremos Neste caso mais especificamente será dada ênfase ao evento extremo referente às precipitações e vazões máximas visto que este é o mais empregado em drenagem urbana O segundo tema drenagem urbana é de fundamental interesse pois está associado ao conceito de saneamento ambiental que é crucial para se atingir o status de cidade sustentável Imagine uma cidade sem drenagem urbana abastecimento esgotamento ou sem controle de resíduos sólidos Seria quase uma cidade primitiva de convivência humana praticamente impossível Pense mais precisamente na drenagem urbana toda vez que chovesse haveria alagamentos enchentes inundações e enxurradas por todos os cantos Para o melhor entendimento da dimensão destes dois temas cada um deles foi subdividido em duas unidades perfazendo momentos de aprendizagem O primeiro tema que aborda mais a hidrográfica especificamente será a introdução aos estudos da hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica em que serão vistas as relações da água com a engenharia civil o conceito de ciclo hidrológico e o conceito de bacias hidrográficas e vazões de projeto O segundo aborda o sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas O terceiro aborda as questões específicas de micro e macrodrenagem e por fim o quarto apresenta as técnicas compensatórias em drenagem urbana Esperamos que fique claro para você que a drenagem urbana é basicamente uma associação de conceitos de hidrologia e hidráulica provavelmente vistos em outras disciplinas de seu curso colocados para resolver os problemas de transporte de águas pluviais em uma região urbana Nesta pequena introdução houve uma breve apresentação da importância da hidrologia e drenagem urbana do objetivo e da abordagem metodológica desta disciplina Desejamos a você boa sorte em seus estudos e que este traga muitos frutos em sua vida profissional futura African Journal of Food Science Open Access Download directory Home ajfs Submission Guidelines About Journal Current Issue Archives Archives Search Announcements Researchers Reviewers Purchase Contact us Publishing Ethics Editorial Board Vol 13 No 1 2019 Unidade 1 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica Caro aluno nesta unidade abordaremos os conceitos de hidrologia destacando sua aplicação na Engenharia Civil e sua importância para a sociedade Veremos também os componentes do ciclo hidrológico e os parâmetros necessários na elaboração de projetos visando a segurança das obras hidráulicas bem como os conceitos que definem as bacias hidrográficas aplicandoos na determinação da vazão de projeto em obras hidráulicas Para aplicar seus conhecimentos em hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica imagine que você foi chamado para um estágio na secretaria de obras de seu município no departamento de drenagem urbana O responsável técnico que irá supervisionálo é o Engenheiro Marcos Será uma excelente oportunidade de aprender sobre drenagem urbana microdrenagem e macrodrenagem Você deverá conhecer os elementos que compõe as obras hidráulicas e os fatores relacionados ao seu dimensionamento Em seguida estudará o ciclo hidrológico suas interações e a influência das chuvas nas obras de engenharia Para ter sucesso explore as formas de captação de dados específicos dos municípios que auxiliarão nos dimensionamentos Convite ao estudo 8 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 9 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Seção 11 As relações da água e a engenharia civil Prezado aluno aqui será apresentada uma visão geral de como as obras hidráulicas são influenciadas pelos comportamentos dos corpos hídricos superficiais e de como a qualidade da água de corpos hídricos superficiais afetam a vida do homem Abordaremos também a responsabilidade do engenheiro em melhorar a qualidade da água Para auxiliálo nesta empreitada será apresentada aqui uma situação hipotética na qual você foi chamado para um estágio na secretaria de obras de seu município Você deverá contribuir com o departamento de drenagem urbana aliás você sabia que geralmente todo município tem um secretário de obras e que conta com um departamento de drenagem urbana Ao chegar na secretaria você conversou com o responsável técnico que irá supervisionálo durante o estágio ele é o engenheiro Marcos Ele lhe explicou do que se tratava o serviço de forma geral Há diferentes trabalhos num departamento de drenagem de uma cidade dentre eles os trabalhos de microdrenagem e macrodrenagem urbana Num primeiro momento o engenheiro Marcos está trabalhando com alguns projetos de drenagem urbana e para um bom desenvolvimento desses projetos ele vai contar com a sua ajuda Marcos acredita que para você desenvolver um bom trabalho será necessário que amplie os seus conhecimentos e a intimidade com as obras ligadas à drenagem urbana Para tal ele pediu que você saia na região onde mora e comece a observar as estruturas ligadas à drenagem urbana tais como sarjetas sarjetões bocas de lobo entradas de poços de visita e canais Diálogo aberto 10 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 No grupo de águas superficiais se encontram as águas que escoam ou acumulam na superfície do solo como os rios riachos lagos lagoas pântanos As águas superficiais sempre foram uma necessidade indispensável para o desenvolvimento do homem As primeiras civilizações se estabeleceram em áreas próximas a rios Por exemplo o Egito ao redor do rio Nilo a Babilônia ao redor dos rios Tigre e Eufrates os hindus ao redor do rio Indo e do rio Ganges os romanos ao redor do rio Tibre etc Esses povos utilizavam a água para finalidades de abastecimento humano agricultura dessedentação animal e navegação sempre utilizando sua engenhosidade para conduzir a água para mais próximos deles De lá para cá para manter essa proximidade cada vez mais as cidades passaram a se desenvolver sempre que possível bem próximas a corpos hídricos que suprissem suas necessidades Contudo a proximidade de ocupação próxima a esses corpos hídricos passou a expor as populações às intempéries promovidas pela água pluvial como alagamentos enxurradas inundações e enchentes Essas intempéries são geralmente confundidas pela população mas são diferentes para o Instituto de Pesquisas Tecnológicas IPT BRASIL 2007 e para os setores da Defesa Civil Para eles a inundação representa o transbordamento das águas de um curso dágua atingindo a planície de inundação ou área de várzea Já as enchentes ou cheias são definidas pela elevação do nível dágua no canal de drenagem devido ao aumento da vazão atingindo a cota máxima do canal porém sem extravasar O alagamento por sua vez é um acúmulo momentâneo de águas em determinados locais por deficiência no sistema de drenagem microdrenagem conforme Figura 11 enquanto a enxurrada é o escoamento superficial concentrado e com alta energia de transporte que pode ou não estar associada a áreas de domínio dos processos fluviais Não pode faltar Fonte adaptada de http2bpblogspotcom9vj3Z6bgco4Tf45O4oz5IAAAAAAAAABEVYFDDqUcows1600enchente 252Cinunda25C325A725C325A3oealagamentojpg Acesso em 28 dez 2016 Figura 11 Diferença entre inundação enchente e alagamento INUNDAÇÃO ENCHENTE SITUAÇÃO NORMAL ALAGAMENTO 11 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Mas por que ocorrem enchentes e inundações Elas ocorrem porque muitas vezes o leito de um rio riacho córrego lago ou outro corpo hídrico superficial recebe uma quantidade muito grande de água que provém de um evento ou um conjunto de eventos chuvosos e esse corpo hídrico não tem a capacidade para suportar tal quantidade de água Muitas pessoas perdem as vidas e bens em áreas agrícolas e urbanas Por esse motivo muitos pesquisadores e profissionais em todo o mundo procuram meios para resolver esse problema que tanto aflige a humanidade sendo um desses meios as obras hidráulicas que procuram resolver tais problemas No município de São Paulo por exemplo para evitar as desastrosas perdas devido a enchentes do rio Tietê na zona urbana foi realizada uma série de intervenções com obras hidráulicas A Barragem da Penha localizada no rio Tietê na divisa entre São Paulo e Guarulhos a barragem de Ponte Nova e a barragem do rio Paraitinga ambas em Salesópolis a barragem do rio Biritiba no município de biritiba Mirim a barragem do rio Jundiaí no município de Mogi das Cruzes e a barragem do rio Taiaçupeba na divisa entre os municípios de Mogi das Cruzes e Suzano são exemplos de obras hidráulicas construídas em cabeceira que regulam a vazão do rio Tietê sendo a barragem da Penha a primeira construída para essa única finalidade Associada a essas barragens outra obra hidráulica foi a canalização do rio Tietê no trecho em que ele passa pela área urbana Figura 12 Fonte adaptada de httpwwwscielobrimgrevistasbnv11n3a20fig01jpg Acesso em 28 dez 2016 Figura 12 Obras hidráulicas realizadas para conter a vazão de cabeceira no trecho urbano do Rio Tietê no município de São Paulo reservatório Penha reservatótio Piratininga sentido do fluxo do rio trecho canalizado área urbana de São Paulo reservatório Taiçupeba reservatório Jundiai reservatório Biritiba Mirim reservatório Ponte Nova nascentes 12 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 As obras hidráulicas são realizadas para atender a uma determinada capacidade hidráulica por esse motivo as obras hidráulicas apresentam falhas Elas admitem um limite de vazão se esse limite for ultrapassado por um escoamento gerado por um evento ou por um conjunto de eventos chuvosos essas obras irão falhar provocando enchentes inundações alagamentos ou enxurradas O hidrólogo pode dizer que um determinado escoamento foi gerado por uma chuva de período de retorno de 500 anos Período de retorno é o tempo em média que um determinado evento pode ser igualado ou superado Esse conceito você ainda não aprendeu Em breve voltaremos a ele de forma mais detalhada Caso o tema não fique totalmente claro agora volte a esta seção quando o tema estiver sido mais esclarecido Considerando o que foi dito agora um engenheiro ao realizar uma obra hidráulica o faz para uma determinada chuva de projeto veremos mais sobre esse conceito na próxima seção ou seja ela é construída para não falhar até o nível daquela chuva Se ela for superada a obra falhará A Figura 13 mostra algumas considerações que o engenheiro tem ao determinar a chuva se ele optar por projetar a obra para resistir a uma chuva maior ele terá de gastar mais na execução de sua obra e terá menos risco de a obra falhar Basicamente ele está entre custos menores com maiores riscos ou custos maiores com menores riscos Algumas vezes a limitação técnica de projetar uma grande obra está nas ocupações no entorno por exemplo Fonte elaborada pelo autor Figura 13 Alternativas de escolha da chuva de projeto Chuva X gera escoamento Obra hidráulica Canal dimensionado chuva X Obra hidráulica Canal dimensionado para Y maior que X Chuva Y Chuva X escoamento muito maior que o anterior risco de falha CUSTO MUITO MAIOR 13 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 A escolha da chuva de projeto estará intimamente relacionada à vazão do projeto Podese dizer para uma mesma área de drenagem da bacia com as mesmas características de infiltração que a chuva de projeto será diretamente proporcional à vazão de projeto Algumas vezes o engenheiro opta por obras com custos menores e que reduzem os efeitos causados pela falha de uma obra mas com mais chances de falhar como sendo a opção mais adequada visto que ficar com um canal gigantesco e caro em um ponto pode descobrir outros pontos com problemas de enchente que por falta de dinheiro teriam que ficar sem obras Outra questão pertinente é a de que para garantir uma qualidade de vida para os seres humanos é necessário entre outras coisas que os rios apresentem uma boa situação em relação à qualidade da água Muitas das necessidades humanas dependem da qualidade das águas dos corpos hídricos que estão presentes em nossas cidades em nossas zonas rurais e em nosso cotidiano de uma forma geral Por muitos séculos os corpos hídricos foram responsáveis por afastar os dejetos humanos em conjunto com outras substâncias para longe Com o crescimento de agrupamentos humanos com a evolução intensa do uso de produtos para fertilizar os solos e com desenvolvimento industrial os recursos hídricos passaram cada vez mais a não conseguir diluir tanto material que aportava neles e a sua qualidade passou a decair De meados do século XIX e por quase todo o século XX a qualidade das águas pelo mundo inteiro caía em níveis alarmantes As condições chegaram a pontos inaceitáveis o que levou muitos países a combaterem os problemas de qualidade Mas cabe ressaltar que muitos países não saíram dessa condição até hoje Nos Estados Unidos por exemplo em meados do século XX o rio Cuyahoga que cruza o município de Cleveland no estado de Ohio chegou a pegar fogo diversas vezes porque se encontrava muito poluído Isso desencadeou fortes medidas de combate no país visando a melhoria da qualidade das águas Os Estados Unidos passaram a investir continuamente milhões de dólares para atingir as boas condições de qualidade hoje existentes nos recursos hídricos do país No Brasil muitos corpos hídricos viveram e vivem situações muito dramáticas em termos de qualidade da água Exemplos que são ícones desse fato são o rio Tietê e o rio Tamanduateí em São Paulo os rios Maracanã Acari e canal do Mangue no rio de Janeiro e os rios das Velhas e Arrudas em Belo Horizonte A maioria dos lagos e rios urbanos brasileiros apresentam qualidade muito baixa Alguns se encontram totalmente confinados em galerias subterrâneas para não serem percebidos 14 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Entre os problemas associados à qualidade de água ruim podem ser citados Aspecto paisagístico desagradável é muito desagradável ver um rio cruzando a cidade com um aspecto de esgoto e com águas de coloração negra Odor fétido muitas vezes os rios com qualidade ruim estão associados a problemas de odores desagradáveis que comprometem o bemestar na região Corpo hídrico indisponível para diversos usos da água problemas com abastecimento por exemplo Riscos à saúde das pessoas contato direto com suas águas em atividades de lazer contato com a água em eventos de cheias ou ainda em casos mais incomuns como o de Pirapora do Bom Jesus SP a poluição presente na água chegava a formar espumas que flutuavam no ar e atingiam as pessoas Doenças de vinculação hídrica estão mais ligadas a fenômenos de enchentes inundações alagamentos e enxurradas serão citadas a seguir Cabe lembrar que esses eventos são fontes de risco à vida humana Uma enxurrada por exemplo pode carregar facilmente uma pessoa e levála a óbito A leptospirose é uma das doenças mais associadas aos transtornos causados por uma inundação ou enchente Tratase de uma doença adquirida pelo contato com a urina de ratos O contato pode ocorrer quando as pessoas caminham pela água contaminada Outras doenças importantes são a hepatite infecciosa a febre tifoide e a cólera Geralmente todas essas doenças acometem as pessoas por ingestão de água e de alimentos contaminados o que é muito comum após eventos de cheias Além dessas doenças é importante mencionar as amebíases gastroenterites e verminoses As águas de cheias após voltarem ao seu curso normal podem deixar rastros de armazenamento de água parada Isso pode servir para a procriação dos mosquitos da dengue malária febre amarela etc Finalmente outro problema de saúde pública é a exposição das pessoas vítimas de enchentes em abrigos públicos Muitas vezes as condições nesses abrigos são tão inadequadas que inúmeras doenças são propagadas pelo agrupamento de muitas pessoas A Política Nacional de Recursos Hídricos instituída em 1997 pela Lei n 9433 com o objetivo de fazer utilização racional dos recursos instituiu instrumentos para facilitar a gestão dos recursos hídricos que são plano de bacia outorga de direito de uso enquadramento cobrança pelo uso da água a compensação a municípios e sistema de informações Todos os instrumentos têm efeitos interligados e afetam de certo modo a qualidade dos corpos hídricos Contudo o instrumento de enquadramento é o que tem como alvo direto a melhoria da qualidade da água O Conselho Nacional do Meio Ambiente Conama por meio da Resolução n 15 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 35705 e da sua complementação e atualização n 43011 apresenta enquadramento como o estabelecimento da meta ou objetivo de qualidade da água classe a ser obrigatoriamente alcançado ou mantido em um segmento de corpo de água de acordo com os usos preponderantes pretendidos ao longo do tempo Mas antes de prosseguirmos no assunto vejamos um pouco sobre os conceitos de enquadramento e classe Num processo de enquadramento partese de um rio com as condições de qualidade que existem atualmente rio que temos e se chega ao final num rio com a qualidade necessária para os usos que a sociedade deseja para aquele curso hídrico rio que queremos ter Em caso de não haver recursos financeiros a meta será atingir simplesmente as condições possíveis rumo ao rio que queremos ter nesse caso o rio que podemos ter Com relação às classes de acordo com o Conama 35705 e Conama 43011 a classe de qualidade é o conjunto de condições e padrões de qualidade de água necessários ao atendimento dos usos preponderantes atuais ou futuros esses usos serão apresentados adiante por exemplo a que a água se destina Para efetivar o enquadramento ou seja sair da condição atual para atingir a condição desejada pela sociedade será necessário um conjunto de medidas ou ações progressivas e obrigatórias necessárias ao atendimento das metas intermediárias e finais de qualidade de água estabelecidas para o enquadramento do corpo hídrico Conama 35705 e 43011 As águas doces de acordo com as Resoluções Conama 35705 e 43011 são classificadas em classe especial classe 1 classe 2 classe 3 e classe 4 de acordo com o uso desejado Para um melhor entendimento de qualidade da água é importante saber o que é parâmetro e padrão de qualidade De acordo com o Conama 35705 e 43011 padrão é o valor limite adotado como requisito normativo de um parâmetro de qualidade de água ou efluente Por sua vez parâmetro de qualidade da água são as substâncias ou outros indicadores representativos da qualidade da água Exemplificando Quando se diz que o limite de oxigênio dissolvido OD não é inferior a 6 mgL de O2 quer dizer que de acordo com o parâmetro analisado a concentração padrão de O2 dissolvido é 6 mgL 16 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Existem muitos parâmetros envolvidos em qualidade da água mais de 300 no total entre eles os diferentes metais pesados os diferentes compostos orgânicos inseticidas oxigênio dissolvido OD demanda bioquímica de oxigênio DBO demanda química de oxigênio DQO coliformes totais e termotolerantes família do nitrogênio e fósforo potencial hidrogeniônico pH turbidez etc Um exemplo de padrão retirado do Conama DBO 5 dias a 20C até 3 mg de O2L para classe 1 3 mgL para classe 2 10 mgL para classes 3 e 4 Devese considerar que essa concentração padrão deve ser obtida para uma determinada vazão denominada vazão de referência que é a vazão do corpo hídrico utilizada como base para o processo de gestão tendo em vista o uso múltiplo das águas e a necessária articulação das instâncias do Sistema Nacional de Meio Ambiente Sisnama e do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos SINGRH Reflita Os rios apresentam variações ao longo do ano como você já deve ter observado Quando chove por exemplo corre mais água Essa água traz mais poluentes com ela arrastados pela chuva mas ao mesmo tempo a água realiza uma diluição dos poluentes concentrados no rio E quando ocorre uma estiagem as concentrações de poluentes aumentam porque os lançamentos de água residuária e os poluentes se mantêm mas a vazão do rio diminui Para isso se definiu uma vazão de referência Parece lógico não Se não em qual período medir No período das chuvas ou no da estiagem Observe que a medição de qualidade não é feita somente quando ocorre essa vazão mas é adequada para essa vazão A Resolução Conama 43011 dispõe sobre as condições de lançamento de efluentes Nela se explicita quais são as condições e padrões de emissão adotados para o controle de lançamentos de efluentes em um corpo receptor Diferentemente do enquadramento que se preocupa com a qualidade da água no corpo hídrico de acordo com o que seus usuários desejam ou seja qual é a resposta do corpo hídrico para os diferentes tipos de lançamentos os padrões de emissão controlam as características permitidas para que os efluentes sejam lançados nos corpos hídricos De um modo geral os padrões de emissão apresentam a máxima concentração permitida em um efluente ou dão taxas de remoção necessárias para que esse esgoto seja adequado para lançamento num corpo hídrico 17 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Um exemplo pode ser visto para demanda bioquímica de oxigênio DBO 5 dias a 20C remoção mínima de 60 de DBO sendo que esse limite só poderá ser reduzido no caso de existência de estudo de autodepuração do corpo hídrico que comprove atendimento às metas do enquadramento do corpo receptor Pesquise mais Assista aos vídeos indicados Observe conceitos de enquadramento e de padrões de lançamento de efluentes Tente entender mais suas diferenças Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvf2Yj9NYID9w Acesso em 28 dez 2016 Assimile A água superficial está diretamente relacionada à história do homem Ao mesmo tempo que tem um papel fundamental para o desenvolvimento dos povos ela traz diversos problemas Assimile os conceitos de inundação enchente alagamento e enxurrada Reflita sobre que obras hidráulicas podem evitar ou reduzir os efeitos desses fenômenos Quando um engenheiro escolhe uma chuva de projeto ele define uma vazão de projeto e essa escolha poderá influenciar em muito no risco de falha e no custo da obra A perda da qualidade da água de um corpo hídrico traz inúmeros prejuízos para o homem sendo os relativos à saúde pública muito importantes Existem dois mecanismos que procuram promover a qualidade da água um que se preocupa com a qualidade do corpo receptor frente aos variados aportes de poluentes nele e que está ligado aos anseios de usuários do corpo hídrico para a qualidade dele e outro que controla a qualidade mínima requerida para um efluente para ele poder ser lançado num corpo hídrico 18 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Relembremos a nossa hipotética condição colocada no item Diálogo aberto Aqui estão algumas estruturas de drenagem que você pode ter observado facilmente em sua cidade A seguir serão vistos alguns itens comuns em cidades que contam com sistemas de drenagem Sarjetas são estruturas que funcionam como um canal que transporta o escoamento superficial de água em sua trajetória inicial a qual ocorre ainda na superfície lateral das vias públicas Você deve ter observado que elas podem ser de diferentes materiais como concreto ou paralelepípedo e quem nem todas apresentam a mesma dimensão Sarjetões são estruturas que funcionam como um canal que transporta o escoamento superficial no momento em que atravessa uma via Eles são relativamente parecidos com sarjetas mas seu formato é um pouco diferente Algumas vezes você pode encontrar sarjetões feitos inadequadamente como se fossem depressões no asfalto contudo apresentam a mesma função Pense que por sarjetas e sarjetões irá correr a água da chuva em seu escoamento inicial Bocas de lobo são estruturas que realizam a transferência da água que escoa das sarjetas para as galerias Elas podem ser de vários tipos como você deve ter reparado Existem aquelas com saída lateral as com grelhas as combinadas saída lateral e grelha as com grelhas metálicas e as com grelhas de concreto Você também pode ter visto que algumas vezes elas são isoladas outras duplas triplas ou quádruplas Poço de visita PV você viu esses tampões pela rua Eles permitem o acesso das pessoas responsáveis por realizar inspeções e limpeza nas galerias Pelos PVs correm as águas da chuva Geralmente em sua tampa está escrito Águas pluviais Eles têm furos diferindo dos PVs de esgoto e da rede elétrica Figura 14 Observe que as redes de distribuição de água de abastecimento não têm PVs porque tratase de um fluido limpo com baixo risco de entupimentos e que circula sobre pressão Bem agora que você sabe que esse tampão dá acesso a uma estrutura pesquise como seria o formato dela Sem medo de errar 19 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Canais transportam a água de um curso dágua podendo ser naturais ou artificiais Figuras 15 e 16 Fonte httpnoticiasr7comriodejaneirofotosriospoluidosdesaguamnabaiadeguanabarasem tratamento209510072html Acesso em 28 dez 2016 Figura 15 Rio natural Fonte adaptada de httpwwwebanatawcombrdrenagembocadelobohtm Acesso em 28 dez 2016 Figura 14 Tipos de tampões de poços de visita PVs Operário entrando no poço de vista da rede elétrica subterrânea Tampa de um poço de visita de rede de drenagem tem furos Tampa de um poço de visita de rede de esgoto não tem furos por causa dos gases do esgoto 20 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Fonte httpogloboglobocomriobairrosriosdatijucateraomonitoramentocontraenchentes11427424 Acesso em 28 dez 2016 Figura 16 Rio artificial canalizado e revestido Seguindo a linha de solicitação do item Diálogo aberto procure na sua cidade ou leia sobre algumas estruturas hidráulicas não tão comuns de serem observadas como as já vistas no item Sem medo de errar como escadas hidráulicas reservatórios de retenção e reservatórios ou lagos de detenção e tente imaginar como elas funcionam Escadas hidráulicas são estruturas hidráulicas que permitem que a água pluvial vença desníveis de terreno Figura 17 e que ao descer pela escada ocorra uma quebra de energia contida na água Avançando na prática Fonte httpwww2votorantimspgovbrsiteindexphpoptioncomcontentviewarticleid1273escadabarrafunda catid2catnoticiasprefItemid1 Acesso em 28 dez 2016 Figura 17 Escada hidráulica 21 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Reservatórios de detenção são reservatórios urbanos mantidos secos e têm seu espaço geralmente integrado à paisagem urbana promovendo o controle de cheias pela transferência de uma parcela da água que corre no canal rio para ele O reservatório libera a água em um momento mais adequado póschuva controlando assim o pico e volume de escoamento Figura 18 Reservatório de retenção são lagoas utilizadas como reservatórios que têm por finalidade a melhoria da qualidade das águas pluviais por isso são utilizadas lagoas aos pares sendo que uma delas é permanente e a outra é temporária Figura 18 Fonte httpwwwimapcuritibaprgovbrwpcontentuploads201403247drenagem20urbanamodulo2201 pdf Acesso em 28 dez 2016 Figura 18 Reservatórios de detenção e retenção 1 A qual fenômeno corresponde um acúmulo momentâneo de águas em determinados locais por deficiência no sistema de drenagem microdrenagem a Inundação b Enchente c Alagamento d Enxurrada e Desabamento Faça valer a pena 22 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 2 A chuva de projeto é diretamente proporcional à vazão de projeto Assinale a alternativa que melhor representa esta afirmação a Principalmente quando se trata de um projeto em local definido com áreas a montante e cobertura vegetal definida b Quando se trata de projetos diferentes em que há variação de áreas c Quando se trata de projetos diferentes em que há variação de áreas de cobertura de solo d A chuva de projeto não tem nenhuma relação com a vazão de projeto e Sempre independente de área e de cobertura do solo 3 As águas de cheias após voltarem ao seu curso normal podem deixar rastros de armazenamento de água parada Quais consequências a água parada pode causar a Procriação de ratos b Procriação de mosquitos vetores de doenças como malária e dengue c Doenças do coração d Brucelose e Reumatismo 23 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Seção 12 Ciclo hidrológico Prezado aluno nos próximos conteúdos você será apresentado a uma visão geral do ciclo hidrológico e de suas interações com a engenharia Para auxiliálo neste momento será apresentada uma situação hipotética na qual você está dando continuidade a um estágio na secretaria de obras de seu município no departamento de drenagem urbana O engenheiro Marcos responsável por acompanhar seu desenvolvimento dentro da secretaria precisa de você para mais uma nova tarefa Agora que você já conhece um pouco melhor as estruturas urbanas de drenagem o engenheiro Marcos pensou que você poderia entender melhor a respeito da definição de qual seria a intensidade da chuva de projeto Para tanto ele pedirá que você verifique algumas equações IDF intensidade duração e frequência encontradas na Coletânea das equações de chuva do Brasil apresentada por Festi 2007 Verificando o comportamento dessas equações para diferentes TR período de retorno e diferentes TC tempos de concentração Sendo definidas por Marcos as equações de quais municípios trabalhar os valores de TR e os valores de TC Então tomando como base as informações contidas no artigo de Festi 2007 Marcos lhe recomendou trabalhar com os seguintes municípios Umuarama PR utilizar a equação 24 Angra dos Reis RJ utilizar a equação 94 Tupiratins TO utilizar a equação 76 Salvador BA utilizar a equação 91 Você deve lançar os resultados em duas tabelas Tabelas A e B Na Tabela A coloque os valores de precipitação de projeto mmhora para diferentes TR para 5 25 50 e 100 anos adotando um tempo de concentração de dez minutos Aplique o mesmo procedimento para a Tabela B só que adotando um TC de 60 minutos Diálogo aberto 24 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Após chegar aos resultados observe as diferenças entre eles perceba que para diferentes localidades para diferentes tempos de concentrações e para diferentes períodos de retorno existem diferentes valores de precipitação A água em nosso planeta está em constante movimentação e apresenta a mesma quantidade de milhões de anos atrás Ela simplesmente vem mudando de estado físico e se deslocando de um local para outro Ela pode estar presente no estado físico sólido em geleiras glaciares tundras etc Ela costuma derreter passando para o estado líquido alimentando mares oceanos rios lagos corpos hídricos subterrâneos etc Essa água então evapora e passa para a forma de vapor na atmosfera A partir dessa visão podese sintetizar que o ciclo hidrológico é um fenômeno global de circulação de massas de água que podem ser encontradas no estado líquido sólido ou gasoso Segundo Sztibe e Sena 2004 o ciclo hidrológico ocorre em uma faixa da terra que vai até uma altura de quinze quilômetros sobre o solo e até uma profundidade de cinco quilômetros sob o solo A seguir serão apresentados cada um destes componentes do ciclo hidrológico Figura 19 Não pode faltar Fonte httpsptwikipediaorgwikiCiclohidrolC3B3gicomediaFileCiclodaC3A1guajpg Acesso em 29 dez 2016 Figura 19 Ciclo hidrológico da água 25 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Para a área de drenagem urbana a parte desse ciclo que apresenta principal interesse diz respeito ao retorno da água para a terra precipitação escoamento superficial e infiltração sendo que muitas das obras hidráulicas são construídas para uma resposta adequada a esse retorno Por esse motivo essas três etapas serão vistas mais detalhadamente a seguir Pesquise mais Assista ao vídeo indicado Observe as interações da água em nosso planeta o ciclo que ela realiza ou seja o ciclo hidrológico Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvvW5xrV3Bq4 Acesso em 29 dez 2016 Reflita Reflita sobre a importância de ciclo da água Se ela ficasse parada como teríamos as chuvas e os rios correndo por vários cantos do planeta Podese definir precipitação como a água proveniente do vapor dágua da atmosfera depositada na superfície terrestre sob qualquer forma chuva granizo neblina neve orvalho ou geada No Brasil a chuva é o tipo mais comum de precipitação e certamente a grande causadora dos problemas de drenagem existentes Para a drenagem urbana o conhecimento do comportamento dos picos das precipitações chuvas é extremamente importante Festi 2007 realizou uma coletânea de equações IDF intensidade duração e frequência em diferentes regiões do Brasil Essa coletânea entre outros materiais similares tornase importante no projeto e planejamento do sistema de drenagem urbana e para outras obras hidráulicas Essas equações IDF intensidade duração e frequência se apresentam entre outras formas como veremos a seguir Imáx A TRB t CD Em que I máx intensidade pluviométrica em mmh TR período de retorno anos 26 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 t tempo de duração da precipitação em minutos Para bacias hidrográficas de pequenas a médias