Aula 7 - Projetos de sistemas de macrodrenagem

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Projetos de sistemas de 
macrodrenagem
Apresentação
Os projetos de sistemas de macrodrenagem são essenciais para a gestão adequada da drenagem 
urbana, uma vez que esse sistema é responsável por direcionar as águas recebidas pelo sistema de 
microdrenagem para os canais naturais e artificiais.
Os canais e os bueiros são elementos essenciais desses sistemas e apresentam características 
importantes que devem ser identificadas e dimensionadas para que esse sistema funcione com 
eficiência. Entre as características, têm-se o regime de escoamento, a vazão e a velocidade do 
escoamento.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você irá aprender sobre o regime de escoamento em projetos de 
canais e bueiros, analisando as características principais dessas estruturas, bem como a descrição 
das seções transversais. Também verá a exemplificação de projetos de sistemas de 
macrodrenagem, muito importantes para se fazer a melhor gestão da drenagem urbana.
Bons estudos.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Definir o regime de escoamento em projetos de canais e bueiros.•
Descrever a seção transversal de um canal e bueiros.•
Exemplificar projetos de sistemas de macrodrenagem.•
Infográfico
A expansão urbana desordenada ocasiona diversas consequências sobre os sistemas de 
macrodrenagem, principalmente em relação aos impactos nas águas receptoras, que afetam, 
consequentemente, a sociedade e o meio ambiente. Dessa forma, o entendimento dos processos 
que ocasionam esses efeitos negativos é essencial para a proposição de medidas de mitigação dos 
impactos das águas pluviais por meio de melhores práticas de gestão que garantam o planejamento 
e a manutenção adequada do sistema.
Neste Infográfico, você vai conhecer os efeitos da urbanização na drenagem urbana e perceber 
quais as principais consequências da ausência de gestão de drenagem urbana adequada.
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Conteúdo do livro
A urbanização é uma das ações antrópicas que mais influencia na captação e na transferência de 
águas precipitadas em uma bacia hidrográfica. A impermeabilização da cobertura do solo pode 
gerar agravamento das cheias e ocasionar impactos ambientais negativos.
O uso de solo e o crescimento populacional são questões críticas às grandes cidades, em especial às 
que se não adaptam à drenagem ao longo de sua urbanização. Essa adequação é necessária para 
que não haja um ciclo de agravamento das enchentes. As inundações urbanas ainda são 
frequentemente tratadas como resultado direto de chuvas excessivas, sem levar em conta o 
comportamento da bacia como um sistema inter-relacionado e interdependente, intimamente 
associado às redes fluviais e à cobertura superficial das nossas bacias.
Minimamente, é necessário considerar a macrodrenagem como práticas tradicionais de drenagem 
urbana, concentrando-se em soluções de “fim de linha”, mas de forma a adaptar a rede aos fluxos 
gerados.
No capítulo Projetos de sistemas de macrodrenagem, base teórica desta Unidade de Aprendizagem, 
você verá as definições do regime de escoamento em projetos de canais e bueiros, uma descrição 
da seção transversal de um canal e um bueiro e uma abordagem básica de projetos de sistemas de 
macrodrenagem.
Boa leitura.
HIDROLOGIA E 
DRENAGEM 
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
 > Definir o regime de escoamento em projetos de canais e bueiros.
 > Descrever a seção transversal de um canal e de bueiros.
 > Exemplificar projetos de sistemas de macrodrenagem.
Introdução
Os projetos de sistemas de macrodrenagem são ferramentas muito importantes 
para a melhoria ambiental dos espaços urbanos. Eles reduzem impactos como 
inundações, que são processos cada vez mais frequentes e devastadores.
Neste capítulo, você vai ler sobre o regime de escoamento aplicado aos projetos 
de canais e bueiros. Ao longo do capítulo, você vai conhecer os tipos de escoamento 
e os processos de dimensionamento desses sistemas. Além disso, vai estudar as 
características da seção transversal de canais e bueiros considerando o regime 
de escoamento. Por fim, vai conhecer projetos relacionados à macrodrenagem, 
verificando a aplicação dos conceitos estudados.
Projetos de sistemas 
de macrodrenagem
Franciane Mendonça dos Santos
Regime de escoamento em projetos 
de canais e bueiros
Os sistemas de drenagem podem ser classifi cados em três categorias. 
De acordo com Tucci (2007), tais categorias contemplam:
 � sistemas que operam na fonte do escoamento, ou seja, em locais 
específicos, como loteamentos, edifícios e condomínios;
 � sistemas de microdrenagem, que têm como objetivo coletar e conduzir 
a água pluvial que escoa em nível primário, ou seja, eles atendem à 
rede primária;
 � sistemas de macrodrenagem, que recebem as águas do sistema de 
microdrenagem, ou seja, esses sistemas devem ser projetados para 
receber vazões de águas pluviais superiores às recebidas no sistema 
de microdrenagem.
Na Figura 1, veja alguns componentes dos sistemas de micro e macrodrenagem.
Figura 1. Efeito da urbanização no escoamento de águas pluviais.
Fonte: Adaptada de Meller (2004).
Projetos de sistemas de macrodrenagem2
Os projetos de sistemas de macrodrenagem são importantes para prevenir 
a ocorrência de inundações, que podem ter impactos sociais, ambientais e 
econômicos (CARDOSO NETO, [2010]). Esses impactos são recorrentes em 
diversos locais do mundo; eles são ocasionados, por exemplo, pela expansão 
urbana desordenada, que acarreta o aumento da geração de escoamento 
superficial em áreas impermeáveis. Assim, as taxas de infiltração de água 
do solo e a capacidade de drenagem são excedidas.
