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FEPI - CENTRO UNIVERSITÁRIO DE ITAJUBÁ Curso de Engenharia Civil Jennifer Cristina de Oliveira ITAJUBÁ 2017 ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA PARA IMPLANTAÇÃO DE UMA BACIA DE DISSIPAÇÃO NO BAIRRO MEDICINA DA CIDADE DE ITAJUBÁ – MG Jennifer Cristina de Oliveira ESTUDO DE VIABILIDADE TÉCNICA PARA IMPLANTAÇÃO DE UMA BACIA DE DISSIPAÇÃO NO BAIRRO MEDICINA DA CIDADE DE ITAJUBÁ – MG Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário de Itajubá – FEPI como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientadora: Profª Ma. Pâmella Duarte dos Santos. ITAJUBÁ 2017 Oliveira, Jennifer Cristina Estudo de Viabilidade Técnica para Implantação de uma Bacia de Dissipação no Bairro Medicina da Cidade de Itajubá – MG. Jennifer Cristina de Oliveira - Itajubá: Centro Universitário de Itajubá / Engenharia Civil, 2017. 71 p. Orientadora: Pâmella Duarte dos Santos. Trabalho de Conclusão de Curso. Engenharia Civil. Centro Universitário de Itajubá – FEPI. 1. Urbanização. 2. Inundações. 3. Implantação. 4. Bacia de Dissipação. I. Duarte, Pâmella. II. Centro Universitário de Itajubá – FEPI. III. Estudo de Viabilidade Técnica para Implantação de uma Bacia de Dissipação no Bairro Medicina da Cidade de Itajubá – MG. Monografia. Dedico aos meus pais e irmão. Ao meu noivo. À minha orientadora que se dispôs a sê-la e por toda ajuda. E à todos os meus amigos, colegas e àqueles que de alguma forma contribuíram para a conclusão deste curso. AGRADECIMENTOS Eternamente à Deus por me abençoar, por toda força concedida e por nunca ter desistido de mim, mesmo naqueles momentos em que me afastei Dele. A Ti Senhor, não cabem palavras, apenas o silêncio de um coração feliz. Obrigada por tudo. Aos meus pais, que amo incondicionalmente, pela lição de vida, pois hoje devo à eles a mulher que me tornei, sem vocês nada disso seria possível. Ao meu irmão que amo tanto, sempre me proporcionando momentos de alegria nas horas de estresse e por toda ajuda. Ao meu noivo, à quem devo a maior parte do conhecimento que possuo. A minha orientadora Pâmella Duarte, pela orientação, confiança, ensinamentos e por todo tempo dedicado a me ajudar. A professora e doutora da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), Ana Paula Moni Silva, pela disponibilidade de dados, sem os mesmos não seria possível a realização deste trabalho e por todo tempo e dedicação em me atender. Aos meus melhores amigos, os que convivem hoje comigo e àqueles que mesmo de longe torcem pelo meu sucesso, que ao lerem esse agradecimento saberão quem são, obrigada pelos momentos vividos, amo cada um de vocês. E aos que de uma forma ou de outra estiveram envolvidos nesta conquista, deixo aqui meus sinceros agradecimentos. “Tu és o meu abrigo e o meu escudo; e na Tua Palavra deposito toda a minha esperança! Afastai-vos de mim, malfeitores! Quero obedecer aos mandamentos do meu Deus! Sustenta-me de acordo com a Tua promessa, e eu viverei, não permitas que as minhas esperanças sejam frustradas! Sou teu servo: dá-me discernimento, para que eu conheça as Tuas prescrições! Firma meus passos em tua promessa e não permitas que mal algum me domine! Livra-me da opressão dos homens, para que eu guarde Teus preceitos! Que Tua face se ilumine sobre o Teu servo, e ensina-me os Teus decretos! Meus olhos vertem torrentes de lágrimas por não se guardar a Tua Lei. Justo És, ó SENHOR, e corretas são todas as Tuas decisões!“ (SALMOS 119: 114 -116, 125, 133 -137, KING JAMES ATUALIZADA) RESUMO A urbanização tem provocado muitos problemas, sendo um deles o aumento do escoamento superficial, comprometendo diretamente a qualidade de vida populacional e ambiental das cidades, provocando inúmeros impactos, como as enchentes e inundações. Afim de minimizar esses acontecimentos, existem os sistemas de micro e macrodrenagem, compostos por dispositivos de drenagem que mitigam os efeitos causados por tais eventos. Como o tema abordado teve foco na macrodrenagem, o elemento apresentado foi uma bacia de dissipação, popularmente conhecido como piscinão. Este trabalho objetiva um estudo de viabilidade técnica para construção de uma bacia de dissipação no bairro Medicina na cidade de Itajubá, visto que esse local sofre frequentemente com inundações, enxurradas e alagamentos. Todo o acervo de cálculo teve como base principal o Método Racional, muito utilizado para pequenas bacias (menor ou igual a 2 km²), que se enquadra no objeto de estudo, e com o auxílio de softwares foi possível obter todos os dados e valores necessários para determinação do volume do reservatório proposto, através de cinco métodos. Mesmo com todas variações dos resultados obtidos, pode-se observar que todos os métodos podem ser aplicados. Assim, com base bibliográfica, o Método Racional para o volume de um reservatório foi a melhor opção. Após uma análise mais efetiva sobre a área em estudo, o resultado esperado foi alcançado. Logo, pode-se afirmar que é tecnicamente viável a implantação de uma bacia de dissipação no local escolhido do bairro, reduzindo a vazão de pico e favorecendo a população do local e a jusante. Palavras-chave: Urbanização. Inundações. Implantação. Bacia de Dissipação. ABSTRACT The urbanization has caused many problems, one of them is the increase of water surface runoff, directly compromising the popular and environmental quality of life in the cities, bringing on several impacts, such as floods and inundations. In order to minimize these events, there are the Micro and Macro Drainage Systems, composed of drainage devices that reduce the effects caused by such events. Once the subject of this paper focused on macro drainage, the element presented was a Dissipation Basin. This paper aims to develop a technical feasibility study to construct a dissipation basin in the Medicine district in the city of Itajubá, since this place suffers frequently with rains, floods and inundation. The calculation was based on the Rational Method, widely used for small basins (less than or equal to 2 km²), which is part of object of this study, and based on software it was possible to obtain all the necessary data and values for determination of the volume of the proposed reservoir, through five different methods. Even with all variations of the results obtained, it is possible to observe that all the methods can be applied. Thus, based on literature, the Rational Method was the best option for the volume of one reservoir. After a more effective analysis of the area of study, the expected result was achieved. Therefore, it is possible to state that it is technically feasible to install a dissipation basin in the chosen location of the neighborhood, reducing the peak flow and favoring the local population and downstream. Keywords: Urbanization. Inundations. Implantation. Dissipation Basin. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Ciclo Hidrológico ......................................................................................15 Figura 2 – Esquema de bacia hidrográfica ................................................................ 16 Figura 3 – Situação de enchente ............................................................................... 18 Figura 4 – Situação de inundação em terrenos marginais ........................................ 19 Figura 5 – Esquema do processo de enchente e inundação .................................... 19 Figura 6 – Situação de alagamento ........................................................................... 20 Figura 7 – Situação de enxurrada ............................................................................. 21 Figura 8 – Representação de bocas-de-lobo, galerias e tubulações pluviais ............ 22 Figura 9 – Esquema de microdrenagem ................................................................... 23 Figura 10 – Estruturas de microdrenagem ................................................................ 23 Figura 11 – Exemplo de macrodrenagem ................................................................. 23 Figura 12 – Tipo de sistema de macrodrenagem ...................................................... 24 Figura 13 – Sub-bacia não urbanizada ..................................................................... 25 Figura 14 – Sub-bacia parcialmente urbanizada ....................................................... 