estudo e proposiÇÃo de critÉrios de projeto para

ESTUDO E PROPOSIÇÃO DE CRITÉRIOS DE PROJETO PARA IMPLANTAÇÃO DE

TÉCNICAS COMPENSATÓRIAS EM DRENAGEM URBANA PARA CONTROLE DE

ESCOAMENTOS NA FONTE

Anaí Floriano Vasconcelos

Dissertação de Mestrado apresentada ao

Programa de Pós-Graduação em Engenharia

Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de Mestre

em Engenharia Civil.

Orientadores: Marcelo Gomes Miguez

Elaine Garrido Vazquez

Rio de Janeiro

Maio de 2014





DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ

COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM

ENGENHARIA CIVIL.

Examinada por:

______________________________________________

Prof. Marcelo Gomes Miguez, D.Sc.

______________________________________________

Prof.ª Elaine Garrido Vazquez, D.Sc.

______________________________________________

Prof. José Paulo Soares de Azevedo, D.Sc.

______________________________________________

Prof. Marcos Nicolás Gallo, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

MAIO DE 2014

iii

Vasconcelos, Anaí Floriano

Estudo e proposição de critérios de projeto para

implantação de técnicas compensatórias em drenagem

urbana para controle de escoamentos na fonte/ Anaí

Floriano Vasconcelos. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE,

2014.

XV, 177 p.: il.; 29,7 cm.



Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de

Engenharia Civil, 2014.

Referências Bibliográficas: p. 170-177.

1. Técnicas compensatórias em drenagem urbana. 2.

Drenagem urbana sustentável. 3. Controle de escoamentos

na fonte. I. Miguez, Marcelo Gomes et al. II. Universidade

Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de

Engenharia Civil. III. Título.

iv

AGRADECIMENTOS

À sociedade brasileira, pela oportunidade de estudar em uma universidade pública de

ótima qualidade.

Aos meus orientadores, Prof. Dr. Marcelo Gomes Miguez e Prof.ª Dr.ª Elaine Garrido

Vazquez, pelo compartilhamento de tanto conhecimento, fundamental para a

elaboração deste trabalho.

À minha família, em especial à minha mãe, por ter me disponibilizado a melhor

formação e muitas das boas oportunidades que tive até hoje. Obrigada também pelo

apoio em todas as minhas escolhas.

Ao meu companheiro, Rodrigo, pela parceria e incentivo cotidianos.

À minha sogra, Fátima, por revisar meus textos, acreditar nas técnicas compensatórias

e adotá-las na própria casa, me ajudando a acreditar que a população pode sim aderir

e operar adequadamente as estruturas, beneficiando a sociedade como um todo.

Aos amigos, Andrea Aleixo, Andrea Bogea, Carolina Santiago, Rogerio Bandeira, Tami

Schulze e Vinícius Moutinho, que compartilharam comigo diversas angústias técnicas,

me ajudaram a pesquisar parâmetros e a discutir metodologias e resultados.

À Juliana Bahiense, que defendeu sua dissertação de mestrado sobre um tema

semelhante, a qual serviu de base em muitos aspectos para o meu trabalho, e se

disponibilizou a ajudar no que fosse preciso.

Aos amigos que sempre me incentivaram, para que eu não desistisse, apesar das

dificuldades.

Aos colegas de sala, que fizeram das disciplinas uma tarefa menos pesada.

Às empresas nas quais eu trabalhei durante o processo de formação do mestrado, que

me liberaram para cumprir os créditos das disciplinas e para todas as outras atividades

acadêmicas.

Simplesmente gratidão, por poder chegar até aqui, trabalhando com assuntos nos

quais eu acredito e que me motivam a continuar acreditando no ser humano. Espero

poder contribuir, nem que seja um pouquinho, com este processo de melhoria contínua

que é a vida em sociedade.

v

Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)





Maio/2014



Programa: Engenharia Civil

O processo de urbanização resulta em alterações no ciclo hidrológico, as quais

são, na maioria dos casos, prejudiciais à população. Para amenizar estes efeitos, as

técnicas compensatórias em drenagem urbana são um conceito que visa maior

sustentabilidade hidrológica no processo de expansão urbana. Um de seus princípios

é o controle do aumento dos escoamentos superficiais, oriundos da

impermeabilização, próximo a sua fonte geradora, de modo a preservar as

capacidades de armazenamento e infiltração naturais do terreno. Neste sentido, o

presente trabalho tem como objetivo apresentar o estado da arte de cinco técnicas

compensatórias, avaliar, através de modelagem computacional, o efeito da sua adoção

na escala de lote e da bacia hidrográfica e avançar com diferentes possibilidades de

concepção de projeto. A modelagem foi realizada para diversos cenários,

considerando a implantação das técnicas de forma isolada e combinada. Os

parâmetros propostos para as técnicas na modelagem visam verificar possibilidades

mais extremas para sua aplicação, de modo a disponibilizar dados para balizamento

de projetos reais. As chuvas avaliadas possuem variadas durações e intensidades,

facilitando, assim, a extrapolação dos resultados deste trabalho para bacias

hidrográficas de diferentes escalas. Este estudo pode, ainda, colaborar com

informações técnicas para a elaboração de políticas públicas de drenagem urbana

sustentável. Os resultados das simulações indicam potenciais benefícios na drenagem

urbana oriundos do uso de técnicas compensatórias no nível do lote, com maior

efetividade no controle dos impactos resultantes das menores chuvas de projeto.

vi

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

RESEARCH AND PROPOSAL OF DESIGN CRITERIA FOR THE IMPLEMENTATION

OF COMPENSATORY TECHNIQUES ON URBAN DRAINAGE TO CONTROL ON

SOURCE URBAN STORMWATER RUNOFF


May/2014

Advisors: Marcelo Gomes Miguez


Department: Civil Engineering

The urbanization process results in changes in the hydrological cycle, which

are, in most cases, detrimental to the population. In order to mitigate these effects,

compensatory techniques in urban drainage aims at increasing hydrological

sustainability in urban expansion processes. One of its principles is to control the

increase in surface flows, originated by soil sealing, close to its source, in order to

preserve storage and infiltration capacities of the natural terrain. In this sense, the

present work intents to present the state of the art of five compensatory techniques

and, through computer modeling, evaluate the effect of its adoption on site scale and at

the watershed scale, as well as discuss different design concepts. The modeling was

performed for different scenarios, considering the implementation of the techniques

isolated and combined. The parameters proposed for modeling of the techniques aim

to check the extreme possibilities for their application in order to make data available

for actual projects. The rainfalls have been evaluated for different durations and

intensities, thus facilitating the extrapolation of this study results for variable watershed

scales. This study can yet collaborate with technical information for designing public

policies for sustainable urban drainage. The modeling results point to potential benefits

on the urban drainage due to the compensatory techniques adoption at the lot scale,

with the terrain owner being capable to easily control the smaller design rainfalls.

vii

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 1

2. TÉCNICAS COMPENSATÓRIAS ..................................................................... 4

2.1 Reservatórios de Lote ................................................................................. 12

2.2 Jardins Rebaixados e Jardins de Chuva ..................................................... 31

2.3 Telhados Verdes ......................................................................................... 44

2.4 Pavimentos Permeáveis ............................................................................. 59

3. METODOLOGIA ............................................................................................. 68

3.1 Caracterização dos lotes............................................................................. 68

3.2 Chuvas de projeto ....................................................................................... 72

3.3 Método chuva-vazão ................................................................................... 75

3.4 Cenários de simulação ............................................................................... 76

4. RESULTADOS DOS CENÁRIOS DE TÉCNICAS INDIVIDUAIS ..................... 77

4.1 Cenário 0 – Situação natural ....................................................................... 78

4.2 Cenário 1 – Ocupação convencional ........................................................... 80

4.3 Cenários 2 – Reservatório de lote ............................................................... 82

4.4 Cenários 3 – Jardim rebaixado ................................................................... 92

4.5 Cenários 4 – Telhado verde ...................................................................... 100

4.6 Cenários 5 – Pavimento permeável .......................................................... 104

4.7 Cenários 6 – Jardim de chuva .................................................................. 110

4.8 Análise das simulações com técnicas individuais...................................... 116

5. RESULTADOS DOS CENÁRIOS DE TÉCNICAS COMBINADAS ................ 123

5.1 Cenários 7 – Telhado verde e jardim rebaixado ........................................ 124

5.2 Cenários 8 – Telhado verde e reservatório de lote .................................... 134

5.3 Cenários 9 – Jardim rebaixado e reservatório de lote ............................... 140

5.4 Cenários 10 – Telhado verde, jardim rebaixado e reservatório de lote ...... 148

5.5 Cenários 11 – Jardim de chuva e pavimento permeável ........................... 151

5.6 Cenários 12 – Jardim rebaixado e pavimento permeável .......................... 155

5.7 Análise das simulações com técnicas combinadas ................................... 158

6. CONCLUSÕES ............................................................................................. 163

7. REFERÊNCIAS ............................................................................................. 170

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Impactos da urbanização no ciclo hidrológico (VARGAS, 1999)................... 4

Figura 2 – Exemplo de minimização de vazão pluvial destinada à rede pública de

águas pluviais (ASCE, 1992). ....................................................................................... 9

Figura 3 – Reservatório para água de chuva que capta o escoamento de todo o lote

(máximo volume possível), porém sem preocupação com a qualidade da água

armazenada (WATERFALL, 2002). ............................................................................. 17

Figura 4 – Reservatório para água de chuva com gradeamento, caixa de decantação e

cloração para utilização da água para fins não potáveis diretamente do reservatório

(OLIVEIRA et al, 2012). .............................................................................................. 18

Figura 5 – Sistema de armazenamento de água de chuva com dois reservatórios:

caixa d`água para uso para fins não potáveis e reservatório vazio para detenção em

eventos chuvosos (FENDRICH, 2002). ....................................................................... 19

Figura 6 – Esquema de coleta e armazenamento de água de chuva com reservatório

de auto-limpeza (TOMAZ, 2009). ................................................................................ 21

Figura 7 – Exemplo de hidrogramas afluente e efluente de um lote com reservatório

para águas pluviais. .................................................................................................... 22

Figura 8 – Componentes básicos de um reservatório para armazenamento de águas

pluviais (HASTINGS, 2014). ....................................................................................... 24

Figura 9 – Gráfico representativo do método das chuvas para dimensionamento de

estruturas de armazenamento (Baptista et al, 2005) ................................................... 27

Figura 10 – Curva das alturas de precipitação acumuladas em um ano (BAPTISTA et

al, 2005). ..................................................................................................................... 28

Figura 11 – Curvas para determinação da altura específica (BAPTISTA et al, 2005). . 28

Figura 12 – Jardim que recebe o escoamento do telhado de uma residência

(WATERFALL, 2002)................................................................................................... 32

Figura 13 – Corte sistemático de um jardim de chuva (GHERTNER, 2009). ............... 32

Figura 14 – Jardim de chuva com estratificação horizontal (FCTH & ABCP, 2013). .... 33

Figura 15 – Exemplo de jardim de chuva com dreno (DIETZ & CLAUSEN, 2005 –

adaptado). .................................................................................................................. 34

Figura 16 – Infiltrabilidade em função da umidade inicial do solo (HILLEL, 1998). ...... 37

Figura 17 – Representação da dependência do tempo para a taxa de infiltração no solo

ix

(HILLEL, 1998). .......................................................................................................... 37

Figura 18 – Representação da influência do tempo e da intensidade da chuva para a

taxa de infiltração em um solo arenoso. Os números próximos às curvas equivalem a

intensidade da chuva e a linha tracejada representa a infiltração em caso de

inundação (HILLEL, 1998). ......................................................................................... 38

Figura 19 – Camadas típicas de um telhado verde (BERNDTSSON, 2010). .............. 44

Figura 20 – Exemplo de telhado verde extensivo, em Hannover-Bothfeld – Alemanha

(MINKE, 2003). ........................................................................................................... 45

Figura 21 – Exemplo de telhado verde intensivo, em Uelzen – Alemanha. ................. 45

Figura 22 – Exemplo de hidrograma gerado de entrada e saída de um telhado verde

(BERNDTSSON, 2010). .............................................................................................. 48

Figura 23 – Perfuração por raízes de superfícies impermeabilizadas com betume e

PVC, respectivamente (MINKE, 2003). ....................................................................... 56

Figura 24 – Pavimentos Permeáveis intertravados com diferentes mecanismos de

infiltração. A esquerda, peças de concreto com aberturas específicas para infiltração

de água; no centro, a infiltração ocorre pelas juntas de assentamento; a direita, peças

de concreto poroso (MARCHIONI & SILVA, 2011). ..................................................... 61

Figura 25 – Percolação através do concreto permeável (MARCHIONI et al, 2011). .... 61

Figura 26 – Seção tipo de um pavimento permeável intertravado (MARCHIONI &

SILVA, 2011). .............................................................................................................. 62

Figura 27 – Tipos de sistemas de infiltração (MARCHIONI & SILVA, 2011). ............... 64

Figura 28 – Lotes, calçadas e estacionamento adjacentes a serem considerados nas

simulações. ................................................................................................................. 71

Figura 29 – Hietograma de projeto de duração de 1 hora. .......................................... 73

