analise rede de drenagem urb

4 de Dezembro de 2013 ISSN 2237-8219

ANLISE DE REDE DE DRENAGEM URBANA: estudo de caso de um trecho da Avenida Nildo Ribeiro da Rocha

Rafael Cassimiro Barbosa 1

Christopher Yuity Kuroda 2

Paulo Fernando Soares 3

Doralice Ap. Favaro Soares 4

RESUMO

Tendo em vista toda a problemtica gerada pelos alagamentos das ruas em dias de chuvas intensas, nota-se a importncia de um bom planejamento urbano associado ao plano diretor local, de forma que se antecipem s futuras ocupaes e aos diversos usos de solo, como estabelecido no plano diretor. Dessa forma, o projetista poder dimensionar o sistema de infraestrutura, como uma rede de drenagem de guas pluviais que consiga atender as necessidades previstas para as futuras ocupaes. Este trabalho tem como objetivo analisar uma rede de drenagem de guas pluviais de um trecho da Avenida Nildo Ribeiro da Rocha na cidade de Maring/PR, onde foram constatados pontos de alagamentos em dias de chuvas intensas. As anlises constaram da verificao dos pontos da rede que esto sobrecarregados, dos pontos de alagamento e de quais condutos esto com velocidade de fluxo acima do recomendvel, verificando assim a situao atual da rede de drenagem quanto a sua capacidade de suportar a solicitao da regio. Para tal anlise foram utilizadas informaes de arquivos digitais obtidos junto prefeitura do municpio e tambm observaes locais nas reas de abrangncia do trecho em estudo, alm do uso do software Storm Water Management Model - SWMM - para simulao da rede. Aps a anlise, verificou-se que o projeto implantado se encontra deficitrio na simulao para os parmetros mnimos de projeto.

Palavras-chave: Drenagem urbana. SWMM. Galerias pluviais. guas pluviais.

1 Acadmico do Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Maring-UEM, Departamento de

Engenharia Civil-DEC, [email protected] 2 Acadmico do Programa de Ps-Graduao de Engenharia Urbana-PEU, Universidade Estadual de

Maring-UEM, [email protected] 3 Prof. Dr. Paulo Fernando Soares, Universidade Estadual de Maring-UEM, Departamento de Engenharia

Civil-DEC, [email protected] 4 Profa. Dra. Doralice Ap. Favaro Soares, Universidade Estadual de Maring-UEM, Departamento de

Engenharia Civil-DEC, [email protected]

III Seminrio de Engenharia Civil da UEM 2

1. INTRODUO

Com o crescimento das cidades e consequentemente a impermeabilizao dos solos, fez-se necessrio resolver a questo das guas de chuva que se acumulavam nas reas impermeveis. Neste sentido, por volta do sculo XIX, na cidade de Paris (Frana), as gua de chuva escoavam em canais abertos, diretamente ao Rio Sena e para a coleta dos esgotos foi construda a primeira rede, denominada Tout gout. Com esta ideia de se coletar os esgotos a as guas pluviais e lev-las para locais onde no influenciassem a urbanizao, surgiu o conceito higienista. A coleta separada dos esgotos e das guas pluviais deu origem ao sistema separador absoluto, onde os esgotos correm por uma rede e as guas pluviais por outra. Uma vez consolidado, este conceito comeou a se espalhar pelo mundo, no Brasil chegou no final do sculo XIX, atravs do Engenheiro Saturnino de Brito, o qual projetou as redes de coleta de esgotos e de guas pluviais na cidade de Santos-SP. No incio do sculo XX, passou a ser norma para as cidades brasileiras, o uso do sistema separador que antes era o sistema unitrio. Posteriormente surge o Conceito Ambiental para as redes de drenagem urbana, no qual o conceito higienista foi ampliado dentro de um contexto de preservao ambiental.

No Brasil, o conceito higienista, mesmo sendo simples, tem sido mal empregado em decorrncia de falta de recursos, mau dimensionamento, manuteno precria do sistema, elevado processo de urbanizao e desordenado processo de ocupao do solo, o que tem agravado ainda mais os problemas de drenagem urbana.