costumase adotar o tempo de concentração como tempo de duração A B C e D coeficientes da equação IDF A Tabela 11 apresenta alguns valoresexemplos para esses coeficientes em diferentes postos pluviométricos no município do Rio de Janeiro Fonte httpwwwriorjgovbrdlstatic101121377338DLFE215301docInstrucoesTecnicasProjetosdeDrenagem1versao doc Acesso em 29 dez 2016 Tabela 11 Coeficientes de chuvas IDF para diferentes bairros do Rio de Janeiro Pluviômetro A B C D Fonte Santa Cruz 71130 0186 700 0687 PCRJ Cohidro 1992 Campo Grande 89167 0187 1400 0689 PCRJ Cohidro 1992 Mendanha 84378 0177 1200 0698 PCRJ Cohidro 1992 Benfica 703207 0150 2968 1141 RioÁguas 2006 Realengo 116404 0148 696 0769 RioÁguas 2006 Irajá 598627 0157 2970 1050 RioÁguas 2007 Cabe observar que as equações IDF são resultantes de dados históricos de índice pluviométrico de uma determinada estação pluviométrica por isso a variação entre elas No caso da bacia que faz parte do seu estudo estar em regiões intermediárias a essas estações você deve ter a consideração de determinar a precipitação média Existem três métodos para essa determinação o método aritmético o método de Thiessem e o método das Isoietas Reflita Como fazer um projeto hidráulico que responderá a um determinado evento de precipitação sem saber para que chuva esse projeto será projetado Ao dimensionar um canal é necessário ter em mente para que vazão se projetar 27 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 O hidrólogo ou um engenheiro com uma equação IDF em mãos pode dizer qual a precipitação esperada para um período de retorno de 5 10 25 50 100 ou 500 anos ou o que for mais adequado para seu projeto e para diferentes tempos de concentração como de 10 30 60 ou 120 minutos conforme características da bacia hidrográfica Existem outras formas de equações IDF como por exemplo as oriundas do estudo de Pfafstetter 1982 que apresenta suas equações de chuvas intensas conforme equação a seguir P T 025 log 1 T P T a t b c t β α 025 log 1 T P T a t b c t β α α β T025 a t b log1 c t Em que P precipitação máxima em mm T tempo de recorrência escolhido em anos t duração da precipitação em horas α β e c parâmetros definidos para cada estação Exemplificando Para uma dada equação IDF exemplo Adotandose como valor de período de retorno 5 anos e a bacia com um período de concentração de 60 minutos temse uma chuva de projeto de 3917 mmh Adotandose como valor de período de retorno 25 anos e a bacia com um período de concentração de 60 minutos temse uma chuva de projeto de 5068 mmh Adotandose como valor de período de retorno 50 anos e a bacia com um período de concentração de 60 minutos temse uma chuva de projeto de 5662 mmh Imáx 1090 TR016 t 15083 28 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Adotandose como valor de período de retorno 100 anos e a bacia com um período de concentração de 60 minutos temse uma chuva de projeto de 6326 mmh Observe que ao escolher um período de retorno para uma obra definese um valor diferenciado de chuva de projeto Definese período de retorno como o tempo em média que um determinado evento pode ser igualado ou superado Definese tempo de concentração como o tempo que leva para que toda a bacia considerada contribua para o escoamento superficial na seção estudada Período de retorno TR A definição do período de retorno a ser empregado em uma obra é um pouco subjetiva Ele está ligado ao risco que essa obra falhe e exponha a sociedade O TR está também ligado ao custo o que é possível gastar Muitas tabelas apresentadas por diferentes departamentos e secretarias em diferentes localidades apresentam valores típicos de período de retorno A Tabela 12 apresenta alguns valores de período de retorno que podem auxiliar a nortear o valor a ser empregado em uma obra hidráulica Fonte Unesc 2011 Tabela 12 Valores de TR adotados para alguns tipos de obras hidráulicas Pequenos canais sem endicamento Pequenos canais com endicamento Grandes canais sem endicamento Grandes canais com endicamento Pequenos canais para drenagem urbana Pontes em rodovias importantes Pontes em rodovias comuns Bueiros em rodovias importantes Bueiros em rodovias comuns Bocas de lobo Vertedor de barragens importantes 5 a 10 50 a 100 25 25 5 a 10 1 a 2 10000 Rural Urbano Rural Urbano Rural Urbano Rural Urbano 5 10 10 25 10 50 50 100 29 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Obs endicamento revestimento Fonte Unesc 2011 Tabela 13 Valores de TR adotados para alguns tipos de obras hidráulicas continuação Reflita Você percebeu uma certa variedade para valores de TR período de retorno mas o que tem de existir na prática é uma análise caso a caso e uma tomada de decisão empregandose o bom senso pois essa escolha interfere no custo da obra e na sua segurança Pontos mais importantes da cidade ou de estradas por exemplo requerem maior segurança você não acha Tempo de concentração TC Como foi comentado anteriormente o tempo de concentração está ligado a características da bacia hidrográfica Algumas delas estão listadas a seguir Área da bacia Comprimento e declividade do talvegue Desnível da parte mais elevada e a seção de controle Existem vários métodos para estimar o valor do tempo de concentração Esses métodos podem gerar resultados diferentes pois se tratam de métodos empíricos que foram desenvolvidos em bacias hidrográficas específicas com características distintas rurais e urbanas áreas diferentes etc A seguir são apresentados alguns exemplos desses métodos Equação de Kirpich Tipo de obra Tipo de ocupação da área TPeríodo de Retorno anos Migrodrenagem residencial Comercial Área com edifícios de serviço público Aeroportos Áreas comerciais e artéria de tráfego 2 5 5 2 a 5 5 a 10 Migrodrenagem Áreas comerciais e residenciais Área de importância específica 50 a 100 500 30 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 tc 57 3 0385 57 L tc H 3 0385 57 L tc H L3 0385 H Em que tc tempo de concentração em minutos L comprimento do talvegue principal em km H desnível entre a parte mais elevada e a seção de controle em m Equação de Doodge tc 2188 A041 S017 Em que tc tempo de concentração em minutos A área da bacia em km2 S declividade média do talvegue em mm A equação de Kirpich apresenta boa empregabilidade em bacias urbanas Recomendase a seguinte consideração o tempo de duração da chuva igual ao tempo de concentração da bacia hidrográfica pequena a média Escoamento superficial e infiltração Esses processos apresentados no ciclo hidrológico estão ligados ao deslocamento das águas sobre a superfície do solo e infiltração o processo pelo qual a água sai da superfície e penetra solo adentro Esse deslocamento é de fundamental importância para o projeto de obras hidráulicas e principalmente as de drenagem Essas obras são dimensionadas de modo a suportar as vazões decorrentes desse escoamento para um determinado evento de precipitação O importante nessa etapa é definir basicamente da precipitação qual é a etapa que vai para o escoamento e qual é a que vai para a infiltração Figura 110 Para responder a isso existem muitas tabelas que trabalham de acordo com o tipo de cobertura do solo declividade estado se saturação do solo etc A Tabela 14 traz valores de percentuais de escoamento ou coeficientes de escoamento C para diferentes tipos de coberturas do solo em áreas urbanas Outras metodologias serão apresentadas ao longo do curso em momentos mais oportunos 31 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Fonte Wilken 1978 Tabela 14 Valores de C para diferentes coberturas de solo conforme as características de urbanização Zonas Valores de C De edificação muito densa Partes centrais densamente construídas de uma cidade com ruas e calçadas pavi mentadas 070 a 095 De edificação não muito densa partes adjacentes ao centro de menor den sidade de habitações mas com ruas e calçadas pavimentadas 060 a 070 De edificação com pouca superfície livre partes residenciais com con struções cerradas ruas pavimentadas 050 a 060 De edificação com muitas superfícies livres partes residenciais tipo ci dadejardim ruas macadamizadas ou pavimentadas 025 a 050 De subúrbios com alguma edificação partes de arrebaldes com pequena densidade de construções 010 a 025 De matas parques e campos de esporte partes rurais áreas verdes su perfícies arborizadas parques e cam pos de esporte sem pavimentação 005 a 020 Fonte http6fotoswebsapoioiob2117e8b17905781f8MrFjpeg Acesso em 29 dez 2016 Figura 110 Relações de infiltração e escoamento para diferentes tipos de solo Infiltração no solo Escoamento para a linha de água a Área Florestal b Área Residencial b Área Urbana 32 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Quando se encontra numa mesma área diferentes coberturas de solo ou seja subáreas com diferentes valores de C coeficiente de escoamento devese calcular um valor médio pela seguinte equação Cmédio C1 A1 C2 A2 Cn An An Em que C1 C2 até Cn diferentes valores de C encontrados adimensional A1 A2 até An diferentes valores de áreas encontradas correspondentes aos diferentes valores de C m2 Assimile A definição de precipitações de projeto deve considerar as peculiaridades do local onde será definida a obra pois cada uma apresenta uma característica de chuva que se reflete na equação IDF no período de retorno compatível para as diferentes obras hidráulicas no local e nas características das bacias para definir o tempo de concentração e ainda nas condições de escoamento e infiltração Relembremos a nossa condição hipotética colocada no item Diálogo aberto na qual você é estagiário no departamento de drenagem da secretaria de obras de seu município Foilhe solicitado o seguinte que você defina a precipitação de projeto chuva de projeto para o engenheiro Marcos A seguir estão as equações que ele solicitou que você solucionasse adotando diferentes períodos de retorno e tempos de concentração já resolvidas As equações solicitadas encontramse no artigo de Festi 2007 Equação para Umuarama PR Imáx 175227 TR0148 t 170848 Sem medo de errar 33 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Imáx 721802 TR0211 t 105660720 Imáx 2300090 TR0155 t 316860869 Imáx 105666 TR0163 t 240743 Equação para Angra dos Reis RJ Equação para Tupiratins TO Equação para Salvador BA Com estas equações e realizando as substituições de valores em TR e TC obtêm se as Tabelas 15 e 16 Fonte elaborada pelo autor Tabela 15 Valores de precipitação de projeto mmhora para diferentes TR adotandose um tempo de concentração de dez minutos Munícipio TR 5 anos TR 25 anos TR 50 anos TR 100 anos Umuarama PR 13591 17246 19110 21174 Angra dos Reis RJ 11493 16140 18682 21625 Tupiratins TO 11543 14813 16494 18364 Salvador BA 9999 12999 14554 16295 34 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Fonte elaborada pelo autor Tabela 16 Valores de precipitação de projeto mmhora para diferentes TR adotandose um tempo de concentração de 60 minutos Munícipio TR 5 anos TR 25 anos TR 50 anos TR 100 anos Umuarama PR 5589 7092 7858 8707 Angra dos Reis RJ 4731 6643 7690 8901 Tupiratins TO 5819 7468 8315 9258 Salvador BA 5107 6638 7432 8321 Auxilie o engenheiro Marcos a demarcar no mapa as diferentes áreas de escoamento e os valores de C para essas áreas A região exemplificada fica no município de Campinas SP Para iniciar a seleção demarque áreas comuns como as áreas com coberturas vegetais foram demarcadas em azul na Figura 111 Para essas áreas os valores estão entre 005 e 02 conforme a Tabela de Wilken 1978 Existe um intervalo entre 005 e 02 que representaria genericamente de 5 a 20 de transformação da precipitação em escoamento propriamente dito Qual valor escolher nesse intervalo Conforme você vai trabalhando com isso sua sensibilidade vai melhorando mas observe na figura um dos trechos de áreas demarcado em azul e perceba que se trata de uma mata mais densa fechada Você poderia aferir que para essa mata mais densa comparada às demais áreas o valor mais indicado seria de 005 para C pois nela a infiltração seria maior e o escoamento menor que para as outras áreas com cobertura vegetação menos densa que ficaram com um valor de C 02 Você pode agrupar ainda por exemplo áreas com ocupações mais densas em que predominam prédios e ocupações menos densas ou subúrbios em que predominam residências etc Na Figura 111 a seguir a classificação da continuidade considera ocupações mais densas e menos densas e adota valores médios de C de acordo coma tabela de Wilken 1978 Resultado para ocupação menos densa adotouse 065 e para mais densa adotouse 08 Avançando na prática Os resultados diferem porque as características de precipitação são diferentes para as diferentes regiões do Brasil diferenças entre linhas Eles diferem ainda porque mesmo para uma mesma cidade quando se emprega diferentes períodos de retorno se obtêm diferentes resultados diferenças entre colunas Finalmente eles se diferem também porque os tempos de concentração são diferenciados ou seja as bacias têm características diferentes diferenças entre tabelas 35 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Fonte adaptada de httpswwwgooglecomearth Acesso em 30 dez 2016 Figura 111 Classificação de continuidade 1 Uma equação intensidade duração e frequência é importante entre outras coisas por fornecer a intensidade de uma chuva para um determinado projeto que está sendo elaborado chamase chuva de projeto Determine pela equação a seguir o valor de intensidade da precipitação a ser empregado no projeto adotando uma TR de 10 anos e um tempo de concentração de 15 minutos Faça valer a pena I máx 1350 TR009 tc 20095 a O valor é de 567 mmh b O valor é de 667 mmh c O valor é de 767 mmh d O valor é de 517 mmh e O valor é de 497 mmh 36 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 2 A determinação do tempo de concentração pode ser realizada por diversas equações empíricas Essas equações são alimentadas com dados retirados da bacia hidrográfica em que será realizado um dado estudo Empregando a equacionamento de Kirpich I em uma bacia hidrográfica com um comprimento de talvegue principal de 800 metros e um desnível entre a parte mais elevada e a seção de controle de 15 metros qual será o tempo de concentração a O tempo de concentração será de 195 minutos b O tempo de concentração será de 155 minutos c O tempo de concentração será de 109 minutos d O tempo de concentração será de 202 minutos e O tempo de concentração será de 243 minutos 3 A definição do período de retorno a ser empregado em uma obra é um pouco subjetiva mas pode ser associado principalmente a dois conceitos Quais são os conceitos a que o textobase se refere a Características da bacia hidrográfica e custo da obra b Declividade do talvegue principal e área da bacia hidrográfica c Risco que a sociedade é exposta no caso de falha e custo da obra d Custo da obra e área da bacia hidrográfica e Intensidade da chuva e custo da obra 37 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Seção 13 Bacias hidrográficas e vazões de projeto Prezado aluno para auxiliálo neste momento de aprendizagem de mais um novo conteúdo apresentaremos uma situação hipotética na qual você está dando continuidade a um estágio na secretaria de obras de seu município no departamento de drenagem urbana O engenheiro Marcos técnico responsável por acompanhar seu desenvolvimento dentro da secretaria precisa de você para uma nova tarefa Ele está muito entusiasmado com seu desempenho e solicitou que você defina a vazão de projeto a ser empregada para uma obra hidráulica de canalização em um determinado trecho de um rio Para tanto ele disponibilizou a seguinte imagem Figura 112 Diálogo aberto Fonte httphttp3bpblogspotcomi6ynIONkkE4UHwzHvMfQyIAAAAAAAAABgVBbwLJ3LJpMs1600 MAPABACIASLayout21jpg Acesso em 30 dez 2016 Figura 112 Curvas de níveis de uma região hidrográfica 38 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 A área da bacia é de 239 km² e pela cobertura do solo observada na imagem podese aferir que o valor de C médio seja da ordem de 025 Essa área fica localizada próxima a uma estação pluviométrica Ela é apresentada pela equação Delimitação e área da bacia hidrográfica Bacia hidrográfica pode ser vista como uma área de captação natural da água de precipitação que acaba por convergir seus escoamentos para um único ponto de saída exutório ou ponto de interesse que é o local onde será executada a obra hidráulica A bacia hidrográfica é delimitada pelos divisores de água e seus tamanhos podem variar desde dezenas de metros quadrados a milhares de quilômetros quadrados Há dois tipos de divisores de água superficial topográfico e o subterrâneo freático Como o segundo tipo está em constante movimentação considerase na prática o superficial como divisor de água da bacia Para delimitação da bacia devese seguir alguns passos descritos a seguir 1º passo definir o ponto exutório ou de interesse local da obra hidráulica em planta Figura 113 pois é desse ponto que se inicia a delimitação da bacia hidrográfica Não pode faltar Imáx 75227 TR012 tc 2912 Considerando o talvegue principal com 25 km e visualizando na imagem que a cota mais alta é de 1330 m e a cota mais baixa 1030 m defina para o engenheiro Marcos a vazão de projeto para uma obra com período de retorno de 20 anos adotando Kirpich para o cálculo do tempo de concentração e o método racional para o cálculo da vazão de projeto 39 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Fonte httpmapasibgegovbrbasesereferenciaisbasescartograficascartas Acesso em 9 jan 2017 Figura 113 Definição do ponto exutório ou de interesse 2º passo reforçar o traçado da marcação do curso dágua principal e de seus contribuintes devese lembrar que o traçado da bacia não deve cortar o traçado de reforço de demarcação dos cursos dágua principal e de seus contribuintes visto que eles fazem parte da bacia hidrográfica como um todo a não ser que isso ocorra por um motivo justificado 3º passo marcar os pontos com cotas mais elevadas no entorno da marcação do curso de água principal Figura 114 40 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Fonte httpmapasibgegovbrbasesereferenciaisbasescartograficascartas Acesso em 9 jan 2017 Figura 114 Reforço traçado do curso dágua e pontos mais altos 4º passo a partir da demarcação dos topos dos morros devese iniciar a demarcação do ponto onde a chuva cai e escoa sobre o terreno em direção ao curso da água em estudo Isso é feito considerandose a inclinação do terreno Figura 115 Se a inclinação do terreno estiver voltada para a direção oposta às drenagens é porque pertence a outra bacia Se estiver na direção do curso da água em estudo pertence à bacia Em alguns casos pode haver pontos com cotas mais elevadas do que as cotas do divisor de águas topográfico da bacia 41 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Fonte httpmapasibgegovbrbasesereferenciaisbasescartograficascartas Acesso em 9 jan 2017 Figura 115 Demarcação final da bacia hidrográfica Pesquise mais Assista ao vídeo indicado e observe os detalhes para delimitação da bacia hidrográfica Disponível em httpswwwyoutubecom watchvMuaoKg33bw Acesso em 30 dez 2016 Após demarcado o limite da bacia podese definir sua área Quando se emprega o software CAD ela pode ser obtida por meio do traçado poligonal e quando se fecha a poligonal no exutório ou ponto de interesse entrase em propriedade e verificase a área obtida Existem outros softwares como o ARQGIS o QGIS entre outros que podem ajudar a delimitar e definir a área da bacia Um método bastante simplificado é o de quadricular por cima do desenho da bacia e usar o quadriculado como escala para determinar os valores de área dos quadrados desenhados conforme e esboçado no vídeo indicado no item Pesquise mais 42 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Reflita Por que é importante delimitar e saber a área da bacia hidrográfica É simples a água que precipita sobre toda a área ou irá infiltrar no solo ou irá evapotranspirar ou irá escoar sobre a superfície seguindo os conceitos de ciclo hidrológico como vimos na Seção 12 A água que escoa superficialmente promove a elevação do escoamento de base no ponto do exutório ou ponto de interesse e promove os problemas de enchentes e inundações Bacia hidrográfica com dados fluviométricos e sem dados pluviométricos De acordo com o DAEE 2005 os dados fluviométricos ou registros de vazão de um curso dágua em uma seção determinada são obtidos com a instalação e a operação contínua e pelo maior período possível de um posto fluviométrico instalado em uma seção onde seja possível estabelecer uma boa relação entre nível dágua e vazão para as mais diversas situações do curso dágua tanto na estiagem como nas cheias Contudo essas estações e esses dados fluviométricos são muito escassos em nosso país se comparados à quantidade de estações e dados pluviométricos Por esse motivo é mais comum definir vazões de projeto transformando chuva em vazão Definição da vazão de projeto A vazão de projeto é a máxima vazão a ser considerada no dimensionamento de obras hidráulicas destinadas à reservação e controle do escoamento superficial da água Sua determinação é muito importante e por esse motivo serão vistos alguns métodos Figura 116 para determinála 43 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Método racional Q Cm Imáx A 360 Em que Q vazão em m3s C coeficiente de escoamento superficial adimensional Imáx intensidade da chuva mmh A área da bacia hidrográfica hectare ha Os meios para determinar C e I foram vistos na Seção 12 Seu emprego somente permite a determinação de vazões máximas sem definir a forma do hidrograma e Fonte elaborada pelo autor Figura 116 Métodos de determinação da vazão de projeto Conta com dados fluviométricos de longo período Não conta com dados fluviométricos de longo período Tratamento Estatístico dos dados Fluviométricos Empregase métodos que transformam chuva em vazão Método Racional para bacias pequenas 5 km² Km 2Método IPaiWu Modificado para bacia 30 km2 Método do Hidrograma Unitário para bacias maiores 44 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 apresenta bons resultados somente para pequenas bacias Já o método IPaiWu modificado considera características de forma distribuição espacial entre outras o que permite seu emprego para áreas maiores Método IPaiWu modificado Q 0278 Cm Imáx A09 K Em que Q vazão em m3s Cm coeficiente de escoamento superficial modificado adimensional Imáx intensidade da chuva mmh A área da bacia hidrográfica km2 K coeficiente de distribuição espacial da chuva Cm é definido pela equação Em que L comprimento do talvegue em km C coeficiente de escoamento superficial adimensional A área da bacia hidrográfica km2 45 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Método do hidrograma unitário O hidrograma unitário é um hidrograma de escoamento superficial direto Figura 117 resultante de uma chuva efetiva com intensidade e duração unitárias Sendo o hidrograma unitário sintético SCS um dos métodos mais simples e mais utilizados para estimar o volume de escoamento superficial resultante de um evento de chuva é o método desenvolvido pelo National Resources Conservatoin Center dos EUA antigo Soil Conservation Service SCS Existem três princípios gerais do hidrograma unitário como veremos a seguir O primeiro princípio da proporcionalidade define que as vazões geradas são diretamente proporcionais à intensidade da precipitação que os gerou Exemplificando Observe que quando a chuva é P a vazão gerada é quatro vezes menor que quando ela é 4P Fonte elaborada pelo autor Figura 117 Hidrograma unitário O segundo princípio de superposição Figura 118 admite que a resposta de duas chuvas unitárias sucessivas pode ser obtida somandose dois hidrogramas unitários deslocados no tempo 46 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Exemplificando Neste caso somase uma precipitação com a outra formandose uma precipitação final Fonte elaborada pelo autor Figura 118 Superposição de hidrogramas O terceiro princípio é o da constância do tempo de base que define que os escoamentos superficiais gerados a partir de precipitações de intensidade diferente mas com mesma duração Persistem pelo mesmo intervalo de tempo independentemente dos volumes escoados Com esses três princípios podese promover a convolução do hidrograma Segundo Tucci 2004 os componentes do hidrograma unitário são Tempo de pico tempo de concentração tempo de ascensão tempo de recessão tempo de base e tempo de base E Chow et al 1988 apresentou em sua produção as seguintes equações para estes componentes o Tempo de pico tp é definido como intervalo de tempo entre o centro de massa da precipitação e o pico de vazão máxima tp 06 tc o Tempo de concentração tc é o tempo necessário para a água precipitada ir do ponto mais distante da bacia até o exutório ou ponto de interesse Superposição de vazões 47 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 o Tempo de ascensão ta é o tempo entre o início da chuva e o pico do hidrograma Em que D duração da precipitação efetiva unitária um minuto ou uma hora por exemplo o Tempo de recessão tr é o tempo necessário para a vazão baixar até o ponto em que acaba o escoamento superficial ta tp D 2 tb ta tr tr 167ta tb ta 167ta tb 267ta o Tempo de base tb é o tempo entre o início da precipitação e o tempo que o volume precipitado já escoou através da seção avaliada ou em que o rio volta às condições anteriores da precipitação Sendo a vazão de pico do hidrograma unitário Qp em m3s definida pela equação Qp 0208A 06tc D 2 Em que A área km2 E a determinação da precipitação efetiva é determinada por meio da equação tr 167 ta 48 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Em que Pe chuva efetiva em mm p precipitação pontual considerada no centro de gravidade da bacia correspondente à duração para o tempo de recorrência TR em mm A área km2 CN curva número definido pelo complexo solovegetação há diversas tabelas CN para consulta em sites diversos Em relação à modelagem para a definição da vazão de projeto existem softwares variados sendo que atualmente alguns de boa empregabilidade no mercado são o HECHMS que faz a etapa de modelação hidrológica e o HECHAS que faz a etapa de modelação hidráulica que será cobrada mais adiante em nossos estudos Há também o Abc DAEE versão adaptada LabSidEPUSPFCTH para o DAEE que realiza a modelação por método racional IPaiWu e hidrograma unitário entre tantos outros modelos existentes no mercado Assimile Com base no que estudamos pondere sobre como deve ser demarcada uma bacia hidrográfica Lembrese de que a obtenção de sua área é muito importante para a determinação de vazão de projeto Memorize também o que é vazão de projeto e lembrese de que há muitas maneiras para sua determinação entre elas as com dados fluviométricos e as sem dados Sendo os métodos de definição da vazão sem dados fluviométricos os mais comuns 2 5080 1 01log 508 25 20320 1 01log 2032 25 A p CN Pe A p CN 49 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Relembremos a nossa hipotética condição colocada no item Diálogo aberto em que você atua como estagiário no departamento de drenagem da secretaria de obras de seu município Foi solicitado que você defina vazão de projeto para o engenheiro Marcos A área da bacia é de 239 km2 e pela cobertura do solo observada na imagem podese aferir que o valor de C médio seja da ordem de 025 A área fica localizada próxima a uma estação pluviométrica Ela apresenta a equação Sem medo de errar Imáx 75227 TR062 tc 2912 Considerando o talvegue principal com 25 km e visualizando na imagem que a cota mais alta é de 1330 m e a cota mais baixa 1030 m defina para o engenheiro Marcos a vazão de projeto para uma obra com período de retorno de 20 anos adotando Kirpich para o cálculo do tempo de concentração e o método racional para o cálculo da vazão de projeto Equação de Kirpich tc 57 3 0385 57 L tc H 3 0385 57 L tc H L3 0385 H Em que tc tempo de concentração em minutos L comprimento do talvegue principal em km H desnível entre a parte mais elevada e a seção de controle em m tc 1872 min tc 57 3 0385 57 L tc H 3 0385 57 L tc H 253 0385 1330 1030 50 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Equação IDF Imáx 75227 TR062 tc 2912 Em que Imáx intensidade da chuva de projeto mmh TR período de retorno em anos tc tempo de concentração em minutos Imáx 75227 TR062 tc 2912 Imáx 5354 mmh Equação método racional Em que Q vazão em m3s C coeficiente de escoamento superficial adimensional Imáx intensidade da chuva mmh A área da bacia hidrográfica hectare ha A área da bacia é de 239 km2 239 ha Q Cm Imáx A 360 Q Cm Imáx A 360 Q 025 53 54 239 360 Q 889 m3s A vazão de projeto a ser informada para tal obra é de 889 m3s 51 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Agora auxilie o engenheiro Marcos na demarcação de uma bacia hidrográfica Figuras 119 e 120 que apresenta como ponto de interesse para uma obra hidráulica o ponto demarcado em vermelho Avançando na prática Fonte httpsedificartofileswordpresscom201411topograficojpg Acesso em 30 dez 2016 Figura 119 Bacia hidrográfica 52 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 1 O ocorre entre o início da precipitação e o tempo que o volume precipitado já escoou através da seção avaliada ou em que o rio volta às condições anteriores da precipitação Qual alternativa completa corretamente a lacuna a tempo de base b tempo de recessão c tempo de ascensão d tempo de concentração e tempo de pico 2 O é o tempo necessário para a vazão baixar até o ponto em que acaba o escoamento superficial Qual alternativa completa corretamente a lacuna a tempo de base Faça valer a pena Fonte adaptada de httpsedificartofileswordpresscom201411topograficojpg Acesso em 30 dez 2016 Figura 120 Bacia hidrográfica 53 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 b tempo de recessão c tempo de ascensão d tempo de concentração e tempo de pico 3 O referese ao tempo entre o início da chuva e o pico do hidrograma l Qual alternativa completa corretamente a lacuna a tempo de base b tempo de recessão c tempo de ascensão d tempo de concentração e tempo de pico 54 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 55 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica U1 Referências BRASIL Lei n 9433 de 8 de janeiro de 1997 Institui a Política Nacional de Recursos Hídricos cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos Diário Oficial da República Federativa do Brasil Poder Executivo Brasília DF 1997 BRASIL Ministério das CidadesInstituto de Pesquisas Tecnológicas IPT Mapeamento de riscos em encostas e margem de rios Celso Santos Carvalho Eduardo Soares de Macedo e Agostinho Tadashi Ogura Org Brasília DF 2007 CHOW V T MAIDMENT D R MAYS L W Applied hydrology New York McGrawHill 1988 572 p CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE Conama Resolução n 357 de 17 de março de 2005 Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes e dá outras providências Diário Oficial da República Federativa do Brasil Brasília n 53 p 5863 18 mar 2005 CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE Conama Resolução n 430 de 13 de maio de 2011 Dispõe sobre as condições de lançamento de efluentes complementa e altera a Resolução n 357 de 17 de março de 2005 do Conselho Nacional do Meio Ambiente Diário Oficial da Republica Federativa do Brasil Poder Executivo Brasília DF 2011 FESTI A V Coletânea das equações de chuva no Brasil In XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos São Paulo ABRH 2007 Disponível em httpwwwpliniotomaz combrdownloadscoletaneachuvaspdf Acesso em 29 dez 2016 IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística Disponível em httpmapasibge govbrbasesereferenciaisbasescartograficascartas Acesso em 9 jan 2017 PFAFSTETTER Otto Chuvas intensas no Brasil relação entre precipitação duração e frequência de chuvas registradas com pluviógrafos em 98 postos meteorológicos 2 ed Rio de Janeiro DNOS 1982 SZTIBE Rosely SENA Lúcia Bastos Ribeiro de Gestão participativa das águas Secretaria de Meio Ambiente Coordenadoria de Planejamento Ambiental Estratégico e Educação Ambiental Departamento de Educação Ambiental São Paulo SMACPLEA 2004 PARTAMENTO DE ÁGUAS E ENERGIA ELÉTRICA DAEE Guia prático para projetos de pequenas obras hidráulicas São Paulo DAEE 2005 56 U1 Introdução à hidrologia ciclo hidrológico e bacia hidrográfica TUCCI C E M Hidrologia ciência e aplicação 3 ed Porto Alegre ABRH 2004 UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE Planos de recuperação de áreas degradadas pela mineração do carvão no Estado de Santa Catarina correspondentes às áreas da ExTreviso SA de responsabilidade da união Criciúma abr 2011 Disponível em httpswwwjfscjusbracpdocarvao2011PRADSPRADExecutivoareaIV sideropolishtm Acesso em 29 dez 2016 WILKEN P S Engenharia de drenagem superficial São Paulo Cetesb 1978 Unidade 2 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas Caro aluno seja bemvindo Nesta unidade você vai estudar o regime hidrológico dos