Figura 30 – Hietograma de projeto de duração de 3 horas. ........................................ 74

Figura 31 – Hietograma de projeto de duração de 6 horas. ........................................ 74

Figura 32 – Hietograma de projeto de duração de 12 horas. ...................................... 75

Figura 33 – Hidrogramas efluentes do lote no Cenário 0 para TR = 10 anos. ............. 78


Figura 35 – Hidrogramas efluentes das áreas públicas no Cenário 0 para TR = 10

anos. ........................................................................................................................... 79

x


anos. ........................................................................................................................... 80




anos. ........................................................................................................................... 82


anos. ........................................................................................................................... 82

Figura 41 – Hidrogramas efluentes do lote para cenários de referência e para o

Cenário 2.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos. ................................ 87


Cenário 2.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos. ............................ 87





















xi


Cenário 4.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos. .............................. 101







Figura 57 – Hidrogramas efluentes da área de drenagem para cenários de referência e

para o Cenário 5.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos. ................... 107


para o Cenário 5.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos. ............... 108


para o Cenário 5.2, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos. ................... 109


para o Cenário 5.2, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos. ............... 109

Figura 61 – Configuração dos jardins de chuva da calçada e do estacionamento. .... 111
















xii













Cenário 7.2, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 10 anos. .......................... 133















Figura 83 – Configuração proposta para o Cenário 9.1 ............................................. 141

Figura 84 – Configuração proposta para o Cenário 9.2. ............................................ 141



xiii







Figura 89 – Gráfico de correlação entre a intensidade da chuva e a diferença de tempo

entre o extravasamento do jardim rebaixado no Cenário 9.2 e o pico da chuva (Tej –

Tp). ........................................................................................................................... 147

Figura 90 – Configuração proposta para o Cenário 10.1. .......................................... 148


Cenário 10.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos. ............................ 150


Cenário 10.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos. ........................ 151


Figura 94 – Hidrogramas efluentes da área drenada para cenários de referência e para

o Cenário 11.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos. ......................... 154


o Cenário 11.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos. ...................... 154



o Cenário 12.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos. ......................... 157


o Cenário 12.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos. ..................... 158

xiv

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Estrutura organizacional das técnicas compensatórias existentes

(BAPTISTA et al, 2005). ................................................................................................ 7

Tabela 2 - Parâmetros de qualidade de água de chuva para usos restritivos não

potáveis. ..................................................................................................................... 20

Tabela 3 – Características de diferentes métodos de dimensionamento de estruturas

de armazenamento (Baptista et al, 2005) ................................................................... 26

Tabela 4 - Frequência de manutenção. ....................................................................... 29

Tabela 5 – Resumo das características dos reservatórios de lote. .............................. 30

Tabela 6 – Ordem de grandeza da condutividade hidráulica em diferentes solos (MUSY

& SOUTTER, 1991 apud BAPTISTA et al, 2005). ....................................................... 39

Tabela 7 – Valores típicos de coeficiente de permeabilidade (PINTO, 2002 apud

MARCHIONI & SILVA, 2011). ...................................................................................... 39

Tabela 8 – Resumo das características dos jardins rebaixados. ................................. 42

Tabela 9 – Resumo das características dos jardins de chuva. .................................... 43

Tabela 10 – Vantagens e desvantagens de coberturas verdes intensivas e extensivas

(JOHNSTON & NEWTON, 2004). ............................................................................... 46

Tabela 11 – Valores de referência para retenção de águas pluviais de acordo com as

características da cobertura verde (FLL, 2002). .......................................................... 49

Tabela 12 – Comparação das temperaturas internas do ar e da amplitude térmica para

diferentes sistemas de cobertura (VECCHIA, 2005). .................................................. 52

Tabela 13 – Resumo das características dos telhados verdes. ................................... 58

Tabela 14 – Granulometria recomendada para camadas de assentamento e material

de rejunte para pavimentos permeáveis (MARCHIONI & SILVA, 2011). ...................... 63

Tabela 15 – Granulometria recomendada para camadas de sub-base e base de

pavimentos permeáveis (MARCHIONI & SILVA, 2011). .............................................. 63

Tabela 16 – Resumo das características dos pavimentos permeáveis. ....................... 67

Tabela 17 – Dimensões mínimas para um lote de 6ª categoria e logradouros

conectados à sua testada. .......................................................................................... 69

Tabela 18 – Dimensões de cada lote ou unidade de calçada e estacionamento. ........ 72

Tabela 19 – Coeficiente da curva IDF de Campo Grande. .......................................... 73

xv

Tabela 20 – Coeficientes de escoamento superficial (C) do Método Racional. ........... 75

Tabela 21 – Cenários de técnicas individuais simulados para a escala de lote. .......... 77

Tabela 22 – Resultados dos cenários de número 2. .................................................... 85

Tabela 23 – Resultados dos cenários de número 3 para a taxa de infiltração de 10-7

m/s. ............................................................................................................................. 94

Tabela 24 – Resultados dos cenários de número 3 para a taxa de infiltração de 10-6

m/s. ............................................................................................................................. 95

Tabela 25 – Resultados dos cenários de número 5. .................................................. 106


Tabela 27 – Eficiência das técnicas compensatórias individuais em termos de picos de

vazão efluente. ......................................................................................................... 118

Tabela 28 – Aspectos positivos e negativos dos cenários de técnicas individuais. .... 119

Tabela 29 – Possibilidades de combinações de técnicas individuais para compor os

cenários de simulação de técnicas combinadas. ...................................................... 120

Tabela 30 – Cenários de técnicas combinadas simulados para a escala de lote. ...... 124




Tabela 34 – Relação entre tempo de extravasamento do jardim rebaixado no Cenário

9.2, intensidade da chuva neste momento e tempo de pico da chuva de projeto. ..... 147

Tabela 35 – Resultados do Cenário 10.1. ................................................................. 149

Tabela 36 – Resultados do Cenário 11.1. .................................................................. 153

Tabela 37 – Resultados do Cenário 12.1. ................................................................. 156

Tabela 38 – Eficiência das técnicas compensatórias combinadas em termos de picos

de vazão efluente. .................................................................................................... 159

Tabela 39 – Aspectos positivos e negativos dos cenários de técnicas combinadas. . 160

1

1. INTRODUÇÃO

O processo de mudança da sociedade devido à industrialização nas últimas

décadas resultou na aglomeração da maioria da população em áreas urbanas (DIETZ

& CLAUSEN, 2007). As cidades assim constituídas, por sua vez, cresceram de forma

não planejada e as consequências de tal fato são notórias. Cidades com infraestrutura

insuficiente, ocupações informais em áreas de risco, aumento da ocorrência de

inundações e deslizamentos e da exposição da população a estes eventos, entre

outros fenômenos, são consequências diretas do aumento desordenado da

densificação urbana.

Este fenômeno implica ainda numa maior concentração das construções e

consequente diminuição das áreas permeáveis. Em termos hidrológicos, isto acarreta

em um aumento do volume que escoa superficialmente, além da diminuição dos

tempos de concentração das bacias urbanas, devido ao aumento da velocidade de

escoamento resultante da nova cobertura do solo. Isto aumenta significativamente as

vazões de pico dos hidrogramas de cheias em áreas urbanas, aumentando a

frequência de inundações (DUARTE et al, 2003). Com a ocupação descontrolada das

cidades, comumente são povoadas as planícies de inundação dos rios, o que limita

ainda mais o espaço de espraiamento das cheias e agrava as consequências do

adensamento populacional tanto para o meio ambiente, quanto para as próprias

populações que sofrem com o constante risco de enchentes.

A concentração de áreas construídas, em substituição da cobertura vegetal

original, também acarreta na formação de ilhas de calor, com o aumento das

temperaturas e a diminuição da umidade do ar (BERNDTSSON, 2010), as quais

favorecem a formação de chuvas convectivas de alta intensidade. Berndtsson (2010)

aponta ainda que, em algumas áreas, o aquecimento global pode causar o aumento

da frequência de eventos de precipitação intensa. Tais precipitações são responsáveis

por grande parte das cheias urbanas, em bacias hidrográficas onde o tempo de

concentração é baixo.

Desta forma, assim como o problema de cheias é agravado por intervenções

nas características originais do ambiente, resultantes de ações distribuídas ao longo

da bacia hidrográfica, as soluções devem ser pensadas nesta mesma escala. Neste

sentido, surge o conceito de técnicas compensatórias em drenagem urbana, as quais

têm por objetivo controlar as vazões geradas em uma bacia hidrográfica de forma

distribuída, na origem dos escoamentos, tratando a bacia como um sistema complexo

e não apenas com foco em seus canais de drenagem (MASCARENHAS et al, 2005).

2

Assim, a recuperação e a preservação de áreas vegetadas passam a ser

estratégias essenciais para a solução da drenagem em áreas urbanas. Da mesma

forma, percebe-se uma preocupação cada vez maior no meio acadêmico em tratar o

problema próximo à fonte geradora dos escoamentos, de modo a reduzir e retardar os

picos de cheia e também a permitir a recarga do lençol freático. Este conceito visa

restaurar as condições de escoamento o mais próximo possível do existente pré

urbanização (AHIABLAME et al, 2012).

É neste contexto que as técnicas compensatórias ganham espaço no ambiente

urbano, podendo compô-lo harmoniosamente e com equipamentos multifuncionais,

como no caso, por exemplo, de parques lineares que podem servir de áreas de lazer

em tempo seco. Outras tecnologias que podem ser utilizadas de forma distribuída ao

longo da bacia hidrográfica, com base nessa mesma ideia, são os pavimentos

permeáveis, os reservatórios de detenção em lote, os telhados verdes, as trincheiras

de infiltração, os reservatórios de acumulação temporários, os jardins e as ruas

arborizadas, entre outras. Tais técnicas podem ser consideradas soluções urbanísticas

ambientalmente mais adequadas para o manejo das águas pluviais em áreas

urbanizadas, que visam à redução do impacto do aumento da impermeabilização

sobre os hidrogramas de cheias (ROY et al, 2008).

As técnicas compensatórias em drenagem urbana já são amplamente

aplicadas em diversos países. No entanto, no Brasil, seus conceitos, metodologias de

implantação e operação e benefícios ainda são pouco conhecidos e difundidos,

especialmente no meio técnico. Também não existem políticas públicas

universalizadas de incentivo à sua adoção. Com foco na difusão das técnicas

compensatórias com vistas a aumentar o seu uso no Brasil, este trabalho compõe o

projeto Manejo de Águas Pluviais Urbanas, financiado pela Finep (CHAMADA

PÚBLICA MCT/MCIDADES/FINEP/Ação Transversal SANEAMENTO AMBIENTAL E

HABITAÇÃO - 7/2009), que é um projeto de pesquisa de abrangência nacional

realizado por 16 universidades simultaneamente. Um de seus objetivos finais é

compor um manual nacional de técnicas compensatórias em drenagem urbana com

base na compilação dos trabalhos de cada instituição participante do projeto,

procurando destacar critérios de projeto, procedimentos construtivos e de

manutenção.

Este estudo tem como objetivo geral apresentar o estado da arte de algumas

técnicas compensatórias em drenagem urbana contendo os processos e critérios de

dimensionamento, construção, operação, manutenção e os benefícios obtidos com

sua aplicação. As técnicas estudadas são: telhados verdes, reservatórios de lote,

jardins rebaixados, pavimentos permeáveis e jardins de chuva. Com base nos

3

resultados deste estudo é possível balizar propostas de políticas públicas relacionadas

às águas urbanas para diferentes contextos.

Para tanto, os objetivos específicos deste trabalho são:

Determinar, com base em modelagem matemática, critérios para

dimensionamento de reservatórios de lote, telhados verdes, jardins

rebaixados, pavimentos permeáveis e jardins de chuva, individualmente,

para redução de picos do hidrograma de cheia na escala de lote;

Propor, através de modelagem computacional, combinações otimizadas de

técnicas compensatórias individuais na escala de lote;

Simular a aplicação das técnicas compensatórias estudadas na escala de

lote para diferentes chuvas de projeto, que variam tanto em intensidade

quanto em duração, abrangendo, assim, uma ampla gama de

possibilidades de aplicação; e

Possibilitar, com base na abrangência das simulações, o balizamento de

parâmetros para a aplicação de técnicas compensatórias em situações

específicas.

4

2. TÉCNICAS COMPENSATÓRIAS

O desenvolvimento urbano causa o aumento da impermeabilização, que resulta

em aumento do volume de escoamento superficial, carreamento de poluentes das

áreas urbanas e diminuição dos tempos de concentração, o que ocasiona um aumento

dos picos dos hidrogramas e diminuição do tempo de sua ocorrência a partir do início

da chuva, além da piora da qualidade da água que chega aos corpos hídricos. Tais

fatos, aliados à ocupação dos leitos maiores dos rios, resultam em maior frequência de

ocorrência de inundações e aumento da vulnerabilidade da população a estas. A outra

vertente do aumento da ocupação urbana é a maior demanda por água, o que diminui

a sua disponibilidade e aumenta o volume de efluentes gerados. Tudo isto impacta

diretamente no volume e na qualidade da água dos corpos hídricos e,

consequentemente, na biodiversidade dos ecossistemas aquáticos. Esta rede de

impactos se fecha, pois a escassez de água limita as oportunidades do

desenvolvimento urbano. Vargas (1999) organizou um fluxograma bastante explicativo

a respeito dos impactos da urbanização no ciclo hidrológico, o qual é apresentado na

Figura 1.