A cidade de Maring, assim como muitas cidades do Brasil sofre com os problemas associados drenagem urbana, a cidade passa por um processo de urbanizao intenso, os impactos da urbanizao podem ser observados nos dias de chuvas intensas, isso decorre da expanso sem planejamento adequado e sem melhorias nas redes existentes que, por vezes, recebem esse acrscimo na vazo das expanses da rede de drenagem.

Um dos problemas mais observados nesse caso o transbordo das bocas-de-lobo nas ruas, que causa diversos transtornos aos usurios da via e populao local. Os transtornos podem ser a desvalorizao imobiliria no local, acidentes de transito, proliferao de doenas, entre outros.

Tendo em vista essa problemtica, este trabalho prope analisar um trecho que sofre com os problemas de alagamento em dias de chuvas. O trecho estudado situa-se na Avenida Nildo Ribeiro da Rocha entre as intersees com as vias Rua Bahia e Avenida Carlos Borges.

2. DESENVOLVIMENTO

O Brasil est em desenvolvimento, possuindo assim muitas cidades com elevado crescimento, uma destas cidades Maring, no estado do Paran. Os problemas de alagamentos e inundaes nas cidades em crescimento consequncia do processo de urbanizao, isso ainda mais agravado quando ocorre de forma desordenada, visto que as reas permeveis mnimas indicadas em projeto dificilmente so mantidas. As redes de drenagem das guas pluviais se apresentam de forma crucial para evitar ou amenizar esses problemas. O planejamento urbano deve levar em considerao o crescimento urbano acelerado, para que as redes de drenagem possam operar sem maiores problemas. Em redes antigas, que possam apresentar problemas, importante prever ampliaes.

As redes de drenagem urbana de guas pluviais devem ser parte constituinte de um bom planejamento urbano, que seja capaz de antecipar o crescimento, alm de ganhar ateno nos Planos Diretores das cidades. Os Planos Diretores devero fornecer o embasamento, junto com o estudo das caractersticas do local, para o necessrio dimensionamento das redes drenagens pluvial.

Segundo Tucci (2005), grande parte dos engenheiros que atuam, esto desatualizados na viso ambiental, impactando o ambiente com excesso de reas impermeveis que consequentemente


provocam o aumento da temperatura, inundaes e poluio. Com isso, percebe-se que os problemas so causados por insuficincia ou mau dimensionamento dessas redes de drenagem. Esses tipos de projeto geralmente apresentam deficincias, por vezes decorrentes da concepo inadequada dos profissionais de engenharia para o correto planejamento e controle dos sistemas.

O surgimento do Conceito Ambiental para as redes de drenagem urbana, trouxe o conceito higienista ampliado para admitir solues alternativas e complementares para evacuao das guas pluviais dentro de um contexto de preservao ambiental. O conceito ambiental prope solues focadas na questo ambiental, ligada aos impactos da elevao dos picos de vazo e da poluio difusa carreada para os corpos hdricos, e no apenas estrutural, evitando assim problemas comumente vistos em obras que adotaram o conceito higienista. Por exemplo: para evitar o problema do elevado fluxo de gua, existem obras de reteno como os piscines, que armazenam parte das guas da chuva durante o pico, que servem para reduzir a vazo e a velocidade, fazendo com que o escoamento chegue com menor intensidade jusante, evitando problemas de eroses (TOMASI, 2008).

Alm disso, existem formas de diminuir o escoamento superficial, atravs de pavimentos permeveis e/ou valas de infiltrao, diminuindo assim a quantidade de gua escoada. Por ltimo, o conceito ambiental prope que as guas pluviais devem ser tratadas antes de serem lanadas ao corpo receptor, pois a mesma pode ser to poluidora quanto o esgoto, devido poluio presente nas vias, bocas-de-lobo e at mesmo nos dutos condutores (TOMASI, 2008).

A diferena entre os dois conceitos - conceito higienista e ambiental - est na forma de lidar com a gua da chuva, em que o conceito higienista apenas soluciona o problema local, ao captar a gua precipitada e canaliz-la para um ponto a jusante, sem se preocupar com os possveis impactos no corpo receptor, a jusante, como as eroses devido ao escoamento que chegam uma velocidade altssima, gerando problemas ambientais na rea.