Nesse contexto, tenha em mente que as medidas de controle de inundações 
podem ser estruturais ou não estruturais. As medidas estruturais basicamente 
alteram os sistemas, efetuam obras e têm o intuito de reter, conter ou melhorar 
os escoamentos. Por outro lado, as medidas não estruturais são minimizadoras 
do problema. Elas incluem: o zoneamento de áreas inundáveis, a previsão de 
cheias (e de alertas), os seguros contra enchentes e a educação ambiental.
Na Figura 2, veja o efeito da urbanização no escoamento superficial das 
águas pluviais. Note que antes da urbanização grande parte das águas da 
chuva se infiltra no solo, de modo que o pico de escoamento superficial é 
amortecido. Contudo, isso não ocorre após a urbanização, uma vez que a água 
escoa superficialmente em maior quantidade e velocidade.
Figura 2. Efeito da urbanização no escoamento de águas pluviais.
Fonte: Nicklow (2001, p. 22).
Projetos de sistemas de macrodrenagem 3
Regime de escoamento
O escoamento pode ser classifi cado de várias maneiras, que basicamente 
estão relacionadas com dois parâmetros: tempo e distância (CHADWICK; 
MORFETT; BORTHWICK, 2013). Em relação ao tempo, o escoamento pode ser 
classifi cado como permanente ou como não permanente (ou transiente).
De acordo com Chadwick, Morfett e Borthwick (2013), um regime de es-
coamento permanente ocorre quando os parâmetros que descrevem o es-
coamento não variam com o tempo. Esses parâmetros são, por exemplo: 
velocidade, pressão e profundidade. Já um regime não permanente é aquele 
em que os parâmetros variam com o tempo.
Segundo Tucci (2007), o escoamento em rios raramente (ou nunca) ocorre 
em regime permanente. Entretanto, devido à complexidade das equações 
associadas ao regime não permanente, geralmente o dimensionamento de 
obras hidráulicas é realizado para o regime permanente.
Na Figura 3, veja os gráficos do escoamento em (a) regime permanente 
e (b) regime não permanente. Perceba que a velocidade do escoamento é 
variável no regime não permanente, o que não ocorre no regime permanente, 
no qual a velocidade do escoamento é constante.
Figura 3. (a) Escoamento permanentee (b) escoamento não permanente.
Em relação à distância, um regime de escoamento pode ser classificado 
como uniforme ou não uniforme. Um regime de escoamento é considerado 
uniforme quando os parâmetros que descrevem o fluxo não variam com a 
distância ao longo percurso (CHADWICK; MORFETT; BORTHWICK, 2013). Em um 
escoamento uniforme, a área (profundidade e largura) e a velocidade média 
devem ser constantes em cada seção transversal sucessiva. Um exemplo 
seria um tubo de diâmetro constante funcionando a cheio (HAMILL, 2011).
Projetos de sistemas de macrodrenagem4
Entretanto, em um regime de escoamento não uniforme, a magnitude 
dos parâmetros varia de ponto a ponto ao longo do percurso do escoamento 
(CHADWICK; MORFETT; BORTHWICK, 2013). Nesse regime, a área da seção 
transversal e a velocidade média mudam de seção para seção, como seria o 
caso com uma tubulação de diâmetro variável (HAMILL, 2011).
Na Figura 4, a profundidade e a velocidade do escoamento são constantes 
entre os pontos A e B, demonstrando um escoamento em regime uniforme. 
Já entre B e C, a profundidade é decrescente do ponto B para o ponto C, 
mostrando um escoamento em regime não uniforme.
Figura 4. Escoamento uniforme e não uniforme.
Fonte: Adaptada de Shaw et al. (2010).
Canais de macrodrenagem
Os canais são as estruturas hidráulicas responsáveis pelo transporte da 
água pluvial. De maneira geral, segundo Baptista e Coelho (2010), os canais 
possuem dois objetivos principais. O primeiro é conciliar os possíveis usos 
da água com o volume transportado no tempo e no espaço; e o segundo é 
possibilitar, por exemplo, a navegação.
Os canais podem ser classificados como naturais e artificiais. Na macrodre-
nagem, os canais naturais podem contemplar os cursos d’água, rios e riachos, 
e estes podem ser revestidos artificialmente ou não (BAPTISTA; COELHO, 2010).
Os canais revestidos podem ter seu material de fundo alterado por rochas, 
solos pedregosos, gramas, concretos, etc. Segundo Gribbin (2006), o tipo de 
material com o qual o canal é revestido afeta o regime de escoamento porque 
aumenta ou diminui a velocidade na interface entre a água e o revestimento 
do canal (Figura 5).
Projetos de sistemas de macrodrenagem 5
Figura 5. Obra hidráulica para revestimento de canal.
Fonte: Costa (2014, documento on-line). 
Os canais artificiais compreendem todos os canais desenvolvidos pelo 
homem, que incluem canais de irrigação e navegação, bueiros e valas de dre-
nagem. Essas estruturas podem ser construídas, por exemplo, com concreto 
e aço. As características de rugosidade da superfície desses materiais são 
normalmente bem definidas dentro das tolerâncias de engenharia. Dessa 
forma, as teorias hidráulicas do escoamento em canais artificiais normal-
mente produzem resultados razoavelmente precisos (CHADWICK; MORFETT; 
BORTHWICK, 2013). Os canais podem ser utilizados como estruturas de arma-
zenamento de água, contribuindo para o controle dos riscos e para a redução 
de eventos de inundação (BAPTISTA; COELHO, 2010).