cursos dágua que neste contexto será definido pelos seus períodos de cheias e estiagens Para ilustrar esta unidade você será um engenheiro civil de projetos e deverá utilizar os estudos a serem abordados neste material para dimensionar obras hidráulicas incluindo as de drenagem urbana Além disso você terá condições de entender por que ocorrem as falhas hidráulicas em consequência de grandes cheias geradas pelo transbordamento dos cursos dágua Você também estudará sobre a importância dos sistemas de previsão de cheias nas grandes cidades além das consequências de estiagens severas Adicionalmente será apresentado o conceito de regularização de vazões com o objetivo de atenuar os impactos causados nas situações de vazões extremas tanto nas cheias quanto no período de estiagem Para avançar em seus estudos você precisará dos conhecimentos aprendidos na Unidade 1 como ciclo hidrológico precipitação vazão período de retorno para obras hidráulicas dimensionamentos hidráulicos e também o processo de escoamento superficial Esses itens servirão de base para o aprendizado do regime hidrológico dos cursos dágua superficiais Nesta unidade você também aprenderá alguns conceitos importantes sobre as águas subterrâneas e sua utilização Também abordaremos a definição de aquíferos e recargas além dos problemas da qualidade das águas subterrâneas Convite ao estudo 58 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 em função de contaminações Para se aprofundar neste item você precisará compreender o processo de infiltração estudado também na Unidade 1 Ao fim desta unidade você compreenderá como os regimes de cheias e estiagens estão associados ao dimensionamento da capacidade hidráulica de um rio ou canal Você entenderá que projetos de obras hidráulicas são sempre dimensionados admitindo probabilidade de falhas que estão relacionadas aos tipos de obras e seus respectivos impactos Você também estudará sobre a regularização de vazões e sua importância E por fim compreenderá os conceitos de águas subterrâneas e seus usos aquíferos e os respectivos problemas de contaminação A unidade está dividida da seguinte forma na Seção 21 abordaremos o tema de vazões máximas obtidas nos períodos de cheias para dimensionamento de obras hidráulicas possibilidade de falhas hidráulicas e os sistemas de previsão de enchentes Na Seção 22 veremos o conceito de vazões mínimas período de estiagem regularização de vazões dos cursos dágua e sua importância para os eventos de cheias e períodos de estiagem Por fim na Seção 23 estudaremos sobre noções das águas subterrâneas conceitos de aquíferos e suas recargas e problemas de contaminação da água subterrânea Você aluno foi contratado para elaborar um parecer técnico sobre o regime do Rio Ribeirinha em uma área denominada Seção A O parecer técnico deverá conter a identificação dos períodos de cheias e estiagens na Seção A e o dimensionamento de um canal a ser construído Você deve analisar a possibilidade de falhas hidráulicas de acordo com o período de retorno adotado Deverá também incluir o estudo da necessidade ou não de regularização do rio a partir dessa seção Complementarmente com relação às águas subterrâneas você deverá verificar se há algum aquífero na região e informar qual é a qualidade da água do aquífero 59 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Seção 21 Regime de cursos dágua previsão de enchentes Para iniciar a elaboração do parecer técnico o primeiro passo é a visita ao local de estudo Você deve estar atento com relação ao regime do Rio Ribeirinha na Seção A Antes de ir a campo você deve se preparar solicitando ao contratante as coordenadas do local latitude e longitude Localize a seção do rio numa carta topográfica delimite a bacia hidrográfica e obtenha a área de drenagem correspondente ao local solicitado Assim você terá noção da área e da rede de drenagem Isso contribui com o estudo da seção de interesse Você deverá receber também o mapa do uso e ocupação do solo na área de interesse O objetivo é que você observe como a bacia é ocupada e quais são seus usos predominantes Essa tarefa lhe proporcionará uma sensibilidade em relação à permeabilidade do solo ou seja você terá uma noção se o solo da bacia hidrográfica terá maior ou menor capacidade para infiltrar a água da chuva ou se a água irá gerar o escoamento superficial direto indo diretamente para os rios antecipando a ocorrência de cheias Com esse conhecimento prévio você estará preparado para ir a campo e observar a seção do rio em termos de escoamento No campo você deverá estar atento a todas as variáveis do ciclo hidrológico que estão envolvidas na geração do escoamento bem como à importância da cobertura da bacia hidrográfica formada na Seção A utilizando os conhecimentos obtidos na Unidade 1 Além disso você poderá verificar o comportamento da seção do rio na época das chuvas Após o período de observações você será capaz de verificar e diagnosticar os períodos de cheia e estiagem do Rio Ribeirinha na Seção A identificando as possíveis falhas hidráulicas em caso de transbordamento do rio no período de cheias ou as consequências locais em caso de estiagem severa Diálogo aberto 60 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 A avaliação ou estudo do regime hidrológico de um curso de água rio córrego canal natural ou artificial exige o conhecimento da quantidade de água que passa pelo curso ao longo do tempo A quantidade ou volume de água que passa pela seção do curso de água é denominada vazão e é expressa em unidades de volume m³ ou litros pela unidade de tempo segundos De acordo com Collischonn e Dornelles 2013 o regime hidrológico de um curso de água compreende os seguintes períodos Cheias período em que o volume de água que passa pelo curso aumenta em função da ocorrência das chuvas de longa ou de curta duração mas com grande intensidade Essas chuvas geram o escoamento superficial que é responsável pela ocorrência das cheias ou seja a ocorrência de vazões de grande magnitude ou vazões máximas Você já aprendeu esse conceito na Seção 12 Estiagem período em que o volume de água que passa pelo curso diminui em função da ausência de chuvas Nesse período o nível de água no rio se encontra abaixo do seu nível normal onde são observadas as vazões mínimas Normal período em que o volume de água que escoa pelo curso se mantém estável nem muito cheio e nem muito seco Para essa situação dizse que o nível dágua é normal A Figura 21 ilustra como o nível de água se comporta na seção do rio para os diferentes períodos de um regime hidrológico Não pode faltar Fonte adaptada de Brasil 2007 p 92 Figura 21 Esquema do processo de enchente e inundação INEQUAÇÃO ENCHENTE SITUAÇÃO NORMAL Regime de cheias Regime normal de vazões 61 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Para que esses períodos possam ser melhor caracterizados é importante que os níveis de água e as vazões sejam medidos na seção de interesse do curso de água ao longo do tempo A seção de interesse utilizada para medições frequentes no rio é chamada de posto ou estação Por exemplo um posto fluviométrico designa o local onde se medem os níveis e as vazões de um rio ao longo do tempo Os registros de dados de níveis e vazões ao longo do tempo definem a série histórica de uma determinada seção de um rio É importante ressaltar que as medições de vazões nos rios são relativamente caras e complexas o que impede medições muito frequentes Sendo assim para cada seção do rio onde localizase o posto fluviométrico é definida uma relação entre o nível de água e a sua vazão com o objetivo de tornar o processo de determinação de vazão mais barato Essa relação é chamada de curvachave ou curva de descarga da seção vide Figura 22 Dessa forma com a curvachave é possível transformar as medições de cotas ou níveis dos rios em vazão As medições de cotas ou níveis representam um procedimento mais barato de monitoramento ao contrário das medições de vazões que são mais caras e por isso realizadas com menor frequência Fonte elaborada pelo autor Figura 22 Ilustração de uma curvachave Relação Cota x Descarga de Rio XXXXX no Posto Fluviométrico YYYYYYY 01121944 a 16101974 1000 900 800 700 600 600 500 400 300 200 100 100 100 0 0 200 400 600 Vazão m3s 800 1000 1200 Cota cm Curva Chave Ajustada Medições de descarga líquida 62 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Por que é importante fazer a medição dos registros ao longo do tempo Porque isso permite conhecer o comportamento dos níveis e vazões identificando os períodos de cheias e estiagens através de uma simples análise visual de um gráfico vide Figura 23 A representação gráfica da Figura 23 é chamada de hidrograma que apresenta a vazão ao longo do tempo Porque com a série histórica dos dados é possível elaborar uma análise das vazões extremas no caso as cheias e as estiagens Essa análise é tratada em detalhe em hidrologia estatística Assimile Para que o engenheiro caracterize e quantifique os regimes dos cursos de água cheias e estiagens e a partir disso tenha condições de dimensionar as obras hidráulicas é importante estimar a vazão que passa pela seção Para isso é necessário medir as vazões e também as cotas dos níveis de água Por meio de medidas sistemáticas devese elaborar uma relação chamada curvachave que relaciona as vazões com os respectivos níveis Essa relação é utilizada para definir as séries de vazões ao longo do tempo na seção de interesse A representação das vazões ao longo do tempo é realizada através de gráficos chamados fluviogramas ou hidrogramas Esses gráficos mostram o comportamento das vazões tanto nos períodos chuvosos períodos de ocorrência das cheias quanto nos períodos mais secos períodos de estiagem Fonte elaborada pelo autor Figura 23 Série histórica de vazões destacadas as vazões máximas 2500 Vazão m3s 2000 1500 1000 500 jan84 jan85 jan86 jan87 jan88 jan89 jan90 jan91 jan92 0 63 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Para que você consiga desenvolver e avaliar os projetos das obras hidráulicas com base técnica adequada é importante que as bacias hidrográficas sejam monitoradas em termos de quantidade e qualidade da água No caso da quantidade da água o monitoramento dos dados referese principalmente a chuva e vazão Nesse caso a rede de monitoramento em solo é constituída pelos postos fluviométricos e pluviométricos além de outras variáveis CARVALHO 2008 Com a série dos dados monitorados no espaço e no tempo é possível analisar o comportamento hidrológico da bacia hidrográfica ao longo dos anos incluindo a análise dos períodos de cheias e estiagens Essa análise pode ser desenvolvida tanto de forma visual como apresentada na Figura 23 quanto pela análise estatística Essas análises também darão subsídio ao engenheiro para estimar a capacidade hidráulica de determinada seção do rio com base nos dados monitorados Com o avanço das tecnologias e a melhoria do monitoramento dos dados hidrológicos tanto em solo com o uso de postos hidrológicos quanto na atmosfera por meio de radares meteorológicos e imagens de satélite os sistemas de previsão e alerta de cheias puderam ser implantados Esses sistemas permitem ao poder público e à população tomar medidas preventivas que atenuem os impactos negativos seja em termos de perdas de vidas humanas ou em termos de prejuízos ocasionados por perdas materiais Outra medida preventiva é a realização de campanhas de conscientização da população que devem alertar para o papel da população no uso e ocupação da bacia hidrográfica Você verá em detalhes este assunto na Seção 22 desta unidade na qual serão tratadas as medidas não estruturais de controle de cheias Pesquise mais Sobre hidrologia estatística há uma publicação disponível para download no link indicado Disponível em httpwwwcprmgovbrpublique HidrologiaMapasePublicacoesLivro22HidrologiaEstatistica22981 html Acesso em 31 jan 2017 Reflita Os projetos de obras hidráulicas são sempre desenvolvidos admitindo se probabilidades de falha A probabilidade assumida pode ser maior ou menor dependendo do tipo de obra que se vai projetar Caso a falha da obra provoque grandes prejuízos econômicos ou mortes de pessoas devese admitir uma probabilidade de falha menor Essa probabilidade implica em maior garantia da capacidade hidráulica da obra ou seja garantia de que a obra não falhe em qualquer evento chuvoso o que trará transtornos frequentes Mas a obra poderá falhar em eventos mais raros O que isso significa em termos de engenharia Que quanto mais segura 64 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Exemplificando A seguir é ilustrada uma análise simples de vazões máximas que apresenta o conceito de probabilidade de excedência e de tempo de retorno de uma vazão A probabilidade anual de excedência de uma determinada vazão é a probabilidade de que essa vazão venha a ser igualada ou superada em um ano qualquer O tempo de retorno de uma vazão máxima é o intervalo médio de tempo em anos decorrido entre duas ocorrências sucessivas de um dado evento ou sua superação O período de retorno TR é o inverso da probabilidade de excedência P TR1P No Quadro 21 é apresentado o cálculo da probabilidade anual e do período de retorno de uma série curta de vazões máximas com o objetivo apenas de demonstrar o conceito A relação de vazões é apresentada na ordem cronológica em que ocorre e posteriormente deve ser organizada em ordem decrescente para que possam ser efetuados os cálculos da probabilidade e tempo de retorno conforme apresentado no Quadro 22 Na série indicada a maior vazão encontrada tem período de retorno de 11 anos e probabilidade de 9 Ano Qmáx 1990 1445 1991 1747 1992 1287 1993 1887 1994 1490 1995 3089 1996 1737 1997 2234 1998 1454 1999 1517 Ano Qmáx ordem 1995 3089 1 1997 2234 2 1993 1887 3 1991 1747 4 1996 1737 5 1999 1517 6 1994 1490 7 1998 1454 8 1990 1445 9 1992 1287 10 Ordem cronológica Ordem decrescente de Qmáx Fonte elaborado pelo autor Quadro 21 Série de vazões máximas é a obra maior é o seu custo e isso muitas vezes pode tornar a obra inviável economicamente Por isso na análise do sistema de drenagem é importante que uma série de medidas estruturais e não estruturais sejam avaliadas para que elas diminuam os impactos das cheias urbanas COLLISCHONN DORNELLES 2013 65 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Quadro 22 Determinação do período de retorno Fonte elaborado pelo autor Ano Qmáx ordem Probabili dade Tempo de re torno 1995 3089 1 009 110 1997 2234 2 018 55 1993 1887 3 027 37 1991 1747 4 036 28 1996 1737 5 045 22 1999 1517 6 055 18 1994 1490 7 064 16 1998 1454 8 073 14 1990 1445 9 082 12 1992 1287 10 091 11 P m N 1 m ordem N número de anos TR 1 P Este exemplo tem o objetivo de mostrar a você que a ocorrência de uma vazão extrema obtida de uma grande cheia tem probabilidade de ocorrência menor do que uma vazão de um evento de cheia de menor magnitude Simplificadamente são estudos desta natureza que permitem a utilização do período de retorno como determinantes no dimensionamento de obras hidráulicas Por que é importante que o engenheiro saiba relacionar os regimes de cheia e estiagem à capacidade hidráulica de um rio ou canal A capacidade hidráulica de um canal é o volume de água que o canal pode transportar pela calha principal sem a ocorrência do transbordamento Quando a capacidade hidráulica é superada ocorre o transbordamento da calha Essa ocorrência gera prejuízos que podem ser expressivos ou não dependerá do entorno do local Com esse conhecimento o engenheiro deverá avaliar qual é o período de retorno que ele deverá assumir para dimensionar a obra hidráulica concebida para atenuar a cheia numa determinada região de interesse Como já visto na Unidade 1 os valores de período de retorno são tabelados em função do tipo de obra e isso decorre da experiência dos engenheiros 66 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Pesquise mais Para assimilar os conceitos sobre hidrologia e drenagem urbana veja o documentário Entre rios a urbanização de São Paulo Disponível em httpswwwyoutubecomwatchvFwhcZfWNIc Acesso em 25 jan 2017 Para que você adquira sensibilidade sobre como as variáveis do ciclo hidrológico responsáveis pela geração do escoamento nos rios juntamente com a cobertura do uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica podem interferir na capacidade hidráulica da seção de interesse você deve observar os processos que influenciam no escoamento conforme Figura 24 A Figura 25 ilustra uma bacia hidrográfica hipotética para uma seção de interesse com o objetivo de ajudálo na compreensão do sistema envolvido para a elaboração do seu parecer técnico Para entender o que acontece numa bacia hidrográfica é necessário treinar a sensibilidade de observação dos processos num primeiro momento de forma muito simples como apresentado na Figura 24 Sem medo de errar A Figura 25 mostra de forma simplificada o que você elaborou no escritório a delimitação da bacia para a seção de interesse Isso permite que você tenha conhecimento da área de abrangência do seu projeto e dos principais elementos contidos nele que poderão influenciar o escoamento na seção em que você como engenheiro responsável tem interesse por exemplo a cobertura do solo o tipo de solo as características fisiográficas da bacia forma declividade dos canais entre outros Todos esses elementos irão influenciar na quantidade de água que passará pela seção de interesse a cada momento e que após as medições ao longo do tempo Fonte elaborada pelo autor Figura 24 Processos que influenciam no escoamento Armazenamento em depressões Nível freático Percolação Percolação Infiltração Escoamento superficial direto Escoamento superficial Escoamento subsuperficial Escoamento básico 67 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 lhe permitirão preparar os hidrogramas gráficos de vazão no tempo A cada evento de cheia haverá uma vazão máxima que irá passar pela seção Algumas poderão ocasionar o transbordamento na seção outras não O seu papel como engenheiro é avaliar esse comportamento das vazões e analisar quais serão as medidas que deverão ser tomadas para uma eventual obra hidráulica na seção de interesse As decisões a serem tomadas deverão estar baseadas tanto em medidas estruturais quanto em não estruturais que serão apresentadas nas próximas seções Processo de urbanização e impacto nas cheias Descrição da situaçãoproblema Ainda com o objetivo de estimular a sua sensibilidade para a compreensão do que acontece em termos do comportamento das vazões numa determinada seção de interesse de um rio é apresentada a seguinte situação hipotética analise a seção de um rio de uma bacia hidrográfica que está em processo de urbanização com destaque para três fases distintas préurbanização urbanização atual e urbanização futura admitidose que nenhuma medida estrutural ou não estrutural é adotada para mitigar o processo de urbanização na referida bacia hidrográfica Avançando na prática Fonte adaptada de httpecho2epflchedrologiechapitreschapitre2mainhtml Acesso em 12 jan 2017 Figura 25 Visão geral da bacia hidrográfica para a seção de interesse Rede de drenagem rios Bacia Hidrográfica Observar o uso e ocupação do solo Seção de interesse Vazão m3S Hidrograma Tempo h V max Q max 68 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 O que significa urbanizar uma bacia hidrográfica Construir edifícios casas indústrias enfim todo tipo de construção encontrado em cidades e que interfere no fluxo natural da água no solo Pois bem o processo de urbanização tende a diminuir a infiltração do escoamento superficial pois vai impermeabilizando o solo permitindo dessa forma que o escoamento corra rapidamente para os canais até chegar aos rios principais Como você poderia avaliar esse processo de urbanização e o impacto nas cheias Resolução da situaçãoproblema Para as três situações indicadas são gerados os hidrogramas na seção de saída Lembrese de que a área da bacia hidrográfica é a mesma para as três situações A chuva também será a mesma O que muda é o uso e a ocupação do solo que afetam diretamente o processo de infiltração da água no solo e impactam justamente o escoamento superficial Mas como os hidrogramas podem ser gerados Para essa situação foram utilizados modelos hidrológicos que simulam os hidrogramas ou as vazões ao longo do tempo com base nos principais processos do ciclo hidrológico já vistos na Unidade 1 Na Seção 13 foram apresentados alguns modelos hidrológicos que simulam os processos hidrológicos e geram os hidrogramas de saída nas bacias hidrográficas Admitindose que um desses modelos foi utilizado para gerar os hidrogramas para as três situações os hidrogramas resultantes são ilustrados na Figura 26 Fonte elaborada pelo autor Figura 26 Visão geral da bacia hidrográfica para a seção de interesse 69 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 A análise dos hidrogramas ilustrados mostra que num processo de urbanização desordenado por exemplo as vazões de cheia tendem a ocorrer de forma cada vez maior a vazão máxima vai aumentando porque o escoamento superficial aumenta em função da impermeabilização cada vez maior da bacia hidrográfica e de forma muito mais rápida ou seja o pico da vazão ou vazão máxima é sempre antecipado o que normalmente é observado nas cidades e causa grandes transtornos e prejuízos 1 O engenheiro responsável da empresa para a qual você trabalha solicita que você elabore um plano de monitoramento de vazão da seção do rio correspondente à obra hidráulica que a empresa está projetando Porém ele é bem claro ao informar que a verba disponível para o monitoramento é restrita e que as medições devem começar ainda este mês Você deve atentar à falta de recurso financeiro e portanto a escolha do tipo de monitoramento deve ter baixo custo Assinale a alternativa que corresponde à decisão correta a Planeja a utilização dos dados de vazões já existentes de um posto fluviométrico muito próximo à seção de interesse b Planeja a determinação da medição de vazões na seção de interesse e posterior instalação de réguas e monitoramento dos níveis c Planeja a contratação da instalação de réguas para a medição dos níveis dágua no rio na seção de interesse d Planeja a contratação apenas da medição de vazões na seção de interesse e Planeja a utilização dos dados de vazões já existentes de um posto fluviométrico muito distante da seção de interesse Faça valer a pena 2 Os projetos de obras hidráulicas são desenvolvidos admitindose a probabilidade de falhas hidráulicas Com base nessa afirmação é correto afirmar que a Se a falha implica em grandes prejuízos econômicos ou na morte de pessoas devese admitir uma probabilidade de falha maior b Se a falha implica em pequenos transbordamentos do rio sem afetar os moradores mais próximos devese admitir uma probabilidade alta de falha c A probabilidade de falhas não está relacionada ao período de retorno em anos de ocorrência de eventos de vazões máximas 70 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 d Todas as obras hidráulicas têm a mesma probabilidade de ocorrência de falhas e Os projetos consideram as falhas hidráulicas com maior ou menor probabilidade de ocorrência dependendo do impacto que essa falha possa causar caso venha a ocorrer 3 Com a chegada do verão a população da cidade de São Paulo entra em alerta com relação aos temporais ocorrem geralmente nos nos finais de tarde e causam alagamentos nas regiões próximas aos rios e córregos do município A cidade conta com o Sistema de Prevenção de Enchentes em que a prefeitura a defesa civil e os moradores das áreas de riscos de alagamentos estão conectados com o objetivo de evitar a morte de pessoas Qual das informações a seguir é a mais utilizada pelo Sistema de Prevenção de Enchentes a Os dados das séries históricas de evaporação b Os dados de monitoramento do uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica c Os radares meteorológicos que enviam dados em tempo real aos órgãos públicos responsáveis d Os dados das séries históricas de precipitação e Os aparelhos automáticos de registram radiação solar 71 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Seção 22 Regularização de vazão e controle de estiagens Caro aluno dando continuidade à elaboração do parecer técnico sobre o Rio Ribeirinha você deverá observar em campo o comportamento do rio nos períodos sem chuva A cada ida ao campo você deverá acompanhar os níveis dágua na régua do posto fluviométrico instalado na Seção A verificar as possíveis alterações identificadas e documentar o fluxo da água a cor o odor a ocorrência de lixo e a vegetação local As atividades no escritório consistirão em coletar e analisar os dados hidrológicos as cotas as respectivas vazões além dos gráficos relativos à seção do rio que ilustrem a variação das cotas e das vazões ao longo do tempo para os períodos de cheias e estiagens que você teve a oportunidade de acompanhar naquele local visitado Ao final desta seção você deverá ser capaz de analisar os dados de cheias e estiagem que foram observados no campo e verificar a necessidade ou não de regularização da vazão do rio E caso seja necessária a regularização do Rio Ribeirinha você estará apto a dimensionar o volume mínimo do reservatório a ser construído Diálogo aberto Com os conhecimentos adquiridos na Unidade 1 e na seção anterior desta unidade você deverá ser capaz de entender como a água chega nos cursos dágua de que forma é possível monitorar o nível e a quantidade ou volume de água que passa numa determinada seção do rio e quais são os principais fatores que influenciam essas variáveis Caso não esteja seguro desse processo retorne à Unidade 1 e à seção anterior desta unidade e releia o conteúdo Mesmo sem conhecer profundamente de hidrologia você tem consciência de que há períodos do ano em que chove mais que outros são mais secos e outros ainda são intermediários não chove muito e nem são observadas estiagens prolongadas No Brasil são observadas variações tanto na ocorrência quanto na extensão desses Não pode faltar 72 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Vocabulário Os termos a seguir jusante e montante são locais de referência nos rios que dependem da localização do observador Jusante é o termo para o fluxo natural do rio a água vem do ponto mais alto cota mais alta para um ponto ou cota mais baixo Montante é a direção de um ponto mais baixo para um ponto mais alto Esses termos são utilizados para a localização a partir de um ponto de referência que pode ser uma régua de medição em uma seção do rio ou a seção de uma barragem entre outros períodos em função de cada região Por exemplo na região Nordeste o regime hidrológico apresenta períodos de seca mais prolongados chegando a até seis meses sem chuva Por outro lado na região Sul o regime hidrológico é mais equilibrado a ocorrência de chuvas é bem distribuída ao longo do ano O que caracteriza ou define esses períodos é a variabilidade temporal das chuvas e em consequência as vazões que escoam nos rios Quando a água que escoa nos rios não é suficiente para atender aos diversos usos da água abastecimento humano dessedentação animal irrigação para a agricultura geração de energia hidrelétrica indústrias navegação recreação entre outros dizse que é um período de estiagem escassez hídrica seca ou déficit hídrico Em termos de obras de engenharia o que pode ser feito para controlar os déficits hídricos no atendimento dos diversos usos A principal obra de engenharia concebida e utilizada desde antes de Cristo aC com a finalidade de armazenar água e controlar a sua distribuição para atendimento aos diversos usos é a barragem A barragem é uma estrutura ou barreira que cruza os cursos dágua Ela permite o armazenamento de água e o controle da vazão que é liberada a jusante para os cursos As barragens variam de tamanho e material utilizado na construção São encontradas na forma desde pequenos maciços de terra barragens muito comuns em fazendas utilizadas para abastecimento de água até grandes estruturas em concreto como a barragem principal de Itaipu por exemplo cuja finalidade principal é geração de energia elétrica Itaipu também apresenta barragens auxiliares de terra e enrocamento É a segunda maior barragem do mundo menor apenas que a barragem de Três Gargantas na China 73 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 A acumulação de água ao longo do tempo forma os reservatórios ou represas Os reservatórios podem ter função única por exemplo o fornecimento de água para abastecimento ou então podem ser utilizados para diversas funções conhecidas como usos múltiplos entre eles abastecimento humano animal dessedentação animal irrigação na agricultura geração de energia elétrica controle de cheias regularização de nível para navegação fluvial etc A formação dos reservatórios e os dispositivos hidráulicos instalados na estrutura da barragem permitem controlar as vazões ou seja regularizar as vazões que serão liberadas para o curso dágua novamente A regularização de vazões diminui a variabilidade temporal da vazão Como é possível entender como isso funciona Nos períodos de chuvas o reservatório acumula água ou seja guarda parte da água para utilizála nos períodos em que ocorrem poucas chuvas Outra função importante dos reservatórios é amortecer as cheias isto é controlar as vazões nos períodos de muita chuva para proteger as áreas localizadas a jusante das barragens O que ocorre com o reservatório pode ser entendido como um mecanismo de compensação da quantidade de água acumulaa para evitar danos a jusante da barragem ao mesmo tempo que guardaa para utilizar na época de estiagem Vocabulário Alguns termos citados neste texto são conhecidos como termos técnicos da área Eles serão utilizados com bastante frequência e podem ser consultados na publicação da Agência Nacional de Águas AGÊNCIA 2014 Entre os termos estão os que seguem Afluente curso dágua que flui para outro curso dágua que possui maior área de drenagem a montante ou para um lago ou para um reservatório AGÊNCIA 2014 Dessedentação satisfação da sede AGÊNCIA 2014 É mais utilizado para designar a dessedentação animal Nascente local de início de um curso dágua caracterizado pelo lugar de maior altitude desse curso onde seu trecho de drenagem mais a montante primeiro trecho surge no terreno com ou sem escoamento superficial de água AGÊNCIA 2014 Você poderá pesquisar mais termos na referência indicada à medida que os conceitos não estiverem bem entendidos 74 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Como os reservatórios são formados Como já apresentado no texto o barramento de um rio permite o acúmulo da água Em consequência formase o reservatório A capacidade de armazenamento ou seja o volume do reservatório será em função da escolha da seção do rio das características topográficas do local e da altura da barragem De forma preliminar e simplificada para a construção de um barramento na seção de um rio com o objetivo de formar um reservatório inicialmente é préestabelecido um volume de armazenamento que corresponde a uma cota do nível dágua que será atingida Para esse procedimento é necessário utilizar o gráfico da curva cota x área do espelho dágua formado Para a elaboração do gráfico é necessário que se disponha do mapa topográfico da região mapa com as curvas de nível Devese planimetrar ou seja medir no mapa a área inundada limitada pela curva de nível para cada cota correspondente Preparase uma tabela com os pares cota x área sendo as cotas em m e as áreas em m² km² ou ha depois lançase os valores em um gráfico Notase o esboço de uma curva através dos pontos que poderá ser definida por uma equação A Figura 27 ilustra de forma simplificada a região com a seção da barragem no rio as curvas de nível que atravessam o rio e o gráfico com a cota x área gerada pelo espelho de água formado O gráfico da relação cota x volume é obtido pela integração da relação cota x área Calculamse numericamente os volumes entre curvas de nível consecutivas Multiplicase a média das áreas das curvas pela diferença de de suas cotas A Figura 28 mostra um exemplo Fonte elaborada pelo autor Figura 27 Ilustração da relação cota x área do espelho dágua 75 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Fonte elaborada pelo autor Figura 28 Ilustração da relação cota x volume Atualmente existem tecnologias mais modernas para a determinação destas relações Entre eles está o mapeamento a laser Você já adquiriu a ciência de como o reservatório é formado A seguir são apresentadas as principais características dos reservatórios com suas terminologias adequadas A capacidade de um reservatório é descrita por seus níveis e volumes característicos Entre eles volume máximo volume mínimo volume útil e volume morto nível mínimo operacional nível máximo operacional e nível máximo maximorum A Figura 29 apresenta um corte com uma vista esquemática de uma barragem localizada na seção de um rio ilustrando os