25 Figura 15 – Sub-bacia urbanizada ............................................................................ 26 Figura 16 – Reservatório de detenção do tipo "on-line" ............................................ 27 Figura 17 – Reservatório de detenção do tipo "off-line" ............................................ 27 Figura 18 – Atributos que auxiliam na escolha do método de cálculo ....................... 29 Figura 19 - Software Plúvio ....................................................................................... 30 Figura 20 - Software Global Mapper ......................................................................... 31 Figura 21 - Software Google Earth ............................................................................ 31 Figura 22 – Localização da Rua Delfim Moreira vista em planta ............................... 32 Figura 23 - Localização da Rua Delfim Moreira vista em imagem de satélite .......... 33 Figura 24 – Microbacia Ribeirão Anhumas ............................................................... 33 Figura 25 - Topografia da bacia que contribui para a rua em estudo ........................ 34 Figura 26 – Topografia da bacia de contribuição sobreposta a uma imagem de satélite da região do bairro Medicina ......................................................................... 34 Figura 27 - Delimitação da área da bacia .................................................................. 35 Figura 28 – Localização da cota mais baixa na margem direita do Ribeirão Anhumas no bairro Medicina ..................................................................................................... 35 Figura 29 – Ruas com cotas do terreno abaixo de 841,15 m .................................... 36 Figura 30 – Antes do desassoreamento em 2013 ..................................................... 37 Figura 31 – Durante o desassoreamento em 2013 ................................................... 37 Figura 32 – Início da obra ......................................................................................... 38 Figura 33 – Escavação em torno da aduela .............................................................. 38 Figura 34 – Durante a obra ....................................................................................... 39 Figura 35 – Esquematização da obra ........................................................................ 39 Figura 36 – Obra em fase de finalização ................................................................... 39 Figura 37 – Antes do desassoreamento em Março de 2015 ..................................... 40 Figura 38 – Durante o desassoreamento em Março de 2015 ................................... 40 Figura 39 – Durante o desassoreamento em Dezembro de 2015 ............................. 41 Figura 40 – Caminhão que bombeia os dejetos ........................................................ 41 Figura 41 – Desobstrução da boca de lobo ............................................................... 42 Figura 42 – Boca de lobo parcialmente desobstruída ............................................... 42 Figura 43 – Dejetos retirados da boca de lobo .......................................................... 42 Figura 44 – Início da obra na rua Juarez Távora ....................................................... 43 Figura 45 – Escavação da rua ................................................................................... 43 Figura 46 – Início da colocação das manilhas........................................................... 44 Figura 47 – Parte das manilhas colocadas em um trecho ......................................... 44 Figura 48 – Remoção de mato do ribeirão ................................................................ 45 Figura 49 – Remoção de barro do fundo do ribeirão ................................................. 45 Figura 50 - Início das obras de drenagem ................................................................. 46 Figura 51 - Escavação para colocação das manilhas ............................................... 46 Figura 52 - Construção de poço de visita .................................................................. 46 Figura 53 - Escavação da rua República do Peru ..................................................... 47 Figura 54 - Execução da boca de lobo ...................................................................... 47 Figura 55 - Manilhas em fase de finalização ............................................................. 48 Figura 56 - Poço de visita e boca de lobo finalizadas ............................................... 48 Figura 57 - Ligação entre manilha e boca de lobo .................................................... 48 Figura 58 - Área para implantação do reservatório de detenção .............................. 49 Figura 59 - Exutório da bacia contribuinte da Rua Delfim Moreira ............................ 49 Figura 60 - Exemplo de reservatório de detenção a céu aberto ................................ 50 Figura 61 – Exemplo de reservatório de detenção em São Bernardo do Campo na região do Alto Tamanduatei ...................................................................................... 51 Figura 62 - Delimitação da área verde da bacia ........................................................ 54 Figura 63 - Delimitação da área impermeável da bacia ............................................ 54 Figura 64 - Dados obtidos pelo software Plúvio ........................................................ 55 Figura 65 - Perfil de elevação do ponto mais alto ao mais baixo da bacia ................ 56 Figura 66 - Tentativa com 3 metros de profundidade ................................................ 65 Figura 67 - Resultado do volume para uma profundidade de 3 metros ..................... 65 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................. 13 1.1. Justificativa ................................................................................................ 13 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 14 2.1. Ciclo Hidrológico........................................................................................ 14 2.2. Bacia Hidrográfica......................................................................................15 2.3. Crescimento Urbano .................................................................................. 16 2.4. Enchentes, Inundações, Alagamentos e Enxurradas ............................. 17 2.5. Sistema de Drenagem Urbana .................................................................. 21 2.5.1. Tipos de sistema de drenagem urbana ................................................. 22 2.6. Controle de cheias ..................................................................................... 24 2.7. Bacia de Dissipação ................................................................................... 26 3. METODOLOGIA .............................................................................................. 28 3.1. Método de cálculo ...................................................................................... 28 3.2. Softwares utilizados ................................................................................... 30 4. ESTUDO DE CASO ......................................................................................... 32 4.1. Características do local ............................................................................. 32 4.2. Caracterização dos problemas ................................................................. 35 4.2.1. Ações e obras realizadas pela Prefeitura .............................................. 37 4.3. Escolha do local para implantação do reservatório de detenção .......... 49 4.4. Escolha do tipo de reservatório de detenção .......................................... 50 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................... 52 5.1. Aplicação do Método Racional ................................................................. 52 5.2. Dimensionamento do volume do reservatório de detenção .................. 57 5.2.1. Vazão de pós-desenvolvimento ............................................................. 57 5.2.2. Vazão de pré-desenvolvimento ............................................................. 