Escoamento em bueiros
Um bueiro, segundo Baptista e Coelho (2010), é uma estrutura responsável por 
dar passagem livre às águas derivadas do escoamento superficial através de 
uma obstrução, como um aterro de estrada ou ferrovia. Gribbin (2006) afirma 
que o bueiro é essencialmente um tubo colocado no aterro, permitindo que 
a água flua sob a rodovia ou ferrovia sem interferência entre os dois.
Projetos de sistemas de macrodrenagem6
Os bueiros são constituídos basicamente por três componentes: a boca 
de entrada, localizada a montante; o corpo da estrutura; e a boca de saída, 
localizada a jusante (BAPTISTA; COELHO, 2010). Na Figura 6, veja um bueiro 
implantado em um aterro de estrada.
Figura 6. Bueiro localizado em um aterro de estrada.
Fonte: Gribbin (2006, p. 146).
De acordo com Santiago et al. ([2018]), os bueiros podem ser construídos 
com diferentes materiais, como concreto simples, concreto armado, pedra 
argamassada, chapa metálica corrugada (com e sem revestimento epóxi), 
polietileno de alta densidade (Pead), plástico reforçado com fibra de vidro 
(PRFV), policloreto de vinila (PVC) e até mesmo madeira (porém, neste caso, 
a estrutura deve ser temporária).
O escoamento através dos bueiros está relacionado com a vazão e com 
o nível da água, que aumentam durante um evento chuvoso e, em seguida, 
diminuem (MACMILLAN, 2011). Dessa forma, segundo Macmillan (2011), os es-
coamentos nos bueiros podem ser classificados em quatro categorias: canal 
com escoamento livre; com entrada submersa, mas com o cilindro apenas 
parcialmente cheio; com entrada submersa e cilindro cheio, mas descarga 
livre na saída; e com entrada e saída submersas.
Para dimensionar os bueiros, são comumente utilizadas planilhas de 
cálculo, bem como software específico que possibilita a elaboração 
de cálculos com rapidez e eficiência. Entre os programas, destacam-se o HEC–RAS 
(Hydrologic Engineering Center — River Analysis System ou, em tradução livre, 
Centro de Engenharia Hidrológica — Sistema de Análise Fluvial).
Projetos de sistemas de macrodrenagem 7
Seção transversal de canais e bueiros
Os canais utilizados para o escoamento da água podem ter diferentes formas 
transversais. A seguir, veja como as propriedades geométricas comumente 
usadas para o dimensionamento dos canais são elucidadas por Chadwick, 
Morfett e Borthwick (2013).
 � Profundidade (y): a distância vertical do ponto mais baixo de uma 
seção do canal da superfície livre.
 � Perímetro molhado (P): o comprimento da superfície molhada medido 
a partir das paredes do canal.
 � Área (A): a área da seção transversal.
 � Raio hidráulico (R): a razão entre a área e o perímetro molhado (A/P).
 � Largura da superfície (B): a largura da seção do canal.
 � Profundidade hidráulica (Dm): a relação entre a área e a largura da 
superfície (A/B).
Na Figura 7, veja as propriedades geométricas da seção de um canal.
Figura 7. Seção de um canal.
Fonte: Chadwick, Morfett e Borthwick (2013, p. 138).
Na Figura 8 e no Quadro 1, veja as propriedades geométricas de alguns 
canais comuns, bem como as equações associadas a cada uma das seções.
Projetos de sistemas de macrodrenagem8
Figura 8. Propriedades e seções de canais com diferentes áreas transversais.
Fonte: Chadwick, Morfett e Borthwick (2013, p. 138).
Quadro 1. Equações associadas a cada uma das seções
Área by (b + xy)y
Perímetro molhado b + 2y
Largura superior b b + 2xy
Raio hidráulico
Profundidade hidráulica
y
Fonte: Adaptado de Chadwick, Morfett e Borthwick (2013).
Várias propriedades geométricas de canais naturais e artificiais precisam 
ser determinadas para fins hidráulicos. No caso de canais artificiais, todos 
eles podem ser expressos algebricamente em termos de profundidade. Isso 
não é possível para canais naturais; portanto, gráficos ou tabelas devem ser 
usados para adequar o valor dos parâmetros às condições reais (CHADWICK; 
MORFETT; BORTHWICK, 2013).
Projetos de sistemas de macrodrenagem 9
A equação de Manning, desenvolvida por Robert Manning, permite 
estimar a vazão de escoamento em um canal aberto a partir do conhe-
cimento da área da seção transversal, do raio hidráulico, da inclinação da linha 
de grade de energia e de um coeficiente de rugosidade definido empiricamente 
(n) (STURM, 2001). A equação de Manning pode ser descrita da seguinte forma:
 (Equação 1)
onde:
 � Q é a vazão, em m3/s;
 � A é a área da seção transversal, em m2;
 � Rh é o raio hidráulico, em m;
 � n é o coeficiente de rugosidade de Manning.
Seção transversal de bueiros
Os bueiros podem ser categorizados principalmente quanto ao número de 
linhas e à forma da seção (HAMILL, 2011). Em relação às linhas, os bueiros 
podem ser simples, duplos ou triplos, de acordo com a quantidade de condutos 
ou de células. Quanto à forma da seção transversal, os bueiros podem ser 
dimensionados com seções circulares (tubulares), com seções transversais 
retangulares ou quadradas (celulares), ou ainda com seções alternativas,podendo ser elípticas, em arco, etc. (BAPTISTA; COELHO, 2010).
Na Figura 9, veja as principais formas de seções dos bueiros.
Figura 9. Formas de bueiros.