níveis e volumes Fonte elaborada pelo autor Figura 29 Vista esquemática do corte de uma barragem 76 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Nível mínimo operacional é o nível mais baixo da água no qual as tomadas de água ainda podem operar normalmente Abaixo disso a água não se encontra disponível para captação O volume morto corresponde ao volume armazenado quando o reservatório se encontra no nível mínimo operacional Nível máximo operacional corresponde à cota máxima permitida para operações normais dos reservatórios O nível máximo operacional define o volume máximo do reservatório Níveis superiores ao máximo operacional podem ocorrer excepcionalmente mas podem comprometer a segurança da barragem Nível máximo maximorum corresponde ao nível de água atingido quando ocorrem eventos de cheia excepcionais Nessa situação o nível máximo operacional é superado por um curto período de tempo Volume útil de um reservatório é compreendido entre o volume máximo operacional do reservatório e o volume mínimo operacional Esse volume é o que pode ser utilizado para regularizar as vazões O volume ou capacidade de reservação de um reservatório é determinado pela equação do balanço hídrico COLLISCHONN DORNELLES 2013 A equação do balanço hídrico no reservatório para um dado intervalo de tempo pode ser apresentada pela seguinte expressão V P A Qa t E A Σ Qd t QS t I A onde V variação do volume do reservatório P precipitação observada no espelho dágua do reservatório A área do espelho dágua do reservatório Qa vazões afluentes ao reservatório E evaporação observada na área do espelho do reservatório Σ QS somatório das demandas consuntivas retiradas do reservatório QS vazão liberada a jusante do reservatório I perdas por infiltração t intervalo de tempo considerado 77 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Esta equação pode ser apresentada da seguinte forma V t Qa Qs em que V é a variação de volume do reservatório em m³ t tempo em segundos Qa vazão aflluente ao reservatório em m³s QS vazão que sai do reservatório em m³s Inclui as perdas por evaporação as vazões retiradas para atender aos usos na bacia hidrográfica e a vazão que deverá ser vertida quando o reservatório estiver cheio A vazão afluente ao reservatório inclui todos os fluxos de água que escoam para o reservatório como as vazões superficiais dos rios e córregos além do fluxo de água subterrânea dos aquíferos próximos e também da precipitação direta na superfície do espelho de água do reservatório A vazão de saída do reservatório inclui as retiradas de água para atender às demandas abastecimento urbano e irrigação entre outros vazões controladas a jusante exigidas para atender demandas ambientais de navegação ou para outros usos O dimensionamento e a análise da capacidade dos reservatórios podem ser realizados por meio da estimativa das vazões de entrada e saída dos reservatórios e de suas características Entre os métodos utilizados nesta análise estão o método identificado como diagrama de Rippl ou diagrama de massas WURBS 1996 e os métodos de simulação entre eles o apresentado em Lanna 1993 Assimile A barragem é uma estrutura ou obra hidráulica que tem como função principal acumular ou represar água formando uma represa ou reservatório O projeto de uma barragem é feito para atender a um objetivo ou a vários tais como captação de água para abastecimento ou irrigação controle de cheias geração de energia elétrica em aproveitamentos hidrelétricos regularização de níveis para navegação fluvial atividades de recreação pesca enfim para múltiplos usos Por esse motivo algumas barragens são conhecidas como barragens de usos múltiplos são obras hidráulicas projetadas para atender a diversos usos Com certeza você já entendeu a importância e a complexidade de um empreendimento dessa 78 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Reflita Será que o reservatório será sempre necessário Qual é a análise básica a ser realizada para responder a esta questão Inicialmente lembrese da sua primeira atividade como estagiário observar o comportamento da seção de interesse no campo depois verificar e analisar os dados observados no escritório Da mesma forma inicialmente é importante verificar a disponibilidade de dados hidrológicos na bacia hidrográfica de interesse e em regiões vizinhas A disponibilidade de dados condicionará a escolha da metodologia a ser adotada para resolver o seu problema O assunto é bastante extenso e amplo No momento o que você precisa ter noção é que não necessariamente toda retirada de água para um eventual uso requer a formação de um reservatório Antes de prosseguir é importante que você entenda o conceito de vazão natural é a vazão que ocorreria em uma seção do rio se não houvesse a montante as captações para diversos fins as ações antrópicas na bacia como a regularização de reservatórios as transposições de vazão entre outros Inicialmente você precisa definir o quanto é necessário captar de água do rio para que o uso seja atendido Depois devese comparar esse valor com as vazões naturais afluentes à seção Se as vazões naturais forem expressivamente superiores às retiradas mesmo nos períodos críticos de estiagem na ocorrência de mínimas não haverá a necessidade de regularizar as vazões Sendo assim a implantação de um reservatório de acumulação só seria justificada para atender a outra necessidade por exemplo reduzir os efeitos das inundações a jusante para controlar as natureza Você já parou para refletir sobre quantos engenheiros de várias especialidades estão envolvidos numa obra de tamanha grandeza Vamos citar algumas dessas especialidades profissionais da área de hidráulica de hidrologia de topografia de geotecnia de estruturas de materiais de engenharia civil além da eventual participação de engenheiros mecânicos e eletricistas Não podemos nos esquecer também dos engenheiros ambientais visto que a formação do lago do reservatório envolve questões ambientais O assunto é complexo e extenso não é mesmo Portanto você não pode parar de pesquisar nem de estudar Somente assim você poderá ser um profissional capacitado 79 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 vazões máximas Caso contrário se a vazão a ser captada for superior às vazões mínimas do rio então será essencial reservar os excessos para atender aos períodos em que as vazões naturais disponíveis forem menores que as retiradas Exemplificando A seguir ilustramos de forma simples um procedimento de análise preliminar envolvido na observação do volume mínimo de um reservatório e a vazão de regularização por meio da lei de regularização conforme equação a seguir em que yt função ou lei de regularização Qrt vazão de regularização que pode ser obtida pela soma de todas as vazões que deverão ser atendidas ou fornecidas pelo reservatório num determinado tempo Qmed média das vazões naturais afluentes até a seção escolhida para a instalação da barragem para o número de meses escolhido para a análise Conhecendose as vazões naturais e a função de regularização Yt é possível determinar a vazão de regularização e a capacidade mínima do reservatório De forma bastante simples de entender verifique o hidrograma da Figura 210 que representa o período de janeiro J a dezembro D Sobre ele é lançada uma vazão que representa a vazão a ser regularizada necessária para atender às demandas Qrt Qmed yt Fonte elaborada pelo autor Figura 210 Hidrograma das vazões naturais 80 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Fonte elaborada pelo autor Figura 211 Identificação do período crítico No gráfico da Figura 211 é possível observar quais são os meses em que as vazões são inferiores à vazão a ser atendida Simplificadamente o volume que deverá ser armazenado no reservatório é aquele representado pela área hachurada no gráfico da Figura 211 Esse volume que representa a capacidade do reservatório pode ser expresso pela área do retângulo definido pela vazão de regularização menos a área sob a curva das vazões A área do retângulo é definida pela seguinte expressão matemática que representa o volume necessário para atender à vazão regularizada Vnec Vn Qrtabr tmai tjun tjul tago tset em que t é representado pelo número de segundos no mês por exemplo A expressão matemática da área sob a curva das vazões volume afluente Va ao reservatório no período é dada por Va Qabrxtabr Qmaixtmai Qjunxtjun Qjulxtjul Qagoxtago Qsetxtset em que Qmês são as vazões afluentes mês a mês A capacidade mínima do reservatório Cr pode ser definida como Cr Vn Va Cabe observar que a máxima vazão constante regularizável é a vazão média de longo período supondo um reservatório com volume máximo ilimitado e sem perdas por evaporação 81 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Pesquise mais Para adquirir conhecimento sobre a complexidade que envolve as questões do enfrentamento dos períodos de estiagem principalmente em grandes cidades pesquise sobre o caso de São Paulo e seu principal sistema de abastecimento de água o Sistema Cantareira através do link indicado Disponível em httpwwwsspcjorgbrindexphpsistemacantareira Acesso em 27 jan 2017 Para elaborar as análises de estiagem e regulação de vazão para o Rio Ribeirinha você acompanhou os processos naturais que ocorrem na Seção A do rio decorrentes da variabilidade temporal das chuvas em cada período do ano Pois bem o trabalho de campo desempenhado na seção tanto no período de chuvas como no de estiagem tem como objetivo observar as principais variáveis do ciclo hidrológico entender o seu comportamento na superfície e o impacto na bacia hidrográfica O resultado dessa atividade gera o diagnóstico hidrológicohidráulico da bacia hidrográfica tendo como ponto de análise principal os resultados observados na seção para o seu parecer técnico A análise do volume que passa na seção depende da observação e de todos os processos do ciclo hidrológico do tipo de solo e de seu uso e ocupação da bacia hidrográfica além de todas as retiradas de água que eventualmente existirão a montante representadas pelas demandas para abastecimento urbano industrial entre outros Todo o processo envolvido é muito complexo e os fenômenos hidrológicos estão integrados Você deverá indicar no seu parecer técnico o cálculo do volume necessário para que o reservatório sirva como regularizador das vazões conforme exemplos já apresentados Sem medo de errar 82 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Dimensionamento preliminar do volume mínimo de um reservatório Descrição da situaçãoproblema Caro aluno o engenheiro de projetos do escritório para o qual você trabalha pede que você verifique a série de vazões naturais mensais do Rio São Marcos na seção onde está instalada a barragem de Serra do Facão Ele precisa de um valor preliminar do volume mínimo do reservatório considerando as vazões naturais médias no período entre 2013 e 2014 Devese considerar a lei de regulação e que o valor de evaporação seja igual a zero Resolução da situaçãoproblema Para iniciar esse cálculo você deve buscar a série de vazões naturais médias para o Rio São Marcos na seção da barragem Serra do Facão no site do Operador Nacional do Sistema Elétrico ONS O ONS é o órgão que opera todas as barragens que geram energia hidrelétrica no país e indica os níveis de operação dos reservatórios com base horária ou seja informa de hora em hora qual reservatório deve reservar mais água e qual reservatório liberará mais água para jusante obtendo assim a otimização da geração de energia do país O ONS disponibiliza as séries de vazões naturais dos rios nas seções dos reservatórios no período de 1931 até 2015 O conteúdo está disponível em httpwwwonsorgbrptpaginasresultadosdaoperacaohistorico daoperacao Acesso em 17 jan 2017 Após a obtenção dos dados montamos um gráfico da vazão m3s versus tempo meses para os anos de 2013 e 2014 A partir dos dados plotados no gráfico ficará fácil identificarmos qual foi o período de estiagem período crítico em relação à vazão média do período Observe que os valores das vazões médias mensais são apresentados no próprio gráfico incluindo a vazão média da série histórica Avançando na prática 83 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Fonte elaborada pelo autor Figura 212 Série de vazões naturais Rio São Marcos UHE Serra do facão Conforme observado no gráfico os meses críticos foram os meses de maio a novembro de 2014 nos quais a vazão que chegou ao reservatório foi menor do que a vazão a ser regularizada A lei de regularização é calculada a partir da seguinte expressão em que Qr vazão regularizada em função do tempo t Qmed vazão média no período considerado Se a lei de regularização é igual a 1 então Qr Qmed A capacidade mínima do reservatório é calculada por meio da fórmula Cr Vn Va Qrt Qmedt yt 84 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 em que Vn volume necessário Va volume afluente O Vn é calculado da seguinte forma Vn Qmedtmai tjun tjul tago tset tout tnov A variação do tempo em cada mês é calculada em segundos Portanto tmai 31 dias x 86400s 268 x 106s no mês de maio tjun 30 dias x 86400s 259 x 106s no mês de junho Vn 142268 x 106 259 x 106 268 x 106 268 x 106 259 x 106 268 x 106 259 x 106 Vn 262 x 106m3 Considerando que o período crítico compreende os meses de maio a novembro de 2014 calculase Va Qmai x tmai Qjun x tjun Qjul x tjul Qago x tago Qset x tset Qout x tout Qnov x tnox Va 131 x 259 x 106 88 x 259 x 106 62 x 268 x 106 45 x 268 x 106 33 x 259 x 106 15 x 268 x 106 72 x 259 x 106 Va 118 x 109 m3 Cr 268 x 109 118 x 109 144 x 109 m3 Para que o rio esteja 100 regularizado durante o período estudado o volume mínimo do reservatório deverá ser igual a 144 x 109 m3 1 Para analisar a necessidade de regularização das vazões de um rio X em uma determinada seção Y de estudo devemos dispor de alguns dados necessários para iniciar a avaliação Quais são esses dados Assinale a alternativa correta a Dados de infiltração e uso do solo b Série de vazões naturais médias e dados de evaporação c Demanda hídrica para atendimento dos usos múltiplos do rio Faça valer a pena 85 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 2 Para regularizar as vazões de um rio que apresenta grande variabilidade temporal com cheias intensas e severas estiagens a solução utilizada é a construção de uma barragem O reservatório formado tem como principal objetivo reter as águas excedentes na época de cheias de maneira a reservar água para os períodos de estiagens O reservatório possui níveis e volumes característicos Com base no texto é correto afirmar que a O volume morto do reservatório é igual ao volume correspondente ao nível mínimo operacional b O volume útil do reservatório corresponde à diferença entre o nível máximo maximorum e o nível máximo operacional c O volume morto é sempre utilizado no período de estiagem d O nível máximo operacional é dimensionado para eventos de cheias excepcionais e O volume útil do reservatório corresponde à diferença entre o nível máximo maximorum e o nível mínimo operacional 3 No cálculo do balanço hídrico necessário para o dimensionamento da capacidade de um reservatório é importante que sejam utilizadas as vazões naturais O que é correto afirmar sobre vazão natural a É a vazão mínima afluente ao reservatório b É a vazão média afluente ao reservatório c É a vazão resultante da diferença entre a vazão afluente e a vazão que sai do reservatório d É a vazão que ocorreria em uma seção do rio se não houvesse a montante captações para diversos fins e É a vazão total que passa na seção do rio e corresponde à vazão líquida mais a vazão sólida d Série de vazões médias naturais e valores de vazão afluente para atendimento dos usos múltiplos e Dados de qualidade do rio 86 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 87 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Seção 23 Águas subterrâneas Olá aluno Para finalizar o parecer técnico sobre regime hidrológico do Rio Ribeirinha foi solicitado que você pesquise qual ou quais aquíferos estáão presentes nessa bacia hidrográfica O importante é compreender que as águas subterrâneas estão armazenadas em grandes reservatórios chamados de aquíferos Os aquíferos não têm o mesmo tamanho da bacia hidrográfica Pelo contrário eles têm abrangência superior à extensão da bacia e podem ultrapassar limites entre estados e países A sua distribuição geográfica está relacionada com a geologia do local A hidrogeologia é a ciência que estuda as águas subterrâneas e a sua relação com o ciclo hidrológico Levando isso em consideração o primeiro passo é adquirir o mapa hidrogeológico da área da bacia para verificar qual aquífero está localizado sob a bacia do Rio Ribeirinha A partir dessa informação você deve verificar se há pontos de monitoramento na região ou informações da qualidade da água No Brasil há muito a ser feito com relação ao monitoramento de águas subterrâneas O monitoramento foi iniciado apenas em 1990 pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo Cetesb e depois foi realizado em outras áreas do país Mas diferentemente da rede de monitoramento extensa para as águas superficiais a rede de monitoramento de águas subterrâneas é esparsa e até inexistente em várias bacias brasileiras Diálogo aberto 88 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 As águas subterrâneas são parte do ciclo hidrológico A água precipitada que não evapora ou é interceptada seguirá dois caminhos escoar pela superfície até atingir cursos dágua rios lagos ou até mesmo o mar formando o escoamento superficial ou então infiltrar no solo e atingir o escoamento subterrâneo A água infiltrada percola pelos vazios do solo e pelas porções geológicas através de um movimento vertical em função da ação da gravidade da pressão e da capilaridade Não pode faltar Vocabulário Capilaridade propriedade física que os fluidos têm de subirem ou descerem em tubos extremamente finos ou em corpos porosos Essa ação pode fazer com que líquidos fluam mesmo contra a força da gravidade devido à tensão superficial da água Percolação movimento de penetração da água entre os vazios do solo Esse movimento geralmente é lento e dá origem ao lençol freático Esse movimento é bem lento e ocorre até a água precipitada atingir uma zona onde todos os vazios já estão preenchidos com água a zona saturada Na zona saturada o movimento da água passa a ser predominantemente horizontal através das rochas e sedimentos Esse movimento é bem lento como o movimento de percolação sendo que a velocidade é da ordem de cmdia A zona saturada é o que chamamos de aquífero Um aquífero é uma formação geológica permeável que se constitui num reservatório de água subterrânea Por sua natureza geológica o aquífero permite o fluxo e o armazenamento de água em seu interior Quando a formação geológica é semipermeável ela é denominada de aquitarde armazena água mas o fluxo de água em seu interior é muito lento Quando é de formação geológica praticamente sem permeabilidade é denominada de aquiclude tanto o fluxo quanto o armazenamento de água são muito reduzidos 89 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Assimile O aquífero pode ser classificado de acordo com a pressão na sua camada limítrofe em livre semiconfinado e confinado As definições desses aquíferos são dadas da seguinte forma segundo Porto 2012 a O aquífero livre Figura 213 situase próximo à superfície onde a unidade geológica aflora na superfície Nele a zona saturada tem contato direto com a zona não saturada O nível freático superfície superior da zona de saturação fica submetido à pressão atmosférica Dessa forma a água que infiltra no solo atravessa a zona não saturada e recarrega diretamente o aquífero livre b O aquífero confinado é limitado nas partes superior e inferior por aquicludes e aquitardes Figura 213 Nesse caso o aquífero é submetido a uma pressão maior que a atmosférica em função da existência de uma camada confinante Devido ao confinamento o nível de água do aquífero pode estar em uma posição superior ao seu topo Se o nível ocorre acima da superfície o poço é chamado de artesiano ou jorrante A recarga desse tipo de aquífero é realizada pela porção aflorante ou quando ele é livre ou por infiltração de unidades geológicas sobrepostas c O aquífero semiconfinado é semelhante ao confinado No entanto uma das camadas que o confina apresenta uma permeabilidade que permite a infiltração Fonte adaptada de Borghetti et al 2004 Figura 213 Esquema ilustrativo de aquíferos 90 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Os poços artesianos são aqueles em que a água é jorrada através do furo ou seja quando o nível potenciométrico do aquífero é superior à superfície do terreno em um dado ponto Figura 214 O termo também é usado popularmente embora de forma incorreta como sinônimo de poço tubular Já o termo poço semiartesiano nessa acepção popular referese a poços tubulares de profundidades não superiores a 80 100 m PORTO 2012 Fonte adaptada de http1papacaiocombrmodulesphpopmodloadnameSalaaulafileindexdoshowpicpid6 259orderbytitleA Acesso em 31 jan 2017 Figura 214 Aquíferos Área de recarga e poços Os aquíferos também são classificados de acordo com a porosidade das rochas em poroso fissural e cárstico Figura 215 Os aquíferos porosos apresentam água nos vazios formados entre o solo São encontrados em rochas sedimentares por exemplo arenitos do Aquífero Guarani e do Aquífero Botucatu Nos aquíferos do tipo fissural a água percorre as fissuras formadas em decorrência do fraturamento das rochas destituídas de vazios por exemplo os basaltos sobre os arenitos do Aquífero Guarani 91 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Os aquíferos do tipo cárstico surgem em rochas carbonáticas como as rochas calcárias sedimentares É um aquífero que apresenta fraturas que são originadas quando a água dissolve o carbonato presente nas rochas que podem atingir aberturas muito grandes criando rios subterrâneos Podem ser encontrados no Vale do Ribeira no interior de São Paulo e em Bonito no Mato Grosso do Sul Fonte adaptada de Brasil 2007 p 12 Figura 215 Classificação dos aquíferos quanto à porosidade Reflita Como os aquíferos são reabastecidos A água que o aquífero recebe para o seu reabastecimento é denominada de recarga A grande maioria dos aquíferos é reabastecida continuamente O processo de recarga natural é função basicamente do montante de chuvas além do processo de interação entre os demais processos do ciclo hidrológico infiltração escoamento e evaporação Isso significa que o relevo da área o tipo de solo e a cobertura da vegetação influenciam e são muito importantes para a recarga A recarga é dita direta quando os aquíferos são alimentados diretamente pela infiltração das águas na superfície exposta do solo ou rocha em toda extensão dos aquíferos livres Nos aquíferos confinados a recarga se dá na extensão onde as rochas afloram na superfície Figura 214 Há situações em que os aquíferos são recarregados através de outras rochas Nesse caso a recarga é dita indireta Os locais de recarga direta normalmente situamse em pontos altos do terreno morros serras entre outros Esses locais devem ser protegidos e são de fundamental importância para garantir a qualidade e o volume das águas subterrâneas 92 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 As águas subterrâneas são utilizadas para o abastecimento público onde não há rede de abastecimento de água além de suprir indústrias agricultura e também o turismo como é o caso das estâncias termais A contaminação das águas subterrâneas ocorre principalmente por meio de três fontes de poluição urbana e doméstica agrícola e industrial Há também a poluição por intrusão salina Com isso notamos que a atividade humana é a principal fonte de poluição e portanto a gestão da qualidade da água subterrânea está associada ao controle da atividade humana Para águas subterrâneas há o conceito de vulnerabilidade do aquífero à poluição que significa sua menor ou maior suscetibilidade de ser afetado por uma carga contaminante O risco potencial de contaminação tem relação com o tipo de contaminante e suas características e pode ocorrer por meio de fontes diretas ou indiretas As fontes diretas são resíduos sólidos vazamento das redes de esgoto ou fossas chorume proveniente de aterros sanitários mal planejados atividades agrícolas como o uso de fertilizantes pesticidas e agrotóxicos atividades de mineração e o vazamento de substâncias tóxicas como tanques em postos de gasolina ou de oleodutos e cemitérios As fontes indiretas são filtragem vertical descendente que é quando a poluição de aquíferos próximos à superfície do solo contaminam os aquíferos mais profundos contaminação natural provocada pela transformação química e dissolução de minerais poços mal construídos eou abandonados e a salinização do aquífero Exemplificando A contaminação dos aquíferos gera um impacto enorme nas águas subterrâneas O tempo para recuperação dos aquíferos é extremamente lento e nem sempre a despoluição acontece de forma natural O processo de despoluição e minimização dos impactos negativos gera um custo muito alto o que na maioria das vezes torna o processo inviável economicamente além da complexidade técnica e falta de mão de obra especializada para esse processo Os estudos de proteção das águas subterrâneas dependem de políticas públicas em que as atividades geradoras de poluição sejam incorporadas em planos diretores e planos de uso e ocupação do solo 93 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Pesquise mais Para complementar sua leitura visite o site da Associação Brasileira de Águas Subterrâneas Disponível em httpwwwabasorg Acesso em 2 fev 2017 Para entender os procedimentos necessários para se obter a permissão para captação e uso de águas subterrâneas consulte o link indicado Disponível em httpwwwdaeespgovbrindexphpoptioncom contentid68outorga Acesso em 31 jan 2017 Para finalizar o parecer técnico sobre regime hidrológico do Rio Ribeirinha em primeiro lugar você deve utilizar os mapas hidrogeológicos para identificação do aquífero na localização estudada disponibilizados pelo Serviço Geológico do Brasil CPRM Disponível em httpwwwcprmgovbrpubliqueHidrologiaMapase PublicacoesMapaHidrogeologicodoBrasilaoMilionesimo756html Acesso em 2 fev 2017 e pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE Disponível em ftpgeoftpibgegovbrinformacoesambientaisgeologialevantamento hidrogeologicoehidroquimicomapasunidadesdafederacaornhidrogeologia pdf Acesso em 2 fev 2017 Posteriormente você deve verificar as suas características com relação à geologia do local tipo de aquífero e se há pontos de monitoramento Você deve buscar o mapa de uso e ocupação do solo conforme Figura 216 e verificar quais usos geram riscos de contaminação aos aquíferos Como resultado indique em seu parecer qual é a vulnerabilidade à poluição em função dos usos dentro da bacia do Rio Ribeirinha Sem medo de errar 94 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Fonte httpmundogeocomblog20090709mapeamentodeusoeocupacaodosolo Acesso em 2 fev 2017 Figura 216 Mapa de uso e ocupação É importante que você sugira que ações de proteção devem ser incorporadas ao plano diretor local além de pontos de monitoramento em locais com maior vulnerabilidade à poluição 95 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Exploração de água subterrânea para abastecimento público Descrição da situaçãoproblema A cidade de São Paulo passou recentemente por uma crise hídrica grave decorrente de um período de estiagem prolongado Em consequência disso foi necessário fazer o racionamento do uso da água Sendo assim alguns condomínios buscaram complementar a água disponível por meio da perfuração de poços para captação de água subterrânea Para essa finalidade o que deve ser feito inicialmente Resolução da situaçãoproblema Inicialmente é importante investigar se na região onde se quer perfurar o poço é possível captar água subterrânea sem restrições legais e se há disponibilidade de água Para isso é muito importante que se consulte o órgão do estado responsável por conceder a permissão da captação para uso da água procedimento conhecido como outorga No estado de São Paulo o órgão responsável é o Departamento de Águas e Energia Elétrica DAEE Esse órgão deverá orientar e esclarecer quanto aos principais procedimentos necessários para a perfuração do poço desde a contratação de profissionaisempresa especializados na perfuração de poços até a vazão permitida para captação incluindo a análise da qualidade da água disponível 1 Você já aprendeu sobre o ciclo hidrológico sobre suas fases e sobre a função específica de cada uma delas Lembrese das várias fases e do caminho da água até chegar nos cursos dágua Você já observou o escoamento de um rio Já observou que mesmo em períodos de grande estiagem alguns rios continuam tendo água escoando De onde vem a água que continua escoando no rio Assinale a alternativa correta a Da evaporação b Da transpiração das plantas c Da precipitação d Do escoamento superficial e Das águas subterrâneas Faça valer a pena Avançando na prática 96 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 2 Há algumas formas de se classificar os aquíferos Quando a classificação é realizada de acordo com a pressão exercida sobre as águas nas suas camadas limítrofes há uma designação específica Como esses aquíferos são conhecidos Assinale a alternativa correta a Aquicludes b Freáticos ou livres e artesianos ou confinados c Aquitardes d Porosos e cársticos e Fissurais e porosos 3 A contaminação da qualidade da água subterrânea pode ocorrer por meio de diversas fontes que geralmente estão relacionadas com a atividade humana De acordo com o contexto é correto afirmar que a O processo de despoluição de um aquífero é simples e barato b O processo de despoluição de um aquífero exige mão de obra especializada e seu custo é baixo c O processo de despoluição de um aquífero na maioria das vezes ocorre naturalmente d O processo de despoluição de um aquífero tem custos elevados porém é de fácil execução e O processo de despoluição de um aquífero exige mão de obra especializada e seu custo é extremamente alto 97 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas U2 Referências AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS ANA Conjuntura de recursos hídricos Disponível em httpwww3snirhgovbrportalsnirhcentraisdeconteudosconjunturados recursoshidricos Acesso em 27 jan 2017 AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS ANA Lista de termos para o thesaurus de recursos hídricos da Agência Nacional de Águas Brasília ANA 2014 Disponível em http arquivosanagovbrimprensanoticias20150406034300Portaria1492015pdf Acesso em 27 jan 2017 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ABAS Disponível em http wwwabasorg Acesso em 2 fev 2017 BORGHETTI N R B BORGHETTI J R ROSA FILHO E F da O Aquífero Guarani a verdadeira integração dos países do Mercosul Curitiba GIA Fundação Roberto Marinho 2004 BRASIL Ministério das Cidades Instituto de Pesquisas Tecnológicas IPT Mapeamento de riscos em encostas e margens de rios Brasília IPT 2007 Disponível em http wwwcidadesgovbrimagesstoriesArquivosSNPUBibliotecaPrevencaoErradicacao LivroMapeamentoEnconstasMargenspdf Acesso em 13 jan 2017 BRASIL Ministério do Meio Ambiente SSecretaria de Recursos Hídricos e Ambiente Urbano Águas subterrâneas um recurso a ser conhecido e protegido Brasília MMA SRH 2007 Disponível em httpwwwagrolinkcombrdownloadsC381GUAS20 SUBTERRC382NEASpdf Acesso em 14 fev 2017 BRASIL Ministério do Planejamento Orçamento e Gestão Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE Brasília 2005 Disponível em ftpgeoftpibgegovbr informacoesambientaisgeologialevantamentohidrogeologicoehidroquimico mapasunidadesdafederacaornhidrogeologiapdf Acesso em 2 fev 2017 CARVALHO T M Técnicas de medição de vazão por meios convencionais e não convencionais Revista Brasileira de Geografia Física Recife UFPE v 1 n 1 p 7385 2008 CHOW V T MAIDMENT D R MAYS L W Applied hydrology New York McGrawHill 1988 572 p COLLISCHONN W DORNELLES F Hidrologia para engenharia e ciências ambientais Porto Alegre Associação Brasileira de Recursos Hídricos ABRH 2013 336 p 98 U2 Sistema de recursos hídricos enchentes estiagens e águas subterrâneas LANNA A E L Regularização de vazões em reservatórios In TUCCI C E M Hidrologia ciência e aplicação Porto Alegre Editora da Universidade UFRGSABRH 2001 p LOBO G A Medição de vazão em cheias de bacias urbanas e rurais com molinetes hidrométricos e flutuadores superficiais 2002 140 f Tese Doutorado Escola Politécnica da Universidade de São Paulo São Paulo 2002 MUSY A Le Bassin Versant et Son Complexe In Edrologie cours dhydrologie générale Lausanne Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne 2001 Disponível em httpecho2epflchedrologiechapitreschapitre2mainhtml Acesso em 12 jan 2017 NAGHETTINI Mauro PINTO Éber José de Andrade Pinto Hidrologia estatística Belo