58 5.2.3. Método de Baker, 1979 usando o Método Racional .............................. 59 5.2.4. Método de Abt e Grigg, 1978 usando o Método Racional ..................... 60 5.2.5. Método de Kessler e Diskin, 1991 ......................................................... 61 5.2.6. Método do Volume de Controle ............................................................. 62 5.2.7. Método Racional .................................................................................... 63 5.3. Comparação dos resultados ..................................................................... 64 5.4. Dimensões do reservatório ....................................................................... 65 6. RECOMENDAÇÕES E CONCLUSÃO ............................................................ 67 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 68 13 1. INTRODUÇÃO O ciclo hidrológico e as bacias hidrográficas vem sofrendo interferência devido a urbanização cada vez mais crescente e de maneira desordenada, provocando, em virtude disso, muitos problemas no meio urbano e meio ambiente, como enchentes e inundações. Afim de minimizar esses eventos existem os sistemas de micro e macrodrenagem, compostos por dispositivos de drenagem que mitigam os efeitos causados por tais eventos. Como o tema abordado teve foco na macrodrenagem, o elemento apresentado foi uma bacia de dissipação. O presente trabalho teve por objetivo abordar uma análise da viabilidade técnica para o dimensionamento de uma bacia de dissipação através de embasamentos teóricos, levantamento de informações dos métodos de cálculo, local de estudo, das inundações, alagamentos e enxurradas, ações e obras realizadas pela prefeitura e sugestões de pesquisadores. Com o resultado, espera-se que o mesmo possa minimizar os problemas mencionados do local de estudo. 1.1. Justificativa A população cada vez mais sofre com eventos de cheia, devido a urbanização em locais não apropriados, como áreas de fundo de vale, ao aumento do escoamento superficial, provocado pela impermeabilização das ruas, entre outros. Alguns elementos de macrodrenagem pluvial podem ser construídos para aliviar os sistemas de microdrenagem com intuito de mitigar esses incidentes. Por isso a justificativa do trabalho foi fazer o dimensionamento de uma bacia de dissipação, pois o local de estudo sofre com inundações, alagamentos e enxurradas periodicamente em épocas de chuva. 14 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo foram apresentadas informações técnicas que se fizeram importantes para a realização do trabalho. 2.1. Ciclo Hidrológico De acordo com o Ministério do Meio Ambiente (2007) “a distribuição e movimentação da água no planeta podem ser expressas através do Ciclo Hidrológico”. O ciclo hidrológico, também conhecido como ciclo da água, é a constante circulação da água, onde ocorre a evaporação da mesma situada nos oceanos, rios, lagos, na superfície dos solos e plantas. A partir do vapor produzido ocorre a formação das nuvens, e assim a condensação e a precipitação em forma de chuva, neve ou granizo. Em seguida acontece a infiltração de uma fração dessa água pelo solo, abastecendo os aquíferos e reservatórios de água subterrânea que, consequentemente, alimentarão rios e lagos. O restante da fração flui pela superfície, tendo como destino os cursos d’água ou a atmosfera através da evaporação (MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE, s.d). O conceito de ciclo hidrológico está ligado ao movimento e à troca de água nos seus diferentes estados físicos, que ocorre na Hidrosfera, entre os oceanos, as calotes de gelo, as águas superficiais, as águas subterrâneas e a atmosfera (CARVALHO E SILVA, 2006). Por efeito do Sol e da gravidade é possível que tal movimento seja concretizado, já que os mesmos concedem energia para efetuar as etapas do ciclo hidrológico, que são: retirar a água da superfície do solo e conduzí-la à atmosfera mediante a evaporação, condensá-la fazendo com que essa água precipite, e desse modo percorra por meio de escoamento superficial até alcançar rios e oceanos ou infiltre, através do escoamento subterrâneo, nos poros, fissuras e fraturas dos solos e das rochas. Na etapa da precipitação nem toda água que cai consegue atingir a superfície, pois é impedida e retida pela vegetação, tornando novamente a evaporar- se (CARVALHO E SILVA, 2006). A Figura 1 mostra a representação de um ciclo hidrológico. 15 Figura 1 – Ciclo Hidrológico Fonte: Ministério do Meio Ambiente (s.d) 2.2. Bacia Hidrográfica Segundo Carvalho e Silva (2006), bacia hidrográfica é “uma área definida topograficamente, drenada por um curso d’água ou por um sistema conectado de cursos d’água, tal que toda a vazão efluente seja descarregada por uma simples saída”. Tucci (1993), citado por Schiavetti e Camargo (2002), define que “bacia hidrográfica é a área total de superfície de terreno de captação natural da água precipitada, na qual um aquífero ou um sistema fluvial recolhe sua água”. A seguir (Figura 2) é mostrado um esquema de bacia hidrográfica. 16 Figura 2 – Esquema de bacia hidrográfica Fonte: Young (2016) apud Soares (s.d) 2.3. Crescimento Urbano No auge da Revolução Industrial, a partir do século XVIII, houve a expansão das atividades e serviços industriais, impulsionando a população cada vez mais a se agruparem nas cidades (SILVA, 2012). De acordo com Tucci (2008), a concentração da população em espaço reduzido, devido a urbanização acelerada na segunda metade do século XX, produziu um disputapor solo e água e teve como consequência a degradação de parte da biodiversidade natural. Múscari (2010) diz que os problemas sociais como o desemprego, habitação precária, desigualdade social, bem estar social, dentre outros e problemas ambientais, como desmatamento, poluição e assim por diante, acontecem devido ao crescimento desordenado das cidades, influenciando na vivência do ser humano, reduzindo a qualidade de vida e bem estar do mesmo. Segundo Silva (2012), a urbanização acelerada vem junta de problemas ambientais, sociais e de saúde, pois não acompanha os investimentos de infraestruturas, como energia, água e saneamento e ofertas de trabalho. 17 A urbanização é um dos processos que mais gera impactos sobre o meio natural começando pela poluição dos recursos hídricos, a degradação dos mananciais, o excesso do uso da água, a retirada de mata ciliar ao longo dos rios, a impermeabilização do solo, a canalização e a retificação dos rios (MÚSCARI, 2010). De acordo com Ministério das Cidades (2007) o descompasso entre o crescimento urbano e a drenagem urbana nas cidades tem acarretado problemas de alagamentos e enxurradas. O não ajuste das cidades para abrigar uma multidão de pessoas, deu início a uma série de complicações ambientais, sociais e na saúde, como a falta de infraestruturas, impermeabilização, ocupação ilegal, entre outros (BORGES, 2006). O desmatamento, assoreamento dos cursos d’água, decorrente da erosão das margens, a impermeabilização dos terrenos, a interferência estrutural nos cursos d’água e a ocupação irregular nos terrenos marginais, é um conjunto de ações que, devido à expansão urbana, modificam o ciclo hidrológico de uma dada região (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2007). A expansão urbana em locais, na maioria dos casos, inadequados, deu-se através do crescimento acelerado das grandes cidades brasileiras. A população não levou em consideração as características geológicas, hidrográficas, pedológicas e topográficas da área ocupada, ficando submetida a catástrofes, como inundações, perdas de solo, deslizamentos de terra e outros (MÚSCARI, 2010). Com isso, ainda segundo a autora, a drenagem natural e as várzeas, que tem a função de receber as inundações, foram inutilizadas, dando espaço a drenagem artificial, como retificação e canalização de rios, afim de se adequar a urbanização. A combinação das problemáticas citadas acima provoca o aumento do escoamento superficial e da vazão, dando origem a enchentes, inundações, alagamentos e enxurradas, trazendo, principalmente à população menos favorecida, prejuízos e perdas físico-financeiras. 2.4. Enchentes, Inundações, Alagamentos e Enxurradas A ocorrência de precipitação faz com que a vazão de um curso d’água aumente, elevando o nível d’água durante um determinado tempo. Esse evento é denominado cheia ou enchente (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2007). 