Figura 1 – Impactos da urbanização no ciclo hidrológico (VARGAS, 1999).

Com esta problemática em foco, uma nova abordagem para tratar a questão da

5

drenagem urbana faz-se necessária, considerando os princípios do desenvolvimento

sustentável e questionando aspectos puramente técnicos, assim como as estruturas

jurídicas, organizacionais e de financiamento atualmente adotadas. Assim, a partir da

década de 1970, em especial na Europa e na América do Norte, foi desenvolvido o

conceito de “tecnologias alternativas” ou “compensatórias” de drenagem, que busca

neutralizar os efeitos da urbanização sobre os processos hidrológicos, beneficiando a

população em termos de qualidade de vida, preservação ambiental e segurança.

Durante a maior parte do século XX, nos Estados Unidos, quando havia algum

tipo de regulamentação relacionada às águas pluviais, estas tratavam apenas do

controle de volumes a jusante, para evitar inundações. Não havia a preocupação com

a degradação dos ecossistemas (ROY et al, 2008). Mas, em 1972 foi criado o Clean

Water Act (CWA), o qual previa regulamentação para os problemas existentes de

qualidade da água, como o controle das descargas pontuais de efluentes e a

adequação da qualidade dos corpos d’água de acordo com os seus usos previstos.

Com o CWA, a maioria das permissões, aplicações e monitoramento relacionados aos

recursos hídricos passaram a ser responsabilidade do governo estadual, em vez do

federal. No entanto, as ações promovidas pelo CWA, até então, não tratavam

diretamente da regulamentação das águas pluviais. Em 1987, a United States

Environmental Protection Agency (US EPA) criou o programa de águas pluviais do

National Pollution Discharge Elimination System (NPDES). Em sua primeira fase, este

programa obrigou as cidades com mais de 100.000 habitantes a separar os sistemas

de drenagem de águas pluviais e de esgotamento sanitário e tornou obrigatória a

permissão para descarte das águas pluviais nos corpos hídricos. Em 1999, o

programa estendeu sua ação sobre os municípios menores e tornou obrigatória a

adoção de medidas de manejo de águas pluviais por quem tivesse permissão de

descarte. Paralelamente ao CWA, pesquisadores começavam a dar valor ao controle

dos escoamentos oriundos das chuvas próximo a sua fonte, o que foi o início do Low

Impact Development (LID) nos Estados Unidos. Estas práticas foram aplicadas em

algumas cidades, mas a preferência ainda era por reservatórios para minimização da

ocorrência de inundações e retenção de poluentes por sedimentação (ROY et al,

2008).

Na Austrália, o reconhecimento da problemática das águas pluviais aconteceu

na década de 1960, quando começou-se a tratar do manejo das águas pluviais de

forma integrada com áreas verdes destinadas à recreação. Nos anos 1990, a

interação entre pesquisadores e o governo resultou em um aumento significativo das

pesquisas relacionadas ao tema e no aumento da prática do Water Sensitive Urban

Design (WSUD). O cenário de grandes secas na Austrália fez com que a sua

6

percepção com relação às águas pluviais mudassem, valorizando ainda mais o seu

manejo adequado e a preservação dos ecossistemas (ROY et al, 2008).

No Brasil ainda não há base regulamentar específica direcionada ao emprego

de técnicas compensatórias. Porém o assunto não é totalmente ignorado pelo poder

público. O Ministério das Cidades exige, para os projetos relacionados à drenagem

urbana apoiados pela União, que sejam atendidos os Princípios de Manejo

Sustentável das Águas Pluviais Urbanas. Tais princípios têm como fundamento o

conceito de desenvolvimento urbano de baixo impacto (MINISTÉRIO DAS CIDADES,

2012). Há também legislações nas esferas federal, estadual e municipal que podem

conduzir ao uso de técnicas compensatórias, considerando os objetivos de controle de

escoamento, redução da poluição difusa e de seu impacto sobre os meios receptores.

Uma dessas leis é a Lei Federal n° 10.257 de 2001, que apresenta o Estatuto da

Cidade e contém instrumentos de política urbana com potencial para serem usados

como controle dos impactos da urbanização sobre o ciclo hidrológico e os recursos

hídricos, como os planos de ordenação territorial, a possibilidade de instituição de

unidades de conservação ou o direito de preempção. Há também a Lei Federal n°

11.445 de 2007, que estabelece diretrizes nacionais para o saneamento básico, a qual

abre novas perspectivas institucionais para a concepção e gestão de águas pluviais.

Existem ainda leis municipais específicas que obrigam a adoção de reservatórios de

detenção de águas pluviais em determinados empreendimentos.

A integração da problemática da drenagem pluvial ao planejamento urbano é

essencial para o bom funcionamento da drenagem e para o sucesso da adoção das

técnicas compensatórias. Segundo Baptista et al (2005) todos os exemplos bem

sucedidos de implantação de técnicas compensatórias tem em comum que a questão

das águas pluviais foi considerada simultaneamente ao desenvolvimento do projeto de

urbanização. Isto também faz com que a adoção de tais medidas seja encarada como

uma oportunidade de valorização do espaço, já considerando na fase de projeto as

possíveis restrições associadas.

As tecnologias alternativas em questão se diferem das soluções clássicas para

a drenagem urbana por considerar os impactos da urbanização de forma global,

tomando a bacia hidrográfica como base de estudo, buscando compensar os efeitos

da urbanização, através de medidas distribuídas na bacia, as quais podem ser

estruturais ou não e devem ser abordadas de forma integrada e avaliadas nas escalas

de lote individual, de microdrenagem e de macrodrenagem. Esta compensação é

realizada através do controle da produção de excedentes de água decorrentes da

impermeabilização e evitando-se a sua rápida transferência para jusante. Estes

resultados podem ser obtidos através de técnicas que facilitem a infiltração de águas

7

pluviais e o aumento do tempo de trânsito, com armazenamento temporário, visando o

rearranjo temporal das vazões, diminuindo eventualmente o volume escoado

superficialmente, reduzindo a probabilidade de inundações e possibilitando a melhoria

da qualidade das águas pluviais. Baptista et al (2005) organiza as técnicas

compensatórias conforme mostrado na Tabela 1.

Tabela 1 – Estrutura organizacional das técnicas compensatórias existentes (BAPTISTA

et al, 2005).

Técnicas

compensatórias não

estruturais

Legislação

Racionalização do uso do solo urbano

Educação Ambiental

Tratamento de fundo de vale

Técnicas

compensatórias

estruturais

Bacias

Detenção e retenção

Infiltração

Detenção/ Retenção e Infiltração

Obras lineares

Trincheiras

Valas e valetas

Pavimentos Revestimentos permeáveis

Pavimentos reservatório

Obras pontuais

Poços de infiltração

Telhados

Técnicas adaptadas à parcela

As tecnologias alternativas vêm sendo tratadas através de diferentes

abordagens mais abrangentes recentemente, que, no entanto, são perfeitamente

compatíveis com os conceitos apresentados neste estudo e entre si, e incorporam as

técnicas compensatórias. Os principais conceitos são: Sustainable Urban Drainage

Systems (SUDS), no Reino Unido; Water Sensitive Urban Design (WSUD), na

Austrália; e Low Impact Development (LID), na América do Norte. Assim, neste

trabalho, também foram utilizadas referências sobre estes três conceitos, no que tange

às técnicas compensatórias em drenagem urbana. Pode-se dizer que as chamadas

técnicas compensatórias estão presentes em todos estes conceitos, eventualmente

8

combinadas de forma diferente.

Em 2008, Pitt e Clark listaram estratégias já adotadas em diferentes partes do

mundo relacionadas ao manejo integrado das águas pluviais:

1. Na Suíça e na Alemanha a legislação proíbe a entrada de água oriunda

dos escoamentos de telhados e áreas permeáveis no sistema

combinado de drenagem urbana. Isto resultou em melhoria para a rede

de drenagem e na promoção da infiltração nas áreas de montante;

2. Em Tóquio, no Japão, foi instalado um sistema que infiltra e trata as

águas pluviais de áreas densamente povoadas. Além disso, é muito

comum, em grandes empreendimentos, o uso de águas pluviais para

descargas de vasos sanitários;

3. Nos Estados Unidos, a aplicação de LID e “better site design”

favorecem o manejo das águas pluviais, com foco principalmente em

infiltração e redução de áreas impermeáveis. Em Los Angeles, há um

hospital que utiliza água de chuva para reserva de incêndio;

4. Na Nova Zelândia, o escoamento pluvial de telhados é utilizado para

descargas de vasos sanitários e irrigação. Em áreas rurais, esta supre

todas as necessidades de água da edificação;

5. Na área rural do Texas, Estados Unidos, também é comum o uso da

água captada do telhado para suprir toda a demanda de água.

Um dos principais conceitos relacionados às técnicas de manejo integrado de

águas pluviais se baseia na ideia de minimizar as fontes de água diretamente ligadas

ao sistema de drenagem público. A Figura 2 apresenta dois sistemas de captação de

águas pluviais em um lote e sua condução para jusante. No exemplo da parte de cima

da figura, toda a água de chuva que cai sobre o lote é conduzida por calhas e

tubulações para as galerias públicas de águas pluviais. Na parte de baixo, são

mostradas algumas possibilidades simples de minimização da vazão que chega às

galerias, através de infiltração no próprio terreno e em valas drenantes ao lado das

calçadas. Este exemplo não requer grandes intervenções no lote e tem potencial para

minimizar parte dos efeitos negativos da urbanização para o escoamento pluvial.

9

Figura 2 – Exemplo de minimização de vazão pluvial destinada à rede pública de águas

pluviais (ASCE, 1992).

O manejo de águas pluviais pode ser realizado na fonte (escala de lote), nas

vias de circulação (ainda antes da captação pela microdrenagem) ou após a captação.

As técnicas compensatórias valorizam e incentivam o manejo das águas pluviais e da

poluição oriunda de seu escoamento superficial próximo as suas fontes, protegendo,

assim, os recursos hídricos deste impacto e distribuindo a responsabilidade pelo

manejo das águas pluviais. A infiltração no terreno colabora com a recarga dos

aquíferos, diminui a salinidade da água subterrânea, melhora a qualidade da água que

chega aos corpos hídricos superficiais e diminui as vazões escoadas superficialmente,

com consequente diminuição das dimensões necessárias para as galerias de águas

pluviais. O princípio básico das técnicas compensatórias é realizar a ocupação de uma

nova área mantendo as características hidrológicas o mais próximo possível do

existente antes da urbanização. Este conceito está totalmente alinhado com o de Low

Impact Development (LID), o qual propõe a preservação do ciclo hidrológico natural,

através da redução do escoamento superficial adicional gerado pelas alterações de

uso do solo urbano (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2012). Neste sentido, Ahiablame et

al (2012) apresenta os princípios do LID:

Estratégias integradas de gestão de águas pluviais na fase de

10

planejamento da ocupação;

Manejo das águas pluviais o mais próximo possível de sua fonte geradora

através de práticas de pequena escala;

Promover projetos sensíveis ao meio ambiente;

Criar uma paisagem hidrológica multifuncional, através da promoção das

características naturais da água e de suas funções hidrológicas;

Foco na prevenção e não na remediação;

Redução de custos na construção e manutenção da infraestrutura de

drenagem pluvial;

Incentivar a comunidade a proteger o meio ambiente através da educação e

da participação.

Com base nesses princípios e nas práticas em si, o LID objetiva reduzir os

volumes e picos de escoamento superficial, aumentar a infiltração no solo, recarregar

o lençol freático, proteger os corpos d'água e a melhorar a qualidade da água, através

da remoção dos poluentes (AHIABLAME et al, 2012).

O avanço da urbanização aumenta a área impermeável do solo e,

consequentemente, a quantidade de água escoada superficialmente. Esta água

carrega os contaminantes presentes na superfície para os corpos d'água, sendo a

principal causa de sua degradação em locais onde há sistema de esgotamento

sanitário (DIETZ & CLAUSEN, 2007). Onde não há urbanização formal, o esgoto e o

lixo lançados diretamente na rede de drenagem se apresentam como principais

contaminantes. Segundo Ellis e Hvited-Jaconsen (1996 apud BAPTISTA et al, 2005) a

carga de poluição das águas pluviais mostra-se equivalente e, eventualmente, até

mesmo superior às cargas poluentes dos esgotos sanitários. Dietz e Clausen (2007)

realizaram um estudo durante a implantação de dois loteamentos residenciais

localizados na mesma região: um de 2 ha com técnicas tradicionais de drenagem e

outro de 1,7 ha que utilizou o conceito de LID em seu projeto. O percentual de áreas

impermeáveis para cada um dos loteamentos foi de 32% e 21%, respectivamente.