O cálculo da seção transversal ou seção de vazão do bueiro depende de dois 
elementos básicos: a descarga a ser drenada e a declividade adotada. A vazão 
de projeto e a descarga a montante são deduzidas de estudos hidrológicos 
Projetos de sistemas de macrodrenagem10
do local. Já a declividade deve atender a essa descarga com a obra operando 
em condições de segurança (RADECKI-PAWLIK; PAGLIARA HRADECKY, 2017).
Almeida, Masini e Malta (2017) apresentam as equações para o dimensio-
namento dos bueiros e recomendam que esse processo seja iniciado pela 
identificação do regime de funcionamento, por meio da comparação da 
declividade de assentamento do bueiro com a declividade crítica (Sc), que é 
calculada pelas Equações 2 e 3. Veja a seguir.
Seção tubular: (Equação 2)
Seção celular: (Equação 3)
O regime será considerado subcrítico (escoamento uniforme) quando a 
declividade adotada for inferior à declividade crítica. Já para as declividades 
superiores à crítica, o regime de funcionamento será o supercrítico (ALMEIDA; 
MASINI; MALTA, 2017).
A vazão e a velocidade do escoamento no dimensionamento subcrítico 
dos bueiros, segundo Almeida, Masini e Malta (2017), podem ser calculadas 
considerando uma “folga” de 20% (Equações 4 e 5). Veja a seguir.
Seção tubular: e (Equação 4)
Seção circular: e (Equação 5)
A vazão e a velocidade do escoamento no dimensionamento supercrítico 
dos bueiros, segundo Almeida, Masini e Malta (2017), podem ser calculadas 
por meio das Equações 6 e 7.
Seção tubular: e (Equação 6)
Seção circular: e (Equação 7)
Nas equações, considere que:
 � D é o diâmetro dos bueiros (m);
 � B é a base (m);
 � H é a altura dos bueiros celulares (m);
 � n é o coeficiente de rugosidade de Manning;
 � Q é a vazão (m³/s);
 � V é a velocidade (m/s);
 � S é a declividade (m/m).
Projetos de sistemas de macrodrenagem 11
Segundo Almeida, Masini e Malta (2017), para os bueiros dimensionados 
em linhas múltiplas (duplas, triplas, etc.), deve-se considerar uma redução 
da vazão de projeto de 5% para cada acréscimo.
O dimensionamento dos bueiros pode ser realizado com base na 
metodologia apresentada no terceiro volume do Manual de drenagem 
e manejo de águas pluviais, intitulado Aspectos tecnológicos: diretrizes para 
projeto, disponível on-line. Essa metodologia pode ser empregada no projeto 
de bueiros para o dimensionamento e também para a verificação dos projetos 
de implantação de sistemas de drenagem em áreas urbanas (SÃO PAULO, 2012).
Para Radecki-Pawlik, Pagliara e Hradecky (2017), o projeto hidráulico de um 
bueiro é basicamente a relação entre capacidade de descarga, perda de carga 
e custos de construção. Embora o objetivo principal seja manter o custo do 
bueiro acessível, algumas considerações são importantes para evitar afluxo 
a montante e inundações, mantendo a perda de carga pequena a jusante da 
saída do bueiro deve-se ter um ressalto hidráulico.
Projetos de sistemas de macrodrenagem
Para compreender como os sistemas de macrodrenagem são desenvolvidos, 
você deve atentar a alguns pontos. Primeiramente, considere que os sistemas 
de drenagem são divididos em sistemas de microdrenagem e de macrodre-
nagem. Veja a seguir (TUCCI, 2007).
 � A microdrenagem é composta pelos sistemas de condutos pluviais e/
ou canais em loteamentos ou na rede urbana primária. Por seu caráter 
mais localizado, esse tipo de sistema é geralmente projetado para a 
drenagem de precipitações com menores tempos de retorno e com 
menos riscos de prejuízo material e/ou humano.
 � A macrodrenagem, por outro lado, engloba os sistemas coletores de 
diferentes sistemas de microdrenagem, porém abrange áreas maio-
res. Não há um valor fixo para cada sistema, uma vez que a malha de 
drenagem urbana pode possuir diferentes configurações. Deve-se 
projetar esse tipo de sistema considerando precipitações superiores 
às da microdrenagem, principalmente eventos que implicam mais 
riscos de prejuízos humanos e econômicos.
Projetos de sistemas de macrodrenagem12
Como você já conhece as formulações matemáticas de duas importantes 
estruturas da macrodrenagem (bueiros e canais), vai estudar agora aspectos 
gerais de projetos.
Projeto de drenagem pluvial: concepções iniciais
Nesta seção, você vai conhecer os principais componentes de um roteiro uti-
lizado para projetos de macrodrenagem. Você vai ver conceitos e orientações 
básicas de obras de macrodrenagem urbana — ou, mais especificamente, de 
drenagem pluvial. Note que são orientações gerais que podem (e devem) ser 
adaptadas a cada projeto. Mesmo tratados de forma separada, os projetos 
de micro e macrodrenagem fazem parte de um projeto maior de drenagem 
de águas urbanas e precisam dessa interconexão para funcionar.
Os principais itens de um projeto de drenagem pluvial são:
1. levantamento dos dados para caracterização da área;
2. estudos hidrológicos e hidráulicos;
3. definição das tecnologias a serem adotadas.
Assim, em um primeiro momento, documentos e dados existentes devem ser 
organizados para que as informações essenciais possam ser extraídas. Deve-se 
verificar, inclusive, a necessidade de coletar dados em campo. Os dados básicos 
são: definição da bacia hidrográfica, medição de chuvas, características do es-
coamento superficial e estruturas já existentes. Na análise da bacia hidrográfica, 
deve-se considerar as sub-bacias e bacias que compõem a área de interesse, 
uma vez que um único município pode ter diferentes características. Conhecer 
os elementos característicos da bacia permite conhecer também o regime de 
cheia. Para isso, é preciso considerar os aspectos geológicos e morfológicos e 
as condições de permeabilidade (permeável ou impermeável) relacionadas à 
cobertura vegetal do solo, por exemplo.