18 Para Pinheiro (2005) as enchentes se dão pelo extravasamento do curso d’água no sentido do leito menor (calha principal onde percorre o curso d’água) para o leito maior (calha secundária). A Figura 3 exemplifica uma situação de enchente em um canal de drenagem. Figura 3 – Situação de enchente Fonte: Ministério das Cidades (2007) Segundo Ministério das Cidades (2007) as inundações só acontecem a partir das enchentes, quando as mesmas atingem a cota acima do nível máximo e as vazões assumem tamanho grau transbordando para áreas marginais, também conhecidas como planície de inundação, várzea ou leito maior, que comumente não são envolvidas por água, mas possuem a função de receber esse transbordamento, ou seja, a inundação. O transbordo da calha é causado pelo aumento do nível da água, ultrapassando a cota limite da seção, atingindo as áreas laterais, tendo como consequência a inundação (MMA, 2007). O autor diz ainda que a inundação tem um período de duração, ou seja, a água retorna ao seu curso natural. A Figura 4 demonstra um tipo de inundação de terrenos marginais e a Figura 5 a esquematização dos processos de enchente e inundação. 19 Figura 4 – Situação de inundação em terrenos marginais Fonte: Ministério das Cidades (2007) Figura 5 – Esquema do processo de enchente e inundação Fonte: Ministério das cidades (2007) De acordo com Ministério das Cidades (2007) o alagamento é “o acúmulo momentâneo de águas em uma dada área por problemas no sistema de drenagem, podendo ter ou não relação com processos de natureza fluvial”. O fenômeno de alagamento também está relacionado com a redução da infiltração natural nos solos urbanos, a qual é provocada por: compactação e impermeabilização do solo; pavimentação de ruas e construção de calçadas, reduzindo a superfície de infiltração; construção adensada de edificações, que contribuem para reduzir o solo exposto e concentrar o escoamento das 20 águas; desmatamento de encostas e assoreamento dos rios que se desenvolvem no espaço urbano; acumulação de detritos em galerias pluviais, canais de drenagem e cursos d’água; insuficiência da rede de galerias pluviais (REIS, 2011). Reis (2011) acrescenta que em cidades mal projetadas ou com rápido desenvolvimento, os alagamentos são constantes, dificultando dessa forma a execução de empreendimentos hidráulicos, como drenagem e esgotamento de águas pluviais. Assim é nítida a percepção da desproporcionalidade entre o crescimento populacional e o crescimento de dispositivos de drenagem. A seguir é exposta uma situação de alagamento (Figura 6). Figura 6 – Situação de alagamento Fonte: Ministério das cidades (2007) Conforme MMA (2007), a combinação de pequenas bacias, possuindo pouca capacidade de contenção, escoamento superficial elevado ou declividade alta, com precipitações de alta intensidade geram as enxurradas, ocasionando erosão das margens do curso d’água, arrastamento de automóveis e devastação de casas e estradas devido à grande capacidade de transporte que a mesma possui. Para Ministério das Cidades (2007) a enxurrada é o “escoamento superficial concentrado e com alta energia de transporte, que pode ou não estar associado a áreas de domínio dos processos fluviais”. O autor ainda cita que em vias construídas sobre antigos cursos d’água com alto gradiente hidráulico e em terrenos com alta declividade natural a incidência de enxurradas é frequente. A Figura 7 apresenta um cenário de enxurrada. 21 Figura 7 – Situação de enxurrada Fonte: Ministério das cidades (2007) As enchentes e inundações são fenômenos que fazem parte do processo natural terrestre. Porém as intervenções do homem juntamente com chuvas fortes e intensas, que seria o pior caso, criam e intensificam, através desses fenômenos, mais duas situações, o alagamento e a enxurrada, sendo responsáveis por muitos desastres que martirizam toda população que passa por essas situações. 2.5. Sistema de Drenagem Urbana O termo drenagem urbana, segundo TUCCI (1997) e PORTO e FILHO (2004), pode ser entendido como o conjunto de obras e medidas relativas ao escoamento gerado pelas águas pluviais que tenham por objetivo minimizar os riscos a que as populações estão sujeitas, diminuir os prejuízos causados por inundações e possibilitar o desenvolvimento urbano de forma harmônica, articulada e sustentável (NAKAZONE, 2005). MMA (2007), diz que o sistema de drenagem urbana ou artificial se dá pela interferência do homem sobre o sistema de drenagem natural, ou seja, as depressões naturais do terreno que conduziam as águas pluviais até o canal principal do curso d’água deram lugar, devido à ação humana, a impermeabilização do solo, formação de canais artificiais, construção de reservatórios, entre outras execuçõespara fins hidráulicos. Para Fundação Estadual do Meio Ambiente – FEAM (2006) “o sistema de drenagem deve ser entendido como o conjunto da infraestrutura existente em uma cidade para realizar a coleta, o transporte e o lançamento final das águas superficiais”. 22 2.5.1. Tipos de sistema de drenagem urbana Existem dois sistemas: o de macro e o de microdrenagem. Os mesmos possuem a finalidade de desviar imediatamente as águas de chuva da zona urbana, fazendo com que o sistema de transporte e serviços básicos da cidade não sofram interferências durante o evento (MMA, 2007). As Figuras 8, 9 e 10 representam algumas estruturas de microdrenagem e as Figuras 11 e 12 algumas de macrodrenagem. Figura 8 – Representação de bocas-de-lobo, galerias e tubulações pluviais Fonte: Prefeitura de Uberaba (2011) 23 Figura 9 – Esquema de microdrenagem Fonte: Figueiredo (2014) Figura 10 – Estruturas de microdrenagem Fonte: Giansante (s.d) Figura 11 – Exemplo de macrodrenagem Fonte: Prefeitura de Maricá (2014) 24 Figura 12 – Tipo de sistema de macrodrenagem Fonte: Copel (s.d) Segundo a FEAM (2006), a microdrenagem “são estruturas que conduzem as águas do escoamento superficial para as galerias ou canais urbanos”. Constitui-se de redes coletoras de águas pluviais, poços de visita, sarjetas, bocas-de-lobo e meios- fios. Já a macrodrenagem “são dispositivos responsáveis pelo escoamento final das águas pluviais provenientes do sistema de microdrenagem urbana”. Constitui-se de principais talvegues, fundos de vales e cursos d’água. Conforme MMA (2007), a microdrenagem tem a “função de deixar as ruas e avenidas em condições de funcionalidade, livres do obstáculo “água”, ou melhor, dos alagamentos”. O sistema de macrodrenagem é constituído por cursos d’água naturais pelos córregos, ribeirões ou rios que cortam as cidades, “recolhendo as águas provenientes de todo o sistema de microdrenagem das bacias urbanas”. “O sistema de macrodrenagem é constituído, em geral, por estruturas de maiores dimensões, sendo elas, canais naturais ou construídos, reservatórios de detenção, reservatórios de retenção e de galerias de maiores dimensões” (SECRETARIA MUNICIPAL DE DESENVOLVIMENTO URBANO – SMDU, 2012). A macrodrenagem foi o sistema abordado neste trabalho. 2.6. Controle de cheias O gerenciamento das águas pluviais é um desafio que o poder público enfrenta devido à ocupação de uma parcela da população em áreas consideradas de risco (MÚSCARI, 2010). 25 Segundo a FEAM (2006), as providências a serem implantadas, referentes ao controle de inundações, devem levar em consideração três condições de ocupação, são elas: sub-bacia não urbanizada (Figura 13), sub-bacia parcialmente urbanizada (Figura 14) e sub-bacia urbanizada (Figura 15). Figura 13 – Sub-bacia não urbanizada Fonte: FEAM (2006) A sub-bacia não urbanizada é a situação em que não houve a ocupação na planície de inundação do curso d’água. Figura 14 – Sub-bacia parcialmente urbanizada Fonte: FEAM (2006) A sub-bacia parcialmente urbanizada é a situação em que a ocupação começa a se consolidar ao longo do curso d’água. 26 Figura 15 – Sub-bacia urbanizada Fonte: FEAM (2006) A sub-bacia urbanizada é a situação em que a ocupação das margens - e mesmo da calha do rio - encontra-se consolidada. A sub-bacia do local de estudo se encontra parcialmente urbanizada, assim não foi discutida a ocupação sub-bacia não urbanizada e nem a sub-bacia urbanizada. Para o Ministério das Cidades (2006), “o controle da inundação é obtido por uma combinação de medidas estruturais e não-estruturais que permita à população ribeirinha minimizar suas perdas e manter uma convivência harmônica com o rio”. Para a Associação Brasileira de Cimento Portland – ABCP (s.d), a implantação de reservatórios de detenção que não incluam outras finalidades além do controle de cheias (como quadras de esportes, espaços para lazer e melhoria da qualidade das águas), pode não ser aceita pela população do entorno. O monitoramento das vazões com o intuito de evitar que áreas sejam tomadas pela água, é um recurso que pode ser adotado para o controle de cheias. Sendo assim, a opção por reservatórios de detenção ou retenção para o controle de cheias, tornou-se a mais adequada para as áreas urbanas já consolidadas, em que não existe a possibilidade de se obter tal controle de nenhuma outra maneira (RAIMUNDO, 2007). 