Foram realizadas medições semanais de vazão e qualidade da água efluente dos

loteamentos durante todo o período de construção, iniciando o monitoramento um ano

antes e parando um ano depois do término das obras. Como resultado, foi observado

um aumento de mais de duas ordens de grandeza nas vazões efluentes do loteamento

com drenagem tradicional. Em contrapartida, a área que utilizou técnicas de

desenvolvimento de baixo impacto não apresentou aumento na vazão efluente após a

ocupação. A qualidade da água efluente foi tão pior quanto maior o volume escoado,

indicando correlação entre volume de escoamento superficial e carreamento de

poluentes. O loteamento construído com drenagem tradicional apresentou níveis de

11

poluentes semelhantes aos efluentes de uma bacia hidrográfica urbanizada, enquanto

que a água efluente do loteamento com desenvolvimento de baixo impacto apresentou

concentrações de nitrogênio e fósforo semelhantes aos de uma bacia florestada.

Segundo Dietz (2007), técnicas como biorretenção, pavimentos permeáveis e

telhados verdes são extremamente eficientes na retenção e infiltração de volumes de

águas pluviais e de poluentes. Telhados verdes seriam capazes de reter em média

63% do volume precipitado. No entanto, apesar de estas técnicas reterem uma grande

quantidade de poluentes, é observada, para todas elas, a liberação de fósforo mesmo

após a percolação. Isto se deve, possivelmente, às grandes concentrações de fósforo

no solo, de origem natural ou devido ao uso de fertilizantes.

Há muitas demonstrações das práticas de desenvolvimento de baixo impacto;

no entanto, são poucos os casos em que estas foram aplicadas na escala da bacia.

Isto se deve às dificuldades ainda enfrentadas para a execução e operação dessas

práticas. Segundo Roy et al (2008), nos Estados Unidos e na Austrália, são sete os

principais impedimentos para a ampla expansão e uso dessas técnicas:

Incertezas a respeito da performance, devido à falta de estudos dos

benefícios reais em escala de bacia hidrográfica, e dos custos;

Padrões e referências de engenharia ainda insuficientes, devido à ausência

de estudos para condições específicas de diversas regiões;

Responsabilidade fragmentada pela bacia hidrográfica;

Falta de capacitação institucional;

Falta de leis que obriguem a adoção de tais práticas;

Falta de financiamento e incentivos de mercado; e

Resistência à mudança, por parte tanto da sociedade, quanto da área

técnica.

Em estudo realizado por Hood et al (2007), foram comparados três bairros: dois

com técnicas tradicionais de drenagem e o terceiro utilizando o conceito LID. Nos

bairros com drenagem tradicional, foram implantadas ruas pavimentadas e a

drenagem dos lotes foi direcionada diretamente para a sarjeta e rede de águas

pluviais. Já o terceiro bairro, contava com pavimentos permeáveis nas áreas

pavimentadas, sistemas de biorretenção em cada um dos lotes e um grande sistema

na rotatória do final do bairro, que atendeu às áreas comuns e valas drenantes ao

longo de todas as vias de circulação, em lugar de sarjetas. Foram analisados dados de

104 eventos de precipitação selecionados entre maio de 2002 e dezembro de 2004.

Os resultados foram apresentados por item de comparação hidrológica, como tempo

de concentração, vazão de pico e volume de escoamento superficial. A vazão de pico

12

foi significativamente maior para os bairros com drenagem tradicional, tendo sido

registradas médias de 11 e 4,9 vezes a vazão de pico do bairro com técnicas de

desenvolvimento de baixo impacto. O volume de escoamento superficial também foi

maior 8,5 e 6 vezes nos bairros com drenagem tradicional do que no bairro com

técnicas de LID. O coeficiente de escoamento superficial da bacia com técnicas

compensatórias de drenagem foi 3,6 e 2,9 vezes menor do que das bacias com

drenagem tradicional. O volume de infiltração inicial médio da precipitação foi também

maior na bacia com técnicas de LID, de modo que em 19% dos eventos estudados,

esta bacia não chegou a produzir escoamento superficial, enquanto as outras

produziram. Os tempos de concentração foram muito maiores na bacia com técnicas

alternativas de drenagem para os eventos de precipitação de curta duração (menor de

4 horas) e de baixo volume precipitado (menor que 25,4 mm). No entanto, para

precipitações de maior duração e volume precipitado, esta diferença foi menor.

2.1 Reservatórios de Lote

Reservatórios de lote são “pequenos” reservatórios que agem em escala local

(no próprio lote onde são geradas as vazões), distribuindo, assim, as ações de

minimização dos impactos das cheias. O grifo na palavra pequenos é proposital, pois

estes reservatórios são, de fato, muito pequenos na escala da bacia, mas dependendo

dos critérios de projeto, podem assumir grandes proporções em relação às dimensões

do lote. Estes reservatórios podem ser implantados sobre os telhados, ou no nível do

chão, para captação das águas dos telhados, ou ainda enterrados, antes da saída da

água do lote, podendo captar os escoamentos gerados por toda a superfície do lote.

Os reservatórios sobre o telhado requerem reforço estrutural para suportar as novas

cargas exigidas pelo peso da água. Além disso, estes são capazes apenas de captar o

que precipita sobre a cobertura, diminuindo, assim, a sua área de influência. Para

captar outras áreas do terreno com um reservatório na cobertura, haveria necessidade

de um sistema auxiliar de captação e bombeamento, ou a topografia do terreno e a

localização da edificação neste devem ser muito favoráveis, de modo a possibilitar o

escoamento por gravidade da água para o reservatório. Os reservatórios em nível do

solo podem com facilidade captar a água dos telhados, sem necessidade de qualquer

reforço estrutural, e sob condições favoráveis de topografia, poderiam eventualmente

também captar águas do restante do terreno. Por outro lado, os reservatórios

enterrados no solo podem captar a água de todo o perímetro do terreno, aumentando,

assim, a sua área de influência. Estes reservatórios também podem ser usados para

abastecimento de água não potável para a edificação, aumentando, assim, o valor

13

agregado da estrutura e diminuindo a demanda por água potável do sistema de

abastecimento público.

Considerando o armazenamento de águas pluviais com fins conjuntos de

abastecimento público, irrigação e controle de enchentes, Hoyt (1942 apud

FENDRICH, 2002) relata casos conhecidos de antes do nascimento de Cristo.

Medidas de controle de enchentes foram utilizadas na antiga Babilônia, na bacia

hidrográfica do Rio Eufrates, através desvio das águas excedentes com o enchimento

das depressões no deserto Árabe. Medidas semelhantes foram utilizadas na bacia

hidrográfica do Rio Nilo, porém, neste caso, as águas desviadas retornavam ao leito

do rio, após o período das enchentes.

Da mesma forma que o controle de enchentes, o aproveitamento da água de

chuva é feito desde a antiguidade. Há inscrições no Oriente Médio datadas de 850

a.C. que já recomendavam uma cisterna para cada casa. A Fortaleza de Masada, em

Israel, tem cisternas escavadas em rocha com capacidade de 40 milhões de litros. A

Fortaleza dos Templários, em Portugal, era abastecida com água de chuva já em 1160

d.C. Na Península de Iucatã, no México, há cisternas de antes da chegada de

Cristóvão Colombo à América (TOMAZ, 1999).

No Século XV, na Alemanha, França e Rússia, o armazenamento das águas

pluviais, foi desenvolvido e empregado, em conjunto, com as melhorias realizadas nos

canais dos rios. Bacias de detenção das águas pluviais, com abertura fixa, foram

usadas no Rio Loire por volta do ano de 1711 para proteção contra enchentes na

cidade de Roanne, na França. Em Ohio, nos Estados Unidos, a experiência com a

enchente de março de 1913, no Rio Miami, conduziu a construção de vários

reservatórios do tipo bacias de detenção, destinados apenas para a proteção contra as

enchentes (FENDRICH, 2002). Tsuchiya (1981 apud Cruz, 1998) descreveu que a

mais de 35 anos a construção de reservatórios de detenção é obrigatória no Japão,

devido ao crescente aumento das cheias como consequência da urbanização. Neste

caso, cerca de 62% dos reservatórios são residenciais, representando a ordem de 1 a

2% da superfície de controle.

Tomaz (1999) aponta que na Califórnia, na Alemanha e no Japão são

oferecidos financiamentos para a construção de captação e aproveitamento de água

de chuva. Em Hamburgo, eram oferecidos à época valores entre US$ 1.550,00 e US$

2.000,00 para quem aproveitar a água de chuva e colaborar com a redução de riscos

de enchentes através de reservatórios de lote.

Considerando-se este histórico de utilização de longo prazo e consolidado, um

reservatório de lote se justifica pelos seguintes motivos (DUARTE, 2003 - adaptado):

Os reservatórios de lote recuperam o armazenamento natural do terreno,

14

perdido com a ocupação;

O impacto da urbanização não é transferido para jusante nas precipitações

de baixa intensidade;

Descentralização da responsabilidade pelo controle dos efeitos adversos da

urbanização, acionando o indivíduo que se beneficia da edificação a agir

em prol da minimização dos danos causados; e

Os controles de volume e qualidade da água são feitos na fonte, diminuindo

os investimentos públicos necessários com grandes sistemas de transporte

e tratamento de água pluvial.

Quando do planejamento da implantação de um reservatório de lote, deve-se

atentar para a sua localização na escala da bacia hidrográfica, pois, se estes se

situam na parte média da bacia, suas vazões quando liberadas podem coincidir com

os picos naturais das áreas mais a montante, potencialmente aumentando, assim, as

vazões de pico a jusante. Neste mesmo sentido, as áreas que apresentariam melhores

resultados em termos de implantação de reservatórios de lotes são, provavelmente, as

áreas de montante das bacias. No entanto, os proprietários que vivem nestas áreas,

não costumam sofrer com enchentes, não estando, assim, tão sensíveis ao problema.

Os agentes mais sensíveis à situação são os ocupantes das áreas mais baixas das

bacias hidrográficas, os quais não se encontram em uma posição estratégica para

poder colaborar com a redução dos picos de vazões através da implantação de

reservatórios de lote ou outras técnicas compensatórias que apresentem tal resultado

e, consequentemente, com a diminuição dos eventos de enchentes. Além disso, na

parte baixa da bacia, reservatórios de lote podem falhar pela sobrecarga da rede de

drenagem onde descarregam ou, em casos extremos, podem perder sua capacidade

de armazenagem, se alocados em ruas que alagam e são preenchidos de fora para

dentro do lote. Além disso, a manutenção periódica dos reservatórios é essencial para

o seu bom funcionamento e deve ser realizada pelos ocupantes dos lotes de forma

descentralizada, o que resulta em um problema de aplicabilidade e confiabilidade da

eficiência dos seus resultados na escala de bacia.

Apesar dos aspectos acima citados, em diversos locais, a implantação de

reservatórios para armazenamento de águas pluviais já é obrigatória. São encontrados

dois tipos de leis a respeito, variando no intuito do armazenamento da água de chuva,

se para aproveitamento ou para redução do volume de escoamento superficial efluente

dos lotes. As leis mais disseminadas no Brasil dizem respeito ao armazenamento das

águas pluviais para uso para fins não potáveis, reduzindo, assim, a demanda de água

potável a ser disponibilizada pelas concessionárias. É o caso das leis:

10.785/2003, de Curitiba, que obriga novas construções de qualquer

15

tamanho a captarem a água de chuva das coberturas e armazenarem

em reservatório específico e utilizá-la para fins não potáveis. O

reservatório deve ter no mínimo 500 L de capacidade de

armazenamento. Esta lei é regulamentada pelo Decreto Municipal n°

293/2006;

6.345/2003, em Maringá, que prevê o incentivo para a instalação de

reservatórios para armazenamento de águas pluviais para fins não

potáveis;

4.393/2004, no estado do Rio de Janeiro, que obriga a construção de

reservatórios para armazenamento de águas pluviais para uso em fins

não potáveis em construções residenciais com mais de 50 famílias ou

comerciais com mais de 50 m² de área construída;

14.018/2005, de São Paulo, regulamentado pelo Decreto Municipal n°

47.731/2006, que dispõe sobre a consideração nos projetos de

reformas e novas construções sobre a captação e uso das águas

pluviais. Imóveis existentes deverão se adequar em um prazo de 10

anos;

4.181/2008, no Distrito Federal, que incentiva a instalação de

equipamentos para captação e aproveitamento da água de chuva em

edificações com mais de 200 m² de área construída;

6.511/2009, de Guarulhos, que obriga a adoção de reservatórios para

armazenamento da água de chuva coletada das coberturas para uso

em fins não potáveis em edificações com mais de 250 m² de área de

cobertura.

Não são todas as leis acima apresentadas (ou suas regulamentações) que

especificam os critérios de dimensionamento dos reservatórios. Mas as que o fazem,

como a lei 10.785, de Curitiba, não consideram os índices pluviométricos locais como

um de seus critérios de dimensionamento, mas apenas a demanda por água não

potável da edificação, deixando clara sua vocação apenas para abastecimento de

água e não de redução de vazões efluentes do lote.