Com base na série histórica de precipitação, é possível delimitar uma 
equação que corresponde à precipitação da bacia de interesse. Muitas fór-
mulas podem ser derivadas para representar uma tendência observada. Para 
o projeto, é importante definir a duração (t), a intensidade (I), a frequência (f) 
e, principalmente, a recorrência das chuvas (tempo de retorno ou T), ou seja, 
o período em que uma chuva de determinada grandeza pode ocorrer ou ser 
superada (por exemplo, 5, 10, 20, 50 anos). O tempo de retorno é o inverso 
da frequência, como mostram as Equações 8 e 9 (AZEVEDO NETO, 2000). Veja:
Projetos de sistemas de macrodrenagem 13
 (Equação 8)
 (Equação 9)
onde:
 � T é o período de retorno;
 � f é a frequência;
 � n é o número de anos de observação;
 � m é o evento a ser igualado ou superado.
Em projetos de drenagem, o risco se refere à ocorrência de dada precipitação. 
O risco adotado define, portanto, a frequência considerada aceitável para uma 
chuva de intensidade e duração específicas. Por exemplo, se for afixado um 
risco de 10% ao ano, ou seja, um tempo de retorno de 10 anos, aceita-se que, em 
média, tais eventos de precipitação poderão ocorrer a cada 10 anos (TUCCI, 2007).
Deve-se sempre levar em conta os riscos associados às precipitações 
em termos de perdas financeiras, mas o foco deve ser o risco de perdas 
humanas. Vale destacar que o T escolhido se relaciona a valores maiores de 
precipitação, que são menos frequentes, produzem um maior volume a ser 
drenado e, portanto, geram sistemas mais custosos.
Para a definição do tempo com base nas precipitações regionais, pode-se 
considerar a relação Intensidade–Duração–Frequência (curvas IDF). Assim, é 
possível determinar uma chuva para o dimensionamento de obras hidráulicas 
tanto na zona urbana quanto na rural, com valores observados para a localidade.
Sabe-se que uma porcentagem do volume precipitado se infiltra em toda 
a cobertura superficial da bacia. Outra parcela escoa, formando escoamentos 
superficiais, caraterizados pela formação tanto de enxurradas quanto de 
corpos hídricos.É mais provável que a porção de água interceptada pela 
cobertura vegetal se infiltre e evapore o volume precipitado, produzindo uma 
capacidade maior de retenção de água localmente. Você deve, portanto, saber 
definir o coeficiente de impermeabilização da área, uma vez que ele impacta 
diretamente o fluxo de água escoada sobre a superfície do solo da bacia.
Genericamente, sabe-se que telhados e asfaltos convencionais são mais 
impermeáveis, enquanto gramados e áreas arborizadas apresentam maior 
permeabilidade e possibilidade de a água se infiltrar para ser armazenada 
no perfil do solo e em aquíferos. Vale destacar que novas tecnologias vêm 
surgindo. É o caso de asfaltos porosos, telhados verdes e jardins “infiltrantes”, 
que permitem que grandes volumes d’água sejam interceptados e retidos 
Projetos de sistemas de macrodrenagem14
localmente, possibilitando uma cobertura permeável da bacia e um acha-
tamento do hidrograma (representação gráfica da taxa de escoamento em 
relação ao tempo) gerado pelas chuvas.
Para essa etapa, portanto, é importante conhecer o Escoamento Excedente 
(ES), isto é, o escoamento superficial que as enxurradas provavelmente for-
mariam e que precisaria ser drenado e infiltrado em segurança. É possível, 
então, de acordo com os coeficientes de permeabilidade e balanço hídrico, 
determinar as chuvas que proporcionam o escoamento excedente. Ou seja, 
uma precipitação acima de dada altura pluviométrica causa escoamento 
excedente correspondente a determinada vazão.
O cálculo do ES considerando os volumes precipitados e as perdas (infil-
tração, interceptação e uso da água da chuva) pode ser simplificado com a 
utilização das Curvas Numéricas (CNs). As CNs basicamente correlacionam 
o fator de retenção dos solos (S) de uma bacia com a permeabilidade das 
coberturas proporcionada pelo tipo de solo, pelas condições de uso e pela 
ocupação. O valor CN varia de 0 a 100, sendo 1 a condição de impermeabili-
zação total da superfície.
Collischon e Dornelles (2013) destaca que o valor da chuva efetiva (ou 
volume de ES) pode ser calculado por diversos métodos. Um método muito 
utilizado é o do SCS–CN (Centro de Conservação de Recursos Naturais dos 
Estados Unidos). Para calcular a vazão da chuva efetiva (Q), considera-se a 
precipitação (P) como:
 (Equação 10)
onde:
 � P é a precipitação ocorrida em um evento de chuva (mm);
 � Q é a precipitação efetiva ou ES (mm);
 � F é a infiltração acumulada (mm);
 � Ia corresponde às perdas antes da geração do escoamento superficial, 
estimadas em aproximadamente 20% da precipitação acumulada má-
xima potencial (mm).
Collischon e Dornelles (2013) distingue a chuva efetiva Q a partir dos 
seguintes cálculos:
 (Equação 11)
 (Equação 12)
Projetos de sistemas de macrodrenagem 15
onde:
 � P é a precipitação (mm);
 � Q é a chuva efetiva ou escoamento superficial (mm);
 � Ia são as perdas iniciais (mm);
 � S é a máxima infiltração acumulada potencial (mm).