A dificuldade de utilizao no Brasil do conceito ambiental o alto custo e a difcil implantao, pois exige conhecimentos multidisciplinares para ser implantado. Alm disso, o conceito higienista simples de executar, partindo-se da ideia de que toda gua circulante deve ir rapidamente para o sistema de captao, evitando insalubridades e desconforto a populao local, por isso o mais utilizado at hoje (TOMASI, 2008).

Essa prtica de se livrar rapidamente das guas pluviais se apresentou de forma satisfatria at o aumento das chuvas intensas e o aumento da urbanizao que trouxe a impermeabilizao do solo atravs de telhados, ruas e caladas, a gua que antes infiltrava no solo, em lotes sem construes, passa a escoar pelos condutos de drenagem, junto ao volume de gua que j escoava, fazendo com que ocorra um aumento do escoamento superficial, exigindo assim maior capacidade de escoamento.

Alm disso, com a urbanizao h o aumento de resduos slidos produzidos pela populao, que por vezes do destinos incorretos a esses resduos. Isso agravado em ocupaes irregulares em que o municpio no oferece um sistema de coleta de resduos eficiente, fazendo com que a gua escoada nas ruas, arraste o lixo despejado de forma incorreta, causando entupimentos nos dutos, reduzindo a capacidade de drenagem, e ainda contaminando a gua pluvial escoada (TUCCI, 2005). Esse aumento de escoamento superficial eleva a capacidade de transporte dos resduos slidos para a rede de drenagem, fazendo com que as bocas-de-lobo e dutos fiquem obstrudos e comecem a inundar as ruas.

Outro fator que provoca inundaes a m execuo do projeto de rede de drenagem das guas pluviais. O projeto conta com declividades constantes e dutos condizentes com os valores de vazo de projeto, no entanto, na hora de execut-lo, as empresas seguem a declividade das vias, que apresentam alteraes ao longo dos trechos e estas mudanas de declividade podem causar ressaltos hidrulicos ou escoamentos forados, causando assim as inundaes. Existe, alm disso, a instalao de tubulaes inferiores s projetadas.


3. METODOLOGIA

O estudo de caso se deu em um trecho da Avenida Nildo Ribeiro da Rocha, na cidade de Maring-PR. Primeiramente, foi necessria a obteno, junto prefeitura do municpio, de um arquivo digital do projeto de galerias pluviais da cidade. No arquivo foi possvel identificar o trecho em estudo e obter dados como dimetro, comprimento dos tubos, a posio das bocas-de-lobo e dos poos de visita. Realizaram-se algumas visitas ao local, para certificar a posies das bocas-de-lobo, dessa forma notou-se que algumas bocas-de-lobo no trecho no estavam indicadas no projeto.

A partir dessas informaes o estudo passou a ser feito atravs do software Google Earth, no qual foi possvel identificar o trecho em estudo. Com a identificao da rea, o arquivo cedido pela prefeitura, com as galerias e a topografia do terreno, identificou-se redes fora do trecho proposto inicialmente, que acabavam interligando-se rede principal antes de lanar a gua para o exutrio (neste caso, o crrego Clepatra), portanto o trecho a ser analisado neste trabalho foi alterado (Figura 1).

Figura 1 Redes separadas por cores, as linhas vermelhas representam o trecho 1 e o azul trecho 2 em funo das reas de contribuio, com identificao dos principais locais de

alagamento

Fonte: Google Earth

Mesmo nos trechos no pontuados como crticos, a gua da chuva apresenta um lamina dgua elevada na Avenida Nildo Ribeiro da Rocha (Figura 4), a lamina presente nas sarjetas quase ultrapassava as guias.

Levantado os dados tcnicos e as visitas a campo, iniciou-se a utilizao do software para as simulaes, das redes dos Trechos 01 e 02, no programa Storm Water Management Model (SWMM). Inicialmente foram delimitadas as reas de contribuio, caracterizadas a rea das sub-bacias e inseridas a rede coletora de guas pluviais e os pontos de coleta. Em relao ao modelo de projeto para captao e demais componentes do sistema de galerias pluviais, adotou-se um sugerido pela Secretaria Municipal de Servios Pblicos da cidade de Maring. As cotas geomtricas das bocas-de-lobo, caixas de ligao e poos de visita foram obtidas atravs do software Google Earth, e com o projeto das redes de guas pluviais, para caracterizao e identificao da posio dos componentes existentes.