No entanto, há também alguns lugares que já legislaram obrigando a adoção

de reservatórios para águas pluviais com o objetivo específico de redução de picos de

vazão efluente do lote, entendendo-se que os benefícios compensam as dificuldades

operacionais. Conforme já citado, no Japão é relatada a obrigatoriedade de

implantação de reservatórios de detenção há mais de três décadas (Tsuchiya, 1981

apud Cruz, 1998). No Brasil, diversas grandes cidades também já contam com

16

legislação específica de reservação em lote para novos empreendimentos, como é o

caso de São Paulo e do Rio de Janeiro. No município de São Paulo, foi promulgada a

Lei Municipal nº 13.276 em 2002 – Lei das Piscininhas. Esta torna obrigatória a

construção de reservatórios para captação das águas pluviais que escoarem sobre

coberturas e pavimentos para terrenos com área impermeabilizada superior a 500 m²

em casos de novas construções ou reformas para a obtenção do Certificado de

Conclusão ou Auto de Regularização. Esta lei foi regulamentada pelo decreto

municipal nº 41.814/2002. Para o cálculo do volume do reservatório a ser construído,

é utilizada uma duração de chuva igual a uma hora e o índice pluviométrico de 60

mm/h. Esta lei também define que deve-se, preferencialmente, infiltrar a água retida ou

reutilizá-la (com o auxílio de um segundo tanque de armazenamento), em vez de

descartá-la na rede pública de águas pluviais. No município do Rio de Janeiro, a Lei nº

23.940/2004 também torna obrigatória instalação de tais reservatórios, para os

mesmos casos que a lei de São Paulo. No entanto, apesar de estas leis colaborarem

com o aumento da detenção da água em seu local de geração, elas não se mostram

muito eficientes, visto que o problema já está estabelecido na urbanização consolidada

e a lei só é aplicável para novos empreendimentos. Além disso, regiões muito

adensadas e com alta taxa de impermeabilização geralmente possuem lotes pequenos

(com menos de 500 m² de área impermeabilizada), não se enquadrando, assim, nos

requisitos de obrigatoriedade das leis supracitadas.

De forma muito diferente das outras leis apresentadas, o município de Porto

Alegre possui o decreto municipal nº 15.371 de 2006, que, em vez de definir volumes a

serem armazenados pelo lote, determina uma vazão específica máxima efluente para

quando houver impermeabilização do terreno. Este critério é mais coerente com o

objetivo de limitar os escoamentos efluentes das áreas urbanizadas às capacidades

de veiculação das estruturas hidráulicas existentes. O decreto fornece uma fórmula

para cálculo de reservatórios, se esta for a estratégia adotada pelo proprietário para

regularização das vazões, mas sugere também outras medidas compensatórias

passíveis de serem adotadas, como pavimentos permeáveis, trincheiras de infiltração

e desconexão do telhado com o sistema de drenagem, as quais reduziriam o volume a

ser armazenado. No entanto, mesmo este decreto é flexibilizado para lotes de

tamanho inferior a 600 m² e para residências unifamiliares, estando a sua

obrigatoriedade, nestes casos, a critério do Departamento de Esgotos Pluviais – DEP.

Na fase de projeto dos reservatórios de lote é importante que se valorize a

simplicidade de operação e manutenção destes, de forma a diminuir os possíveis

problemas relacionados a estes aspectos. Assim, deve-se evitar o uso de

17

equipamentos automáticos, que necessitem de manutenção periódica, ou sistemas

que requeiram operação durante a chuva. No entanto, em casos onde se pretende

aproveitar a água armazenada para uso no lote, é necessário um mínimo de operação,

se for mantida paralelamente a intenção de otimização do abatimento de picos de

vazão. Assim, haveria três possibilidades de configuração de reservatórios de lote.

Um otimiza o armazenamento das águas pluviais, para amortecer os picos de

vazões, o qual deve estar sempre vazio para receber novas chuvas. A Figura 3

apresenta um sistema com este objetivo, onde capta-se a água do escoamento

superficial de toda a área do lote, maximizando, assim, o volume reservado, sem

preocupar-se com a contaminação da água pelos pavimentos ou da água

armazenada. O volume armazenado é destinado posteriormente à infiltração ou

descarga na galeria de águas pluviais.

Figura 3 – Reservatório para água de chuva que capta o escoamento de todo o lote

(máximo volume possível), porém sem preocupação com a qualidade da água

armazenada (WATERFALL, 2002).

Outra possibilidade é a priorização do abastecimento de água para fins não

potáveis, o qual se esvazia conforme a demanda da água e não estará

necessariamente vazio quando ocorrer uma nova precipitação, não sendo possível,

portanto, contar com esta contribuição no abatimento de vazões efluentes do lote. A

Figura 4 apresenta um esquema de um sistema deste tipo, que tem também como

característica a preocupação com a qualidade da água armazenada.

18

Figura 4 – Reservatório para água de chuva com gradeamento, caixa de decantação e

cloração para utilização da água para fins não potáveis diretamente do reservatório

(OLIVEIRA et al, 2012).

E um terceiro tipo de sistema seria a combinação dos dois tipos, otimizada para

ambos os usos, o qual requer cuidadosa operação para o seu bom funcionamento,

pois ele deve suprir a demanda por água não potável do lote e, ao mesmo tempo, ter

volume disponível quando da ocorrência de uma chuva. Uma opção para facilitar a

operacionalização de um sistema de detenção de águas pluviais aliado ao de

utilização da água para fins não potáveis é a implantação de dois reservatórios

independentes: um com a função de reter o escoamento superficial do terreno e outro

para armazenar a água para uso posterior, o que torna o sistema mais oneroso. Uma

possibilidade de sistema deste tipo é apresentada na Figura 5.

19

Figura 5 – Sistema de armazenamento de água de chuva com dois reservatórios: caixa

d`água para uso para fins não potáveis e reservatório vazio para detenção em eventos

chuvosos (FENDRICH, 2002).

Segundo Duarte et al (2003), a demanda de água para usos não potáveis em

uma residência varia entre 30 e 50%. No entanto, para que este aproveitamento seja

realizado, é necessário um sistema paralelo de distribuição de água na edificação que

não tenha ligações cruzadas com a rede de abastecimento de água potável, assim

como uma segunda caixa d'água. Em novas construções, apesar de onerosa, a

implantação dessa estrutura é mais viável do que em edificações existentes. Todas as

torneiras de água não potável devem estar claramente identificadas como tal e as

tubulações devem ser diferenciadas das de água potável.

A água de chuva deve ser usada apenas para fins não potáveis, principalmente

em áreas industriais, onde a poluição atmosférica pode influenciar na qualidade da

água coletada (TOMAZ, 1999). No Brasil, o aproveitamento de água de chuva para

fins não potáveis é regido pela norma NBR 15.527:2007 – Água de chuva –

Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis – Requisitos.

Esta norma trata apenas da captação de coberturas para aproveitamento, pois a

20

captação de superfícies onde ocorre circulação requer cuidados especiais com a

qualidade da água, que tende a ser mais contaminada. A NBR em questão sugere

uma qualidade mínima da água para aproveitamento que é apresentada na Tabela 2.

Tabela 2 - Parâmetros de qualidade de água de chuva para usos restritivos não potáveis.

Parâmetro Análise Valor

Coliformes totais Semestral Ausência em 100 mL

Coliformes termotolerantes Semestral Ausência em 100 mL

Cloro residual livre a Mensal 0,5 a 3,0 mg/L

Turbidez Mensal < 2,0 uT b, para usos menos restritivos < 5,0 uT

Cor aparente (caso não seja utilizado nenhum corante, ou antes da sua utilização)

Mensal < 15 uH c

Deve prever ajuste de pH para proteção das redes de distribuição, caso necessário

Mensal pH de 6,0 a 8,0 no caso de tubulação de aço carbono ou galvanizado

NOTA: Podem ser usados outros processos de desinfecção além do cloro, como a aplicação de raio ultravioleta e aplicação de ozônio. a No caso de serem utilizados compostos de cloro para desinfecção. b uT é a unidade de turbidez. c uH é a unidade Hazen.

É também sugerido na NBR 15.527 o descarte, de forma automática, da água

do escoamento inicial. O dispositivo de descarte inicial deve ser dimensionado pelo

projetista com base nos dados específicos do projeto. Na ausência de dados, a norma

sugere o descarte dos 2 mm iniciais da chuva, que estariam mais contaminados,

devido à lavagem da superfície de captação. Uma das opções para este descarte é o

sistema apresentado na Figura 6, que conta com um reservatório de auto-limpeza para

retenção do volume inicial de chuva. No entanto, mesmo com estes cuidados, a norma

não recomenda o uso para lavagem de roupas sem um tratamento com filtragem lenta.

Outras referências bibliográficas também não indicam o uso em piscinas, sem este

tipo de tratamento (TOMAZ, 2009). A escolha da área de captação, se a água captada

em superfícies onde há circulação será aproveitada e os tipos de tratamento são

critérios de projeto sob responsabilidade do projetista e que dependem dos usos

pretendidos e das características locais. No entanto, esta água não deve, em hipótese

alguma, ser utilizada para fins potáveis (TOMAZ, 2009).

21

Figura 6 – Esquema de coleta e armazenamento de água de chuva com reservatório de

auto-limpeza (TOMAZ, 2009).

A qualidade da água de chuva varia de acordo com diversos fatores, como

localização geográfica, características do evento pluviométrico e condições

meteorológicas, presença de vegetação e poluição da região. Próximo ao oceano é

comum a presença de elementos como sódio, potássio, magnésio, cloro e cálcio na

água da chuva. No interior dos continentes, entretanto, é mais comum a presença de

elementos presentes no solo e de origem biológica, como sílica, alumínio, ferro,

nitrogênio, fósforo e enxofre. Em áreas urbanas e polos industriais, é comum a

presença de elementos oriundos da poluição do ar, como dióxido de enxofre (SO2),

óxidos de nitrogênio (NOx), chumbo e zinco (TOMAZ, 1999).

Segundo Mascarenhas et al (2005), os reservatórios de lote não melhoram

significantemente a qualidade das águas pluviais escoadas. Observa-se, sim, uma

diminuição significativa da quantidade de sólidos suspensos e das substâncias

relacionadas a estes. Para manter a qualidade da água dos reservatórios, devem ser

realizadas descargas de fundo e limpeza pelo menos uma vez ao ano, pois, junto com

a água da chuva vêm poluentes e microrganismos presentes na superfície de

captação e no ar, os quais se acumulam em uma camada no fundo do reservatório.

Além disso, deve-se evitar a entrada de luz no reservatório e o extravasor e o

dispositivo de descarga de fundo devem possuir grades, para evitar a entrada de

pequenos animais por estes acessos (TOMAZ, 1999). O autor também recomenda

que, caso haja suspeita de contaminação da água, que seja adicionada solução de

22

hipoclorito de sódio a 10%. No entanto, para águas com elevado teor de matéria

orgânica, é necessário cuidado especial na adição de compostos clorados, pois estes

reagem com os precursores (substâncias húmicas e fúlvicas) gerando compostos

organoclorados conhecidos como trialometanos (THM) e tricloraminas, os quais são

tóxicos à saúde humana. Os THM podem ser absorvidos não apenas por ingestão,

mas também por inalação e absorção dérmica e são reconhecidamente

carcinogênicos para diversas espécies animais (TOMINAGA & MIDIO, 1999).

Os reservatórios de lote, devido a suas pequenas dimensões, não são capazes

de amenizar significativamente os picos de grandes cheias. Segundo Mascarenhas et

al (2005), para precipitações frequentes, com período de recorrência menor que um

ano, a eficiência da redução de picos de vazão efluentes pode chegar a 80%. No

entanto, para eventos de precipitação mais intensa, esta diminuição cai

significativamente, havendo relatos de ser de apenas 10%. A Figura 7 apresenta um

exemplo de hidrograma de entrada e saída de um reservatório de lote, representando

o seu comportamento típico em termos de redução de vazões de pico.

Figura 7 – Exemplo de hidrogramas afluente e efluente de um lote com reservatório para

águas pluviais.

Duarte et al (2003) fizeram um experimento baseado em modelagem

matemática de células de escoamento que apontou que, para um determinado lote de

360 m² na bacia do Rio Joana, no Rio de Janeiro, que teve quase toda a sua área

impermeabilizada pela construção, o volume do reservatório de lote necessário para

restaurar a vazão de pico original seria de 12 m³, com um orifício de fundo para

esvaziamento de 3,3 cm de diâmetro. Neste estudo, foi utilizada uma chuva com o

período de recorrência de 5 anos e duração equivalente ao tempo crítico para a bacia

23

toda. O estudo apontou que, após a construção da edificação, caso não fosse

implementado o reservatório lote, a vazão de pico efluente do lote seria 3,4 vezes

maior que a observada antes da ocupação. Mascarenhas et al (2005) apresentou um

estudo que avaliou, com base em modelagem computacional, os resultados de

reservatórios de lote de 1 e 2 m³ de capacidade de armazenamento para lotes de

tamanho padrão de 360 m². Foram variados os coeficientes de impermeabilização dos

lotes e otimizados os diâmetros dos orifícios de fundo dos reservatórios. Os resultados

obtidos em termos de diminuição do pico de vazão efluente variaram de 3 a 30% de

redução para os reservatórios de 1 m³ e de 14 a 74% de redução para os reservatórios

de 2 m³, comparando-se a vazão da ocupação do lote com a vazão de pré-

urbanização, para determinado coeficiente de impermeabilização, com e sem o

reservatório. Este tipo de abordagem, com a distribuição dos reservatórios ao longo da

bacia hidrográfica, poderia resultar em significativa atenuação dos picos de vazão para

a região de jusante da bacia. Neste sentido, D'Altério (2004) avaliou o resultado para a

região de foz da bacia da distribuição de reservatórios de lote de 1 m³ na parte média

da bacia do Rio Joana, no município do Rio de Janeiro, para chuvas de projeto de 10

anos de período de recorrência. Os resultados obtidos pelo autor apontaram uma

redução de 25% na lâmina de água de inundação próximo à foz do Rio Joana.