2.7. Bacia de Dissipação Conhecido também como reservatório de detenção ou piscinão, é um instrumento de drenagem urbana com a finalidade de acumular um volume projetado 27 de águas pluviais, afim de reduzir os picos de cheias e retardar a taxa de resposta do escoamento superficial (TUCCI, 1997) e (WANIELISTA, 1990) citado por (NAKAZONE, 2005). Os reservatórios de detenção armazenam temporariamente as águas vindas das enchentes e permitem que haja uma diminuição nos picos de cheias e consequentemente evitam ou reduzem os danos que poderiam ser causados pelas inundações (NAKAYAMA e SILVEIRA, 2009). De acordo com Raimundo (2007), reservatórios de detenção são aqueles que permanecem frequentemente secos, mas que durante um evento chuvoso armazenam as águas pluviais que são gradualmente liberadas. Eles podem ser “on- line” ou “em série” (localizado na linha principal do sistema de drenagem) ou “off-line ou “paralelo” (não estão conectados na linha principal do sistema de drenagem, assim o escoamento é desviado da linha principal para o armazenamento temporário), como mostram as Figuras 16 e 17, respectivamente. Figura 16 – Reservatório de detenção do tipo "on-line" Fonte: Raimundo (2007) Figura 17 – Reservatório de detenção do tipo "off-line" Fonte: Raimundo (2007) 28 3. METODOLOGIA O trabalho foi realizado através de embasamentos teóricos de vários autores, levantamento de informações do método de cálculo que foram necessários para o dimensionamento técnico, como área de influência, coeficiente de escoamento superficial, dentre outros, do local de estudo e sugestões de pesquisadores, afim de observar e alcançar a melhor opção para o empreendimento proposto e, por fim, dos dados que realmente foram utilizados para o dimensionamento, com o auxílio dos softwares Plúvio, Google Earth Pro e Global Mapper. Os resultados obtidos possibilitarão a avaliação técnica para a implantação de uma bacia de dissipação para minimizar os problemas. Com isso a proposta feita foi visando apenas uma solução técnica, visto que a parte financeira necessitaria de orçamento de todos os itens, materiais e serviços, e por ser uma proposta para o Órgão Público da cidade levaria à processos licitatórios, não sendo o foco para o tema abordado. 3.1. Método de cálculo Porto et al. (2004) aponta os atributos (Figura 18) que auxiliam na escolha do método de cálculo e que devem estar presentes no mesmo. O Método Racional foi a equação preliminar para a inicialização dos cálculos. 29 Figura 18 – Atributos que auxiliam na escolha do método de cálculo Fonte: Porto et al. (2004) De acordo com Tucci (2004), o Método Racional é muito utilizado para determinar a vazão máxima de projeto para pequenas bacias (menor ou igual a 2 km²) e os parâmetros básicos a serem considerados são: a) Duração da precipitação intensa igual ao tempo de concentração. b) Adotar um coeficiente único de perdas (C) baseado nas características da bacia. c) Não avaliar o volume de cheia e distribuição temporal das vazões. A equação do Método Racional é (TUCCI, 2004): Q�á� � 0,278 � C � I �A (1) Onde: C � Coeficiente de perdas (adimensional). I � Intensidade da precipitação em mm/h. A � Área da bacia em km². Q�á� � Vazão máxima em m³/s. 30 Porto et al. (2004) cita que os critérios para o dimensionamento de reservatórios de detenção normalmente são: • Controlar a vazão máxima efluente, fixando-a em um valor menor ou igual a 85% da vazão correspondente às condições antes do desenvolvimento da bacia. • Garantir segurança contra rompimento, dimensionando um extravasor para escoar as vazões extremas. • Garantir operação sem manutenção, evitando válvulas manuais ou automáticas e também lâmina de água muito rasa para o não surgimento de vegetação e camadas de lama. • Considerar eventos frequentes, garantindo que o reservatório seja eficaz para vazões de baixo período de retorno. 3.2. Softwares utilizados A utilização do Plúvio, Global Mapper e Google Earth Pro (Figuras 19 a 21) foi essencial para a realização dos cálculos, pois através deles foi possível obter os dados como as constantes de ajuste locais (k, a, b, c) para a equação da intensidade de chuva, a localização e delimitação da bacia, traçado da rua em estudo, curvas de nível, entre outros. Figura 19 - Software Plúvio Fonte: GPRH (2006) 31 Figura 20 - Software Global Mapper Fonte: Blue Marble Geographics (2017) Figura 21 - Software Google Earth Fonte: Google Earth Pro (2017) 32 4. ESTUDO DE CASO Neste capítulo foram apresentadas informações sobre o local de estudo, bem como as inundações, alagamentos e enxurradas ocorridas, das ações e obras realizadas pela prefeitura, do tipo e local de implantação do reservatório. 4.1. Características do local O local de estudo é a rua Delfim Moreira (Figura 22 e Figura 23) localizada no bairro Medicina da cidade de Itajubá. Tal bairro se encontra na sub-bacia do Ribeirão Anhumas (Figura 24) que pertence a Bacia Hidrográfica do Rio Sapucaí. Figura 22 – Localização da Rua Delfim Moreira vista em planta Fonte: Google Maps (2017) 33 Figura 23 - Localização da Rua Delfim Moreira vista em imagem de satélite Fonte: Google Earth Pro (2017) Figura 24 – Microbacia Ribeirão Anhumas Fonte: Reis et al. (2013) 34 A microbacia, pertencente a sub-bacia do Ribeirão Anhumas, que contribui somente para a rua em estudo foi delimitada em uma área rosa pelo software Global Mapper (Figuras 25 e 26). Essa área em rosa foi extraída e exportada para o Google Earth, onde foi possível mensurar sua dimensão, que possui em torno de 0,77 km² (Figura 27). Figura 25 - Topografia da bacia que contribui para a rua em estudo Fonte: Blue Marble Geographics (2017) Figura 26 – Topografia da bacia de contribuição sobreposta a uma imagem de satélite da região do bairro Medicina Fonte: Blue Marble Geographics (2017) 35 Figura 27 - Delimitação da área da bacia Fonte: Google Earth Pro (2017) 4.2. Caracterização dos problemas Através de conceitos vistos anteriormente, percebe-se que a ocorrência de cheias na região do estudo se dá por três fatores, são eles: cheia pelo transbordamento do ribeirão (inundação), cheia por escoamento superficial (enxurrada) e ineficiência do sistema de drenagem (alagamento) (SILVA, 2015). A seguir (Figura 28 e Figura 29) são mostradas algumas áreas da região do estudo e também do local de estudo, onde ocorre pelo menos um dos fatores citados acima. Figura 28 – Localização da cota mais baixa na margem direita do Ribeirão Anhumas no bairro Medicina Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) 36 A inundação da área mostrada acima é frequente quando há chuvas intensas e de curta duração, pois o ribeirão se enche rapidamente, ocasionando o transbordamento dessas águas, atingindo a cota mais baixa da avenida (841,15 m) paralela a ele, a Avenida Eduardo José Storino. Com a cota de 841,15 m atingida, consequentemente haverá o alagamento de toda área que está a nível mais baixo desta. Sabe-se que o sistema de drenagem nessas áreas é ineficiente, assim toda água proveniente da inundação não consegue ser captada pelo sistema, por isso denomina-se alagamento. A Figura 29 mostra as ruas que possuem cota abaixo de 841,15 m. Figura 29 – Ruas com cotas do terreno abaixo de 841,15 m Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) O local de estudo, a rua Delfim Moreira, apresenta problemas de cheia por escoamento superficial, pois existe um loteamento nos morros pertencente a sub- bacia, assim toda a água proveniente dessa área da bacia escoa para este loteamento, onde quase toda a água desse loteamento é direcionada para a Rua Delfim Moreira (SILVA, 2015). Não foi encontrado nenhum registro fotográfico de escoamento superficial do objeto de estudo, somente relatos de moradores da rua. Segundo Silva (2015), a rua Delfim Moreira é a que mais apresenta problemas de drenagem. Devido ser uma das ruas que possui pontos de cota mais baixos do que 37 a cota a margem do ribeirão, não existe declividade suficiente para que o sistema seja eficiente. 