Horizonte CPRM 2007 OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO Séries de vazões naturais médias mensais Disponível em httpwwwonsorgbroperacaovazoesnaturaisaspx Acesso em 17 jan 2017 PORTO R L L Fundamentos para gestão da água São Paulo sn 2012 SÃO PAULO Estado Departamento de Águas e Energia Elétrica Guia prático para projetos de pequenas obras hidráulicas 3 ed São Paulo DAEE 2008 SALA DE SITUAÇÃO DAS BACIAS Sistema Cantareira Disponível em httpwww sspcjorgbrindexphpsistemacantareira Acesso em 27 jan 2017 SERVIÇO GEOLÉGICO DO BRASIL CPRM Mapa Hidrogeológico do Brasil ao Milionésimo Disponível em httpwwwcprmgovbrpubliqueHidrologiaMapase PublicacoesMapaHidrogeologicodoBrasilaoMilionesimo756html Acesso em 2 fev 2017 WURBS R A Modeling and analysis of reservoir system operations New Jersey Prentice Hall 1996 356 p Unidade 3 Sistemas de micro e macrodrenagem Olá aluno Seja bemvindo de volta Com base no seu conhecimento prévio adquirido no tema de hidrologia nas unidades anteriores nesta unidade abordaremos a aplicação da hidrologia no meio urbano mais especificamente no que se refere à drenagem urbana Ela pode ser dividida em dois subtemas microdrenagem e macrodrenagem Ao final desta unidade você estará apto a identificar calcular e projetar os principais dispositivos que compõem a drenagem urbana além de refletir sobre a importância deste tema no desenvolvimento urbano Esta unidade está dividida em três seções 31 32 e 33 Na Seção 31 abordaremos os principais dispositivos que compõem a microdrenagem e os critérios de projeto os problemas comuns encontrados no sistema de microdrenagem bem como seus controles e o dimensionamento de sarjetas e sarjetões Na Seção 32 o assunto continua sendo a microdrenagem compreenderemos os assuntos de alocação e dimensionamento dos variados tipos de bocas de lobo e poços de visita bem como o dimensionamento e traçado de galerias Já na Seção 33 o assunto abordado será a macrodrenagem Desenvolveremos nosso aprendizado com relação aos dispositivos e critérios de projetos drenagem em talvegues bueiros e vãos livres de pontes e também problemas comuns em sistemas de macrodrenagem Você terá nesta unidade o papel de engenheiro civil do órgão público Convite ao estudo 100 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Fonte Gribbin 2014 p 259 Figura 31 Projeto inicial de uma área que sofrerá intervenção para melhoria na drenagem urbana A partir do ponto 9 representado na Figura 31 ocorre o lançamento final das águas coletadas no riacho que corta a região Esse riacho tem seu leito preservado porém é prevista a retificação desse curso dágua Está prevista também a construção de um bueiro para passagem de veículos leves responsável pela gestão das águas pluviais urbanas de uma grande cidade Você será responsável por planejar e projetar os dispositivos de drenagem da cidade solucionando problemas de alagamentos que atrapalham o fluxo normal da cidade em dias chuvosos causam danos aos patrimônios públicos e privados e também transtornos aos munícipes Você foi designado para analisar um préprojeto de drenagem urbana que será implantado em um trecho da cidade que sofre com problemas de alagamento Esse préprojeto já conta com a locação das bocas de lobo o lançamento do traçado das galerias pluviais e a alocação de poços de visita 101 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Seção 31 Microdrenagem conceitos gerais e introdução a dimensionamento Como engenheiro civil do órgão público responsável pela gestão das águas pluviais urbanas de uma grande cidade você foi designado para analisar um préprojeto de drenagem urbana que será implantado em um trecho da cidade que sofre com problemas de alagamento Analise os dados obtidos e sintetizados apresentados a seguir e verifique se os fluxos nas sarjetas atendem às recomendações de projeto como altura máxima da lâmina de água Determine também o espalhamento máximo permitido Os dados coletados são apresentados a seguir Equação da chuva i 50247 Tr 01431 t 1080606 Altura máxima da lâmina de água das sarjetas 10 cm Coeficiente de rugosidade de Manning 0015 Declividade transversal das vias 003 Declividade longitudinal da Avenida 1 0005 Declividade longitudinal da Avenida 1 0006 Demais dados já calculados estão apresentados no quadro a seguir Diálogo aberto 102 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Fonte elaborada pelo autor Tabela 31 Dados da área de análise Boca de lobo Área de con tribuição km² Tempo de concentração tc min Coeficien te de de flúvio C Intensidade pluviométri ca i mmh Vazão de projeto Q m³s 1 0000567 6 095 11444 001712 2 0003723 10 060 10055 006244 3 0004856 10 050 10055 006787 4 0005666 9 045 10360 007343 6 0000809 6 095 11444 002446 7 0001214 6 095 11444 003669 8 0005261 14 038 9038 005023 Com base no seu conhecimento de hidrologia adquirido nas unidades anteriores estudaremos agora o tema da drenagem urbana uma aplicação da hidrologia no meio urbano Esta seção tem como objetivo explanar os critérios de projeto para a drenagem urbana os principais dispositivos pertencentes à microdrenagem os problemas apresentados na prática em relação à drenagem urbana e o dimensionamento dos dispositivos de encaminhamento de vazões como as sarjetas e os sarjetões O propósito do gerenciamento de águas pluviais é melhorar a qualidade de vida nas áreas urbanas por meio da Proteção da vida humana e redução de enchentes Prevenção de danos às propriedades privadas e públicas Minimização da interrupção das atividades urbanas cotidianas Proteção dos corpos hídricos Dispositivos e critérios de projetos Em áreas urbanas as águas pluviais escoam pelas ruas e são coletadas e transportadas pelas sarjetas ao longo das vias sendo então drenadas pelas bocas de lobo que as encaminham às galerias subterrâneas que por sua vez têm o objetivo de transportar a água até o local do lançamento geralmente cursos dágua lagos rios e o oceano WURBS JAMES 2002 Não pode faltar 103 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 O sistema pluvial pode ainda ser dividido em micro e macrodrenagem A microdrenagem é a parte do sistema que inicia nos limites dos lotes e das edificações no qual recebe as instalações prediais de coleta de águas pluviais prossegue no escoamento das sarjetas e é coletado pelas bocas de lobo que direcionam essas águas para as galerias pluviais A macrodrenagem é a parte do sistema que recebe água coletada pelos sistemas da microdrenagem cuidando dos fundos de vales e à que interessa mais a área total da bacia seu escoamento natural sua ocupação a cobertura vegetal os fundos de vale e os cursos dágua urbanos AZEVEDO NETTO 2015 O sistema pluvial abrange calhas das ruas galerias bueiros bocas de lobo dispositivos de infiltração escadarias e rampas até a chegada das águas aos córregos riachos e rios com o objetivo de evitar erosões do terreno do pavimento alagamento da calha viária e também com a função de eliminar pontos baixos sem escoamento a fim de promover a chegada ordenada das águas aos cursos de água da região BOTELHO 2006 HOUGHTALEN HWANG AKAN 2012 Critérios de projeto a Tempo de recorrência ou de retorno Tr Sendo a microdrenagem a solução para o escoamento das vazões de chuvas mais frequentes portanto com menores recorrências e menores intensidades é admitida a ocorrência de alagamentos pontuais quando a intensidade das chuvas aumenta AZEVEDO NETTO 2015 Valores de tempo de retorno são estabelecidos por legislações locais mas em geral tempo de retorno de 10 anos para microdrenagem tem sido adotado Sendo assim na média o sistema ficará sobrecarregado uma vez a cada dez anos o que resultará em pequena enchente HOUGHTALEN HWANG AKAN 2012 b Tempo de concentração tc O tempo de concentração de uma bacia hidrográfica é definido como o tempo de percurso da água desde o ponto mais afastado da bacia até a seção de interesse a partir do instante de início da precipitação CANHOLI 2015 O tempo de concentração tc é a soma dos tempos de entrada te que é definido como o tempo do percurso gasto pela água da chuva ao atingir o terreno nos pontos mais distantes até alcançar a primeira seção de captação boca de lobo e o tempo de percurso tp que é o tempo de escoamento no interior das galerias tc te tp 104 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 c Coeficiente de escoamento superficial ou deflúvio C É a parcela da chuva precipitada que efetivamente chega ao sistema de drenagem descontadose as parcelas perdidas por infiltração interceptação armazenamento e evaporação Sendo assim o coeficiente de deflúvio depende da permeabilidade do solo da cobertura vegetal umidade antecedente do solo da textura superficial do solo e da dimensão da bacia Valores de deflúvio usualmente adotados são tabelados de acordo com o tipo de terreno especialmente seu revestimento Em terrenos mistos utilizase médias ponderadas dos coeficientes tabelados Em áreas cobertas utilizase valores próximos a 08 podendo chegar a 09 e a 095 e em áreas descobertas os valores corriqueiros são da ordem de 03 Reflita Dada a urbanização das cidades que ocorre muitas vezes de maneira desordenada e com alterações de terrenos e redução da permeabilidade por revestimento artificial como você acha que isso interfere na gestão das águas pluviais urbanas Q C i A 36 d Intensidade i É geralmente baseada em dados locais e normalmente decorre da utilização de equações ou curvas do tipo duração x intensidade x recorrência A unidade de medida adotada é o mmh e Vazão de projeto Q Para pequenas bacias ou seja com áreas inferiores a 50 ha mais comuns em estudos de microdrenagem utilizase o método racional de cálculo de vazões por meio da equação em que Q vazão de projeto m³s A área drenada km² i intensidade de chuva mmh C coeficiente de deflúvio 105 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Dispositivos da microdrenagem a Guias ou meiofio Têm a função de definir os limites do passeio e do leito carroçável rua BOTELHO 2006 b Sarjetas e sarjetões Sarjetas são canais na lateral da rua Nelas as águas pluviais são transportadas para as bocas de lobo e galerias pluviais O espalhamento ou invasão do pavimento é a largura superior da água que escoa na rua medida a partir da guia ou meiofio SHAMMAS et al 2013 Os sarjetões e os rasgos apresentados na Figura 32 são dispositivos de encaminhamento de fluxo superficiais assim como as sarjetas São utilizados para interligar pontos baixos próximos e contínuos sem a necessidade de bocas de lobo e galerias subterrâneas Os sarjetões são formados pela própria pavimentação nos cruzamentos das vias públicas formando calhas que servem para orientar o fluxo das águas que escoam pelas sarjetas AZEVEDO NETTO 2015 Fonte Botelho 2006 p 33 Figura 32 Seção transversal de um sarjetão e de um rasgo 106 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 As sarjetas Figura 33 e os sarjetões comportamse como canais de seção triangular Geralmente são dimensionados por critérios que não consideram sua função hidráulica Devese determinar sua capacidade hidráulica máxima vazão de escoamento para comparação com a vazão originada da chuva de projeto e decidir sobre as posições das bocas de lobo que retiram essas águas da superfície das ruas AZEVEDO NETTO 2015 O comprimento tolerável do espalhamento ou invasão do pavimento que é determinado por normas locais se baseia na classificação da rua Uma rua com um limite de velocidade mais alto deve ter um espalhamento tolerável menor do que uma rua concebida para velocidades mais baixas devido ao maior risco de aquaplanagem SHAMMAS et al 2013 c Bocas de lobo As bocas de lobo Figura 34 recebem as águas pluviais para o sistema de drenagem Elas são posicionadas e projetadas de modo a concentrar e remover o escoamento nas sarjetas quando se esgota sua capacidade hidráulica a um custo mínimo e com interferência mínima tanto para o pedestre quanto para o tráfego veicular O objetivo principal desses dispositivos é minimizar o espalhamento de água pela rua levandoa para as galerias AZEVEDO NETTO 2015 SHAMMAS et al 2013 Fonte Azevedo Netto 2015 p 479 Figura 33 Seção transversal de uma sarjeta Meiofio ou guia Calçada 430 NA 015 013 i 3 107 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Fonte Azevedo Netto 2015 p 479 Figura 34 Esquema de uma boca de lobo Quanto ao tipo de entrada as bocas de lobo podem ser de entradas com abertura na guia entradas de sarjeta e entradas conjuntas que combinam aberturas na guia com aberturas na sarjeta Figura 35 Apenas onde o tráfego é forçado a se mover lentamente as superfícies e entradas com abertura na guia podem ser rebaixadas para aumentar a capacidade de tomada dágua capacidade de engolimento SHAMMAS et al 2013 108 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 As configurações mais comuns para as bocas de lobo são as com grelhas as com abertura na guia lateral e as bocas de lobo combinadas Normalmente a capacidade de engolimento de projeto de uma boca de lobo é fixada em 40 a 60 Ls por unidade BOTELHO 2006 d Tubos de ligação TL São ligações entre as bocas de lobo e os poços de visita ou caixas de ligação A Figura 36 apresenta alguns dispositivos de microdrenagem em detalhe inclusive os tubos de ligação e Caixas de ligação CL São utilizadas para receber tubos de ligação de bocas de lobo intermediárias ou para evitar excesso de ligações no mesmo poço de visita Não são visitáveis AZEVEDO NETTO 2015 Fonte Shammas et al 2013 p 439 Figura 35 Tipos de bocas de lobo Entradas com abertura na guia Entradas de sarjeta a Nivelada d Nivelada g Nivelada Boca de lobo combina com abertura na guia e sarjeta Entrada dágua múltipla com abertura na guia e sarjeta b Rebaixada e Rebaixada f Rebaixada c Com desvio 109 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 f Poços de visita PV São câmaras visitáveis com a função principal de permitir o acesso às galerias para inspeção e manutenção desobstrução além de receber ligações de bocas de lobo Para otimizar esses objetivos costumam ser alocados nos pontos de reunião dos condutos cruzamento de ruas mudanças de seção de declividade e de direção AZEVEDO NETTO 2015 BOTELHO 2006 Problemas comuns em sistemas de microdrenagem e seus controles Quanto mais superficial e livre for o sistema pluvial menores serão os problemas de uso Por exemplo sempre é preferível usar sarjetões e rasgos às soluções de captação por bocas de lobo e galeria enterrada BOTELHO 2006 As águas pluviais devem ser direcionadas às bocas de lobo Um problema comum nos sistemas de microdrenagem é a boca de lobo não captar as águas afluentes causando danos Muitas vezes as bocas de lobo estão mal locadas fora do fluxo normal de drenagem Por isso para que o sistema funcione bem o fluxo deve ser direcionado como projetado através das sarjetas sarjetões rasgos etc A limpeza urbana é um fator de extrema importância no sistema de microdrenagem O acúmulo de resíduos sólidos como sacolas plásticas galhos folhas e até areia podem comprometer a microdrenagem Assim os dispositivos de direcionamento como sarjetas e sarjetões podem não encaminhar as águas adequadamente para as bocas de lobo e estas uma vez obstruídas têm sua capacidade de engolimento comprometida não funcionando como projetadas o que pode causar prejuízos Fonte Azevedo Netto 2015 p 480 Figura 36 Dispositivos de microdrenagem PV poço de visita CL caixa de ligação BL boca de lobo 110 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Assimile O sistema de drenagem urbana não funciona de forma adequada se gerenciado isoladamente dos outros componentes da infraestrutura urbana especialmente de toda a redes subterrânea e principalmente do gerenciamento municipal de resíduos sólidos urbanos O mal funcionamento dos dispositivos de drenagem que permitem o acúmulo de água também pode ser um problema de saúde pública já que promove um ambiente favorável ao desenvolvimento de vetores de diversas doenças por exemplo a dengue Verificar a declividade natural do terreno e os caminhos preferenciais de fluxo é fundamental no projeto de drenagem Reflita Lembrese de que a função da drenagem urbana é coletar as águas evitando o empoçamento duradouro Caso ocorram empoçamentos recorrentes é porque o sistema foi mal projetado Além disso um sistema de drenagem mal projetado e mal executado pode acarretar problemas mais graves que aqueles para os quais foram desenvolvidos para resolver E o risco de erosões pode aumentar com o seu rompimento o que soma danos ao patrimônio e às vidas humanas Segundo Botelho 2006 outros problemas que ocorrem com frequência no sistema de drenagem urbana são Ligação clandestina de efluentes sanitários Ligações clandestinas de despejos industriais Resíduos sólidos Águas de rebaixamento de lençol freático Extravasão de reservatórios de água Descargas de piscinas 111 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Pesquise mais O link indicado contém uma notícia que relata os problemas enfrentados pelos moradores de um conjunto habitacional na cidade de Itatinga SP devido à falta de drenagem urbana adequada Diante da situação os próprios moradores tentaram minimizar o problema construindo valas para facilitar o escoamento da água de chuva Disponível em httpg1globocomspbaurumarilianoticia201701 faltadeinfraestruturacausaalagamentoemconjuntohabitacional html Acesso em 24 jan 2017 Dimensionamento e traçado de sarjetas e sarjetões A localização dos coletores de modo a evitar que a água invada a rua combina a equação de Manning para a capacidade da sarjeta e a equação racional para a taxa de escoamento superficial Dados a geometria da rua informação da seção transversal e da declividade da rua os critérios de invasão do pavimento ou altura da sarjeta dependendo dos limites de profundidade do fluxo no meiofio e o coeficiente de rugosidade de Manning a capacidade da sarjeta é calculada Para o cálculo da sarjeta podese utilizar toda a caixa da rua como condutora ou apenas das laterais das sarjetas Nesse caso a rua não poderá ser totalmente ocupada pelas águas A capacidade de transporte das ruas com as águas escoando só pelas laterais das sarjetas é evidentemente inferior ao transporte de água ocupando toda a rua Para sarjetas triangulares a expressão 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S Q 0375 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 1 n Sx 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S y83 0 S05 0 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S é apresentada para verificação da capacidade de encaminhamento de água levando em consideração a altura do meio fio visto que a água não pode transbordar sendo que Q vazão da sarjeta m³s y0 altura da lâmina dágua na sarjeta m S0 declividade longitudinal da sarjeta Sx declividade transversal da sarjeta Usualmente nas questões práticas de engenharia que envolvem a análise do fluxo em sarjetas pela altura da lâmina dágua verificase se a sarjeta está adequada Sendo assim a expressão das sarjetas em função de y0 é yo 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S n Sx Q 0375 S85 0 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 38 112 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 A expressão para as sarjetas triangulares pode ser relacionada ao espalhamento da água T que se relaciona com a altura máxima da lâmina de água da seguinte forma y0 T Sx Q 0375 n S53 x S05 0 T83 Exemplificando Calcular a vazão de uma sarjeta na seguinte situação y0 altura da lâmina dágua na sarjeta m S0 0005 Sx 002 T 366 m n 0016 Cálculo da altura máxima da lâmina dágua y0 T Sx 366 x 002 732cm Cálculo da vazão Q 0375 x 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 1 nx Sx 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S y83 0 xS05 0 Q 0375 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 1 0016 x 002 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 0073283 000505 00777m3S Para os sarjetões a Figura 37 apresenta um esquema da seção transversal para melhor compreensão do processo de cálculo do seu dimensionamento 113 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Fonte elaborada pelo autor Figura 37 Esquema de sarjetão Na expressão de Nicklow 2001 a largura do sarjetão pode ser calculada da seguinte forma em que Sx média das declividades transversais Sx1 e Sx2 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S Sx Sx1 Sx2 Sx1 Sx2 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S T largura do sarjetão m Q vazão de projeto m³s n coeficiente de Manning SI declividade longitudinal do sarjetão mm T 0375 x l Q n T 0376 S S Q n 0376 Sx SI 0375 x l Q n T 0376 S S 0375 Você foi designado para analisar um préprojeto de drenagem urbana que será implantado em um trecho da cidade que sofre com problemas de alagamento Analise os dados obtidos e sintetizados apresentados a seguir e verifique que os fluxos nas sarjetas atendem à recomendação de projeto como altura máxima da lâmina de água Determine também o espalhamento máximo permitido Os dados coletados são apresentados a seguir Sem medo de errar 114 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Equação da chuva i 50247 T01431 r t 1080606 Altura máxima da lâmina de água das sarjetas 10 cm Coeficiente de rugosidade de Manning 0015 Declividade transversal das vias Sx 003 Declividade longitudinal da Avenida 1 S0 0005 Declividade longitudinal da Avenida 1 S0 0006 Demais dados já calculados estão apresentados no quadro a seguir Fonte elaborada pelo autor Tabela 32 Dados da área de análise Boca de lobo Área de contribuição km² Tempo de concentração tc min Coeficiente de deflúvio C Intensidade pluviométrica i mmh Vazão de projeto Q m³s 1 0000567 6 095 11444 001712 2 0003723 10 060 10055 006244 3 0004856 10 050 10055 006787 4 0005666 9 045 10360 007343 6 0000809 6 095 11444 002446 7 0001214 6 095 11444 003669 8 0005261 14 038 9038 005023 Solução Cálculo do espalhamento máximo permitido para as vias y0 T Sx T y0 Sx T 01 003 T 333m Para verificar se o fluxo nas sarjetas atende ao valor de projeto recomendado no caso a altura da lâmina de água deve ser inferior a 10 cm basta calcular as alturas das lâminas de água para as maiores vazões de cada uma das avenidas através da expressão y0 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S n Sx Q 0375 S05 0 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 38 Atendendo às maiores vazões atenderá a todas as outras As maiores vazões são de 006787 m³s e 007343 m³s para as Avenidas 1 e 2 115 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 respectivamente As bocas de lobo 3 e 4 são as vazões afluentes Para verificação usando a expressão anterior o que irá mudar entre as duas situações é a vazão e a declividade longitudinal da via que é de 0005 mm para a Avenida 1 e de 0006 mm para a Avenida 2 Verificação da altura da lâmina de água para a maior vazão da Avenida 1 yo1 yo1 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 0015 003 006787 0375 000505 38 00791 m ou 791 cm Como yo1 yo OK Verificação da altura da lâmina de água para a maior vazão da Avenida 1 yo2 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 0015 003 007343 0375 000605 38 00787 m ou 787 cm Como yo2 yo OK Como a verificação foi satisfatória para as maiores vazões de cada avenida todas as outras sarjetas das mesmas avenidas também têm condição de fluxo satisfatório ou seja não é necessário fazer alterações nos projetos das sarjetas Comprimento máximo da sarjeta que permite o fluxo superficial Descrição da situaçãoproblema Como engenheiro projetista especializado em drenagem você foi contratado para dimensionar o sistema de drenagem de uma via urbana vital para o bom funcionamento da cidade A via em questão possui quatro faixas duas em cada sentido cada uma com 35 m de largura declividade transversal de 2 e longitudinal de 05 com pavimento asfáltico n 0016 O sistema de drenagem superficial consiste de sarjetas triangulares que foram dimensionadas para uma intensidade de chuva de 120 mmh A legislação local requer que pelo menos uma faixa de cada direção esteja livre do espalhamento de água Determine o comprimento máximo das sarjetas sem necessidade de coletores como bocas de lobo Resolução da situaçãoproblema Como a legislação local requer que pelo menos uma faixa em cada sentido esteja livre do espalhamento então o espalhamento máximo é a largura de uma faixa em Avançando na prática 116 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 1 O propósito geral da drenagem urbana e da gestão das águas pluviais é melhorar a qualidade de vida nas áreas urbanas A drenagem urbana é umas das disciplinas que compõem o saneamento básico Com base nisso avalie as afirmações correspondentes aos seus propósitos I Proteção da vida humana II Prevenção de danos às propriedades privadas e públicas III Redução de enchentes Faça valer a pena cada sentido ou seja T 350 m Para o cálculo da altura da lâmina dágua na sarjeta temos y0 T Sx y0 350 002 y0 007 ou 700 cm Então calculase a máxima vazão na sarjeta Q 0375 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 1 n Sx y83 0 S05 0 Q 0375 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 1 0016 002 00783 000505 Q 00689 m3s Agora calculase a área de contribuição necessária para produzir a vazão Q calculada Para isso utilizase a intensidade pluviométrica que é de 120 mmh 333 x 105 ms Q V t A h t como a intensidade pluviométrica i é a altura pluviométrica por unidade de tempo Q A i A Q i A 00689 333 105 A 206729 m2 Como as duas faixas em cada sentido contribuem para o escoamento na sarjeta a largura da área de contribuição é de 2 350 700m Então o comprimento máximo da sarjeta L é de L 206729 m2 700 m L 29532 m Portanto 29532 m é a distância que promove a máxima vazão ou seja é o espaçamento máximo dos coletores como as bocas de lobo que serão estudadas na próxima seção 117 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 IV Tratamento dos efluentes sanitários V Proteção dos corpos hídricos São afirmativas corretas a II e V apenas b III e IV apenas c I IV e V apenas d I II III e V apenas e I II III IV e V 2 Em áreas urbanas as águas pluviais escoam pelas ruas e são coletadas e transportadas pelos dispositivos de microdrenagem até o lançamento final em corpos dágua ou em redes de macrodrenagem A opção que contém apenas dispositivos de microdrenagem é a Sarjeta meiofio e piscinão b Sarjeta sarjetão e boca de lobo c Boca de lobo pôlder e sarjeta d Sarjeta boca de lobo e dique e Rasgo sarjeta e lagoa de retenção 3 Dentre os critérios hidrológicos para projeto dos dispositivos de drenagem estão o tempo de retorno ou recorrência intensidade da chuva coeficiente de deflúvio tempo de concentração da bacia e vazão de projeto O período em que uma chuva de projeto é superada pelo menos uma vez é chamado de a Tempo de concentração da bacia b Tempo de entrada no sistema de drenagem c Tempo de retorno d Tempo de percurso da galeria e Tempo de precipitação 118 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 119 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Seção 32 Microdrenagem dimensionamento Após termos estudado as sarjetas na seção anterior faremos agora a verificação da capacidade de coleta da vazão transportada pelas sarjetas paras as bocas de lobo Verifique se as quantidades de bocas de lobo são suficientes sabendo que a boca de lobo padrão adotada pela prefeitura é do tipo de abertura na guia com largura de abertura de 10 m Os dados coletados são os seguintes Altura máxima da lâmina de água das sarjetas 10 cm Coeficiente de rugosidade de Manning 0015 Declividade transversal das vias 003 Declividade longitudinal da Avenida 1 0005 Declividade longitudinal da Avenida 1 0006 Demais dados já calculados estão apresentados na tabela a seguir Diálogo aberto 120 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Fonte elaborada pelo autor Tabela 33 Dados da área de análise Boca de lobo Área de contribui ção km² Tempo de concentra ção tc min Coeficiente de deflúvio C Intensidade pluviométrica i mmh Vazão de projeto Q m³s 1 0000567 6 095 11444 001712 2 0003723 10 060 10055 006244 3 0004856 10 050 10055 006787 4 0005666 9 045 10360 007343 6 0000809 6 095 11444 002446 7 0001214 6 095 11444 003669 8 0005261 14 038 9038 005023 Continuando o estudo dos dispositivos de microdrenagem urbana nesta seção iremos estudar mais profundamente os tipos de bocas de lobo o dimensionamento de bocas de lobo os poços de visita e sua alocação e o dimensionamento das galerias de águas pluviais Dimensionamento e capacidade de bocas de lobo Como já definido na seção anterior as bocas de lobo são dispositivos localizados em pontos estratégicos geralmente nas sarjetas para captação das aguas pluviais Segundo Botelho 2006 a capacidade de cada captor se dá em função de sua largura da existência ou não de rebaixo na sarjeta da altura da lâmina dágua da declividade longitudinal da rua e principalmente do grau de limpeza obstruções da boca de lobo BOTELHO 2006 Devese conferir a capacidade da grelhaboca de lobo de entrada de água pluvial Se a vazão exceder a capacidade de engolimento da boca de lobo é preciso adicionar outra entrada boca de lobo dupla ou diminuir a distância entre as bocas de lobo reduzindo a área de drenagem outra boca de lobo posicionada mais a montante Podese associar a cada boca de lobo a capacidade de engolimento de 50 Ls e quando se usa uma boca de lobo acoplada a caixas com grelhas a capacidade de engolimento é fixada em 80 Ls BOTELHO 2006 Hidraulicamente a capacidade de engolimento das bocas de lobo de meiofio podem ser calculadas considerandoas como um vertedor de parede espessa cuja expressão é Não pode faltar Q 171 L H32 121 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 em que Q vazão de engolimento da boca de lobo m³s L comprimento da abertura m H altura da lâmina de água m 013 m como sugestão Para a boca de lobo de sarjeta pode ser utilizada a mesma expressão substituindo se L por P em que P é o perímetro da área livre do orifício em metro Localização das bocas de lobo Segundo Azevedo Netto 2015 e Houghtalen Hwang e Akan 2012 as bocas de lobo devem ser alocadas em Todos os pontos baixos onde a água se acumule e não haja outra saída Ao longo do meiofio quando a capacidade da sarjeta é excedida Ao longo do meiofio quando a água se espalha pela rua a uma distância capaz de atrapalhar o fluxo ou a segurança do tráfego critério local para invasão do pavimento Ao longo do meiofio antes de um cruzamento Por razões de segurança de trânsito devem estar a montante do vértice de interseção das sarjetas para evitar enxurradas convergentes com prejuízo para o trânsito de pedestres Para Gribbin 2014 além de escolher os pontos baixos outros fatores são importantes como Nivelamento posicionamento das bocas de lobo no sentido do fluxo utilizandose os meiosfios sarjetas sarjetões e modelamento do solo para o encaminhamento do fluxo Espaçamento devem estar próximas o suficiente para funcionar na capacidade ideal de engolimento e afastadas o suficiente para não encarecer desnecessariamente o sistema Devem estar espaçadas em torno de 75 m a 100 m quando alinhadas permitindo acesso aos tubos para inspeção e manutenção Mudança de direção como os tubos de coletores pluviais devem ser retos precisam formar ângulos pronunciados acentuados em cada mudança de direção Para prevenir obstrução nos pontos de curva e fornecer acesso aos tubos são instalados os poços de visita ou bocas de lobo Mudança de declividade ou de diâmetro do tubo pelas mesmas razões da mudança de direção bocas de lobo ou poços de visita devem ser colocados 122 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Reflita As vias urbanas fazem parte da infraestrutura urbana compartilhada pelos diversos modais de mobilidade como os automóveis pedestres e ciclistas Uma pergunta para reflexão Em uma via com alto tráfego de ciclistas é prudente instalar bocas de lobo com grelhas longitudinais no sentido da via Fonte Shammas et al 2013 p 443 Figura 38 Bocas de lobo com grelhas Reticulina P50 mm x 100 mm P50 mm em cada ponto onde houver mudança de declividade ou de diâmetro do tubo Tipos de bocas de lobo e seus dimensionamentos Bocas de lobo com grelhas As bocas de lobo de drenagem capturam tipicamente o escoamento frontal com mais eficiência do que o escoamento lateral No projeto da boca de lobo de drenagem é aconselhável maximizar a eficiência da grelha da boca de lobo aumentando a declividade transversal da sarjeta ou aumentando a largura do rebaixamento da sarjeta ou da grelha que se estende para a rua SHAMMAS et al 2013 Bocas de lobo com grelha Figura 38 são mais eficientes que bocas de lobo com abertura na guia quando a rua é nivelada Para isso o engenheiro precisa escolher um tipo de grelha adequado para a rua que está sendo projetada mas as entradas com grelhas têm maior facilidade de entupimento do que outros tipos de bocas de lobo SHAMMAS et al 2013 123 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Bocas de lobo com abertura na guia As bocas de