O dimensionamento de um reservatório de águas pluviais deve considerar

fatores técnicos, econômicos e ambientais, de modo a atender aos objetivos previstos

para o reservatório. Segundo a NBR 15.527, um projeto de reservatório para

aproveitamento de águas pluviais deve considerar extravasor, dispositivo de

esgotamento, cobertura, inspeção, ventilação e segurança. Os componentes básicos

de um reservatório de águas pluviais são apresentados na Figura 8. No entanto, se o

objetivo do armazenamento for apenas de redução de vazões de pico efluentes, não

há necessidade de o reservatório ser coberto.

24

Figura 8 – Componentes básicos de um reservatório para armazenamento de águas

pluviais (HASTINGS, 2014).

O volume máximo a ser armazenado é um resultado da área de captação, do

coeficiente de escoamento superficial da superfície de captação e da chuva de projeto.

Para reservatórios de amortecimento de cheias, é importante que se armazene o

maior volume possível de água para ser descartada aos poucos, durante ou após o

evento de chuva. Considerando-se os critérios usuais para microdrenagem, pode-se

utilizar chuvas de projeto de 2 a 10 anos de período de recorrência como referência.

No entanto, este reservatório pode significar custos elevados para um lote unifamiliar,

além da necessidade de uma área possivelmente maior para sua implantação, devido

ao volume de armazenamento.

O dimensionamento das estruturas de armazenamento de águas pluviais é

realizado, geralmente, por métodos organizados em duas grandes famílias: os

métodos simplificados e os métodos fundados em modelos conceituais. A escolha da

metodologia de dimensionamento a ser adotada depende das características da

estrutura a ser dimensionada, dos recursos existentes e do uso pretendido. Em geral,

os métodos de dimensionamento com foco em aproveitamento das águas pluviais

consideram a demanda de água não potável e a disponibilidade hídrica do local,

enquanto quando o objetivo principal é a redução de vazões efluentes, prioriza-se a

maximização da reservação com base nas chuvas de projeto e área de contribuição. A

25

NBR 15.527 apresenta diversas metodologias de dimensionamento com foco em

aproveitamento da água. Com relação ao objetivo de redução de vazões de pico,

Baptista et al (2005) elaborou a Tabela 3 com as principais características de três

métodos bastante usados para este tipo de dimensionamento: os métodos

simplificados das chuvas e dos volumes e o método conceitual de Puls.

Tabela 3 – Características de diferentes métodos de dimensionamento de estruturas de armazenamento (Baptista et al, 2005)

Método Resultado e condição de utilização Hipóteses / Dados necessários Vantagens / Limites

Método das

chuvas

Fornece:

Um volume máximo de armazenamento

Uma estimativa dos tempos de descarga e de funcionamento

Permite:

Dimensionamento de estruturas individuais ou a associação de estruturas

Vazão de saída constante

Coeficiente de contribuição constante

Transferência instantânea da chuva à obra de retenção

Necessita curvas IDF/PDF relativas a longos períodos

Facilidade de utilização (método manual)

Geralmente subestima volumes em relação ao método dos volumes para a mesma série de medidas

Método dos

volumes

Fornece:


Uma estimativa do tempo de descarga

Permite:

Dimensionamento de estruturas individuais

Vazão de saída constante

Coeficiente de contribuição constante

Transferência instantânea da chuva à obra de retenção

Necessita de dados pluviométricos de longa duração

Facilidade de utilização (método manual)

Fornece volumes mais corretos que o método das chuvas para a mesma série de medidas

Dificilmente utilizável para associação de estruturas

Método Puls

Fornece:

Um ou vários hidrogramas de saída das estruturas

A evolução dos volumes e alturas de água nas estruturas


Permite:

Planejamento

Diagnóstico de um estado existente

Dimensionamento de estruturas individuais e associação de estruturas

Vazões de saída variáveis

Necessita do acoplamento com modelos hidrológicos ou hidrogramas de entrada

Necessita chuvas de projeto ou chuvas históricas

Adaptado a uma grande gama de problemas

Permite a simulação da dinâmica de enchimento das estruturas e do funcionamento das bacias controladas

Dificuldades para a modelagem de estruturas não controladas por dispositivos específicos (como infiltração)

Dificuldades para escolha da chuva de projeto representativa

IDF: Intensidade-Duração-Frequência / PDF: Precipitação-Duração-Frequência

27

O método das chuvas consiste em sobrepor a curva de precipitação-duração,

para o período de recorrência escolhido para projeto, e a curva de esvaziamento. A

máxima diferença entre estas curvas multiplicada pela área de drenagem efetiva

resulta no volume de água a armazenar (Figura 9). A área de drenagem efetiva é

obtida pelo produto da área de drenagem pelo coeficiente de escoamento superficial

(variando de 0 a 1).

Figura 9 – Gráfico representativo do método das chuvas para dimensionamento de

estruturas de armazenamento (Baptista et al, 2005)

Onde:

D: duração da precipitação;

T: tempo de retorno;

P: altura de precipitação;

qs: vazão de saída do reservatório (constante);

DP: duração da precipitação que resulta em máximo volume de

armazenamento, para determinado tempo de retorno de projeto;

DPmax (qs,T): altura de precipitação a ser armazenada para determinado tempo

de retorno de projeto. Deve ser multiplicada pela área efetiva para obtenção do volume

de armazenamento.

O método dos volumes de dimensionamento utiliza a altura de água precipitada

ao longo de um ano para os cálculos. Estipula-se uma vazão de saída fixa para o

reservatório (qs) e, para cada chuva j, determina-se a DPij, que é a diferença entre a

curva das alturas de água precipitada e a curva de saída de água do reservatório,

dada por qs.D, onde D é a duração da chuva. Assim, obtém-se um gráfico semelhante

ao apresentado na Figura 10 para cada ano i.

28

Figura 10 – Curva das alturas de precipitação acumuladas em um ano (BAPTISTA et al,

2005).

Com estes resultados em mãos, realiza-se uma análise de frequências e a

construção de um segundo gráfico, semelhante ao apresentado na Figura 11, que

indica para cada período de recorrência (T) e para uma qs pré-determinada, qual é a

altura específica máxima (DPmax) observada no período analisado, a ser utilizada no

dimensionamento.

Figura 11 – Curvas para determinação da altura específica (BAPTISTA et al, 2005).

Com os valores de qs e DPmax é possível calcular, pelo método dos volumes, o

volume de armazenamento do reservatório (Smax) através da Equação 1, onde Aa é a

área efetiva de contribuição.

as ATqDPS ),(maxmax Equação 1

O método de Puls é mais complexo que os métodos das chuvas e dos

volumes, de modo que é praticamente inviável o cálculo manual do volume a ser

armazenado pelo reservatório. Ele requer o emprego de métodos numéricos para a

solução do sistema, por possuir variáveis mais complexas que as dos métodos

anteriores, como hidrograma de entrada que pode assumir diversas formas e vazão de

29

saída variável. De forma prática, a solução é obtida pela resolução do sistema

composto pela equação da continuidade e pela curva cota-descarga da estrutura

projetada. No entanto, este método pode ser aplicado através de vários softwares de

simulação hidrológica, inclusive alguns de domínio público, como o IPHS, do IPH-

UFRGS, e o ABC, da USP-SP, brasileiros, e o HEC-HMS e o SWMM, dos Estados

Unidos.

Um parâmetro muito relevante a ser determinado para o dimensionamento dos

reservatórios é a vazão de saída. Esta pode ser constante, como é necessário para os

métodos simplificados apresentados, ou variável. A saída de água das estruturas de

armazenamento pode se dar por diferentes meios, como infiltração, vertedores,

orifícios ou bombeamento. Seu valor de projeto deve considerar diversos fatores,

como:

Regulamentação de limite de vazão de saída;

Limite de capacidade da rede de águas pluviais que receberá o

efluente;

Tempo pretendido de esvaziamento do reservatório;

Adoção da vazão efluente da área antes da ocupação como vazão de

saída.

Para manter a qualidade da água dos reservatórios, devem ser realizadas

descargas de fundo e limpeza pelo menos uma vez ao ano, pois, junto com a água da

chuva, vêm poluentes e microrganismos presentes na superfície de captação e no ar,

os quais se acumulam em uma camada no fundo do reservatório. Para aproveitamento

da água reservada, a NBR 15.527 sugere a frequência de manutenção das instalações

relacionadas à captação, a qual é apresentada na Tabela 4.

Tabela 4 - Frequência de manutenção.

Componente Frequência de manutenção

Dispositivo de descarte de detritos Inspeção mensal

Limpeza trimestral

Dispositivo de descarte do escoamento inicial Limpeza mensal

Calhas, condutores verticais e horizontais Semestral

Dispositivos de desinfecção Mensal

Bombas Mensal

Reservatório Limpeza e desinfecção anual

Com o objetivo de compilar as informações apresentadas sobre os

reservatórios de lote, é apresentada a Tabela 5.

30

Tabela 5 – Resumo das características dos reservatórios de lote.

Principais características

“Pequenos” reservatórios que agem em escala local;

Recuperam a vazão natural do terreno, de modo a não transferir o impacto da urbanização para jusante para chuvas menores que a de projeto;

Realiza o controle de volume e de qualidade de água na fonte, minimizando os investimentos públicos necessários para tal fim;

Descentraliza a responsabilidade pelo controle dos efeitos adversos resultantes da urbanização;

Há legislação em diversos municípios brasileiros que obriga sua adoção;

A melhoria da qualidade da água resultante da adoção de reservatórios de lote se deve a retenção dos sólidos suspensos;

As reduções de pico de vazão efluente do lote variam muito de acordo com a chuva de projeto, havendo estudos que relatam uma amplitude de 10 a 80% de redução;

Há poucos estudos de seus resultados na escala de bacia hidrográfica;

Os componentes básicos de um reservatório de lote são: extravasor, dispositivo de esgotamento, cobertura e acesso para inspeção.

Recomendações de projeto e cuidados necessários

Podem ser implantados sobre o telhado, ao nível do chão ou enterrados;

Podem ser usados com fim exclusivo de controle de enchentes ou combinados com o aproveitamento das águas pluviais para fins não potáveis;

Os lotes de montante tendem a apresentar melhores resultados em termos de controle de enchentes na escala da bacia hidrográfica;

Deve-se realizar um estudo hidrológico da bacia hidrográfica, de modo a verificar se a implantação de reservatórios de lote nas partes média e baixa da bacia não resultam em sobreposição de picos de vazão com os volumes oriundos da parte alta;

A operação e a manutenção do reservatório devem ser simples, de modo que dependam o mínimo possível da atuação do proprietário;

Para aproveitamento da água de chuva, o volume do escoamento inicial deve ser descartado e deve ser realizado um gradeamento na entrada da água no reservatório;

Deve ser realizada limpeza no reservatório ao menos uma vez ao ano;

As entradas e saídas do reservatório devem possuir grades, para evitar a entrada de pequenos animais;

Pode ser adicionada solução de hipoclorito de sódio a 10% para combater a contaminação da água armazenada para uso posterior;

Em caso de aproveitamento da água armazenada, o reservatório deve ser protegido contra a luz;

Volume a ser armazenado depende da área de captação, do coeficiente de escoamento superficial, da chuva de projeto e da área e do dinheiro disponíveis para implantação do reservatório;

Com foco em redução de vazões de pico, são comumente utilizados três métodos de dimensionamento: método simplificado da chuva, método simplificado dos volumes e método conceitual de Puls;

A vazão de saída do reservatório deve ser determinada de acordo com diversos fatores, como: regulamentação específica, capacidade da rede de drenagem, tempo de esvaziamento do reservatório e recuperação da vazão natural.

31

2.2 Jardins Rebaixados e Jardins de Chuva

O conceito de jardim rebaixado nada mais é do que o aproveitamento das

áreas de jardins de um lote ou área pública para armazenar e infiltrar as águas pluviais

em um rebaixo construído propositadamente. Já nos jardins de chuva, além do

rebaixo, o solo do jardim é substituído, até uma profundidade de projeto, por uma

mistura que promova melhor infiltração e capacidade de armazenamento de água.

Estas técnicas também são conhecidas como sistemas de biorretenção (FCTH &

ABCP, 2013) e resultam em melhoria da qualidade da água. A proposta original destes

jardins foi concebida em Maryland, nos EUA, em 1990. Com o intuito de minimizar os

custos com drenagem e inspirados nos sistemas de biorretenção e fitorremediação

usados para tratamento de águas residuárias, especialistas propuseram a instalação

de um jardim de chuva em cada um dos 200 lotes de um novo loteamento. Com a

instalação destas estruturas, os projetistas estimaram uma economia de mais de

$ 300.000 com sistemas de drenagem. A partir de então, a tecnologia se difundiu por

diversas regiões dos EUA, como Seattle, Kansas, Minnesota e Wisconsin. Atualmente

há, inclusive, municípios no país que oferecem benefícios fiscais para quem possui

jardins de chuva em suas residências, como é o caso de Minneapolis e Portland

(GHERTNER, 2009).