O valor S correspondente à infiltração de precipitação na bacia pode ser 
definido pela Equação 13:
 (Equação 13)
onde:
 � S é a máxima infiltração acumulada potencial;
 � CN é um parâmetro adimensional (curva numérica) cujo valor varia 
entre 0 (permeável) e 100 (impermeável).
Existem diferentes métodos para determinar a vazão drenada em uma 
área, desde o método racional, em que se considera a pluviometria uniforme, 
até métodos mais específicos, que consideram o hidrograma (vazões ao longo 
do tempo) (Figura 10).
Figura 10. Métodos para determinar a vazão drenada em uma área.
Projetos de sistemas de macrodrenagem16
Observe que o tempo de concentração é maior em bacias pouco imper-
meabilizadas, ou seja, a vazão máxima (pico) é menor e há menos risco de 
inundação. O cálculo desses parâmetros deve ser cuidadoso para refletir as 
condições da bacia de interesse.
Para o cálculo da vazão de projeto, muitas fórmulas distintas podem ser apli-
cadas. Na verdade, a escolha depende de características peculiares. É possível 
construir hidrogramas das áreas e subáreas de interesse, bem como delimitar 
coeficientes para a realidade local. Pode-se inclusive utilizar um software de 
modelagem para estimar tais parâmetros a partir de medições de campo.
Unidades de drenagem pluvial: medidas estruturais
De maneira geral, quando estão em jogo medidas estruturais para drenagem 
urbana, é possível considerar a gestão de cheias e dividi-las em medidas de 
curto e de longo prazo. As características locais da área é que definem as 
medidas a serem tomadas. Entretanto, as medidas de curto prazo dependem 
muito das de longo prazo para que sejam eficientes.
Ghosh (2014) pontua que as medidas de curto prazo são adotadas para 
gerar resultados rápidos em construções, por exemplo, de: aterros ao longo 
das margens de baixo nível que estão sujeitas a enchentes frequentes; pla-
taformas elevadas para abrigo temporário durante as cheias, em regiões já 
mapeadas; muros de contenção de inundação perto de áreas de maior risco 
em cidades, vilas e cinturões industriais.
Por outro lado, exemplos de medidas de longo prazo incluem:
 � construção de reservatórios de armazenamento para moderar o pico 
de vazão, garantindo a regulação da enchente a jusante;
 � gestão integrada de bacias hidrográficas na área de captação em 
encostas, o que garante redução de escoamento superficial e erosão, 
além de aumento da capacidade de infiltração, diminuindo o impacto 
das enchentes;
 � previsões e alertas de cheias com base em estudos hidrogeomorfoló-
gicos, garantindo a minimização de perdas materiais e, principalmente, 
de perdas humanas (a população pode ser deslocada para locais mais 
seguros durante eventos extremos) (GHOSH, 2014).
Tais medidas devem ser sistematizadas em um plano de ação, considerando 
previsões de curto e longo prazo. O plano diretor das cidades (de mais de 
20 mil habitantes) comumente sincroniza programas de ocupação do solo, 
Projetos de sistemas de macrodrenagem 17
cronogramas físicos e projetos de drenagem (de diferentes escalas). Em 
termos de unidades de projeto, pode-se considerar ao menos três estruturas 
muito comuns em macrodrenagem: canais (fechados ou abertos), bueiros e 
dispositivos de armazenamento diversos. Os canais e bueiros utilizam as 
dimensões equivalentes relacionadas às suas seções transversais.
A seguir, veja as estratégias definidas por Ghosh (2014) para o gerencia-
mento dos riscos de inundação.
 � Modificar inundações por meio de medidas estruturais: as estraté-
gias a serem seguidas envolvem construção de barragens e diques, 
alterações de canal, desvios de grande fluxo e tratamento do solo. A 
ideia principal é manter a água longe das áreas mais vulneráveis aos 
danos potenciais.
 � Prever enchentes: essa é uma medida não estrutural, uma vez que a 
previsão de enchentes é fornecida nos pontos de dano potencial. A 
população, tanto humana quanto animal, e as propriedades móveis 
(carros, motos, ônibus, etc.) são transferidas para um local mais seguro 
se houver chance de danos por enchentes. Nesse caso, o objetivo é 
manter as pessoas longe de áreas inundadas, evitando também riscos 
de contaminação pela qualidade dúbia da água das inundações.
 � Modificar a suscetibilidade a danos por inundações: os regulamentos 
são elaborados para evitar o aumento indesejável ou imprudente de 
planícies de inundação. São tomadas as medidas necessárias para 
modificar o impacto das cheias por meio de ações individuais ou em 
grupo destinadas a assistir as pessoas na fase de preparação, sobre-
vivência e recuperação das cheias. Isso se dá por meio de educação e 
informação sobre cheias, seguro contra cheias, desoneração fiscal, etc.
Assim, as principais fases do projeto de macrodrenagem são: diagnóstico 
da situação, levantamento de campo e fase executiva. O diagnóstico implica 
o levantamento dos dados já existentes e visitas aos locais para a definição 
de dados complementares a serem obtidos. Na fase de levantamento prático, 
delimita-se o projeto básicopara a obtenção das características topográfi-
cas, geológicas e hidrogeológicas que embasarão a distribuição da rede de 
macrodrenagem (com levantamentos topográficos, sondagens geofísicas e 
definição dos perfis geológicos regionais). Nessa etapa de levantamento, 
deve-se ainda considerar a escolha das alternativas compatíveis a serem 
implementadas e as estimativas de custo associadas a cada opção.