lobo com abertura na guia Figura 39 são aberturas dentro da própria guia e são mais eficientes em áreas onde as bocas de lobo com grelha estariam mais propensas ao entupimento A eficiência de uma boca de lobo com abertura na guia se baseia na proporção do comprimento real da boca de lobo para que seu comprimento necessário capture 100 do escoamento total Esse tipo de boca de lobo é corriqueiramente instalado no pavimento criando uma pequena declividade no local Fonte Shammas et al 2013 p 446 Figura 39 Boca de lobo com abertura na guia O comprimento da abertura na guia LT necessário para interceptar todo a vazão de escoamento QI em uma seção da rua com uma declividade transversal uniforme é definida por em que SL declividade longitudinal da via Sx declividade transversal da via n coeficiente de rugosidade de Manning LT 0814 Q042 S03 L 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 1 nSx 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 06 124 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Bocas de lobo combinadas As bocas de lobo combinadas Figura 310 são a combinação de bocas de lobo com grelhas e de abertura na guia A boca de lobo com abertura na guia funciona como uma varredura removendo os detritos do escoamento antes que eles possam obstruir a boca de lobo com grelha Fonte Shammas et al 2013 p 448 Figura 310 Bocas de lobo combinadas O escoamento total interceptado é calculado pela soma do escoamento interceptado pela porção da abertura na guia localizada a montante da grelha e do escoamento que ultrapassou a abertura na guia a montante e é interceptado apenas pela grelha Poços de visita PV Como visto na seção anterior PV são câmaras que permitem a visita humana cuja função principal é a de permitir o acesso de pessoas às galerias para a inspeção e desobstrução além de receber ligações de bocas de lobo Para otimizar esses objetivos eles costumam ser alocados nos pontos de reunião dos condutos BOTELHO 2006 AZEVEDO NETTO 2015 Os poços de visita devem atender às mudanças de direção de diâmetro e de declividade à ligação das bocas de lobo ao entroncamento dos diversos trechos e ao afastamento máximo admissível que deve ser em média de 100 m para facilitar a inspeção e limpeza além de ser o ponto inicial das galerias GRIBBIN 2014 BOTELHO 2006 125 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 A água captada em bocas de lobo eou outros dispositivos de captação precisa ser conduzida à canalização principal via PV Normalmente o diâmetro utilizado é de 300 mm como apresentado na Figura 311 Redes de águas pluviais A rede de drenagem urbana pode ser alocada no eixo das vias ou junto ao meio fio e tem prioridade na hierarquização da locação da infraestrutura subterrânea devido aos grandes diâmetros das tubulações Para o dimensionamento da tubulação para águas pluviais a análise começa no primeiro coletor cota mais alta e segue até o ponto de saída HOUGHTALEN HWANG AKAN 2012 Azevedo Netto 2015 afirma que o método racional é utilizado para se definirem as vazões de projeto de cada trecho da galeria Para isso o autor pressupõe que A duração da chuva que resulta na vazão máxima é igual ao tempo de concentração A intensidade permanece constante na duração da chuva A permeabilidade da superfície não se altera na duração da chuva O escoamento nas galerias é por meio de conduto livre em regime permanente e uniforme Para os projetos de galerias de águas pluviais as seguintes condições devem ser atendidas sabendose que é possível que haja variações de local para local O diâmetro mínimo da canalização principal será de DN 300 mm Para a cidade de São Paulo o diâmetro mínimo é de 500 mm Fonte Botelho 2006 p 76 Figura 311 Esquema da ligação boca de lobopoços de visita Bocas de lobo Tubo de ligação minimo 030 m 126 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 O recobrimento mínimo de 10 m em relação às arestas superiores externas AZEVEDO NETTO 2015 Botelho 2006 sugere as seguintes alturas de recobrimento apresentadas no Quadro 31 Fonte Botelho 2006 p 76 Quadro 31 Alturas dos recobrimentos Tubo Recobrimento m Concreto Simples 06 Concreto Armado DN 700 mm 07 DN 800 mm 1 DN 1000 mm 1 DN 1200 mm 12 DN 1500 mm 15 Profundidade máxima de 350 m em relação às arestas inferiores externas Sempre que possível as declividades do tubo se combinam com as declividades sobrejacentes do solo para facilitar a manutenção e minimizar os custos em escavação reposição compactação escoramento de valas e em alguns casos o rebaixamento do lençol freático HOUGHTALEN et al 2012 BOTELHO 2006 Botelho 2006 sugere as seguintes declividades mínimas em relação ao diâmetro da galeria apresentadas no Quadro 32 127 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Fonte Botelho 2006 p 77 Quadro 32 Declividades mínimas sugeridas Diâmetro mm Declividade mínima mm 300 00030 350 00023 400 00019 500 00014 600 00011 700 00009 800 00007 900 00006 1000 00005 1200 00004 A velocidade mínima de escoamento é de 075 ms evitar a sedimentação e a velocidade máxima é de 50 ms AZEVEDO NETTO 2015 Os diâmetros dos tubos nunca são reduzidos a jusante Figura 312 mesmo se as declividades acentuadas oferecerem a capacidade de fluxo ideal GRIBBIN 2014 Ao fazer a transição de um tubo de menor diâmetro para outro de maior diâmetro o alinhamento deve ser feito pela geratriz superior e não pelas soleiras Veja um esquema correto na Figura 313 Fonte Gribbin 2014 p 254 Figura 312 Corte transversal esquemático de uma galeria de águas pluviais Greide da via Entrada boca de lobo 700 mm 600 mm 500 mm 400 mm 300 mm 128 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 A equação de Manning é usada para se obter o diâmetro do tubo capaz de transportar a vazão de escoamento sem que esteja totalmente cheio para que ele não esteja sob pressão As redes de águas pluviais devem suportar as contribuições locais bem como os fluxos coletados a montante O tempo de concentração é calculado usandose a combinação mais longa do tempo de fluxo do coletor e do tempo de fluxo do tubo até o ponto de projeto GRIBBIN 2014 Dados de entrada para o dimensionamento das galerias de águas pluviais Cotas do terreno de montante CTM e de jusante CTJ do trecho Comprimento do trecho L m Declividade do terreno no trecho mm S CTm CTj L Exemplificando Calcule a declividade do terreno sabendo que a cota de montante é 823 m e a cota de jusante é 819 m considerando que o trecho tem extensão de 64 m S CTm CTj L S 823 819 64 S 0063 Coeficiente de deflúvio C da área contribuinte podendo ser uma média ponderada de coeficientes de deflúvio no trecho Área de drenagem da área contribuinte Tempo de concentração do ponto a montante dos trechos Nos demais Fonte Gribbin 2014 p 254 Figura 313 Esquema da transição de diâmetros Igualar as coroas 500mm 400mm Geratriz inferior ou soleira Geratriz superior 129 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 trechos no tempo de concentração será incluído o tempo de escoamento dos trechos anteriores Curva ou equação de chuvas intensas IDF para a localidade Cálculo da vazão método racional Q C i A 36 com Q em m³s i em mmh e A em km² Diâmetro da galeria é calculado por meio da fórmula de Manning D 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 321 n Q S05 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 38 em que D diâmetro m n coeficiente de rugosidade Q vazão do trecho m³s S declividade mm A profundidade dos tubos das galerias é determinada pela soma da altura do cobrimento mais o diâmetro do tubo Assimile Para uma certa vazão calculada o dimensionamento da tubulação é uma relação entre diâmetro e declividade com o objetivo de se manter a velocidade do fluxo sempre dentro da faixa determinada Tempo de escoamento na galeria no trecho te te L 60 vplena Pesquise mais Para saber mais detalhadamente sobre como dimensionar a rede de drenagem urbana com todos os elementos de cálculo assista ao vídeo disponível em httpsyoutubeIiBQchOKBw listPL2AWvQX4E2wCv l2rZPkELjdInDd5aWVFJ Acesso em 30 jan 2017 130 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Fonte elaborado pelo autor Quadro 33 Determinação da quantidade de bocas de lobo Boca de lobo Vazão de projeto Q m³s Vazão da boca de lobo padrão QBLP m³s Número de bocas de lobo necessá rias QQBLP 1 001712 0053759 032 2 006244 0053759 116 3 006787 0053759 126 4 007343 0053759 137 6 002446 0053759 046 7 003669 0053759 068 8 005023 0053759 093 As bocas de lobo BL2 BL3 e BL4 estão subdimensionadas Como a boca de lobo padrão é única e possui 1 m de largura nos pontos 2 3 e 4 deverão ser adotadas bocas de lobo duplas Após a análise das sarjetas na seção anterior verifique se as quantidades de bocas de lobo são suficientes sabendo que a boca de lobo padrão adotada pela prefeitura é do tipo de abertura na guia com largura de abertura de 10 m Inicialmente devese calcular a vazão máxima de interceptação das bocas de lobo utilizandose a expressão geral da boca de lobo Q 171 L H32 com abertura de 1 0 m e altura da lâmina da água de 10 cm Conhecendo a vazão máxima das bocas de lobo e comparandoa com as vazões afluentes já calculadas determinase se a quantidade de bocas de lobo propostas é suficiente Vazão das bocas de lobo QBLP 171 L H32 0053759 m3s Dividindo a vazão de projeto fornecida no quadro pela vazão da boca de lobo chegase ao número necessário de bocas de lobo nos pontos escolhidos Sem medo de errar 131 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Problema de dimensionamento do diâmetro e declividade da galeria Descrição da situaçãoproblema Você como engenheiro projetista especializado em solucionar problemas relacionados à drenagem urbana é designado a dar continuidade a uma rede de drenagem já existente O novo trecho terá 65 m de comprimento e transportará uma vazão de 05 m³s A declividade para manter a cobertura mínima necessária é de 0001 mm O diâmetro da galeria do trecho anterior é de 600 mm e a faixa de velocidade permitida é de 07 ms a 50 ms Determine o diâmetro e a declividade correspondentes do novo trecho da galeria Use n 0013 Resolução da situaçãoproblema A declividade para atender à cobertura mínima é dada como Sref 1 0001 Assumindo D 600 mm que é igual ao diâmetro da galeria a montante e usando a equação de Manning D 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 321 n Q S05 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 38 que explicita a declividade temos Sref 2 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S n Q 0312 D83 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 2 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 0013 05 0312 0683 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 2 000660 mm Para determinar a declividade Sref 3 necessária para alcançar a velocidade mínima requerida sob condição de seção plena a equação de Manning fornece Vmin 1 n R23 S 12 ref 3 1 n 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S D 4 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S S 12 ref 3 Rearranjando a equação para determinação de Sref 3 temos Sref 3 635 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S n Vmin D23 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 635 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 0013 07 0623 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 2 000104 mm Então a declividade mínima So para um tubo de 600 mm é o maior entre as declividades calculadas ou seja So Sref 3 000660 mm Com a declividade de 000660 a velocidade é calculada por Vplena Q A 05 π 4 062 177 ms Sob essas condições de projeto a velocidade é menor que a velocidade máxima permitida Os cálculos mostram que usandose um diâmetro de 600 mm e declividade de 00066 mm as exigências de projeto são atendidas A declividade de 00066 mm é maior que a declividade do terreno de 0001 mm e a cobertura mínima necessária é excedida no final da tubulação Avançando na prática 132 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Dessa forma em relação às bocas de lobo é correto afirmar que a As bocas de lobo combinadas são as que possuem menor capacidade de interceptação da vazão afluente b As bocas de lobo com abertura na guia são mais eficientes quando instaladas em vias niveladas c Em vias com alto tráfego de ciclistas não devem ser instaladas bocas de lobo com abertura na guia d As bocas de lobo com grelhas são menos suscetíveis ao entupimento e As bocas de lobo com grelha são mais eficientes em ruas niveladas Fonte httpinfraestruturaurbanapinicombrsolucoestecnicas8imagensi300789jpg Acesso em 30 jan 2017 2 Os poços de visita PV são câmaras e são adotados em projetos de drenagem urbana que permitem a visita humana cuja função principal é permitir o acesso de pessoas às galerias para a inspeção e desobstrução além de receber ligações de bocas de lobo Sobre a localização dos poços de visita afirmase I Não devem ser alocados em cruzamentos de vias 1 Em um projeto de drenagem urbana para escolher o tipo de boca de lobo a ser implantada na localidade é preciso aliar técnica e economia adotandose a melhor configuração para a situação As configurações mais comuns para as bocas de lobo são as com grelhas as com abertura na guia lateral e as bocas de lobo combinadas Faça valer a pena 133 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 II Devem ser instalados sempre que houver mudança de diâmetro da tubulação III Devem ser instalados a montante da rede no seu ponto inicial IV São dispensados em locais com apenas mudança de declividade É correto o que se afirma em a I e IV apenas b I II e IV apenas c II III e IV apenas d II e III apenas e II e IV apenas 3 As galerias de águas pluviais ou rede de drenagem urbana são responsáveis por transportar as águas pluviais coletadas nos dispositivos superficiais como as bocas de lobo Para o dimensionamento da rede é utilizado o método racional Para isso pressupõese que I A intensidade da chuva não permanece constante II O escoamento nas galerias é em conduto livre em regime permanente e uniforme III A duração da chuva é igual ao tempo de concentração da bacia resultando na vazão máxima IV A permeabilidade da superfície se mantém constante durante a chuva São afirmativas corretas a I II e IV apenas b I III e IV apenas c II III e IV apenas d I e IV apenas e I II III e IV 134 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 135 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Seção 33 Macrodrenagem conceitos gerais Depois de coletadas e transportadas as águas pluviais são lançadas em um curso dágua que tem fluxo de 300 m³s e declividade de 030 A vazão acrescida do sistema de microdrenagem é de 033 m³s Pretendese construir uma passagem de veículos no curso dágua Para isso foi proposto um sistema de bueiros duplos cada um com 100 m de diâmetro que será instalado em um aterro com altura de 400 m Verifique se o sistema com dois bueiros de 100 m de diâmetro é suficiente para a vazão afluente sabendo que o bueiro deve funcionar como canal livre O coeficiente de rugosidade de Manning é 0015 Diálogo aberto Fonte Tomaz 2015 p 71 Figura 314 Bueiro tipo canal livre 136 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 A macrodrenagem consiste nas intervenções em fundos de vales que coletam águas pluviais de áreas providas de microdrenagem ou não A macrodrenagem busca evitar as enchentes devido à bacia urbana isto é por meio da construção de canais revestidos ou não com maior capacidade de transporte que o canal natural e também por meio de reservatórios de amortecimento de ondas de cheias TUCCI 2012 Critério de projetos Para as obras de macrodrenagem a canalização projetada deve ser capaz de conduzir a chuva de projeto que deve considerar a ocupação futura da bacia um período de retorno de 100 anos e duração da chuva de 24 horas nos cálculos hidrológicos que devem ser realizados utilizandose o hidrograma e modelos de simulação matemática Por carência de dados normalmente são adotados modelos matemáticos tipo chuva x vazão para a definição dos hidrogramas de projeto TUCCI 2012 CANHOLI 2015 Para Canholi 2015 os principais dados necessários para a elaboração de estudos de drenagem compreendem as características hidráulicas e geomorfológicas da bacia as condições de impermeabilização local os tempos de concentração e as precipitações de projeto Para os dados pluviométricos devem ser utilizados onde for disponível as relações IDF intensidade duração frequência Dispositivos Canais são estruturas hidráulicas que possuem o objetivo de conduzir as águas de forma a compatibilizar as necessidades com os volumes disponíveis no tempo e no espaço No caso da macrodrenagem incluemse os cursos dagua nos canais revestidos artificialmente ou não Os canais podem ser não revestidos como no caso de cursos dágua naturais ou revestidos com solos gramados rochas concreto e gabiões Os canais podem ainda funcionar como um dispositivo de armazenamento atrasando a onda de cheia Não pode faltar Pesquise mais Um túnel para transporte de veículos em Kuala Lumpur Singapura funciona em caso de possibilidade de enchentes como uma grande galeria de águas pluviais De acordo com a intensidade da chuva trechos do túnel são disponibilizados para o transporte da enxurrada Disponível em httpimpellerxyleminccomptbrsmartumasolucao inteligenteparaasaguaspluviais Acesso em 4 fev 2017 137 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Reservatórios podem ser diferenciados entre bacias de retenção e bacias de detenção e em alguns casos em bacias de sedimentação A utilização de reservatórios popularmente conhecidos como piscinões deve levar em conta a fundamental importância paisagística e de lazer especialmente no que diz respeito à aceitação dessas obras pelas comunidades CANHOLI 2015 Bacias de detenção são medidas estruturais que visam o armazenamento de água de curtos períodos reduzindo as vazões de pico dos hidrogramas de cheia e aumentando o tempo de base desses hidrogramas Esses reservatórios não reduzem o volume de escoamento direto mas redistribuem as vazões ao longo do tempo Eles são totalmente drenados em menos de um dia e têm o objetivo de reduzir problemas de inundações localizadas reduzir os custos de um sistema de galerias de drenagem redução das dimensões das galerias melhorar a qualidade da água aumentar o tempo de resposta do escoamento superficial melhorar as condições para reuso da água e recarga dos aquíferos e reduzir as vazões máximas de inundação a jusante Bacias de retenção são reservatórios superficiais que armazenam um certo volume de água permanentemente para servir a finalidades recreacionais paisagísticas ou até para abastecimento de água CANHOLI 2015 Podem ser também pequenos reservatórios com vegetação ao longo do perímetro wetland Têm grande valor paisagístico e são incorporados ao lazer da comunidade onde estão inseridos Os reservatórios de detenção podem ser usados para melhorar a qualidade da água projetados para remover poluentes das águas pluviais por meio de processos de tratamento físico sedimentação químico floculação química em casos específicos e biológico filtração através da vegetação podendo remover de 70 a 90 dos sólidos suspensos no afluente do reservatório WURBS JAMES 2002 Reflita A principal função dos reservatórios é reterdeter um certo volume de água para atrasar a onda de cheia a jusante mas se o reservatório de retenção estiver sempre na cota máxima no período seco o que ocorre no caso de uma chuva intensa Bacias de sedimentação são reservatórios com função principal de reter sólidos em suspensão ou absorver poluentes carregados pelas águas pluviais drenadas CANHOLI 2015 Pôlders são sistemas compostos por diques de proteção redes de drenagem e sistema de bombeamento que visam a proteger áreas ribeirinhas ou litorâneas que se situam em cotas inferiores às dos níveis dágua durante os períodos de enchentes ou marés CANHOLI 2015 138 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Bueiros são estruturas hidráulicas construídas nos pontos baixos dos vales com o objetivo de permitir a passagem das águas dos talvegues sob as obras de terraplenagem Os bueiros serão tratados mais especificamente no item a seguir Drenagem de talvegues bueiros Como definido anteriormente os bueiros são estruturas hidráulicas com o objetivo de permitir a transposição de cursos dagua sob as obras de terraplenagem São condutos simples em geral retilíneos e com curta extensão compostos por boca de entrada a montante pelo corpo da obra e a jusante pela boca de saída Têm três funcionamentos hidráulicos Figura 315 distintos como canal escoamento livre como orifício carga hidráulica a montante e conduto forçado submergência das duas extremidades Fonte Baptista e Coelho 2010 p 359 Figura 315 Condições de funcionamento hidráulico dos bueiros a como conduto forçado b e c como orifício d e e f como canal Quanto à forma os bueiros podem ser tubulares seções circulares ou celulares seção transversal retangular ou quadrada BAPTISTA COELHO 2010 O dimensionamento de obras novas é realizado considerandose a hipótese de funcionamento do bueiro como canal ou seja sem admitirse carga hidráulica a montante sendo aceitável uma pequena carga hidráulica limitada a 20 da dimensão vertical da obra As velocidades dos escoamentos são limitadas a 45 ms para bueiros em concreto e 60 ms para bueiros em material metálico A condição de não formação se carga hidráulica a montante indicando que a vazão afluente é igual ou inferior à vazão admissível na obra é verificada usualmente para profundidades a montante Hm até 20 superior à dimensão vertical do bueiro D ou H BAPTISTA COELHO 2010 139 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 O primeiro passo para o dimensionamento do bueiro é determinar o regime de funcionamento que é feito por meio da comparação da declividade de assentamento do bueiro com a declividade crítica SC calculada para bueiros tubulares por 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S SC 3282 n2 3D 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S e para bueiros celulares por meio de 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S SC 26 n2 3H 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 3 4 H B 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S 43 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S O regime é subcrítico quando a declividade de implantação for inferior à crítica e para declividades superiores à crítica o funcionamento se dará no regime supercrítico Para o dimensionamento subcrítico escoamento uniforme incluindo a folga de 20 a vazão admissível Qadm e a velocidade do fluxo V para bueiros tubulares são calculadas por 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S Qadm 0305 n D83 S12 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S e 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S Vadm 0452 n D23 S12 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S Para os bueiros celulares as expressões são 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S Qadm 13 5 12 adm 2 08 B H S Q n B 16 H 08 B H5 B 16 H2 13 5 12 adm 2 08 B H S Q n B 16 H 13 S12 n 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S e 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S V Qadm 08 B H 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S No dimensionamento para o regime supercrítico devese limitar a vazão admissível à vazão correspondente ao regime crítico com altura característica da energia específica igual ao seu diâmetro ou altura Sendo assim as expressões para os bueiros tubulares são Qadm 1533 D52 e V 256 D Para os bueiros celulares as expressões são Qadm 1705 B H32 e V 256 H Para todas as expressões D diâmetro dos bueiros em metros B base e H a altura dos bueiros celulares também em metros n coeficiente de rugosidade de Manning A vazão Q é dada em m³s a velocidade V em ms e as declividades S em mm No caso de associações de bueiros duplos triplos etc adotase uma redução da capacidade de vazão de 5 para cada acréscimo 140 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Exemplificando Exemplo dois bueiros de 10 m estão alinhados e a vazão admissível calculada para um bueiro é de 11 m3s Qual será a vazão de projeto para os dois bueiros Considerandose a redução de 5 por bueiro alinhado temse Qadm 2 095 110 2090 m3s Drenagem de talvagues vãos livres de pontes As pontes são estruturas de obras de arte especiais destinadas à transposição de cursos dágua de porte mais significativo que não poderiam ser vencidas por outras estruturas como os bueiros por exemplo Neste texto será abordada a análise hidráulica referente à definição da seção de vazão necessária à transposição adequada de curso dágua considerandose o escoamento como sendo uniforme Segundo Baptista e Coelho 2010 para a análise hidráulica das pontes se fazem necessários estudos hidrológicos para determinação da vazão afluente a ser considerada no projeto além de levantamentos topográficos e batimétricos do local para determinação da declividade e das características geométricas da seção de cálculo e também a caracterização geotécnica do local da obra Além disso é importante determinar através de inspeção de campo a rugosidade do local Para o cálculo do vão da ponte é necessária a determinação em campo da cota máxima já atingida pelo nível dágua NA no local da obra Essa cota é chamada de máxima cheia de vestígio MCV Com os dados de campo já determinados aplicase a equação de Manning agrupandose as variáveis hidráulicas e geométricas 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S Q n S12 A R 23 h 83 05 0 0 x 1 Q0375 y S n S Todas as variáveis do lado esquerdo da equação são conhecidas previamente assim como a seção do curso dágua A determinação da área A e do perímetro molhado necessário para determinação do Rh da seção é feito para cada nível dágua conforme Figuras 316 e 317 141 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Com isso são calculados os produtos A R 23 h para diferentes níveis É também traçado o gráfico auxiliar de cálculo Assimile Gráficos auxiliares são valores padronizados em tabelas e gráficos que são calculados a partir dos dados geométricos da seção para auxiliar nos cálculos reduzindose os cálculos interativos necessários para o dimensionamento dos tamanhos dos canais E com o valor conhecido da velocidade determinase o nível atingido pelo NA para a máxima cheia de cálculo MCC Os valores determinados de MCV e MCC devem ser analisados e confrontados a fim de se determinar a cota de máxima cheia de projeto MCP Assim determinase a cota correspondente à face inferior da longarina da ponte Para a cota da longarina deve ser considerado o valor da borda livre BL ou folga que é função do grau de segurança desejado Porém usualmente adotase 2 m em função da possibilidade de transporte de materiais pelos cursos dágua passíveis de ficarem retidos na estrutura Fonte Baptista e Coelho 2010 p 354 Figura 317 Perfil longitudinal esquemático de uma ponte Fonte Baptista e Coelho 2010 p 353 Figura 316 Esquema de estudo hidráulico de uma ponte Nn N2 N1 142 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Problemas comuns em sistemas de macrodrenagem Em muitos casos a aceleração dos escoamentos resultante das canalizações convencionais dos sistemas de drenagem tornamse mais deletéria quanto ao potencial de provocar inundações do que a própria impermeabilização da bacia CANHOLI 2015 A implantação de sistemas de drenagem que normalmente consideram velocidades elevadas para o escoamento nos condutos provoca grande aumento nas vazões drenadas Em contraposição se a drenagem fosse realizada de forma a manterse em condições próximas às naturais o impacto da impermeabilização seria bem menor Vocabulário Deletéria prejudicial nociva Gabião sistema de contenção formado por caixas ou sacos metálicos preenchidos com pedregulhos Disponível em httptechnepinicom brengenhariacivil108artigo2870691aspx Acesso em 9 fev 2017 Para Canholi 2015 as seguintes recomendações devem ser seguidas para melhor desempenho do sistema de macrodrenagem Manutenção tanto quanto possível do traçado natural do córrego original fixandose as curvas e eventuais alargamentos existentes Caso se necessite majorar a capacidade de vazão podese promover a ampliação das calhas Redução das declividades a partir da introdução de degraus ou a manutenção das declividades naturais Adoção de revestimento naturais sempre que possível como vegetação e grama desde que compatíveis com as velocidades que se pretenda manter Inserção de patamares seções mistas na seção hidráulica mantendo as vazões mais frequentes contidas no leito menor No leito maior devem ser previstos parques e áreas de lazer implantandose vegetação arbustiva e gramados Além disso outro problema comum que ocorre nas bacias de detenção é a ligação clandestina de esgoto Os reservatórios se tornam lagoas de esgoto proliferando vetores exalando mau cheiro degradando a vizinhança Os reservatórios de retenção têm que permanecer vazios para cumprir sua principal função que é a de reter a onda de cheia Os reservatórios de detenção também têm que permanecer com o nível de água máximo para o qual foi projetado Caso contrário não amortecerá a chuva 143 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Sabendo que o bueiro deve funcionar como canal livre temos a verificação da condição de funcionamento hidráulico SC 3282 n2 3D 3282 00152 31 000738 ou 074 S030 Sc 074 OK Então o canal está no funcionamento subcrítico Cálculo da vazão admissível Qadm 0305 n D83 S12 0305 0015 183 000312 1114 m3s Bueiro duplo redução de 5 Qadm 2 095 1114 2116 m3s A vazão afluente é a soma da vazão do córrego e da vazão adicional do sistema de microdrenagem Qafl 3 033 333 m3s Como Qafl 333 m3s Qadm 2116 m3s a estrutura proposta não é suficiente para essa vazão Portanto aumentase o diâmetro para 120 m e fazse as verificações Verificação da condição de funcionamento hidráulico SC 3282 n2 3D 3282 00152 3120 000694 ou 069 S030 Sc 069 OK Então o canal está no funcionamento subcrítico Cálculo da vazão admissível Qadm 0305 n D83 S12 0305 0015 12083 000312 1811 m3s Bueiro duplo redução de 5 Qadm 2 095 1811 3441 m3s Como Qafl333 m3s Qadm3441 m3s a estrutura proposta contendo dois bueiros com diâmetros de 120 m feitos em concreto é suficiente para essa vazão afluente Sem medo de errar 144 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Dimensionamento de vão de ponte Descrição da situaçãoproblema Você como engenheiro precisa avaliar a qual altura podese construir uma ponte sobre um canal retificado e revestido com placas de concreto n 0015 com seção transversal composta conforme a Figura 318 O canal tem 12 m de largura e altura total de 5 m A vazão máxima do fluxo é de 110 m³s e declividade local de 0001 mm O projeto exige uma borda livre mínima de 100 m Determine a cota com a qual a ponte pode ser construída Utilize o gráfico auxiliar fornecido Avançando na prática Fonte elaborada pelo autor Figura 319 Gráfico auxiliar y 5 4 3 2 1 182 1159 3341 5218 6035 9043 A Rh23 370 Fonte elaborada pelo autor Figura 318 Seção transversal do canal 30 m 20 m 120 m 1 3 145 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Resolução da situaçãoproblema Utilizase o gráfico auxiliar para determinação da lâmina dágua Para isso é necessário calcular Q n S12 Q n S12 110 0015 000112 5218 Entrando no gráfico com o valor de 5218 encontrase a lâmina dagua correspondente de 370 m sendo esse o valor de MCP Como o canal tem 500 m de profundidade total a viga pode ser posicionada na cota correspondente ao topo do canal e garantir a borda livre mínima de 100 m exigida no projeto BL 50 m 370 m 13 0m 100 m OK 1 Juntamente com a microdrenagem a macrodrenagem compõe a gestão de águas pluviais urbanas A microdrenagem é a responsável pela primeira coleta e encaminhamento das águas pluviais em pequenas e médias bacias urbanas Sobre a microdrenagem e a macrodrenagem é correto afirmar a A microdrenagem trata de eventos com precipitações pequenas enquanto a macrodrenagem trata de grandes precipitações b A microdrenagem tem a função primordial de evitar enchentes c A macrodrenagem consiste nas intervenções em fundos de vales que coletam águas pluviais de áreas providas de microdrenagem ou não d O período de retorno mais adotado em obras de macrodrenagem é de 10 anos e Canais bacias de sedimentação e bocas de lobo são dispositivos da macrodrenagem Faça valer a pena 146 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 2 Com relação aos dispositivos pertencentes à macrodrenagem analise as afirmações a seguir I Os canais além da função de transporte podem servir como dispositivo de amortecimento da onda de cheia II Entendese por canais os condutos construídos artificialmente apenas e revestidos para melhor conduzir o fluxo de montante a jusante III Os pôlders são sistemas que têm a função principal de proteção de áreas ribeirinhas e costeiras IV A principal função dos reservatórios de retenção é a de armazenar água para futuro