Os resultados práticos da implantação destes tipos de jardins se assemelham

aos de um reservatório de lote comum, sendo que a saída de água preferencial é a

infiltração. Assim, os jardins rebaixados e de chuva podem ser considerados como

reservatórios de lote abertos, com saída por infiltração e com a vantagem de não

demandar área extra para sua implantação, já que aproveita a área permeável do lote,

muitas vezes garantida por lei, para armazenamento. A Figura 12 apresenta um

exemplo de aplicação de jardins para armazenamento e infiltração das águas pluviais

escoadas pela cobertura de uma residência e a Figura 13 representa o corte

sistemático de um jardim de chuva, com solo preparado para tornar mais eficiente a

infiltração e o armazenamento de água.

32

Figura 12 – Jardim que recebe o escoamento do telhado de uma residência

(WATERFALL, 2002)

Figura 13 – Corte sistemático de um jardim de chuva (GHERTNER, 2009).

O cálculo do volume a ser armazenado pode ser realizado da mesma forma

que para os reservatórios de lote comuns. Deve-se atentar, no entanto, para altura do

rebaixo, para evitar acidentes com os transeuntes. Esta altura não deve ser maior que

um degrau comum, para que o acesso ao jardim não fique dificultado. Pode-se

também, fazer o desnível do jardim através de um pequeno talude com inclinação

moderada, para evitar a mudança brusca de nível do piso.

33

No caso dos jardins de chuva, o volume de armazenamento é resultado da

combinação da capacidade superficial de armazenamento no rebaixo e do volume de

vazios do leito granular. A mistura aplicada ao leito granular deve ser apta ao

crescimento vegetal e, ao mesmo tempo, possuir o maior volume de vazios e

capacidade de infiltração possíveis. Para tanto, a literatura indica a mistura do solo

local com areia e, eventualmente, brita (DIETZ & CLAUSEN, 2005; ARAVENA &

DUSSAILLANT, 2009; JENKINS et al, 2010). Há também referências de estudos de

jardins de chuva com camadas horizontais de diferentes materiais, como no caso da

proposta apresentada por FCTH e ABCP (2013) e representada na Figura 14.

Figura 14 – Jardim de chuva com estratificação horizontal (FCTH & ABCP, 2013).

A estrutura apresentada por FCTH e ABCP (2013) considera como uma de

suas principais funções a melhoria da qualidade da água infiltrada nas áreas urbanas.

Neste sentido, o dimensionamento e as tecnologias escolhidas para uma estrutura de

técnica compensatória estão diretamente relacionados aos principais objetivos para a

sua instalação. Visando integrar de melhor forma os benefícios possíveis para uma

determinada técnica, Rosa et al (2013) apresentam uma metodologia de cálculo de

indicadores de eficiência quali-quantitativa de técnicas compensatórias. As equações

propostas pelos autores consideram a detenção de escoamento, a redução de cargas

poluidoras e a biorretenção e os ponderam conforme os objetivos pretendidos para a

estrutura, atendendo potencialmente as expectativas de qualidade e de quantidade da

água efluente.

A altura do rebaixo é definida pelo volume a ser armazenado, pela área

disponível para o jardim e pela taxa de infiltração de água. A saída de água do rebaixo

se dá por infiltração no solo do local, no caso dos jardins rebaixados, ou no leito

granular preparado, para os jardins de chuva. De forma similar, a altura do leito

granular é determinada pelo volume necessário a ser armazenado para que a chuva

de projeto infiltre, sem que haja extravasamento. Caso as dimensões de rebaixo e leito

granular sejam muito grandes ou o tempo de permanência da água até infiltrar

totalmente seja muito alto, devido aos grandes volumes de água captados ou à baixa

34

capacidade de infiltração do solo do local, pode ser necessária a complementação da

capacidade de saída de água da estrutura através de um dreno. Esta opção é

especialmente válida para os jardins de chuva, onde há escavação e a possibilidade

da preparação de um sub-leito com dreno. Para verificar se a altura do leito granular é

razoável, deve-se avaliar as interferências do entorno de instalação da estrutura, como

tubulações e fiações subterrâneas, ou mesmo a profundidade da galeria de águas

pluviais que receberá o efluente do dreno. No caso de jardins de chuva, a resistência

do leito granular não é muito relevante, pois é pressuposto desta técnica que não haja

atividades intensas sobre o jardim para evitar a sua compactação, de modo que o

jardim cumpre uma função principalmente paisagística. Devem-se avaliar também os

custos de escavação e manutenção do leito granular mais profundo versus a

instalação de um dreno. A Figura 15 apresenta um exemplo de jardim de chuva com

dreno auxiliar.

Figura 15 – Exemplo de jardim de chuva com dreno (DIETZ & CLAUSEN, 2005 –

adaptado).

O volume do leito granular de um jardim de chuva depende da quantidade de

água a ser armazenada e das características da mistura de solo e agregados utilizada.

Uma das características do substrato que influi diretamente na capacidade de

armazenamento e de infiltração é a porosidade. A porosidade se divide em macro e

microporosidade, sendo que, de forma simplificada, a macroporosidade é o espaço

entre os grãos de solo e a microporosidade o espaço dentro dos próprios grãos

(HILLEL, 1998). O mesmo autor aponta que a quantidade de água encontrada em um

solo encharcado se aproxima da saturação, mas não equivale exatamente a este valor

máximo, pois, na prática, alguns poros ficam com ar enclausurado, o que faz com que

a quantidade de água armazenada seja um pouco menor do que a saturação,

condição conhecida como saciedade. Segundo Prado (2014), após a drenagem, a

água presente nos macroporos é escoada, sendo preenchida novamente por ar, de

35

modo que permanece no solo apenas a água armazenada nos microporos. Esta

condição de umidade do solo, logo após a drenagem gravitacional dos macroporos é

chamada de capacidade de campo. A água armazenada no solo na capacidade de

campo fica disponível para as plantas. A proporção de macro e microporos é uma

característica do substrato, de modo que, em geral, quanto menor a granulometria,

maior a quantidade de microporos e menor a de macroporos, e, consequentemente,

menor a sua capacidade de armazenamento de água para liberação por gravidade,

que é a característica relevante para o armazenamento de água no leito granular do

jardim de chuva. Assim, para maximizar a capacidade de armazenamento de água do

leito granular, deve-se maximizar a proporção de material de maior granulometria na

mistura. A maior quantidade de macroporos também favorece a infiltração de água no

solo (HILLEL, 1998).

Os estudos existentes sobre jardins de chuva ainda não propõem valores de

capacidade de armazenamento de água para diferentes misturas de substratos para o

leito granular. No caso de pavimentos permeáveis, uma técnica mais amplamente

estudada, já existem na literatura valores mais consistentes de volume de vazios em

um leito granular composto por brita, que seria responsável pelo armazenamento de

água. Estes valores, para a brita, variam de 0,3 a 0,4 (BAPTISTA et al, 2005; TOMAZ,

2010). Fazendo um paralelo entre os leitos granulares dos pavimentos permeáveis e

dos jardins de chuva, e considerando a falta de informações mais específicas para o

assunto, verificou-se na literatura a macroporosidade de outros tipos de solos, para

balizar os valores possíveis de volume de vazios na mistura componente do leito

granular dos jardins de chuva. Stolf et al (2011) indica que a macroporosidade de um

solo arenoso varia de 0,1 a 0,3. Para os solos locais, foram encontradas diversas

referências sobre o latossolo vermelho, o qual, segundo estes estudos, para variadas

condições de uso, trato e compactação, tem sua macroporosidade variando de 0,07 a

0,2 (COSTA et al, 2004; GENRO JUNIOR et al, 2009; MARQUES et al, 2010;

DRESCHER et al, 2011).

A saída de água dos jardins rebaixados e dos jardins de chuva ocorre através

de infiltração no solo. Para técnicas que utilizam a infiltração como saída da água

armazenada, é necessário um cuidado especial no projeto no que tange à distância da

base da estrutura com relação à franja capilar do lençol freático. Este cuidado é

necessário para evitar a contaminação das águas subterrâneas, através da percolação

dos poluentes oriundos da lavagem do terreno, e para garantir que o solo não esteja

permanentemente saturado, o que minimizaria significativamente a capacidade de

infiltração de água. O risco de contaminação do lençol subterrâneo é especialmente

alto quando se trata de solo arenoso e de lençol freático com nível elevado, de modo

36

que a água percola rapidamente e por uma profundidade pequena até atingir a zona

saturada, não dando oportunidade aos contaminantes de se degradarem ou serem

absorvidos pelas partículas do solo. Marchioni e Silva (2011) recomendam que a base

inferior da estrutura esteja no mínimo 0,6 m acima do limite superior da camada

saturada do solo. Já Baptista et al (2005) recomenda que esta distância não seja

inferior a 1 metro, para evitar riscos de contaminação do lençol subterrâneo. No

entanto, o risco de contaminação pode ser amenizado com um pré-tratamento da água

a ser infiltrada por processos de sedimentação, o que também evita a colmatação da

estrutura e aumenta a sua vida útil (CHAHAR, GRAILLOT & GAUR, 2012).

Para avaliar a saída de água dos jardins rebaixados e jardins de chuva deve-se

considerar além da infiltração no solo, outras formas de perda de água, como a

evapotranspiração. No entanto, neste estudo será dada maior ênfase ao processo de

infiltração. Neste sentido, é importante entender um pouco da dinâmica deste

fenômeno no solo. Segundo Hillel (1998), de modo simplificado, a infiltrabilidade do

solo depende de:

Tempo do início da chuva ou irrigação;

Conteúdo inicial de água no solo;

Condutividade hidráulica do solo;

Condições da superfície do solo;

Camadas do solo e profundidade.

Desta forma, a infiltrabilidade de água no solo decai ao longo do tempo, com a

manutenção do suprimento de água. Os valores começam mais altos e, conforme a

matriz do solo é preenchida por água, estes diminuem. No mesmo sentido, a umidade

inicial do solo influi diretamente na capacidade de infiltração. Esta variação é

representada na Figura 16. Após a saturação do solo, a taxa de infiltração tende a ser

aproximadamente constante, independentemente da condição inicial de umidade, e

bem mais baixa do que o valor inicial (HILLEL, 1998).

37

Figura 16 – Infiltrabilidade em função da umidade inicial do solo (HILLEL, 1998).

No entanto, no caso dos jardins rebaixados e jardins de chuva, a entrada de

água depende da chuva, o que aumenta a complexidade do processo. Quando a

intensidade da chuva excede a infiltrabilidade do solo, ocorre a formação de

escoamento superficial ou acúmulo no rebaixo da estrutura (HILLEL, 1998). A Figura

17 representa o comportamento típico da infiltração no solo ao longo do tempo para

condições ideais, com chuva de intensidade constante e geração do escoamento

superficial. Neste exemplo, a intensidade da chuva é menor do que a taxa de

infiltração inicial do solo, o que resulta no trecho horizontal do gráfico, mas maior do

que o seu valor final, incidindo no decaimento da curva e na geração de escoamento

superficial.

Figura 17 – Representação da dependência do tempo para a taxa de infiltração no solo

(HILLEL, 1998).

Entretanto, a intensidade da chuva real é variável, de modo que a infiltração

não se comporta da forma teórica representada pela Figura 17. A chuva pode, por

38

exemplo, exceder eventualmente a infiltrabilidade do solo, gerando escoamento

superficial, e na sequência, diminuir de intensidade, voltando a infiltrar totalmente. No

entanto, caso já exista uma lâmina d’água sobre a área de infiltração, o

comportamento do fenômeno é diferente. A Figura 18 exemplifica a interferência da

intensidade da chuva e da presença de lâmina d’água na infiltração no solo. As chuvas

foram consideradas com intensidade constante. As partes horizontais das curvas

representam a infiltração antes da formação de uma lâmina d’água acumulada

superficialmente. As curvas de infiltração são diferentes dependendo da intensidade,

apesar de a taxa de infiltração de base ser semelhante. Além disso, em casos de

inundações, a curva de infiltração é ainda outra, representada na figura pela linha

tracejada.

Figura 18 – Representação da influência do tempo e da intensidade da chuva para a taxa

de infiltração em um solo arenoso. Os números próximos às curvas equivalem a

intensidade da chuva e a linha tracejada representa a infiltração em caso de inundação

(HILLEL, 1998).

Além das variáveis já apresentadas, a infiltração no solo também pode ser

afetada pela oclusão de ar no agregado, formação de áreas com ar comprimido,

regiões com resistência na frente de molhamento ou mesmo heterogeneidade nos

perfis horizontal e vertical do solo (HILLEL, 1998).