Em trechos planos, adotou-se a inclinao de 2,00%, valor este utilizado pela Prefeitura do Municpio de Maring, atendendo as exigncias da SAOP local, a qual exige uma inclinao maior que 1,00% (TOMASI, 2008). Em trechos no planos, a inclinao adotada a mesma da via, pois desta maneira que so executados as tubulaes de acordo com a prefeitura local, devido ao fato que tal mtodo construtivo evita grandes cortes de terra e torna mais fcil a execuo, sempre


obedecendo ao cobrimento mnimo de 1,00 m. de terra sobre o tubo, valor este que atende as exigncias da SAOP local, a qual exige um cobrimento mnimo de 0,90 m. (TOMASI, 2008).

O coeficiente n de Manning adotado na rede foi de 0,015, isso em decorrncia dos tubos de concreto e j ter sido implantado h, pelo menos, 10 anos, tornando-se uma superfcie regular.

O modelo hidrolgico de clculo da vazo em funo da rea das sub-bacias utilizado pelo programa SWMM o mtodo Racional. A aplicao deste mtodo recomendvel para reas menores que 2,00 km, este fato permite simular a rede do trecho em estudo, pois, a rea desta menor que o valor. Para clculo das reas das sub-bacias foi utilizado outro arquivo obtido na prefeitura, que o zoneamento junto diviso dos lotes (terrenos) da cidade de Maring, obtendo assim a rea dos terrenos presentes nas reas de contribuies na unidade de hectares (ha).

O coeficiente de Runoff esperado na simulao em torno de 0,95, valor este de acordo com a rea em estudo, h a predominncia de edificao, onde o revestimento predominantemente de cobertura impermevel, alm da porcentagem de solo impermevel nas sub-bacias adotado de 90%, em funo da norma da prefeitura que exige uma rea mnima permevel de 10% do terreno.

O perodo ou tempo de retorno da chuva adotado foi de 5 anos, valor este sugerido pela CETESB (Companhia Ambiental do Estado de So Paulo) para microdrenagem. Utilizou-se a equao da intensidade de chuva em funo do tempo de retorno de 5 anos e durao de 5 minutos, o que representaria uma chuva de alta intensidade, obtm-se uma precipitao de aproximadamente 155,5 mm/h.

Foram feitas duas simulaes de chuvas distintas, uma com os 155,5 mm/h e em decorrncia das mudanas climticas globais e locais, que tendem a intensificar os eventos extremos, sero acrescidos no valor da precipitao uma taxa de 25%.

Regionalmente, observou-se que alguns municpios do estado do Paran tm apresentado uma acelerao do ciclo hidrolgico desde o incio da dcada de 70, o que pode ser constatado atravs do aumento da frequncia de chuvas intensas, do aumento das vazes mdias e da ocorrncia de estiagens com maior durao. (Silva; Guetter, 2003).

3. RESULTADOS E DISCUSSO

Os pontos identificados, Ponto 1 ao 3 (Figura 1), apresentam maior lamina de gua (Figura 2 e 3), ou sej, onde os problemas podem ser notados com facilidade. As bocas-de-lobos do local (Figura 3B e 4B) no suportam o elevado escoamento superficial (Figura 4).

No trecho 1, a simulao que utilizou os 155,50 mm de chuva, a precipitao escoada foi de 152,61 mm, concluindo que quase toda gua precipitada escoada e colhida pela rede, tendo uma perda por infiltrao de apenas 3,13 mm. Dentro destes resultados os condutos com maior instabilidade de fluxos foram logo a montante do Ponto 1 de alagamento (Figura 1). O trecho que logo a montante da rotatria e o trecho a jusante dela. Foi constatado que o Ponto 1 e 2 passaram 90% do tempo sobrecarregados durante a simulao da chuva. A sobrecarga dos ns ocorre quando a gua ultrapassa a geratriz superior do conduto mais alto, causando a inundao daquele n. A velocidade do escoamento se apresentou dentro das recomendaes da norma.