4.2.1. Ações e obras realizadas pela Prefeitura A Prefeitura Municipal de Itajubá realizou algumas ações e obras com intuito de melhorar o funcionamento do sistema de drenagem da região de estudo. A seguir é apresentado um histórico das mesmas. • De Janeiro à Fevereiro de 2013: Desassoreamento (Figura 30 e Figura 31) e rebaixamento de quase 2 metros de profundidade da calha do Ribeirão Anhumas em todo seu comprimento. Figura 30 – Antes do desassoreamento em 2013 Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2013) Figura 31 – Durante o desassoreamento em 2013 Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2013) 38 Vale ressaltar que esse rebaixamento começou de jusante (foz do ribeirão) para montante, mas não funcionou, pois não levaram em consideração as lajes de piso das pontes a montante, ou seja, essas lajes continuaram acima do nível após o rebaixamento da calha. • De Outubro de 2013 à Fevereiro de 2014: Instalação de aduelas na foz do Ribeirão Anhumas (Figuras 32 a 36). A instalação de aduelas foi feita com a intenção de que todo o comprimento da calha do Ribeirão Anhumas fosse rebaixada, para só então o ribeirão conseguir declividade suficiente para que o sistema de microdrenagem desague nele de maneira eficiente, pois um sistema de microdrenagem já é descarregado no ribeirão, mas esse sistema é ineficiente, e direcione toda vazão para as aduelas. Figura 32 – Início da obra Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2013) Figura 33 – Escavação em torno da aduela Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2013) 39 Figura 34 – Durante a obra Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2013) Figura 35 – Esquematização da obra Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2013) Figura 36 – Obra em fase de finalização Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2014) 40 • Março de 2015: Desassoreamento do Ribeirão Anhumas (Figura 37 e Figura 38). Nessa etapa foi retirado vários caminhões de barranco e braquiárias das margens do ribeirão, que, com o tempo, começam a dificultar o escoamento correto do curso d’água. Figura 37 – Antes do desassoreamento em Março de 2015 Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2015) Figura 38 – Durante o desassoreamento em Março de 2015 Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2015) • Dezembro de 2015: Desassoreamento do Ribeirão Anhumas (Figura 39). No mesmo ano foi realizadomais um desassoreamento, ou seja, a retirada de entulhos, barrancos ou qualquer outro tipo de material sedimentado no fundo e nas margens do ribeirão para que o mesmo comporte e escoe as águas corretamente. 41 Figura 39 – Durante o desassoreamento em Dezembro de 2015 Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2015) • Fevereiro de 2016: Limpeza e desobstrução de boca de lobo na rua Delfim Moreira (Figuras 40 a 43). Nessa fase ocorreu a limpeza e desobstrução de bueiros e bocas de lobo da rua, onde grande quantidade de lixo, que contribui para entupimento e consequentemente para ocorrência de alagamentos, foi retirada. Figura 40 – Caminhão que bombeia os dejetos Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) 42 Figura 41 – Desobstrução da boca de lobo Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) Figura 42 – Boca de lobo parcialmente desobstruída Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) Figura 43 – Dejetos retirados da boca de lobo Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) 43 • Novembro de 2016: Instalação da tubulação de drenagem na rua Juarez Távora (Figuras 44 a 47) A implantação de manilhas, da rua Juarez Távora até a margem do ribeirão, foi feita para facilitar o escoamento da água da chuva. Figura 44 – Início da obra na rua Juarez Távora Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) Figura 45 – Escavação da rua Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) 44 Figura 46 – Início da colocação das manilhas Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) Figura 47 – Parte das manilhas colocadas em um trecho Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2016) • Fevereiro de 2017: Limpeza do Ribeirão Anhumas (Figura 48 e Figura 49) De acordo com a Prefeitura a limpeza da calha do Ribeirão Anhumas foi e vem sendo feita como uma ação preventiva para evitar a ocorrência de enchentes. Nessa etapa foram retirados barros e braquiárias ao longo do ribeirão. 45 Figura 48 – Remoção de mato do ribeirão Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) Figura 49 – Remoção de barro do fundo do ribeirão Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) • Maio de 2017: Início das obras de drenagem na rua Delfim Moreira (Figuras 50 a 52) A captação das águas pluviais na rua será feita pelos dispositivos de drenagem que estão sendo implantados. Esses dispositivos são redes de drenagem pluvial, compostas por manilhas, poços de visita e bocas de lobo. 46 Figura 50 - Início das obras de drenagem Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) Figura 51 - Escavação para colocação das manilhas Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) Figura 52 - Construção de poço de visita Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) 47 • Junho de 2017: Obras de drenagem na rua República do Peru (Figuras 53 a 57) Figura 53 - Escavação da rua República do Peru Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) Figura 54 - Execução da boca de lobo Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) 48 Figura 55 - Manilhas em fase de finalização Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) Figura 56 - Poço de visita e boca de lobo finalizadas Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) Figura 57 - Ligação entre manilha e boca de lobo Fonte: Prefeitura Municipal de Itajubá (2017) 49 4.3. Escolha do local para implantação do reservatório de detenção O local escolhido para a implantação do reservatório foi uma área paralela, de aproximadamente 0,01024 km² ou 10240 m², ao Ribeirão Anhumas, na qual envolve uma APP (Área de Preservação Permanente) (Figura 58), e bem próximo a essa área encontra-se o exutório da microbacia (Figura 59). Esse aspecto facilita a construção do reservatório, privilegiando o percurso natural e as condições geomorfológicas naturais, evitando grandes perturbações no meio, como movimentação de terra por exemplo, e com isso reduzindo os custos econômicos da obra. Figura 58 - Área para implantação do reservatório de detenção Fonte: Google Earth Pro (2017) Figura 59 - Exutório da bacia contribuinte da Rua Delfim Moreira Fonte: Blue Marble Geographics (2017) 50 4.4. Escolha do tipo de reservatório de detenção Já que ideia sugerida de local para se construir o reservatório foi uma área paralela ao Ribeirão Anhumas, a opção pelo reservatório do tipo “off-line” a céu aberto (Figura 60), foi a melhor escolha. Esse reservatório irá recolher toda água proveniente da bacia em estudo. Figura 60 - Exemplo de reservatório de detenção a céu aberto Fonte: Associação Brasileira de Cimento Portland et al. (s.d) apud Manual de Drenagem Urbana da Região Metropolitana de Curitiba – PR (s.d) “O planejamento e projeto de obras de detenção e retenção é muito mais do que um simples exercício de hidrologia e de hidráulica. Existem muitos aspectos técnicos que devem ser cuidadosamente considerados além da hidrologia e da hidráulica” (CANHOLI, 2014). Ainda segundo o autor deve-se considerar condições e necessidades de natureza não técnica, sendo algumas delas: • Análise das necessidades da comunidade local, inclusive as relativas à recreação de modo a inserir as possíveis obras de detenção e retenção num contexto de uso múltiplo; • Análise dos riscos que possam comprometer as condições de segurança e prevendo os meios para mitigá-los; • Procura por caminhos adequados, tendo em vista o financiamento de desapropriações, construção e manutenção das obras. 