Projetos de sistemas de macrodrenagem18
A última fase, a fase executiva de um projeto, trata-se da organização dos 
dados da área de interesse, o que inclui a formulação dos desenhos principais 
de execução e a consideração das interferências e peculiaridades regionais. 
Deve-se apresentar por escrito um memorial de cálculo e um descritivo claro 
e organizado da execução do projeto em fases. Assim, percebe-se que a 
drenagem urbana ocorre de forma integrada à bacia hidrografia. Como você 
viu, conhecer as áreas possibilita empregar mais ações mitigadoras.
Referências
ALMEIDA, G. H. T. D.; MASINI, L. S.; MALTA, L. R. S. Hidrologia e drenagem. Londrina: 
Educacional S.A., 2017.
AZEVEDO NETTO, J. M. de. Manual de hidráulica. 9. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2000.
BAPTISTA, M. B.; COELHO, M. M. L. P. Fundamentos de engenharia hidráulica. 3. Ed. Belo 
Horizonte: UFMG, 2010.
CARDOSO NETO, A. Sistemas Urbanos de Drenagem. [S.l.]: Agência Nacional de Águas e 
Saneamento Básico, [2010]. Disponível em: http://www.ana.gov.br/AcoesAdministra-
tivas/CDOC/ProducaoAcademica/Antonio%20Cardoso%20Neto/Introducao_a_drena-
gem_urbana.pdf. Acesso em: 29 dez. 2020.
CHADWICK, A.; MORFETT, J.; BORTHWICK, M. Hydraulics in civil and environmental en-
gineering. [S.l.]: CRC Press, 2013.
COLLISCHONN, W.; DORNELLES, F. Hidrologia para engenharia e ciências ambientais. 
Porto Alegre: Associação Brasileira de Recursos Hídricos, 2013.
COSTA, M. [Obras. S.l.: s.n.], 2014. Disponível em: https://i1.wp.com/www.marluscosta.
com.br/wp-content/uploads/2014/08/Obrasa.jpg. Acesso em: 29 dez. 2020.
GHOSH, S. N. Flood control and drainage engineering. 4. Ed. Leiden: CRC Press; Balkema 
– Taylor & Francis Group, 2014. 
GRIBBIN, J. E. Introduction to hydraulics and hydrology with applications for stormwater 
management. 3. ed. [S.l.]: Delmar Thompson Learning, 2006.
HAMILL, L. Understanding hydraulics. [S.l.]: Macmillan International Higher Education, 
2011.
MELLER, A. Simulação hidrodinâmica integrada de sistema de drenagem de Santa 
Maria – RS. 2004. 152 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade 
Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2004. Disponível em: https://repositorio.ufsm.
br/bitstream/handle/1/7680/ADALBERTO%20MELLER.pdf?sequence=1&isAllowed=y. 
Acesso em: 29 dez. 2020.
NICKLOW, J. W. Stormwater collection systems design handbook. New York: McGraw-Hill 
Professional, 2001.
RADECKI-PAWLIK, A.; PAGLIARA, S.; HRADECKY, J. Open channel hydraulics, river hydraulic 
structures and fluvial geomorphology: for engineers, geomorphologists and physical 
geographers. [S.l.]: Crc Press, 2017.
Projetos de sistemas de macrodrenagem 19
SANTIAGO, C. L. et al. Análise dos métodos de dimensionamento de bueiros aplicados 
em ferrovias. Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, [2018]. Disponível em: 
http://transportes.ime.eb.br/etfc/monografias/MON101.pdf. Acesso em: 28 dez. 2020.
SÃO PAULO. Secretaria Municipal de Desenvolvimento Urbano. Manual de drenagem e 
manejo de águas pluviais: aspectos tecnológicos; diretrizes para projetos. São Paulo: 
SMDU, 2012.
SHAW, E. M. et al. Hydrology in practice. [S.l.]: CRC press, 2010.
TUCCI, C. E. M. Inundações Urbanas. Porto Alegre: ABRH; RHAMA, 2007.
Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos 
testados, e seu funcionamento foi comprovado no momento da 
publicação do material. No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas 
páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os editores 
declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou 
integralidade das informações referidas em tais links.
Projetos de sistemas de macrodrenagem20
Dica do professor
Os impactos negativos ocasionados devido à expansão urbana desordenada têm sido uma grande 
preocupação, principalmente considerando os efeitos sobre o meio ambiente e a população, como 
inundações e deslizamentos de terra.
O desenvolvimento urbano de baixo impacto é uma abordagem de gestão de drenagem urbana que 
tem com princípio básico gerenciar as águas pluviais de um local a partir de técnicas de projeto que 
permitam a infiltração, a filtração, o armazenamento, a evaporação e a detenção do escoamento 
superficial próximo à sua fonte.
Nesta Dica do Professor, você vai aprender um pouco sobre o desenvolvimento urbano de baixo 
impacto e vai conhecer algumas das técnicas utilizadas por esse sistema visando ao gerenciamento 
das águas pluviais.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.
 
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Exercícios
1) Os sistemas de drenagem urbana são uma infraestrutura urbana vital para coletar e 
transportar águas pluviais e residuais. Em particular, os impactos devido à urbanização 
acarretam aumento substancial na frequência e na magnitude das inundações urbanas em 
muitas regiões do mundo. Dessa forma, considera-se um desafio significativo projetar um 
sistema de drenagem eficaz e funcional. 
Leia as afirmativas a seguir a respeito dos sistemas de drenagem:
I. Sistemas de drenagem que operam na fonte do escoamento são aqueles que operam em 
locais específicos, como loteamentos, edifícios e condomínios.
II. Os sistemas de microdrenagem têm como objetivo coletar e conduzir a água pluvial que 
escoa em nível primário.