A rede coletora do Ponto 1, trabalha com 88% da capacidade no perodo da chuva, isso justifica o alagamento provocado nas bocas-de-lobo montante e a jusante. O exutrio da rede fica com 95% da capacidade utilizada durante o tempo da chuva. O Ponto 2, passa o tempo com 93% da capacidade limitada.


Figura 2 Foto tiradas no trecho 1, Ponto 1 A Escoamento superficial elevado; B Boca-de-lobo com sinais de alagamento.

Figura 3 Foto tiradas no trecho 2 A Escoamento superficial elevado; B Boca-de-lobo com sinais de alagamento.

Figura 4 Foto tiradas na Avenida Nildo Ribeiro da Rocha fora dos pontos crticos

O cenrio 2 consiste na chuva de 194,4 mm, a precipitao escoada foi de 191,49 mm, assim como no primeiro modelo a gua praticamente toda escoada. Os mesmos trechos apresentaram instabilidades, com o acrscimo de um novo ponto a montante da rotatria. Em relao sobrecarga dos ns foram acrescidos mais dois, dessa seis novos pontos de alagamentos existiriam nesta

A B

A B


hiptese, e dois dos pontos sobrecarregados no anterior estariam com 18% de acrscimo ao cenrio anterior. A rede coletora de modo geral acresceu 2% em relao simulao anterior, dessa forma os 88%, 95% e 93% subiram para 90%, 97% e 95% respectivamente.

No ponto de alagamento 1, pertencente ao trecho 1, houve uma inundao volumosa na caixa de ligao e outra menor em outra caixa de ligao, alm de uma inundao pequena nas bocas-de-lobo. O fato coincide com o registrado no dia da visita ao campo, j que quando h a inundao da caixa-de-ligao, ocorre o alagamento pelas bocas-de-lobo mais prximas e pelo volume inundado na caixa de ligao, essa gua transbordada e tenta entrar novamente na rede pelas bocas-de-lobo seguintes, as quais esto ligadas na caixa de ligao com menor sobrecarga, fazendo com que tais bocas-de-lobo fiquem cheias e transbordem ainda mais, resultando nos alagamentos registrados para aquele ponto.

No trecho 2, cenrio 1, a precipitao total foi de 155,50 mm, o valor escoado foi de 152,77 mm. Os condutos com maior instabilidade de fluxos foram o conduto que est ligado na caixa de ligao do Ponto 3 de alagamento (Figura 1) e o conduto que est montante do Ponto 3.

A boca-de-lobo no Ponto 3 de alagamento, est sobre efeito de sobrecarga 77% do perodo chuvoso. Alm dela, uma das caixas de ligao quase montante do ponto de alagamento apresenta efeitos de sobrecarga 78% do perodo chuvoso. Por fim, montante do Ponto 3 na Av. Nildo Ribeiro da Rocha, a caixa de ligao apresenta-se sobrecarregada 57% do perodo chuvoso.

No instante 0:50 min o mais crtico do perodo chuvoso, referente a inundao dos ns. Trs pontos apresentam uma inundao significativa e durante mais da metade do perodo chuvoso.

Em diversos condutos pode-se observar uma velocidade de escoamento acima do recomendvel, que de 6,0 m/s. (TOMASI, 2008). Os conduto que apresentaram essas velocidades so a sada da rede para o exutrio, trata-se da galeria da Rua So Salvador (paralela a Av. Nildo Ribeiro da Rocha), o conduto que est sob o Ponto 3 de alagamento e os condutos logo montante.

O conduto que liga uma das bocas-de-lobo do Ponto 3 sua caixa de ligao, trabalha com a capacidade limitada 75% durante toda chuva. J o conduto que est sob o Ponto 3, funciona sobrecarregado 55% do tempo chuvoso.