abastecimento com fins potáveis É correto o que se afirma em a I e IV apenas b II e IV apenas c I e III apenas d I II e III apenas e I II III e IV 3 Os reservatórios são unidades hidráulicas de acumulação e passagem de água instalados em pontos estratégicos para atender a objetivos diversos Sobre os reservatórios de amortecimento de enxurradas analise as afirmações a seguir I Os reservatórios são obras de engenharia com função fundamental na gestão de águas pluviais Sendo assim a implantação deve ser somente técnica II Os reservatórios ou bacias de detenção têm função de armazenamento de curto período reduzindo a vazão de pico dos hidrogramas de cheia III Os reservatórios de retenção e sedimentação têm a função de sedimentar partículas sólidas melhorando a qualidade da água a jusante Ambos devem ser drenados por completo em menos de um dia IV Os reservatórios de retenção têm como vantagem em relação aos reservatórios de detenção a melhor qualidade de água disposta à jusante e a melhor integração ao meio urbano V Os reservatórios de retenção devem ser mantidos secos entre precipitações Caso contrário não terão função de amortecer os picos de vazão 147 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Sobre as afirmações dadas é correto o que se afirma em a II IV e V apenas b I II e V apenas c IV e V apenas d II III e IV apenas e I II III IV e V 148 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 149 Sistemas de micro e macrodrenagem U3 Referências AZEVEDO NETTO José M de Manual de hidráulica 9 ed São Paulo Edgard Blucher 2015 BAPTISTA Márcio Benedito COELHO Márcia M Lara Pinto Fundamentos de engenharia hidráulica 4 ed Belo Horizonte Editora da UFMG 2010 BOTELHO Manoel Henrique Campos Águas de chuva engenharia das águas pluviais nas cidades São Paulo Edgard Blucher 2006 CANHOLI Aluísio Drenagem urbana e controle de enchentes São Paulo Oficina de Textos 2015 CRUZ Tiago Águas pluviais dimensionamento planilha atualizada 2015 Disponível em httpsyoutubeIiBQchOKBwlistPL2AWvQX4E2wCvl2rZPkELjdInDd5aWVFJ Acesso em 30 jan 2017 G1 Bauru e Marilia Falta de infraestrutura causa alagamento em conjunto habitacional G1 4 jan 2017 Disponível em httpg1globocomspbaurumarilianoticia201701 faltadeinfraestruturacausaalagamentoemconjuntohabitacionalhtml Acesso em 24 jan 2017 GRIBBIN John E Introdução à hidráulica hidrologia e gestão de águas pluviais 4 ed São Paulo Cengage Learning 2014 HOUGHTALEN Robert J HWANG NHC AKAN A O Engenharia hidráulica 4 ed São Paulo Pearson Education do Brasil 2012 IMPELLER SMART uma solução inteligente para as águas pluviais 29 ago 2012 Disponível em httpimpellerxyleminccomptbrsmartumasolucaointeligente paraasaguaspluviais Acesso em 4 fev 2017 NICKLOW JOHN W Design of stormwater inlets In MAYS Larry W Stormwater collection systems design handbook New York McGrawHill Professional 2001 SHAMMAS N K et al Abastecimento de água e remoção de resíduos 3 ed Rio de Janeiro LTC 2013 TOMAZ P Bueiros ou travessias In Curso de manejo de águas pluviais sl sn 2015 Disponível em httpwwwpliniotomazcombrdownloadsNovoslivros bueirostravessiacapitulo07Bueirosoutravessiaspdf Acesso em 9 fev 2017 150 U3 Sistemas de micro e macrodrenagem TUCCI Carlos E M Hidrologia ciência e aplicação 4 ed Porto Alegre Editora da UFRGSABRH 2012 WURBS Ralph Allen JAMES Wesley P Water resources engineering New Jersey Prentice Hall 2002 Olá aluno Seja bemvindo Embasados no conhecimento prévio adquirido no tema de hidrologia micro e macrodrenagem nesta unidade estudaremos a aplicação da drenagem no meio como um todo incluindo os sistemas estruturais e não estruturais Ao final desta você estará apto a elaborar um relatório com a solução de redimensionamento de canal e de outras soluções estruturais cabíveis e não estruturais O estudo da drenagem urbana é abrangente mas pensando em uma situação comum da realidade imagine você trabalhando em uma incorporadora que lançará um grande loteamento Um empreendimento como esse exige um estudo profundo dos impactos ambientais e urbanos Você ficou responsável por preparar um relatório importante na legalização do loteamento com todo o levantamento do sistema de drenagem urbana existente para estimar quais serão as estruturas que deverão ser redimensionadas ou recuperadas e quais são as obras estruturais e não estruturais que deverão ser executadas Esta unidade está dividida em três seções Na Seção 41 serão abordados os temas referentes à estabilidade de taludes à restauração de canais naturais ao controle do processo de erosão e ao assoreamento de canais à retificação e renaturalização de canais além das formas de controle do escoamento na fonte Na Seção 42 abordaremos a retificação e o consequente aumento da capacidade de hidráulica dos canais e as medidas de retenção e detenção de águas pluviais para amortecimento das ondas de cheia captação e detritos e a melhoria na qualidade da água Convite ao estudo Técnicas compensatórias em drenagem urbana Unidade 4 152 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Já na Seção 43 serão abordadas as medidas não estruturais em drenagem urbana como o controle de ocupação urbana o sistema de alerta e seguros os sistemas de educação ambiental e a integração do plano diretor de drenagem urbana com os outros planos diretores municipais 153 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Técnicas compensatórias em drenagem urbana conceitos gerais e introdução às medidas estruturais Você como engenheiro projetista responsável pela legalização de um novo loteamento é informado pelo poder público municipal que para ter a obra autorizada será necessário adotar medidas sustentáveis de gestão das águas pluviais desonerando a infraestrutura pública local O ambiente no qual o loteamento será inserido é rodeado por córregos e rios que sofrem com processos erosivos e transbordamento das calhas em períodos de cheias Proponha medidas de controle de escoamento na fonte para que o loteamento atenda às exigências municipais e o mínimo do escoamento superficial seja lançado na rede pública de drenagem 1 Estabilidade de taludes e de restaurações de canais naturais O propósito fundamental da estabilização e proteção de margens sob o ponto de vista hidráulico é manter a seção do curso dágua estável e dentro dos limites estabelecidos para sua utilização seja como via de navegação componente de um sistema de drenagem aproveitamento hidrelétrico ou abastecimento de água BRIGHETTI MARTINS 2001 Segundo Brighetti e Martins 2001 os principais objetivos da estabilização dos taludes e margens são Evitar a erosão das margens com perda de material e dados aos terrenos adjacentes Seção 41 Diálogo aberto Não pode faltar 154 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Melhorar o alinhamento do fluxo manter a forma da seção transversal Contribuir com a estabilidade geotécnica Contribuir com a manutenção aspectos visuais e paisagísticos limpeza etc A ação hidráulica sobre as margens ocorre na forma de correntes que arrastam o material constituinte e na forma de ondas provocadas pelo próprio escoamento vento pela operação de estruturas hidráulicas ou pelo movimento das embarcações As formas de proteção usualmente empregadas contra a ação hidráulica são classificadas em dois grupos os revestimentos ou proteções diretas ou contínuas e os diques e espigões também considerados como proteções indiretas ou descontínuas BRIGHETTI MARTINS 2001 As proteções diretas ou contínuas são normalmente apoiadas ou executadas diretamente no talude das margens e consistem na redução do ângulo de talude do revestimento das margens com pedregulhos cascalhos pedras britadas vegetação revestimento asfáltico enrocamento com pedras lançadas gabiões cortinas contínuas e muros Elas têm a vantagem de não necessitar da diminuição da área hidráulica do rio são normalmente mais eficientes e garantem a fixação definitiva das margens No entanto apresentam a desvantagem de necessitar de uma construção mais complicada e precisa podendo encarecer a obra além de manutenção cuidadosa para não pôr em perigo toda proteção As proteções indiretas ou descontínuas são obras construídas a uma certa distância da margem para desviar as correntes e provocar a decantação de material sólido transportado pela água sendo constituídas de espigões e diques de proteção Têm como vantagem serem normalmente mais econômicas os custos da manutenção diminuem no tempo a destruição em um trecho da obra não põe em perigo todo o resto podem ser construídas por etapas e a retenção de sedimentos proporciona uma proteção adicional E suas desvantagens são a menor eficiência e menor garantia da proteção diminuição da área hidráulica do rio aumento da rugosidade das margens produção de perdas de carga adicionais não são aconselhadas para raios hidráulicos menores ou iguais a duas vezes a largura do curso dágua e podem não fixar a margem entre elas BRIGHETTI MARTINS 2001 Controle do processo de erosão e assoreamento em canais A erosão das margens e o transporte de sedimentos podem causar o assoreamento nos canais As ações erosivas das correntes consideram as forças erosivas críticas sobre o material constituinte do leito e das margens Se a força erosiva atuante for superior à erosiva crítica ou ao limite do material ocorrerá a erosão Segundo Brighetti e Martins 2001 os recuos das margens ocorrem quando há a erosão do pé do talude 156 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 fino em suspensão material grosseiro que é arrastado e desce aos saltos por meio do talvegue do rio À medida que a água perde energia o material mais grosseiro começa a assentar se depositar na calha dos rios ou nos remansos dos meandros dando origem aos depósitos fluviais Os sedimentos que atingem os dispositivos de drenagem se depositam no leito devido à redução da declividade e da capacidade de transporte Os sedimentos depositados reduzem a capacidade de escoamento de cheias dos canais da macrodrenagem e as inundações se tornam mais frequentes O reparo para esse problema na maioria dos casos é feito utilizando o processo de dragagem No entanto problemas como os o alto custo da operação a necessidade de uma área para depositar o material dragado a degradação das margens e as interrupções no trânsito que ocorrem se o material é retirado por caminhões estão associados a estas atividades A redução da capacidade dos condutos é um problema mais sério já que a limpeza deles representa custos significativos TUCCI COLLISCHONN 1998 Retificação renaturalização e desvios A retificação a renaturalização e os desvios são técnicas de intervenção em canais ou rios A renaturalização consiste na intervenção em canais Figura 41 nos quais se busca voltar às condições naturais do rio tal qual era antes da retificação Voltar ao que era tal qual era antes da intervenção humana é impossível mas se busca voltar às condições mais próximas considerando a capacidade de transporte o revestimento natural e a inclinação do leito natural e como consequência disso buscar a revitalização do ecossistema natural Figura 41 Seções típicas antes e depois da renaturalização Seção típica existente Seção futura Coletor de esgotos Fonte Canholi 2005 p 64 157 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 A tendência atual é a renaturalização dos rios urbanos Um exemplo disso é a recuperação do Rio Cheonggyecheon em Seul Disponível em httpwwwaupinicombrarquiteturaurbanismo234restauracaodo cheonggyecheonseulcoreiadosul2961261aspx Acesso em 22 mar 2017 Com a retificação de um rio além da mudança geométrica do traçado procurase melhorar as condições de escoamento e estabilidade possibilitar o rebaixamento da linha dágua das cheias viabilizar a navegação e recuperar o terreno marginal Segundo Canholi 2005 para diminuição dos impactos no meio a retificação ou canalização deve Manter o quanto possível o traçado natural do córrego original ficando se as curvas e eventuais alargamentos existentes Caso necessite majorar a capacidade de vazão podese promover a ampliação da calha A redução das declividades a partir de inclusão de degraus ou preferencialmente a manutenção das declividades naturais A adoção de revestimentos rugosos como gabiões e enrocamento ou de revestimento naturais como vegetação e grama desde que compatíveis com as velocidades que se pretenda manter Adotar seção hidráulica de patamares seções mistas mantendo as vazões mais frequentes contidas no leito menor No leito maior devem ser previstos parques e áreas de lazer Já os desvios são canais artificiais revestidos ou não adjacentes ao rio ou ao canal existente que transportará parte da vazão afluente do canal para uma outra finalidade Retificação intervenção em curso dágua natural alteração no percurso natural do curso tornandoo mais retilíneo na maioria dos casos alterando o revestimento natural Renaturalização intervenção em curso dágua já modificado anteriormente com o objetivo de retornar características percurso revestimento e declividade próximas às naturais Pesquise mais Assimile 158 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Controle de escoamento na fonte De forma geral são dispositivos de pequenas dimensões e localizados próximos aos locais nos quais os escoamentos são gerados ou seja na fonte do problema Apesar dos custos de implementação poderem ser simplificados por causa da menor sobrecarga para cada área controlada e da relação direta que é possível estabelecer entre área urbanizada e deflúvio os custos de manutenção e operação podem elevar se devido à multiplicação das unidades implementadas CANHOLI 2005 A disposição no local é voltada ao controle em lotes residenciais e vias de circulação no qual se promove ou incrementa a infiltração e percolação das águas coletadas CANHOLI 2005 O objetivo é reduzir os picos de vazões veiculadas para a rede de drenagem Além disso a contenção na fonte pode promover a recarga de aquíferos e possibilitar o aproveitamento das águas reservadas para usos diversos CANHOLI 2005 A capacidade de absorção do solo depende de fatores como cobertura vegetal tipo de solo condições do nível freático e qualidade das águas de drenagem Métodos Superfícies de infiltração é a forma mais simples de disposição na fonte que permite que as águas superficiais escoem em um terreno vegetado possibilitando a infiltração no solo CANHOLI 2005 WILSON et al 2009 Sendo necessário apenas a desconexão dos dispositivos de captação do sistema permitindo que a água infiltre no terreno Figura 42 Fonte httpsgooglTa1Jg7 Acesso em 22 mar 2017 Figura 42 Superfícies de infiltração 159 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Nível máximo Comprimento Nível da base Inclinação lateral Declividade Valas abertas de infiltração são valetas que podem ser revestidas ou não com vegetação locadas nas adjacências das vias e estradas ou em estacionamentos que permitem a infiltração A vegetação ajuda a proteger o solo da colmatação das partículas finas decantadas mantendo a capacidade de percolação do solo Figura 43 Lagoas de infiltração são pequenos reservatórios de detenção Figura 44 projetados para permanecer com um nível permanente de água Muito utilizado para compor paisagismo de loteamentos e condomínios WILSON et al 2009 Fonte adaptada de httpsgoogl4PF1i4 Acesso em 22 mar 2017 Fonte adaptada de httpsgooglQlwge3 Acesso em 22 mar 2017 Figura 43 Valas abertas de infiltração Figura 44 Lagoas de infiltração Largura da base Nível máximo Nível do leito Nível permanente 160 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Bacias e trincheiras de percolação constituise de uma escavação de uma valeta que é preenchida com material granular como brita ou cascalho e sua superfície é reaterrada Figura 45 O material granular promove a reservação temporária do escoamento enquanto ocorre a percolação da água para o subsolo CANHOLI 2005 Poços de infiltração são poços escavados como sumidouros que permitem a infiltração das águas pluviais para o subsolo Figura 46 É a medida mais recomendada quando não se dispõe de espaço ou quando a urbanização existente já consolidada inviabiliza a implantação das medidas dispersivas de aumento da infiltração CANHOLI 2005 Fonte adaptada de httpsgoogl4zctlH Acesso em 22 mar 2017 Fonte httpsgoogl35OTYN Acesso em 22 mar 2017 Figura 45 Bacias e trincheiras de percolação Figura 46 Poços de infiltração Profundidade da trincheira Nível máximo Profundidade da base ao tubo Comprimento Declividade Porosidade Largura Nível da base 163 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Canais Descrição da situaçãoproblema Você como engenheiro especialista em restauração e recuperação de canais é contratado para apresentar soluções para cursos dágua urbanos que oneram o orçamento municipal com serviços de recuperação de margens que sofrem com a erosão com a dragagem dos sedimentos acumulados e inundações de áreas a jusante Esses problemas foram intensificados com a urbanização descontrolada na área mais a montante nesse trecho do córrego ocorreu a retificação do curso dágua utilizando revestimento em concreto liso nos taludes e leito diminuindo a rugosidade e aumentando a velocidade do fluxo O acúmulo de sedimentos ocorre no trecho de mudança de declividade natural do curso dágua Apresente soluções econômicas e duradoras para esse problema Resolução da situaçãoproblema Como descrito os problemas apresentados se agravaram com a urbanização a retificação e a mudança do revestimento do trecho do curso dágua a montante Para uma solução definitiva deve ser feito a renaturalização do trecho a montante ou seja retornar as características próximas às naturais do percurso do canal e do revestimento Com a retificação e retirada das curvas naturais os cursos dágua têm o comprimento Valas abertas de infiltração serão construídas ao longo das vias internas do loteamento com o objetivo de coletar e transportar o excesso do escoamento não infiltrado nos lotes funcionando como sarjetas que permitem a infiltração coletando também a parte da precipitação que escoa sobre as vias Todo excesso de água que não foi infiltrado nas valas será coletado por bocas de lobo posicionadas estrategicamente O excesso do escoamento coletado pelas bocas de lobo será transportado por tubos perfurados que permitem a infiltração no solo até a lagoa de infiltração localizada no centro do loteamento que além da função estrutural na drenagem do loteamento tem também função paisagística que permitirá atividades de lazer para os moradores Para as áreas comuns do loteamento as águas pluviais devem ser encaminhadas para as áreas verdes permitindo a infiltração Em locais sem áreas verdes próximas deverão ser construídos poços e trincheiras de infiltração O excesso deve ser encaminhado para a lagoa de infiltração Avançando na prática 2 Em um canal as tensões de arraste não se distribuem igualmente na seção transversal sendo maior no fundo no leito que nos taludes dos canais Sendo τ0 γ y S e τt 076 γ y S Para um canal com 20 m de profundidade e declividade de 005 mm considerando o peso específico da água igual à 1000 kgfm³ pedese Calcule e assinale a alternativa correspondente às tensões de arraste no leito e nos taludes do canal respectivamente a 120 e 38 kgfm³ b 100 e 38 kgfm³ c 100 e 76 kgfm³ d 76 e 50 kgfm³ e 76 e 100 kgfm³ 3 Para a cidade de São Paulo a Lei Municipal nº 132762002 regulamentada pelo Decreto nº 418142002 obriga que construções com área impermeabilizada superior a 500 m² retenha parte da água precipitada sobre o lote Sendo Vres 015 Al P t Para um lote com área total de 1000 m² dos quais 70 é impermeabilizado e para uma precipitação de 60 mmh com duração de 1h pedese Calcule e assinale a alternativa correspondente ao volume mínimo exigido por lei a ser armazenado a 63 m³ b 90 m³ c 93 m³ d 69 m³ e 33 m³ Faça valer a pena 1 A tensão de arraste corresponde à tensão de cisalhamento exercida pela água em escoamento junto ao leito e às margens do curso dágua Analisando um canal trapezoidal com Rh 120 m e declividade de 005 mm e considerando peso específico da água igual a 1000 kfgm³ Sendo τ γ Rh S Calcule e assinale a alternativa correspondente à tensão de arraste a 120 kgfm² b 60 kgfm² c 66 kgfm² d 50 kgfm² e 36 kgfm² 166 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Seção 42 Técnicas compensatórias em drenagem urbana medidas estruturais Diálogo aberto Caro aluno Você e toda a equipe de engenharia estão batalhando para viabilizar o novo loteamento e como visto na seção anterior o local é rodeado por pequenos cursos dágua Para utilizálos como canais de drenagem de águas pluviais do futuro loteamento os técnicos da prefeitura solicitaram um estudo de estabilidade dos canais É necessário determinar a altura máxima permissível da lâmina dágua e a estabilidade do canal por meio do método das tensões de arraste As seguintes características locais foram fornecidas Canal em cascalho aluvionar não coloidal com partículas medianamente angulosas apresentando sinuosidade mediana e declividade de 016 O canal destinase a transportar água com sedimentos coloidas Características locais Tensão de arraste crítica inicial de 156 kgfm² Taludes com inclinação máxima 21 θ 266º Ângulo de repouso do material φ 34º Não pode faltar Técnicas compensatórias em drenagem urbana medidas estruturais Dentre os aspectos relevantes do projeto hidráulico para as medidas estruturais para os reservatórios é a determinação dos volumes a reservar e do 168 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 O Quadro 41 apresenta as características hidráulicas para seções usuais e o Quadro 42 lista características de máxima eficiência hidráulica para essas seções Fonte Baptista e Pádua 2016 p 119 Figura 48 Seção tipo de um canal dimensionamento das respectivas estruturas das bacias de detenção e para os canais o dimensionamento da geometria e estrutura CANHOLI 2005 Portanto nesta seção você verá o dimensionamento dos canais e a determinação do volume a reservar nos reservatórios e refletirá sobre técnicas compensatórias em drenagem urbana por meio de medidas estruturais como o aumento da capacidade hidráulica dos canais Os canais são estruturas hidráulicas que têm os objetivos básicos de conduzir as águas e possibilitar ou favorecer a navegação BAPTISTA COELHO 2010 Para a correta readequação dos canais é importante avaliar a capacidade de vazão das seções existentes identificando os eventuais pontos de gargalos CANHOLI 2005 Para o estudo dos canais algumas definições se fazem importantes Figura 48 Seção ou área molhada A parte da seção transversal que é ocupada pela água Perímetro molhado P comprimento relativo ao contato da água com as paredes do conduto Largura superficial B largura da superfície em contato com a atmosfera Profundidade y altura da lâmina dagua acima do fundo do canal Profundidade hidráulica yh razão entre a área molhada e a largura superficial yh A B Raio hidráulico Rh razão entre a área molhada e o perímetro molhado Rh A P Quadro 41 Parâmetros característicos de algumas seções tipo Área Perímetro molhado Raio hidráulico Largura superficial Profundidade hidráulica by b2y by b2y b y b Zyy b2y1z2 b Zyy b2y1Z2 b2Zy b Zyy b2Zy Zy2 2y1Z2 Zy 21Z2 2Zy 05y 0125θ senθD2 050D 025 θ senθ θ D 2 yDy 0125 θ senθ sen 1 2 θ D Fonte Baptista e Coelho 2010 p 299 Quadro 42 Características das seções de máxima eficiência hidráulica Forma Seção Geometria ótima Profundidade normal y Área A Trapezoidal α 60 b 2 3 y 0968 Qn 1238 1622 Qn 1234 Retangular B 2y 0917 Qn 1238 1682 Qn 1234 Triangular α 45 1297 Qn 1238 1682 Qn 1234 Circular D 2y 1000 Qn 1238 1583 Qn 1234 Fonte Baptista e Coelho 2010 p 330 Exemplificando Calcular a área molhada o perímetro molhado e o raio hidráulico para um canal retangular com 20 m de base e 10 m de profundidade Perímetro molhado 21140 m Área molhada 2120 m2 Raio hidráulico R h 24 05 Em muitos casos os canais existentes são constituídos por trechos de diferentes tipos de revestimento e diversas seções transversais ou seja com reduções ou ampliações das seções hidráulicas contínuas ou abruptas bem como declividades de fundo não uniformes CANHOLI 2005 O problema de dimensionamento e adequação de canais reduzse à otimização da seção transversal dimensões e revestimento para transportar a vazão de projeto Para melhor otimização e redução de custos procurase a minimização da área a ser revestida e o volume de escavação buscando seções transversais que apresentem máximo rendimento ou seja para uma dada área declividade e rugosidade transportam máxima vazão BAPTISTA COELHO 2010 Para o cálculo das seções utilizase a fórmula de Manning Q 1 n A53 P23 S12 em que n é coeficiente de rugosidade A é a área molhada da seção m2 P é o perímetro molhado m e S é a declividade mm A máxima eficiência hidráulica é alcançada quando o perímetro molhado é mínimo e todos as outras variáveis se mantêm constante Assimile A máxima eficiência hidráulica é alcançada utilizando os parâmetros geométricos apresentados no Quadro 42 assim para um canal retangular a eficiência é máxima quando a base é o dobro da altura da lâmina dágua Para canais não revestidos materiais erodíveis podese efetuar o dimensionamento hidráulico dos canais segundo o método da velocidade permissível e o método das tensões de arraste Em ambos os métodos é essencial a verificação das inclinações dos taludes laterais que é limitada em função das características geotécnicas locais Rochas sãs permitem uma inclinação máxima vertical enquanto solos argilosos porosos permitem uma inclinação máxima do talude de 3H1V BAPTISTA COELHO 2010 Método da velocidade permissível Consiste no dimensionamento respeitandose as limitações de velocidade para que não ocorra a erosão do canal O limite da velocidade máxima de operação é função do material constituinte do canal bem como da carga de material sólido transportada pelo canal BAPTISTA COELHO 2010 Os cálculos hidráulicos para o dimensionamento dos canais são efetuados com aplicação da fórmula de Manning limitandose a velocidade média de escoamento aos valores estabelecidos como máximos Método das tensões de arraste Diferentemente do método das velocidades permissíveis o método das tensões de arraste leva em consideração a forma da seção importante para avaliação dos processos erosivos Segundo Baptista e Coelho 2010 o método das tensões de arraste consiste em dimensionar o canal de forma a manter as tensões de cisalhamento junto às paredes e ao fundo do canal inferiores a uma tensão admissível a partir da qual podem ocorrer processos erosivos O método consiste em Definir o valor da tensão crítica de arraste o valor do ângulo de repouso e a declividade máxima do talude de acordo com o material do canal esses dados são encontrados em tabelas Aplicar a redução da tensão crítica de arraste em função da sinuosidade 100 para canais retilíneos a 060 para canais extremamente sinuosos Determinar K para a declividade do talude préfixada K 1sen²θsen²φ em que θ é o ângulo do talude com a horizontal e φ é o ângulo de repouso do material Determinar a tensão crítica de arraste nos taludes τ ct K τ t Determinar y a partir da equação da tensão crítica de arraste nos taludes τ t 076 γ y S Verificar a tensão crítica de arraste no fundo τ 0 γ y S Calcular a base do canal por meio da equação de Manning 172 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Seções e revestimento Segundo Baptista e Coelho 2010 a escolha da forma e do revestimento do canal dependem de vários aspectos como Hidráulico vazões de projeto velocidades de funcionamento e altura da lâmina dágua Tecnológico e operacional topografia local faixa disponível para implantação disponibilidade de materiais equipamentos mão de obra área para botafora possibilidade e facilidade para manutenção etc Ambientais impacto das obras e serviços nos aspectos ecológicos e de qualidade das águas como da própria inserção ambiental em função da ocupação das áreas adjacentes paisagismo etc Sociais inserção no sistema viário possibilidade de recreação e lazer etc Apenas as questões hidráulicas não podem ser decisivas na intervenção em canais especialmente no meio urbano A máxima integração ao meio deve ser contemplada Vários tipos de revestimentos podem ser usados nos canais indo dos revestimentos naturais passando pelo concreto e até revestimentos geossintéticos como plásticos e geotêxteis sendo os principais tipos de revestimento discutidos a seguir Canais em solos Como pontos positivos estão o baixo custo de implantação escavação e transporte de materiais e menor impacto ambiental O crescimento da vegetação natural nas margens confere um aspecto mais natural ao canal favorecendo o ecossistema Porém velocidades mais baixas são admissíveis implicando na necessidade de seções de maior porte além de poder implicar em processos erosivos e assoreamento caso as condições críticas sejam ultrapassadas Isto implica na necessidade de manutenção frequente BAPTISTA COELHO 2010 Canais gramados São interessantes devido ao baixo custo de implantação assim como pelo aspecto estético Como os canais de solo sua maior desvantagem está na manutenção Reflita 173 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 frequente e as baixas velocidades de escoamento admissível As velocidades máximas permissíveis variam com as espécies vegetais utilizadas Outros critérios de projeto devem ser respeitados como raios de curvatura sendo o dobro da largura do canal a borda livre mínima é de 030 m e a inclinação dos taludes deve ser compatível com as características dos solos BAPTISTA COELHO 2010 Revestimento em concreto Podem ser em concreto prémoldado moldado in loco ou concreto projetado O revestimento em concreto é mais apropriado para locais com faixa de implantação reduzida nos quais se pode trabalhar com velocidades mais altas possibilitando maior capacidade de vazão Tem a vantagem de exigir pouca manutenção No entanto tem como desvantagem os maiores custos e pior inserção no meio ambiente Além dos aspectos hidráulicoshidrológico de antecipação dos hidrogramas de cheia devido ao aumento das velocidades de escoamento BAPTISTA COELHO 2010 Gabiões São os revestimentos mais comuns e consistem em estruturas em grades metálicas preenchidas com pedras podem ser do tipo colchão ou do tipo caixa Como critério de projeto para os gabiões do tipo colchão as velocidades máximas admissíveis variam de 2 a 35 ms para colchão com espessura de 150 mm e de 4 a 55 ms para espessura de 300 mm Para os gabiões do tipo caixa as velocidades admissíveis são de 5 a 6 ms Os gabiões caixas permitem taludes com altas inclinações podendo até mesmo ser verticais Os que fazem a manutenção devem atentarse para a retirada de resíduos sólidos retidos nos gabiões e o crescimento desordenado de vegetação BAPTISTA COELHO 2010 O método para o dimensionamento de estruturas com gabiões é ofertado em materiais disponibilizados pelos fabricantes Assista ao vídeo do tempo 000614 ao 10100 disponível em https wwwyoutubecomwatchv96g35YDk5A Acesso em 22 mar 2017 Canais revestidos com enrocamentos Os enrocamentos ou ripraps consistem no simples revestimento de taludes com pedras lançadas ou arrumadas com dimensões compatíveis com as velocidades de escoamento Sua estabilidade é função da velocidade de escoamento das condições Pesquise mais de turbulência do fluxo e das propriedades físicas das rochas utilizadas A espessura dos enrocamentos deve ser correspondente a cerca de 15 vezes o diâmetro máximo das pedras ou 2 vezes o diâmetro médio Os taludes devem ter ângulo de acordo com o ângulo de repouso natural do material que é de cerca de 35 a 42 Como os gabiões os enrocamentos apresentam boa inserção ambiental e social adquirindo um aspecto de canal natural BAPTISTA COELHO 2010 Segundo Escarameia 1998 para o dimensionamento do diâmetro médio das pedras pode ser utilizado a expressão Dp ks Ct V2 2g s1 em que Dp é o diâmetro médio das pedras m ks é o fator de correção granulométrica valor adotado de 115 Ct é coeficiente de turbulência do escoamento Ct 123 IT 020 em que IT é a intensidade da turbulência V é velocidade de escoamento junto ao leito ms s é a densidade média das pedras entre 25 e 27 e g é a aceleração da gravidade ms2 Determinação do coeficiente de rugosidade de Manning para seções simples com rugosidade variável e para seções compostas Segundo Coelho e Baptista 2016 em canais especialmente nos naturais frequentemente ocorre variabilidade do coeficiente de rugosidade de Manning ao longo da seção transversal sendo necessária a estimativa de valores representativos Em situações em que as seções são simples inclusive as trapezoidais e a rugosidade varia ao longo do perímetro a rugosidade é calculada utilizando uma sistemática de ponderação da rugosidade podendo adotar a seguinte forma de ponderação n i1m Pi ni 32 P 23 em que n é o coeficiente de rugosidade global P é o perímetro molhado total m Pi é o perímetro molhado associado à superfície i m e ni é o coeficiente de rugosidade associado à superfície