III. Os sistemas de macrodrenagem são projetados para receber vazões de águas pluviais 
superiores às que foram recebidas no sistema de microdrenagem.
Está correto o que se afirma em:
A) I, apenas.
B) II, apenas.
C) I e II, apenas.
D) I e III, apenas.
 
E) I, II e III, apenas.
2) Os sistemas de drenagem permitem remover das áreas urbanas as águas que escoam 
superficialmente. Uma das estruturas presentes no sistema de macrodrenagem consiste em 
um segmento de canal normalmente dimensionado e implantado para transportar água por 
baixo de uma rodovia ou de outro tipo de aterro de terra.
Assinale a alternativa que apresenta corretamente a estrutura descrita:
A) Bueiros.
B) Galerias.
C) Reservatórios.
D) Diques. 
E) Bocas de lobo.
3) O sistema de drenagem urbana, de acordo com Neto (2009), compreende o conjunto de 
todas as medidas a serem tomadas que visem à atenuação dos riscos e dos prejuízos 
decorrentes de inundações aos quais a sociedade está sujeita. Entre os componentes dos 
sistemas de drenagem estão os canais, que são as estruturas hidráulicas responsáveis pelo 
transporte da água pluvial que escoa superficialmente.
Analise as afirmativas a seguir, que tratam do escoamento em canais, e classifique-as em 
verdadeiras (V) ou falsas (V):
( ) Os canais artificiais são as estruturas desenvolvidas pelo homem, que incluem canais de 
irrigação e navegação, bueiros e valas de drenagem.
( ) O tipo de material com o qual o canal é revestido afeta o regime de escoamento porque 
aumenta ou diminui a velocidade na interface entre a água e o revestimento do canal.
( ) Na macrodrenagem, os canais podem ser classificados em artificiais e naturais, sendo os 
naturais compostos por cursos d’água, rios e riachos.
( ) O escoamento em rios ocorre em regime permanente, mas geralmente o 
dimensionamento de obras hidráulicas é realizado para o regime transiente.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
A) V – V – V – F.
B) V – V – F – F.
C) F – F – V – V.
D) V – F – V – F.
 
E) V – F – V – V.
4) 
Em bacias em que inundações e cheias são eventos recorrentes, devemos pensar em 
soluções de engenharia para contornar tais ocorrências, reduzindoriscos de perdas 
econômicas e humanas. Nesses processos, lançamos mão de múltiplas soluções estruturais 
e, ainda, medidas não estruturais.
Nesse sentido, assinale a alternativa que apresenta uma afirmação verdadeira acerca das 
medidas não estruturais em um sistema de drenagem pluvial:
A) Medidas não estruturais abrangem elementos de captação da chuva.
B) Ações pontuais com alteração da pavimentação constituem uma ação não estrutural.
C) Jardins drenantes e coberturas asfálticas são medidas seguras não estruturais.
D) Sistemas de alerta de inundações podem ser exemplos de medidas não estruturais.
 
E) Sistemas que não utilizam equipamentos, como gramados, são medidas não estruturais.
5) O método SCS assume que a razão entre o escoamento superficial (Q) e o escoamento 
superficial máximo (ES=P-Ia) é igual à razão entre a infiltração acumulada no solo (F) e o 
potencial máximo de retenção de água no solo (S).
Considerando os conteúdos estudados sobre o método SCS em projetos de drenagem, o 
escoamento superficial em bacias hidrográficas:
A) varia consideravelmente nas vias públicas de acordo com a vazão dos corpos hídricos.
B) varia diretamente com a precipitação efetiva dos eventos de chuva e a cobertura do solo.
C) mostra-se constante em quase todos os usos de solo, apesar de ser maior em solos arenosos.
D) é uma medida pouco variável ao longo do percurso até chegar ao ponto exutório.
E) está diretamente relacionado ao tempo de monitoramento da precipitação.
Na prática
Um elemento básico para projetos de macrodrenagem é a precipitação efetiva, ou volume que 
possivelmente pode infiltrar no solo da bacia de interesse. Essa porção de água poderia reduzir o 
volume escoado superficialmente, inclusive aumentando o tempo de concentração de projeto.
Ádria é engenheira ambiental contratada para adequar a drenagem de uma pequena bacia 
hidrográfica majoritariamente coberta por florestas naturais no norte do Brasil. Ela precisa 
determinar qual será a chuva efetiva de um evento de precipitação total P = 100mm.
Acompanhe como a engenheira estabelece a resolução dessa importante, mas simples, questão.
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Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
Defesa Civil - Gerenciamento de Áreas de Risco: Medidas 
Estruturais e não Estruturais
Frequentemente se ouve falar que é necessário que se conviva com as ocorrências de inundações. 
Veja esta aula, que explica a diferença entre as medidas possíveis e como pode ser realizado o 
gerenciamento de risco embutido nessa linha de análise.
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A necessidade da drenagem urbana
Assista a este programa da TV CREA Minas, que traz, em um curto vídeo, as principais motivações e 
necessidades associadas à realização de uma drenagem urbana eficiente. Entre outros tópicos, a 
Superintendência de Desenvolvimento de Belo Horizonte explicita os principais pontos de atenção 
desse tema.
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Inovação: conheça o sistema de drenagem urbana sustentável - 
Conexão - Canal Futura
Veja este vídeo com Osvaldo Moura Resende, pesquisador da COPPE/UFRJ, que explica como se 
deve entender as soluções e possíveis ações mitigadoras das inundações. Há uma breve discussão 
sobre o entendimento de um problema sistêmico que precisa se considerar em um sistema 
integrado para diminuir os impactos ambientais negativos referentes às falhas de infraestruturas de 
drenagem urbana.
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