O segundo cenrio para o trecho dois foi com precipitao total de 194,40 mm, a escoada foi de 191,68 mm. Os condutos com instabilidade de fluxo foram acrescidos de dois novos trechos e houve a estabilizao de dois trechos. Os condutos que apresentam essa instabilidade se encontram sob o ponto de alagamento Ponto 3, justificando o alagamento. O Ponto 3 teve um acrscimo no volume inundado em relao ao cenrio anterior, e novos pontos de alagamento surgiram pela sobrecarga sofrida nos condutos.

Os condutos de ligao entre uma das bocas-de-lobo e caixa de ligao no Ponto 3 e o conduto sob o mesmo ponto tiveram seu tempo com capacidade limitada aumentado consideravelmente em relao simulao para o cenrio 1 (8% e 18%), fazendo com que ambos trabalhassem mais de 70% do tempo da chuva com sua capacidade de fluxo limitada.

Depois de simulados os dois trechos para os cenrios propostos, notou-se que em ambos os trechos, o cenrio 2 foi o que apresentou resultados mais crticos e notrios, como maior volumes inundados, tempo de inundao, velocidade de fluxo nos condutos e tempo de operao dos condutos com sua capacidade limitada.

A rede analisada mostrou-se insuficiente para a simulao adotada, sendo ento necessrias melhorias e ampliaes na mesma, no apenas nos dimetros das tubulaes, mas tambm no projeto em questo, como previso da ocupao do solo. As tubulaes acompanham a declividade das vias, para facilitar a execuo da rede, porm como as vias mudam sua declividade constantemente, fator este indesejado para tubulaes, estas mudanas de declividades podem contribuir para os alagamentos devido aos ressaltos hidrulicos e, consequentemente, escoamentos forados causados por elas.

As ampliaes das redes, como dito anteriormente, vo alm da mudana de dimetro das tubulaes, devido ao fato de que este tipo de mudana iria de acordo somente com o conceito


higienista, onde sua principal crtica se d na no soluo do problema no local e apenas o transporte de tal problema jusante. Levando-se em conta esta crtica, tornam-se necessrias mudanas alternativas para a rede, seguindo o conceito ambiental, em que para diminuir a velocidade de fluxo das tubulaes, alm de aumentar os dimetros destas, pode-se implantar bacias de deteno como dissipadores de energia em pontos estratgicos, para que em horrios de pico estas bacias amorteam o escoamento.

Notou-se no trecho 2 na tubulao que transporta a gua pluvial para o exutrio uma velocidade acima do recomendvel. Este fato pode ser tratado com a implantao de um dissipador de energia na sada desta tubulao, de forma a diminuir a velocidade dgua que chega ao crrego Clepatra, evitando maiores danos ambientais. Alm disso, para combater os problemas de impermeabilidade das sub-bacias e do pavimento asfltico, pode-se pensar em obras como valetas permeveis no decorrer das caladas, diminuindo assim o escoamento superficial.

Por fim, com a implantao das obras citadas anteriormente, juntamente com a ampliao dos dimetros da rede, possvel executar uma galeria de guas pluviais capaz de suportar esta chuva pesada simulada, trabalhando dentro dos limites recomendados, com bom desempenho e o principal, sem trazer prejuzos populao. Alm disso, tendo em vista toda a problemtica estudada, fica mais evidente a necessidade de um bom planejamento urbano quanto a uso e ocupao do solo em reas que no possuem redes de drenagem de guas pluviais, para evitar os problemas comentados neste trabalho e consequentemente evitar custos indesejveis para ampliao e melhoria das redes de galerias pluviais.

CONCLUSO

As redes de drenagem urbana analisadas mostram-se com deficincia para a atual rea impermevel contribuinte, apresentando problemas de alagamentos e transbordo. Tendo em vista esses problemas, essencial realizar melhorias para soluciona-los. Alm disso, existe a necessidade de um bom planejamento urbano das redes de guas pluviais devem ser parte constituinte de um bom planejamento urbano, que seja capaz antecipar o crescimento, alm de ganhar ateno nos Planos Diretores das cidades. Os Planos Diretores devero ainda contemplar implementao de polticas ambientais em reas urbanas, fornecer o embasamento, junto com o estudo das caractersticas do local, para o necessrio dimensionamento das redes drenagens pluvial.

REFERNCIAS

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