51 Dessa forma, o reservatório também será destinado à recreação, ou seja, a ideia é que, em épocas secas, o mesmo sirva como um campo gramado ou cimentado, independente da finalidade (parque, campo ou quadra de futebol, etc.), e que seja usufruído pela comunidade. A Figura 61 mostra um modelo de reservatório que será implantado. Figura 61 – Exemplo de reservatório de detenção em São Bernardo do Campo na região do Alto Tamanduatei Fonte: DAEE (2000) Como foi mencionado anteriormente, toda a área escolhida para a implantação do reservatório faz parte de uma APP, assim o órgão responsável pelo empreendimento conduzirá todo um procedimento legal, visando que será uma obra de uso comum e de utilidade pública, tomando todas as medidas cabíveis e necessárias, tanto para a preservação do local quanto para a bonificação e o bem estar da comunidade. 52 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES Aqui foram demonstrados todos os dados levantados necessários para a obtenção da vazão máxima e da dimensão do reservatório. 5.1. Aplicação do Método Racional De acordo com a Equação (1) tem-se: C = Coeficiente de perdas. I = Intensidade da precipitação em mm/h. A = Área da bacia em km². • Coeficiente de perdas (C) e área de influência (A) Como a bacia em estudo possui área de influência verde e impermeabilizada, o resultado de C se obteve através de uma média ponderada, conforme equação: C� = �� × ��� �� × ��� ⋯ � �� × ����� �� � ⋯ � �� (2) Sendo: C�, C�, … , C� = Coeficientes de escoamento superficial para as áreas A�, A�, … , A�, respectivamente. A�, A�, … , A� = Áreas que possuem coeficientes C�, C�, … , C�, respectivamente. C� = Coeficiente de escoamento superficial obtido pela média ponderada. Os valores de C para A� = 0,23 km² (Figura 61) e A� = 0,54 km² (Figura 62) foram retirados da Tabela 1 de acordo com o Tempo de Retorno escolhido, que foide 100 anos. 53 Tabela 1 - Valores de C para várias superfícies, declividade e tempos de retorno. SUPERFÍCIE Tempo de Retorno (Anos) 2 5 10 25 50 100 500 Asfalto 0,73 0,77 0,81 0,86 0,90 0,95 1,00 Concreto/telhado 0,75 0,80 0,83 0,88 0,92 0,97 1,00 Gramados (Cobrimento de 50% da área) - Plano (0-2%) 0,32 0,34 0,37 0,40 0,44 0,47 0,58 - Média (2-7%) 0,37 0,40 0,43 0,46 0,49 0,53 0,61 - Inclinado (>7%) 0,40 0,43 0,45 0,49 0,52 0,55 0,62 Gramados (Cobrimento de 50 a 70% da área) - Plano (0-2%) 0,25 0,28 0,30 0,34 0,37 0,41 0,53 - Média (2-7%) 0,33 0,36 0,38 0,42 0,45 0,49 0,58 - Inclinado (>7%) 0,37 0,40 0,42 0,46 0,49 0,53 0,60 Gramados (Cobrimento maior que 75% da área) - Plano (0-2%) 0,21 0,23 0,25 0,29 0,32 0,36 0,49 - Média (2-7%) 0,29 0,32 0,35 0,39 0,42 0,46 0,56 - Inclinado (>7%) 0,34 0,37 0,40 0,44 0,47 0,51 0,58 Campos cultivados - Plano (0-2%) 0,31 0,34 0,36 0,40 0,43 0,47 0,57 - Médio (2-7%) 0,35 0,38 0,41 0,44 0,48 0,51 0,60 - Inclinado (>7%) 0,39 0,42 0,44 0,48 0,51 0,54 0,61 Pastos - Plano (0-2%) 0,25 0,28 0,30 0,34 0,37 0,41 0,53 - Médio (2-7%) 0,33 0,36 0,38 0,42 0,45 0,49 0,58 - Inclinado (>7%) 0,37 0,40 0,42 0,46 0,49 0,53 0,60 Florestas/Reflorestamentos - Plano (0-2%) 0,22 0,25 0,28 0,31 0,35 0,39 0,48 - Médio (2-7%) 0,31 0,34 0,36 0,40 0,43 0,47 0,56 - Inclinado (>7%) 0,35 0,39 0,41 0,45 0,48 0,52 0,58 Fonte: Chow et al. (1988) apud Mello C. R. et al. (s.d) Na A� de acordo com a Figura 62, nota-se uma cobertura de gramado em sua maior parte, considerando cobrimento maior que 75% da área, assim foi necessário encontrar sua declividade para ver em qual item da tabela se encaixa: 54 Figura 62 - Delimitação da área verde da bacia Fonte: Google Earth Pro (2017) S�� = H$%&'( − H$*+'(L-(*./' = 1050 m − 900 m 699 m = 0,21 3 3 = 21% Se encaixando no item Inclinado (>7%), então: C� = 0,51 Na A� (Figura 63), existem várias ruas pavimentadas com bloquetes de concreto e muitas casas, deduz-se então que a cobertura dessa área se encaixa no item Concreto/telhado da tabela, assim: C� = 0,97 Figura 63 - Delimitação da área impermeável da bacia Fonte: Google Earth Pro (2017) 55 O valor de 5̅ foi: 5̅ = 0,51 × 0,23 + 0,97 × 0,540,23 + 0,54 = 0,83 • Intensidade de chuva (i) Equação de intensidade de chuva segundo Tucci (2004): i = % × 9:(-< � .)> (3) Onde: a, b, c, d = Constantes de ajuste locais. T = Tempo de retorno (anos). tE = Duração da precipitação (min). i = Intensidade de chuva (mm/h). Os valores das constantes para a cidade de Itajubá/MG de acordo com o software Plúvio (Figura 64) são: Figura 64 - Dados obtidos pelo software Plúvio Fonte: GPRH (2006) 56 K = a = 1192,985 a = b = 0,171 b = c = 11,302 c = d = 0,85 De acordo com Silveira (2005), as fórmulas de tE de Kirpich, Carter, Schaake e Desbordes, são as recomendadas para bacias urbanas. Adotou-se então a equação de Kirpich para a realização do cálculo: tE = 0,0663 × LG,HH × SIG,JKL (4) Onde: L = Comprimento linear do trecho considerando do ponto mais alto ao ponto mais baixo (m). S = Declividade (m/m). Para a declividade fez-se a diferença entre o valor do ponto mais alto da bacia que influencia na rua e do ponto mais baixo que é o seu exutório e dividiu pelo comprimento total desse trecho (Figura 65). Figura 65 - Perfil de elevação do ponto mais alto ao mais baixo da bacia Fonte: Blue Marble Geographics (2017) 57 S = H�M�NO −H�PQNOLROPESN = 1050 m − 842 m 1730 m = 0,12 m m = 12% O tempo de concentração então foi: tE = 0,0663 × 1730G,HH × 0,12IG,JKL = 46,7 min ≅ 47 minutos Dessa maneira obteve-se uma intensidade de chuva igual a: i = 1192,985 × 100G,�H�(47 + 11,302)G,KL = 82,76 mm h • Vazão máxima (Q�á�) Com todos os valores encontrados, a vazão dessa microbacia foi: Q�á� = 0,278 × 0,83 × 82,76 × 0,77 = 14,70 mJ/s Para o dimensionamento foi utilizado o Método Racional, pois a bacia que influencia no local de estudo é pequena (0,77 km²), ou seja, está dentro do parâmetro desse método (menor ou igual a 2 km²), segundo Tucci (2004) já mencionado anteriormente. 5.2. Dimensionamento do volume do reservatório de detenção Foram analisados cinco métodos, todos retirados das bibliografias de Tomaz (2002), (2010), (2012) e (2014) para efeito de comparação dos resultados dos mesmos. Esses métodos exigem uma vazão de pré e de pós-desenvolvimento explicadas abaixo. De acordo com Tomaz (2010), o termo pré-desenvolvimento, é quando a bacia é ocupada somente por matas ou similares, ou seja, sem desenvolvimento algum, e o pós-desenvolvimento, é quando a bacia já está ocupada por construções, etc., são muito utilizados nos Estados Unidos para o dimensionamento de um piscinão. 5.2.1. Vazão de pós-desenvolvimento 58 A vazão de pós- desenvolvimento (Q[ó]) corresponde a vazão máxima (Q�á�) calculada anteriormente, já que foi estimada mediante a ocupação atual da bacia, que está desenvolvida. Dessa forma: Q[ó] = Q�á� = 14,70 mJ/s Lembrando que tE [ó] = tE = 47 min. 5.2.2. Vazão de pré-desenvolvimento A vazão de pré-desenvolvimento (Q[Oé) teve de ser calculada, dessa forma um novo coeficiente de escoamento superficial e intensidade de chuva foi dimensionado, uma vez que a ocupação da bacia deve ser considerada sem desenvolvimento, como antes citado. • Coeficiente de perdas (C) e área de influência (A) Supondo que a bacia em estudo possui cobertura de gramado em sua maior parte, considerando cobrimento maior que 75% da área e que cada plano, A� e A� (Figuras 61 e 62 respectivamente), dispõe de uma inclinação, obtém-se através da equação (2) o valor médio de C: S�� = 1050 m − 900 m699 m = 0,21 m m = 21% Se encaixando no item Inclinado (>7%) da Tabela 1, então: C� = 0,51 S�� = 900 m − 842 m1031 m = 0,06 m m = 6% Se encaixando no item Médio (2-7%) da Tabela 1, então: C� = 0,46 59 C� = 0,51 × 0,23 + 0,46 × 0,540,23 + 0,54 = 0,47 • Intensidade de chuva (i) Ao contrário do t. encontrado pelo Método de Kirpich, optou-se por adotar um tempo de concentração para um novo resultado de intensidade de chuva, conforme apresenta algumas bibliografias, Tomaz (2010) e Tomaz (2012). Foi necessário seguir esse caminho pois a Q[Oé exige que o tempo de concentração seja superior ao da Q[ó]. Adotando tE [Oé = 57 minutos, tem-se: i � 1192,985 × 100G,�H� (57 + 11,302)G,KL = 72,34 mm h Esse é o valor da intensidade de chuva no pré-desenvolvimento. • Vazão máxima (Q[Oé) Com todos os valores encontrados, a suposta vazão dessa bacia pré- desenvolvimento foi: Q[Oé = 0,278 × 0,47 × 72,34 × 0,77 = 7,28 mJ/s A partir desse momento tornou-se possível dimensionar o volume do reservatório através dos métodos. 