i Já para as seções compostas o cálculo do coeficiente de rugosidade equivalente é ne i1m Ai ni A em que ne é o coeficiente de rugosidade global A é a área total m2 Ai é a área associada à superfície i m e ni é o coeficiente de rugosidade associado à superfície i 175 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Fonte Shammas et al 2013 p 383 Fonte Shammas et al 2013 p 381 Figura 49 Reservatório de retenção Figura 410 Reservatório de detenção Técnicas compensatórias em drenagem urbana medidas estruturais retenção e detenção A retenção Figura 49 e detenção Figura 410 de águas pluviais é baseada no conceito de armazenar parte do escoamento temporariamente para então liberar de maneira controlada de modo a limitar a vazão afluente a uma área ocupada e abrandar seus efeitos destrutivos Além disso a retenção de águas pluviais tem o objetivo de recarga dos aquíferos e controle da qualidade da água GRIBBIN 2014 176 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Os reservatórios são projetados para que o pico de descarga depois da urbanização não seja maior que o anterior Isso requer que o hidrograma de escoamento seja computado para as condições antes e depois da urbanização para enchentes de 2 a 100 anos de período de retorno Normalmente períodos de retorno para 2 10 e 100 anos são utilizados para computar os requerimentos de armazenamento e os dispositivos de saída WURBS JAMES 2002 O total acumulado geralmente é calculado pela diferença do escoamento dos hidrogramas antes e depois da urbanização O armazenamento e a liberação controlada de águas pluviais são descritos matematicamente com a propagação de um hidrograma de escoamento O método comum para calcular o volume de armazenamento é o cotaárea que consiste no traçado de linhas de contorno ao redor da bacia proposta sendo então medida a área em cada contorno O volume contido entre quaisquer dos contornos adjacentes é estimado como a média das duas áreas multiplicada pela distância vertical entre elas O volume total é a soma dos volumes incrementais calculados anteriormente GRIBBIN 2014 Os taludes dos reservatórios se construídos em solo devem ser relativamente pouco inclinados 41 para segurança e corte da vegetação manutenção O fundo do reservatório deve ter uma declividade para evitar o acumulo de água quando isso não é atendido há a proliferação de mosquitos Acesso para a manutenção é necessário para a retirada de resíduos e sedimentos acumulados Dispositivo de saída do reservatório Geralmente o dispositivo de saída dos reservatórios são orifícios ou uma combinação entre orifício e vertedouros que liberam a água armazenada lentamente Os reservatórios devem ter pelo menos um dispositivo de saída e um vertedor de emergência Em alguns casos múltiplas saídas a diferentes alturas são utilizadas para facilitar a descarga CHIN et al 2000 A estrutura de saída mais simples consiste em um único tubo com a soleira posicionada na cota mais baixa da bacia chamada de saída de único estágio Pode haver ainda um outro tubo em cota mais elevada além de um vertedor de emergência GRIBBIN 2014 A saída de único estágio se assemelha hidraulicamente a um bueiro com controle de entrada Porém a modelagem hidráulica desse dispositivo é feita como um orifício porque o modelo deste produz descargas muitos similares a um bueiro agindo com controle de entrada especialmente para profundidades de reservatório acima da coroa do tubo A vazão de saída é calculada em função dos níveis hipotéticos da água no reservatório por meio da equação Q c a 2 g h em que Q é a vazão de descarga m3s c é o coeficiente de descarga 062 a é a área da seção transversal do orifício m2 e h é a carga total m A função primordial dos reservatórios de detenção e retenção é minimizar ondas de cheia a jusante Ao adentrar na bacia de detenção ou retenção o escoamento é temporariamente armazenado e depois deslocado por meio do dispositivo de saída a vazão máxima efluente é menor que a vazão máxima afluente Essa redução chamase atenuação GRIBBIN 2014 Parâmetros de projeto Um dos benefícios da utilização de reservatórios é a possibilidade da melhoria de qualidade da água afluente do sistema Incluindo a qualidade da água como critério de projeto temos os seguintes parâmetros importantes para reservatórios volume de qualidade da água WQV tempo de evacuação Te e para reservatórios de retenção o tempo de detenção Td Volume de qualidade da água WQV é o volume inicial do escoamento superficial que deve ser armazenado e tratado antes da descarga Tempo de evacuação Te é o tempo para que o WQV a ser descarregado do reservatório é dado pela relação 0Te Otdt WQV em que O t é o hidrograma de descarga Tempo de detenção Td é o parâmetro aplicável apenas a reservatórios de retenção que mede o tempo médio que o escoamento superficial permanece no reservatório Td Vpond Q em que Vpond é o volume de retenção Q é o escoamento médio anual determinado pela multiplicação da precipitação média anual pelo coeficiente de deflúvio Para o cálculo do hidrograma de saída do reservatório utilizase dos conceitos da conservação da massa de água entrando e saindo do reservatório A expressão pode ser escrita da seguinte forma I O S t Em que I é a vazão média afluente ao reservatório durante o tempo t m3 s O é a vazão média efluente ao reservatório durante o tempo t m3 s S é a variação no volume do reservatório durante o tempo t m3 e o t é o período incremental s 178 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 O loteamento em questão como visto na seção anterior é rodeado por pequenos cursos dágua Para utilizálos como canais de drenagem de águas pluviais do futuro loteamento os técnicos da prefeitura solicitaram um estudo de estabilidade dos canais É necessário determinar a altura máxima permissível da lâmina dágua e a estabilidade do canal através do método das tensões de arraste As seguintes características locais foram fornecidas BAPTISTA COELHO 2010 Canal em cascalho aluvionar não coloidal com partículas medianamente angulosas apresentando sinuosidade mediana e declividade de 016 O canal destinase a transportar água com sedimentos coloidais A solução numérica é um processo de iteração no qual um pequeno incremento de tempo é escolhido e o balanço do volume é calculado no final de cada período GRIBBIN 2014 A expressão pode ser melhor escrita da seguinte forma 1 2 1 2 2 1 2 2 Ι Ι O O S S t Em que os subscritos 1 e 2 denotam o início e o fim respectivamente do período t escolhido Ainda podemos organizar a expressão como 1 2 1 1 2 2 2 2 Ι Ι S t S t O O Para isso supõese implicitamente nesse método de propagação que A superfície da água do reservatório seja horizontal A vazão efluente seja uma função única do volume de armazenamento A vazão efluente varie linearmente com o tempo durante cada período t A expressão fornece como resposta um hidrograma de saída O2 ou seja uma lista completa de vazões efluentes da bacia de detenção durante a precipitação de projeto A equação será resolvida muitas vezes uma vez para cada período escolhido durante a precipitação Sem medo de errar Características locais Tensão de arraste crítica inicial de 156 kgfm2 Taludes com inclinação máxima 21 θ 266 Ângulo de repouso do material φ 34º SOLUÇÃO De acordo com Baptista e Coelho 2010 estimandose um fator de correção devido à sinuosidade de 75 determinase a tensão crítica de arraste τc 156 kgf m2 0 75 τc 117 kgf m2 Cálculo da tensão crítica nos taludes Sendo θ 266º e φ 34º K 1 sen2 θ sen2 φ K 1 sen2 26 6º sen2 34 060 τct K τt τct 060 117 70 kgf m2 Cálculo da profundidade em função da tensão crítica nos taludes Para que o canal seja estável τt τct 076 γ y S 070 kgf m2 y 070 076 1000 00016 y 058 m Verificação da tensão no fundo τ0 γ y S τ0 1000 058 00016 τ0 096 kgf m2 Como a tensão no fundo é menor que a crítica o canal é estável para a profundidade de 058 m 180 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Volume de um reservatório Descrição da situaçãoproblema Uma das fases do projeto de um reservatório é a determinação do volume a ser armazenado Você está projetando um reservatório de retenção em uma região muito castigada por inundações Para o cálculo do volume do reservatório você deve conhecer o hidrograma antes e depois da urbanização sendo o volume armazenado a diferença entre os dois hidrogramas dependendo do tempo de detenção determinado A Tabela 41 apresenta as vazões de escoamento resultado dos hidrogramas antes e depois da urbanização Para minimizar os efeitos da onda de cheia determine o volume do reservatório para um tempo de detenção de 10 min Fonte elaborada pelo autor Tabela 41 Vazões de escoamento Tempo horas Q1 Inicial m³s Q2 Final m³s 000 000 000 017 014 014 033 054 028 050 132 042 067 215 057 083 274 071 100 274 085 117 222 099 133 147 113 150 123 123 Resolução da situaçãoproblema Inicialmente é necessário calcular a vazão total para isso calculase a diferença das vazões horárias e somase no final Avançando na prática Tabela 42 Diferença horária das vazões Tempo horas Q1 Inicial m³s Q2 Final m³s ΔQ m³s 000 000 000 000 017 014 014 000 033 054 028 026 050 132 042 090 067 215 057 158 083 274 071 203 100 274 085 189 117 222 099 123 133 147 113 034 150 123 123 000 Total 823 Fonte elaborada pelo autor A vazão total é de 823 m³s para isso é necessário Volume Σ ΔQ Δt 823 10 min 60 s 4938 m³ Faça valer a pena 1 Dimensione uma proteção em enrocamento junto aos taludes de um canal sabendose que a velocidade de escoamento junto às pedras é de 094 ms o IT é de 045 Ks é 115 e a densidade média das pedras s é de 260 Sendo Cₜ 123 IT 020 e Dₚ Kₛ Cₜ Vb² 2g s1 Calcule e assinale a alternativa correspondente ao diâmetro médio das pedras a 020 m b 032 m c 025 m d 014 m e 027 m 2 Considere a seção apresentada na figura seguinte na qual parte da seção é revestida por gabiões n 0030 e parte com solo com revestimento vegetal n 0040 Fonte elaborada pelo autor Sendo n ΣPi ni32 P23 Calcule o coeficiente de rugosidade global para a seção a 0054 b 0023 c 0033 d 0042 e 0063 3 Para um canal com seção trapezoidal com largura de fundo igual a 20 m altura da lâmina dágua de 150 m e declividade z do talude de 100 m Calcule a área molhada o perímetro molhado e o raio hidráulico para a seção Sendo A b Zyy P b 2y 1 z² Rh b Zyy b 2y1 Z² A área molhada o perímetro molhado e o raio hidráulico para essa seção são respectivamente 183 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 a 825 m² 324 m e 184 m b 525 m² 624 m e 084 m c 624 m² 084 m e 525 m d 325 m² 700 m e 30 m e 552 m² 642 m e 084 m 184 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 185 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Técnicas compensatórias em drenagem urbana medidas não estruturais Continuando o projeto do loteamento abordado na Seção 42 em que você foi designado a elaborar um relatório destinado à viabilização do empreendimento focado no estudo do impacto da construção nas estruturas existentes de drenagem urbana Foi solicitado pelo órgão municipal de gestão de águas urbanas a apresentação de medidas não estruturais para minimização de danos no caso de enchente dos cursos dágua que cruzam o terreno do loteamento permitindo assim o desenvolvimento adequado para a região diminuindo futuras despesas Técnicas compensatórias em drenagem urbana medidas não estruturais O controle de inundações é obtido por meio do conjunto de medidas estruturais e não estruturais que permite à população ribeirinha minimizar suas perdas e manter uma convivência harmônica com o rio incluindo medidas de engenharia de cunho social econômico e administrativo ANDRADE FILHO SZÉLIGA ENOMOTO 2000 Os métodos não estruturais incluem a restrição da urbanização em áreas de risco evacuação temporária de áreas sujeitas a inundações e redução do escoamento superficial com medidas de gestão da bacia hidrográfica Comunidades desenvolvidas têm sistemas de alerta de enchentes com sondas de medição do nível de cursos dágua e águas pluviais que são locadas em áreas críticas da bacia hidrográfica WURBS JAMES 2002 Nos itens a seguir serão estudadas algumas formas de medidas não estruturais para mitigação de danos provocados por enchentes Seção 43 Diálogo aberto Não pode faltar 186 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Controle da ocupação urbana Por zoneamento entendese que é o conjunto de regras para a ocupação das áreas de maior risco de inundação visando a minimização futura das perdas materiais e humanas em face das grandes cheias e permitindo o desenvolvimento racional das áreas ribeirinhas Para isso a regulamentação das áreas apoiase em mapas com demarcação de áreas de diferentes riscos e nos critérios de ocupação tanto ao uso quanto aos aspectos construtivos TUCCI 2012 Para Barros 2005 a ocupação do solo está diretamente ligada ao processo de infiltração e por conseguinte à produção de escoamento superficial As leis de uso e ocupação do solo na maioria dos casos dependem do plano diretor do município que por sua vez deve conter como partes dos seus objetivos básicos a minimização dos impactos da impermeabilização do solo a proteção de áreas marginais que compõem o leito maior dos córregos e rios e a proteção de áreas sujeitas a deslizamentos encostas íngremes etc A preservação de áreas verdes e ribeirinhas é uma medida fundamental para não agravar o desempenho do sistema de drenagem e evitar o crescimento das vazões no tempo BARROS 2005 Segundo Tucci 2012 o zoneamento das áreas sujeitas a inundações engloba as seguintes etapas Determinação do risco de enchentes Mapeamento das áreas de inundação Zoneamento propriamente dito uso e ocupação das áreas O risco de ocorrência de inundação varia com a cota topográfica da várzea Áreas mais baixas estão sujeitas a maior frequência de ocorrência de enchentes Quando o leito menor dos rios passa por um período maior que dois anos sem extravasar existe a tendência de ocupação de diferentes formas das áreas de várzea pela população Essa ocupação em caso de cheias gera danos de grande impacto nos ocupantes dessas áreas e também para a população mais a montante uma vez que ocorre a elevação dos níveis dágua decorrentes da obstrução ao escoamento natural causada pelos ocupantes a jusante TUCCI 2012 Para Tucci 2012 a seção de escoamento do rio pode ser dividida em três partes principais ilustradas esquematicamente na Figura 411 Na faixa 1 dessa figura chamada de zona de passagem de enchente parte da seção funciona hidraulicamente e permite o escoamento da enchente Qualquer construção 187 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 nessa área reduzirá a área de escoamento elevando os níveis a montante da seção A faixa 2 zona com restrições é a área restante da superfície inundável que deve ser regulamentada Essa zona fica inundada mas devido às pequenas profundidades e baixas velocidades não contribui muito para a drenagem da enchente A zona de baixo risco faixa 3 tem pequena probabilidade de ocorrência de inundações sendo atingida apenas por vazões excepcionais com pequena altura de lâmina dágua e baixas velocidades Essa área não necessita regulamentação quanto às cheias TUCCI 2012 Sistemas de alerta Para um sistema de alerta ser eficaz medições em tempo real da precipitação e dos níveis dos cursos dágua críticos devem ser monitorados e a informação deve ser transmitida para todos os munícipes de forma rápida e precisa através de televisão rádio internet telefone etc As previsões devem ser feitas baseandose na precipitação projetada relacionando os efeitos por causa de tempestades anteriores para a bacia em questão WURBS JAMES 2002 Fonte Tucci 2012 p 645 Figura 411 Esquema de zoneamento O monitoramento de rios urbanos é a finalidade do sistema que detecta enchentes em rios e córregos por meio de uma rede de sensores sem fio permitindo que a população seja avisada sobre eventuais riscos Disponível em httpwwwicmcuspbrnoticias851sistema desenvolvidonoicmcmonitoraenchentesemsaocarlos Acesso em 23 mar 2017 Pesquise mais 188 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 As cidades devem ter um plano de ação um de contingências para agir de forma integrada e eficiente a fim de minimizar os impactos das inundações Os radares permitem a previsão quantitativa de chuva em curtíssimo prazo com poucas horas de antecedência possibilitando também a previsão de cheias e inundações BARROS 2005 Barros 2005 ressalta que o sistema de alerta deve ser acompanhando de um sistema de drenagem eficiente e que este sistema é uma medida não estrutural voltada à minimização dos impactos das chuvas intensas que caem em regiões com sistema deficiente de drenagem Seguros O Seguro Enchente é uma proposta com bastante utilização no exterior para habitantes em regiões de várzea Esta em geral é formada a partir de um fundo criado pela própria comunidade em que cada proprietário paga uma quantia em razão do dano esperado em seu lote em caso de inundação A fixação dos valores de apólice e do prêmio depende de estudos hidrológicos de avaliação de risco e de levantamento detalhado dos danos BARROS 2005 Segundo Righetto et al 2007 os modelos de seguro contra enchentes têm as seguintes etapas 1 Identificação do prêmio inicial taxa de juros máximo valor do fundo do seguro e massa de assegurados 2 Simulações sintéticas de cenários para diferentes tempos de retorno diante da ocorrência de enchentes 3 Otimização de prêmios 4 Análise de sensibilidade para diferentes coberturas de seguro Convivência e educação ambiental Para Barros 2005 a educação ambiental é um instrumento fundamental para desencadear uma nova postura em relação à interação do homem com o meio de forma harmônica e sustentável Segundo Andrade Filho Széliga e Enomoto 2000 O sistema de alerta é uma forma de minimização dos danos causados pelas enchentes Não pode ser visto como uma solução para a drenagem ineficiente do local Reflita 189 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 deve ser realizado junto à população um programa de educação ambiental sendo primordial a conservação das margens dos cursos dágua sua vegetação nativa e conservação dos taludes naturais para minimizar os riscos de enchentes Nos programas de educação ambiental a participação da comunidade é indispensável para o sucesso do programa criando atividades nas quais o objetivo é a conscientização da população ribeirinha mostrando a importância da interação do homem com o seu habitat Integração do plano diretor de drenagem urbana ou plano diretor de manejo de águas pluviais urbanos e sua relação com os demais planos urbanos A consolidação das medidas do sistema de drenagem urbana com a definição das medidas estruturais e não estruturais ocorre por meio do plano diretor de drenagem da cidade eou de uma bacia hidrográfica sendo este o principal instrumento de planejamento e gestão da drenagem do município BARROS 2005 Para Tucci 1997 nos planos diretores de drenagem deve ser dado maior ênfase ao controle por meio de medidas não estruturais como o zoneamento de áreas de inundação tema já discutido anteriormente Um plano de drenagem urbana deve buscar i Planejar a distribuição da água no tempo e no espaço com base na tendência de ocupação urbana compatibilizando esse desenvolvimento e a infraestrutura para evitar prejuízos econômicos e ambientais ii Controlar a ocupação de áreas de risco de inundação propondo restrições às áreas de alto risco e convivência com as enchentes nas áreas de baixo risco TUCCI 1997 O plano diretor municipal de drenagem deve ser conduzido em consonância com o plano diretor urbano que representa um dos mais importantes documentos da gestão do município ESTE estabelece todos os critérios de ocupação da área urbana e portanto guarda relação direta com a drenagem BARROS 2005 A educação ambiental deve atingir todos os níveis de escolaridade oferecendo instruções teóricas de temas como ciclo hidrológico gestão de bacias hidrográficas influência da intervenção do homem no meio para o agravamento de enchentes etc No entanto além de tudo a educação ambiental deve ter programas de ordem prática nos quais toda a comunidade possa participar incluindo qualquer nível de escolaridade Assimile 190 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Devido à interferência que a ocupação do solo tem sobre a drenagem existem elementos do plano de drenagem que são introduzidos no plano diretor urbano ou na legislação de ocupação do solo Portanto o plano de drenagem urbana PDU deve ser um componente do plano diretor de planejamento urbano de uma cidade TUCCI 1997 O plano de drenagem se relaciona ainda com os demais planos diretores de saneamento básico podendo inclusive ser um capítulo desse plano maior o de saneamento básico do município É importante essa relação com os sistemas de coleta tratamento e disposição dos resíduos sólidos além da integração com as demais infraestruturas do município especialmente as subterrâneas O plano de drenagem também está relacionado com as legislações locais de proteção de áreas sujeitas a deslizamentos que pode ser um plano próprio ou estar contido nos planos diretores urbanos Para Barros 2005 essas áreas por serem instáveis sofrem processos de erosão acelerada gerando grandes volumes de sedimentos que por sua vez assoreiam galerias e rios diminuindo o desempenho do sistema de drenagem Os planos diretores de drenagem devem prever medidas de curto máximo 2 anos médio 4 anos e longo prazo 10 anos Além disso o plano deve ser constantemente revisado o mais comum é que isso ocorra a cada 4 anos Segundo Barros 2005 a estrutura desse plano diretor não é fixa e depende da sua área de abrangência do seu grau de detalhamento e do modo pelo qual a gestão administra a cidade Esse autor apresenta as seguintes fases para elaboração do plano municipal de drenagem Fase 1 definições básicas coleta de informações e diagnóstico preliminar da situação do sistema de drenagem São definidas as premissas básicas para desenvolver o plano Determinação dos objetivos básicos da área de estudo e dos horizontes de tempo para implantação das medidas propostas Levantamento de todos os dados básicos ocupação do solo habitação sistema viário informações hidrológicas e hidráulicas características físicas da bacia geologia inventário das redes e galerias existentes e determinação de áreas sujeitas a inundação Fase 2 proposições de medidas de curto prazo incluindo monitoramento e outros levantamentos de campo Com os dados e diagnóstico prontos são feitas propostas imediatas eou de curto prazo 191 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Dependendo da situação fazse necessário obras emergenciais Fase 3 elaboração de cenários e definição de medidas de médio e longo prazo e análise econômica São propostas medidas de prazo mais longo Identificação dos vetores de crescimento da cidade e os cenários de ocupação da bacia para médio e longo prazo Estudo de propostas de medidas estruturais e não estruturais necessárias a cada tempo Avaliação dos custos e benefícios para verificar a viabilidade econômica e dar suporte à hierarquização das prioridades e ao estabelecimento dos cronogramas Fase 4 hierarquização das propostas proposição de medidas de caráter legal e institucional e outros programas Implementação do plano em que as obras e as medidas são hierarquizadas segundo critérios estabelecidos pelo gestor da drenagem para execução As medidas definidas pelo plano devem ser sintetizadas em projeto de lei para garantir a implementação pelo poder público O plano deve propor também programas específicos de ação contínua como sistema de monitoramento hidrológico sistema de alerta automação das operações educação ambiental campanhas publicitárias etc Um exemplo de relevância é o plano diretor de macrodrenagem da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê PDAT no qual localizase a região metropolitana de São Paulo A proteção da área a montante da cidade de São Paulo é fundamental para não agravar as inundações e preservar a capacidade das obras atuais em implantação Continuando o projeto do loteamento em questão foi solicitado pelo órgão municipal de gestão de águas urbanas a apresentação de medidas não estruturais para minimização de danos no caso de enchente dos cursos dágua que cruzam Exemplificando Sem medo de errar 192 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Planos de drenagem Descrição da situaçãoproblema Você como engenheiro especialista em gestão de águas pluviais foi contratado pela prefeitura municipal para apresentar um anteprojeto do futuro plano diretor de drenagem urbana Foi solicitado um relatório reduzido mostrando os principais pontos de um plano diretor de drenagem urbana e sua estrutura que será enviado a todos os envolvidos no projeto Apresente resumidamente a estrutura essencial de um plano diretor de drenagem urbana Resolução da situaçãoproblema De acordo Tucci e Silveira 2002 os planos de drenagem devem contemplar a seguinte estrutura o terreno do loteamento permitindo assim o desenvolvimento adequado para a região e diminuindo futuras despesas Solução Dentre as medidas a serem tomadas para minimizar danos o zoneamento da ocupação do solo é sem dúvida a mais importante Visto isso o loteamento em questão deverá ter toda a área de várzea preservada O relevo natural do terreno será preservado na sua essência Como o loteamento não está em uma área acidentada não existe risco de deslizamentos Além do zoneamento serão instaladas sondas com detecção e aviso em tempo real e alertas sobre o nível dos cursos dágua Todos os moradores serão cadastrados para que a informação seja recebida com eficiência O loteamento já conta com plano de gestão sustentável de drenagem obrigando a retenção das águas no próprio lote dos moradores e nas áreas comuns do loteamento Como forma de intensificar e massificar a importância da gestão adequada das águas urbanas será desenvolvido entre os moradores do loteamento um programa permanente de educação ambiental com ações teóricas e práticas na área Incluir os moradores no sistema de gestão de águas pluviais é fundamental para que a infraestrutura de drenagem funcione adequadamente Avançando na prática 193 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 Informações levantamento de dados básicos como o cadastro de rede pluvial dados físicos da bacia hidrográfica dados hidráulicos e hidrológicos uso e tipo do solo e levantamento de planos municipais como o de saneamento básico Fundamentos definições bases do plano incluindo os princípios e objetivos as estratégias e os cenários de estudo e diagnóstico Desenvolvimento do plano definemse as medidas estruturais e não estruturais em função de objetivos estratégias cenários e riscos definidos anteriormente e a avaliação econômica em que se desenvolvem os estudos de avaliação das alternativas propostas e os mecanismos financeiros para viabilizar as diferentes medidas Produtos estabelecimento de planos de ação projetos de lei e o manual de drenagem Programas de médio e longo prazo estudos adicionais programas de educação ambiental e monitoramento 1 Sobre as técnicas compensatórias em drenagem urbana podese afirmar I Dentre as medidas estruturais destacamse obras de engenharia como os canais e os reservatórios II As medidas não estruturais são medidas de gestão que visam a melhor convivência e a minimização de perdas em caso de enchentes III São medidas não estruturais sistema de alerta zoneamento urbano cisternas e educação ambiental IV O zoneamento urbano relacionase com o sistema de drenagem uma vez que influencia o processo de infiltração e por conseguinte a produção de escoamento superficial É correto o que se afirma em a I e II b II e III c I III e IV d I II e IV e I II III e IV Faça valer a pena 194 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 2 Sobre o zoneamento urbano o uso e a ocupação do solo dentro dos conceitos de drenagem urbana afirmase I O zoneamento urbano é importante para a gestão das águas pluviais e atua visando a minimização de perdas em virtude principalmente das enchentes II A limitação da ocupação urbana inibi o desenvolvimento da região sendo um grande prejuízo para a população local III A regulamentação das áreas apoiase em mapas com demarcação de áreas de diferentes riscos e nos critérios de ocupação IV A impermeabilização da bacia e dos revestimentos artificiais lisos nos canais urbanos facilita o escoamento aumentando a velocidade e diminuindo o risco de enchentes a jusante É correto o que se afirma em a I e IV b I e III c I II e III d II III e IV e I II III e IV 3 O zoneamento urbano os sistemas de alerta e a educação ambiental são ações que estão diretamente interrelacionadas Sobre essas medidas afirmase I A preservação de áreas verdes e ribeirinhas é uma medida fundamental para não sobrecarregar a infraestrutura de drenagem II O risco de ocorrência de inundação varia com a cota topográfica da várzea Áreas mais altas estão sujeitas a maior frequência de ocorrência de enchentes III Para um sistema de alerta ser eficiente medições em tempo real da precipitação e dos níveis dos cursos dágua críticos devem ser monitoradas e a informação deve ser transmitida IV A educação ambiental é um instrumento fundamental para desencadear uma nova postura em relação à interação do homem com o meio de forma harmônica e sustentável 195 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 É correto o que se afirma em a I e IV b I e II c I III e IV d II e III e I II III e IV 196 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 197 Técnicas compensatórias em drenagem urbana U4 ANDRADE FILHO A G de SZÉLIGA M R ENOMOTO C F Estudo de medidas não estruturais para controle de inundações urbanas Revista Publicatio UEPG Ciências Exatas e da Terra Agrárias e Engenharias Ponta Grossa v 1 n 1 2000 BAPTISTA M B COELHO M M L P Fundamentos de engenharia hidráulica 3 ed Belo Horizonte UFMG 2010 BAPTISTA M PÁDUA V L Restauração de sistemas fluviais Belo Horizonte UFMG e Manole 2016 BARROS M T L Drenagem urbana bases conceituais e planejamento In PHILIPPI J R ARLINDO M Orgs Saneamento saúde e ambiente fundamentos para um desenvolvimento sustentável Barueri Manole 2005 p 221265 BRIGHETTI G MARTINS J R S Estabilização e proteção de margens Curso de mestrado da EPUSP Universidade de São Paulo São Paulo EPUSP 2001 CANHOLI A Drenagem urbana e controle de enchentes São Paulo Oficina de Textos 2005 CARVALHO Roberto Água de chuva desviUFPE guia de dimensionamento e montagem 2014 Disponível em httpsyoutubetgvv06essYs Acesso em 22 mar 2017 CHIN David A et al Waterresources engineering Englewood Cliffs Prentice Hall 2000 COELHO M M BAPTISTA M B Noções de hidráulica fluvial In BAPTISTA M B PÁDUA V L Org Restauração de sistemas fluviais Belo Horizonte UFMG e Manole 2016 p 115157 ESCARAMEIA M River and channel revetments a design manual London Thomas Elford Publications 1998 GRIBBIN J E Introdução à hidráulica hidrologia e gestão de águas pluviais 4 ed São Paulo Cengage Learning 2014 OFICINA DE TEXTOS Webinar dimensionamento hidráulico de canalizações em gabiões 2015 Disponível em httpswwwyoutubecomwatchv96g35YDk5A Acesso em 23 mar 2017 Referências 198 U4 Técnicas compensatórias em drenagem urbana PASTRELO D M Sistema desenvolvido no ICMC monitora enchentes em São Carlos São Carlos Universidade de São Paulo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação 2012 Disponível em httpwwwicmcuspbrnoticias851sistema desenvolvidonoicmcmonitoraenchentesemsaocarlos Acesso em 23 mar 2017 RIGHETTO J M et al Modelo de seguro para riscos hidrológicos Revista Brasileira de Recursos Hídricos Porto Alegre v 12 n 2 p 107113 2007 ROMANO G Imagens da juventude na era moderna In LEVI G SCHMIDT J Orgs História dos jovens 2 São Paulo Companhia das Letras 1996 p 716 ROWE P G Urbanismo Revista aU São Paulo ed 234 2013 Disponível em http wwwaupinicombrarquiteturaurbanismo234restauracaodocheonggyecheon seulcoreiadosul2961261aspx Acesso em 23 mar 2017 SHAMMAS N K et al Abastecimento de água e remoção de resíduos 3 ed Rio de Janeiro LTC 2013 TUCCI C E M COLLISCHONN W Drenagem urbana e controle de erosão In SIMPÓSIO NACIONAL DE CONTROLE DE EROSÃO 6 Presidente Prudente 1998 Anais Presidente Prudente v 1 p 92101 1998 TUCCI C E M Hidrologia ciência e aplicação 4 ed Porto Alegre Editora da UFRGS ABRH 2012 TUCCI C E M Inundações urbanas Plano diretor de drenagem urbana princípios e concepção Revista brasileira de recursos hídricos v 2 n 2 p 512 1997 TUCCI C E M SILVEIRA A Gerenciamento da drenagem urbana Revista Brasileira de Recursos Hídricos v 7 n 1 p 527 2002 VIDE J P M Hidromorfologia fluvial In BAPTISTA M B PÁDUA V L Orgs Restauração de sistemas fluviais Belo Horizonte UFMG e Manole 2016 p 71114 WILSON S et al Sustainable drainage In Cambridge design and adoption guide Cambridge Cambridge City Council 2009 WURBS R A JAMES W P Water resources engineering New Jersey Prentice Hall 2002 Anotações Anotações Anotações KLS HIDROLOGIA E DRENAGEM Hidrologia e drenagem