5.2.3. Método de Baker, 1979 usando o Método Racional “McCuen,1998 cita o método de Baker que em 1979 usou o método racional com hidrograma triangular para a entrada e para a saída, sendo que o pico da saída, fica na perna descendente do triângulo de entrada” (Tomaz, 2010). A fórmula do método se dá por: _` _aó` = 1 − b (5) Onde: V] = Volume do piscinão (m³). 60 V[ó] = Volume do Runoff do escoamento (m³). α = efgéefóh V[ó] = Q[ó] × tE [ó] α = 7,28 mJ/s14,70 mJ/s = 0,495 V]V[ó] = 1 − 0,495 ∴ V]V[ó] = 0,505 V[ó] = 14,70mJ s × 47 min × 60 s = 41454 mJ O volume que o reservatório armazenará é: V] = 0,505 × 41454 m³ = 20934,27 mJ 5.2.4. Método de Abt e Grigg, 1978 usando o Método Racional “McCuen,1998 cita o método de Abt e Grigg que usa o método racional com hidrograma triangular para a entrada e saída” (Tomaz, 2010). A equação do método é: _` _aó` = (1 − b)² (6) Onde: V] = Volume do piscinão (m³). V[ó] = Volume do Runoff do escoamento (m³). α = efgéefóh V[ó] = Q[ó] × tE [ó] α = 7,28 mJ/s14,70 mJ/s = 0,495 61 V]V[ó] = (1 − 0,495)² ∴ V]V[ó] = 0,255 V[ó] = 14,70m J s × 47 min × 60 s = 41454 mJ O volume que o reservatório armazenará é: V] = 0,255 × 41454 m³ = 10570,77 mJ 5.2.5. Método de Kessler e Diskin, 1991 “Mays,1999 cita o método de Kessler e Diskin,1991 no capítulo 14.85 do livro Hydraulic Design Handbook, que supõe que a área da superfície do reservatório seja constante. A grande vantagem é que o método tem aplicação para orifícios e para vertedores” (Tomaz, 2010). A fórmula do método para um único vertedor se dá por: _` _aó` = 0,932 − (0,792 × b) (7) Sendo essa fórmula válida para 0,2 < b < 0,9. Onde: V] = Volume do piscinão (m³). V[ó] = Volume do Runoff do escoamento (m³). α = efgéefóh V[ó] = Q[ó] × tE [ó] α = 7,28 mJ/s14,70 mJ/s = 0,495 0,2 < 0,495 < 0,9 V]V[ó] = 0,932 − (0,792 × 0,495) ∴ V]V[ó] = 0,54 62 V[ó] = 14,70m J s × 47 min × 60 s = 41454 mJ O volume que o reservatório armazenará é: V] = 0,54 × 41454 m³ = 22385,16 mJ Já a fórmula do método para um único orifício se dá por: _` _aó` = 0,872 − (0,861 × b) (8) Sendo essa fórmula válida para 0,2 < b < 0,9. Onde: V] = Volume do piscinão (m³). V[ó] = Volume do Runoff do escoamento (m³). α = efgéefóh V[ó] = Q[ó] × tE [ó] α = 7,28 mJ/s14,70 mJ/s = 0,495 0,2 < 0,495 < 0,9 V]V[ó] = 0,872 − (0,861 × 0,495) ∴ V]V[ó] = 0,45 V[ó] = 14,70m J s × 47 min × 60 s = 41454 mJ O volume que o reservatório armazenará é: V] = 0,45 × 41454 m³ = 18654,30 mJ 5.2.6. Método do Volume de Controle 63 Tucci (s.d), citado por Tomaz (2002), diz que é utilizado o volume de controle para pequenas áreas, isto é, < 1km² (100ha). A equação do método é a seguinte: V = (Ql − QQ) × t (9) Onde: V = volume (m³). Ql = vazão pós-desenvolvimento (m³/s). QQ = vazão pré-desenvolvimento (m³/s). t = duração do tempo de concentração do pós-desenvolvimento (min). O volume que o reservatório armazenará é: V = m14,70mJs − 7,28 mJ s n × 47 min × 60 s = 20924,40 mJ 5.2.7. Método Racional McCuen (1998), citado por Tomaz (2010), afirma que o dimensionamento pelo Método Racional é o mais fácil de se utilizar, devido à popularidade do mesmo, usando o conceito de pré-desenvolvimento e pós-desenvolvimento. O método é dado pela seguinte equação: V] = 0,5 × (Q[ó] − Q[Oé) × to (10) Onde: V] = volume do piscinão (m³). Q[ó] = vazão de pico no pós-desenvolvimento (m³/s). Q[Oé = vazão de pico no pré-desenvolvimento (m³/s). tE = tempo de concentração (min). to = 3 × tE Considerou-se o tE do pós-desenvolvimento, pois o reservatório proposto tem o objetivo de armazenar todo volume de água proveniente da bacia atual, ou seja, já desenvolvida. Dessa forma, o volume que o piscinão irá armazenar é: 64 V] = 0,5 × m14,70m J s − 7,28 mJ s n × 3 × 47 min × 60 s = 31386,60 m³ 5.3. Comparação dos resultados Os resultados dos volumes pelos métodos estão expressos na Tabela 2. Tabela 2 - Resultados dos métodos Método Volume Baker V = 20934,27 mJ Abt e Grigg V = 10570,77 mJ Kessler e Diskin VEN� pPORPqNO = 22385,16 mJ e VEN� NO�síE�N = 18654,30 mJ Volume de Controle V = 20924,40 mJ Método Racional V = 31386,60 m³ Fonte: Próprio autor. Nota-se uma grande diferença do volume calculado entre o método de Abt e Grigg e Método Racional e os outros três métodos. Já os métodos de Baker, Kessler e Diskin e Volume de Controle não apresentaram diferenças significativas entre eles, comparando-os aos métodos de Abt e Grigg e Racional. “O grande problema que tem o projetista de reservatório de detenção é usar um método que seja aceito pela maioria dos especialistas no assunto” (TOMAZ, 2010). O autor ainda comenta que não existe, no Brasil, uma recomendação de métodos, mas há uma liberdade de sugestão para se utilizar o Método Racional com to = 3 × tE para bacias com área de até 3km². Dessa maneira, deduz-se que nenhum dos métodos aplicados estão errados e que os resultados encontrados através deles estão corretos. Porém é difícil fazer qualquer escolha aleatória, sem base em nenhum parâmetro. Optou-se então por seguir a sugestão apontada pela bibliografia, assim o volume de armazenamento escolhido para o reservatório foi o valor obtido pelo Método Racional: V = 31386,60 m³ 65 5.4. Dimensões do reservatório Através do software Global Mapper foi possível encontrar a profundidade que o reservatório precisa dispor para ser capaz de armazenar o volume definido, já que o valor da área é conhecida. No entanto, essa profundidade foi obtida por tentativas. Tentou-se com 1 e 2 metros, não sendo suficiente o volume, mas somente na tentativa com 3 metros de profundidade o volume necessário foi atingido (Figuras 66 e 67). Figura 66 - Tentativa com 3 metros de profundidade Fonte: Blue Marble Geographics (2017) Figura 67 - Resultado do volume para uma profundidade de 3 metros Fonte: Blue Marble Geographics (2017) 66 A Figura 67 apresenta o resultado do volume da área definida, sendo de aproximadamente 32.297,51 m³. Assim essa área de 10.240 m² com 3 metros de profundidade conseguirá armazenar o volume solicitado. Essa consideração foi feita pensando num reservatório de paredes verticais, para facilitar a observação das dimensões, porém nada impede que o reservatório seja construído com paredes inclinadas, com ou sem arquibancadas, gramadas ou não, como mostrado no exemplo anterior (Figura 61), que é o modelo desejado. 67 6. RECOMENDAÇÕES E CONCLUSÃO A tubulação atual que abrange toda área da bacia contribuinte seria inadequada para o funcionamento do reservatório, pois outrora foi mencionado os problemas atuais, como a ineficiência do sistema de drenagem. Quanto ao modo como ocorrerá a retirada dessa água, é indicado que seja por sistema de bombeamento, pois o nível da bacia de detenção se situará abaixo do nível do curso d’água. Sendo assim, caso exista o interesse de prosseguir com o desenvolvimento desse tema, sugere-se que seja realizado um dimensionamento de uma nova rede de tubulação, para atender a demanda atual, da vazão que será bombeada e inclusive do tipo de bomba que será utilizada, afim de se obter um escoamento pluvial conveniente para o funcionamento adequado do reservatório de detenção. Em relação a localização do reservatório se situar em uma APP, recomenda- se que todos os trâmites sejam procedidos de forma a garantir que toda a população seja beneficiada, pois trata-se de uma obra de utilidade pública e de uso comum, e que haja a continuidade da preservação da área. Com base no estudo bibliográfico realizado e na demonstração de dados e cálculos para uma análise mais efetiva sobre a área em estudo, o resultado esperado foi alcançado. Desse modo, pode-se afirmar que é tecnicamente viável a implantação de uma bacia de dissipaçãono local escolhido do bairro, tornando-se uma alternativa para mitigar os efeitos causados pela ação de um evento de alta intensidade, bem como reduzir a vazão de pico e consequentemente favorecer a população que se reside no local e a jusante. Vale lembrar também que tal empreendimento amenizará somente um problema pontual e a jusante, sendo assim é sugerido que outras obras similares a esta sejam estudadas para outros locais do bairro. 68 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Projeto técnico: reservatórios de detenção. [S.l]: ABCP, s.d. BLUE MARBLE GEOGRAPHICS. Global Mapper, versão 18.2.0. Blue Marble Geographics, 2017. Conjunto de programas. BORGES, J. Q. 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