Devido a todos estes agentes complicadores da caracterização da infiltração no

solo resultante de um evento de precipitação real, a literatura específica de técnicas

compensatórias sugere a adoção da condutividade hidráulica do solo à saturação para

dimensionamento das estruturas (BAPTISTA et al, 2005; TOMAZ, 2010; MARCHIONI

& SILVA, 2011). Esta consideração é bastante conservadora, visto que trata-se da

mínima capacidade de infiltração no solo possível para um determinado tipo de

agregado com perfil homogêneo, porém evita que seja considerada no

dimensionamento uma capacidade de infiltração maior do que pode ocorrer em campo

para determinada situação. Considerando estes aspectos, são propostas taxas de

39

infiltração mínimas e máximas para a adoção de técnicas compensatórias com saída

por infiltração e valores para seu dimensionamento.

Tomaz (2010) sugere que a taxa final de infiltração no solo deve estar entre 7,6

mm/h e 60 mm/h, ou seja, entre 2,1x10-6 m/s e 1,67x10-5 m/s, para que sejam

adotadas técnicas compensatórias de infiltração de modo a evitar a contaminação do

lençol freático pela percolação de poluentes e possibilitar a infiltração mínima para

justificar a adoção da infiltração como mecanismo de esvaziamento da estrutura. Já

Baptista et al (2005) recomenda apenas que não sejam utilizadas técnicas de

infiltração em terrenos onde a capacidade de infiltração seja inferior a 10-7 m/s. Estes

cuidados devem ser tomados para todas as técnicas compensatórias que envolvam

infiltração no solo, como o jardim rebaixado, jardim de chuva ou pavimento permeável.

Para a determinação do coeficiente de infiltração do solo para projeto, considerando

um lençol freático profundo, pode-se aproximar a capacidade de absorção ou taxa de

infiltração pela condutividade hidráulica do solo à saturação, supondo-se,

implicitamente, que o gradiente hidráulico seja igual a 1 (BAPTISTA et al, 2005) e que

o perfil do solo seja homogêneo e estruturalmente estável (HILLEL, 1998). Neste

sentido, Musy e Soutter (1991 apud BAPTISTA et al, 2005) apresentam a Tabela 6 que

correlaciona o tipo de solo do local com a condutividade hidráulica e a sua aptidão a

infiltração. Outra relação de coeficientes de permeabilidade é apresentada na Tabela 7

(PINTO, 2002 apud MARCHIONI & SILVA, 2011).

Tabela 6 – Ordem de grandeza da condutividade hidráulica em diferentes solos (MUSY &

SOUTTER, 1991 apud BAPTISTA et al, 2005).

K (m/s) 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11

Tipos de solos

Seixos sem areia nem elementos finos

Areia com seixos, areia grossa a areia fina

Areia muito fina, silte grosso a silte argiloso

Argila siltosa a argila homogênea

Possibilidade de infiltração

Excelentes Boas Médias a baixas

Baixas a nulas

Tabela 7 – Valores típicos de coeficiente de permeabilidade (PINTO, 2002 apud

MARCHIONI & SILVA, 2011).

Argilas < 10-9 m/s

Siltes 10-6 a 10-9 m/s

Areias argilosas 10-7 m/s

Areias finas 10-5 m/s

Areia médias 10-4 m/s

Areias grossas 10-3 m/s

40

Por esta metodologia, a vazão de infiltração é determinada pelo produto da

área da superfície de infiltração e do coeficiente de permeabilidade. Existe a

possibilidade do uso de um coeficiente de segurança, o qual introduz a eventualidade

de uma colmatação ao cálculo. Este coeficiente de segurança depende do local de

instalação da estrutura, do potencial aporte de finos e do tipo de manutenção prevista.

Marchioni e Silva (2013) sugerem a adoção de um coeficiente de segurança de 0,8,

que já consideraria toda a colmatação que poderia ocorrer na estrutura. No entanto,

contrariando a tendência esperada resultante do acúmulo de finos no substrato,

Jenkins et al (2010) verificaram que não houve perda significativa de capacidade de

infiltração no solo de um jardim de chuva após 9 anos de sua construção, apesar de

ter aumentado a proporção de partículas de menor granulometria no substrato. Assim,

a vazão de infiltração é calculada através da Equação 2 (BAPTISTA et al, 2005).

SqQ ass Equação 2

Onde:

α = coeficiente de segurança, adimensional;

qas = capacidade de absorção de água por unidade de área de superfície

infiltrante, em m³/s/m²;

S = área de superfície de infiltração, em m².

A superfície de infiltração depende do tipo de estrutura, do seu funcionamento

e da manutenção prevista. Em estruturas com reservatórios altos e com área em

planta pequena, o fundo tende a colmatar rapidamente, sendo recomendável a

consideração da infiltração apenas pelas paredes do reservatório. Alguns locais, como

Dinamarca e Estados Unidos, recomendam ainda que os cálculos de infiltração

considerem que o fenômeno ocorre apenas em metade da altura das paredes

(BAPTISTA et al, 2005). Por outro lado, estruturas com grandes áreas e pequenas

profundidades devem considerar o fundo como superfície de infiltração, sendo as

paredes, muitas vezes, irrelevantes para tanto. Com estes parâmetros é possível

realizar o estudo do tempo de esvaziamento do jardim rebaixado, que é importante por

determinar em quanto tempo a estrutura estará livre para receber outra precipitação,

de modo que, se ela estiver cheia, a água em questão será convertida em escoamento

superficial carreando todos os contaminantes associados. Tempos elevados de

esvaziamento de rebaixos também resultam em ambientes com água acumulada, o

que pode favorecer a proliferação de vetores de doenças.

A passagem da água pelo solo através da infiltração realiza um papel de

filtragem mecânica da água, retendo, assim, as partículas em suspensão de diâmetro

41

maior que 30 µm, que representam cerca de 50% dos sólidos suspensos totais

(BAPTISTA et al, 2005). Este fenômeno pode resultar em melhoria da qualidade da

água afluente ao lençol freático, removendo as impurezas oriundas da poluição difusa,

já que grande parte da poluição carreada pelas águas escoadas superficialmente

encontra-se fixada em matéria em suspensão. Gautier (1998 apud BAPTISTA et al,

2005) aponta que 95% dos metais pesados, 75% da DBO5 e da DQO, 65% do NTK,

80% dos hidrocarbonetos totais e 79% dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos

estão fixados nas partículas em suspensão maiores que 0,45 µm.

Devido ao favorecimento da infiltração ocasionado pelas técnicas de jardins

rebaixados e jardins de chuva é importante verificar a distância que a estrutura será

instalada das construções, para que não haja deterioração da fundação devido ao

elevado teor de umidade do solo adjacente. Bannerman e Considine (2003)

recomendam que os jardins rebaixados e jardins de chuva sejam instalados no mínimo

há 3 m das fundações das construções. Além deste cuidado, estas estruturas não

devem ser instaladas acima de fossas sépticas e nem em áreas muito sombreadas,

para favorecer a evaporação da água.

Apesar de não possibilitar aproveitamento das águas pluviais, como no caso

dos reservatórios de lote comuns, o jardim rebaixado representa custos muito baixos

de implantação, pois é necessário apenas criar um desnível na área ajardinada do

lote. Já os jardins de chuva representam custos um pouco maiores de implantação,

devido à escavação necessária e ao preparo do substrato do leito granular. No

entanto, a manutenção de ambas as técnicas é simples. O principal ponto a ser

monitorado é a entrada de partículas finas na área do jardim, as quais podem colmatar

o substrato e diminuir os coeficientes de infiltração. Para tanto, podem ser instalados

sistemas de retenção de sedimentos nos pontos de entrada de água no jardim, como

tanques de sedimentação, ou em sua periferia. Um sistema destes simples e funcional

é uma faixa gramada na periferia de todo o jardim, a qual reteria parte dos sólidos

carreados pelo escoamento superficial (TOMAZ, 2010).

Com o objetivo de compilar as informações apresentadas sobre os jardins

rebaixados, é apresentada a Tabela 8.

42

Tabela 8 – Resumo das características dos jardins rebaixados.


Rebaixo de um jardim;

Simples aplicação e manutenção;

Funciona como um reservatório aberto, promovendo o armazenamento das águas pluviais e a infiltração;

Na prática, a saída de água do jardim também ocorre por evaporação, evapotranspiração e pelo consumo das próprias plantas;

Pode ser implantado na área de jardins do lote, não demandando, neste cenário, área extra;

Reduz o volume efluente da área drenada e, dependendo das características de projeto, pode reduzir também a vazão de pico efluente;

Melhora a qualidade da água infiltrada no solo;

Promove a recarga dos aquíferos.


Cálculo de volume pode ser realizado da mesma forma que para os reservatórios de lote, ou seja, comumente pelos métodos: simplificado da chuva, simplificado dos volumes e conceitual de Puls;

A altura do rebaixo não deve ser muito grande (máximo de um degrau comum), para evitar acidentes com os ocupantes. Pode também ser executado um talude, para atenuar o desnível brusco;

A base da estrutura deve estar no mínimo 0,6 m acima do limite superior do lençol freático;

Pode ser considerado um pré-tratamento da água antes da entrada no jardim, para evitar a colmatação da estrutura;

Para determinação da capacidade de infiltração no solo, pode ser usada a condutividade hidráulica do solo a saturação;

Pode ser adotado um coeficiente de segurança de 0,8 para a infiltrabilidade do solo, considerando, assim, uma eventual colmatação futura, apesar de esta necessidade não ser unânime na literatura;

Não é recomendada a adoção de técnicas de infiltração em locais onde o solo tenha taxa final de infiltração maior que 1,67x10-5 m/s ou menor que 10-7 m/s;

Deve-se verificar se o tempo de esvaziamento da estrutura é razoável;

Os jardins devem ser instalados a uma distância mínima de 3 m de fundações de construções;

Os jardins não devem ser instalados acima de fossas sépticas e nem em áreas sombreadas.

Para apresentar de forma resumida as características dos jardins de chuva, foi

elaborada a Tabela 9.

43

Tabela 9 – Resumo das características dos jardins de chuva.


Rebaixo de um jardim e preenchimento de um leito granular com solo preparado, com maior capacidade de armazenamento e infiltração;

Funciona como um reservatório aberto, com saída por infiltração;

Na prática, a saída de água do jardim também ocorre por evaporação, evapotranspiração e pelo consumo das próprias plantas;

Pode ser implantado na área de jardins do lote, não demandando, neste cenário, área extra;

Reduz o volume efluente da área drenada e, dependendo das características de projeto, pode reduzir também a vazão de pico efluente;

Melhora a qualidade da água infiltrada no solo;

Promove a recarga dos aquíferos.


Cálculo de volume pode ser realizado da mesma forma que para os reservatórios de lote, ou seja, comumente pelos métodos: simplificado da chuva, simplificado dos volumes e conceitual de Puls;

A altura do rebaixo não deve ser muito grande (máximo de um degrau comum), para evitar acidentes com os ocupantes. Pode também ser executado um talude, para atenuar o desnível brusco;

Volume de armazenamento é resultado da soma da capacidade de armazenamento do rebaixo e do leito granular;

Leito granular deve ser composto de uma mistura de solo, areia e, eventualmente, brita, de modo a ser apto ao crescimento vegetal e, ao mesmo tempo, possuir o maior volume de vazios e capacidade de infiltração possíveis;

Leito granular também pode ser composto por camadas horizontais de diferentes materiais, como areia e brita;

A altura máxima do leito granular deve ser definida com base nas interferências locais e nos custos de escavação e preparo do solo;

Dependendo da infiltrabilidade do solo local e da altura máxima possível para o leito granular, pode ser necessária a instalação de um dreno auxiliar;

A base da estrutura deve estar no mínimo 0,6 m acima do limite superior do lençol freático;

Pode ser considerado um pré-tratamento da água antes da entrada no jardim, para evitar a colmatação da estrutura;




Deve-se verificar se o tempo de esvaziamento da estrutura é razoável;

Os jardins devem ser instalados a uma distância mínima de 3 m de fundações de construções;

Os jardins não devem ser instalados acima de fossas sépticas e nem em áreas sombreadas.

44

2.3 Telhados Verdes

Telhados verdes são coberturas de edificações com vegetação. Este tipo de

cobertura já era usado em diversos países, como Islândia e Escandinávia, há alguns

séculos, devido aos seus resultados térmicos (PECK et al, 1999; LOPES, 2007). Os

Jardins Suspensos da Babilônia são a cobertura verde mais antiga de que se tem

relato, datado de aproximadamente 600 a.C. (DINSDALE et al, 2006). Outras

construções históricas, como o Mosteiro Saint-Michel (século XIII, França), Pallazzo

Piccolomini (século XV, Itália), Kremlin (Rússia) e o museu Hermitage (1764, Rússia),

também possuem coberturas verdes (GRANT et al, 2003). No entanto, o formato mais

recente de telhados verdes teve início na Alemanha na década de 1970, onde se

iniciaram pesquisas nas universidades sobre sua influência na biodiversidade, tipos de

construção do telhado, tecnologias possíveis e características do substrato

(BERNDTSSON, 2010). Nos anos 1980, o mercado de construção de telhados verdes

na Alemanha expandiu-se rapidamente, com um crescimento anual de 15 a 20%. Em

1989 o país já possuía um milhão de metros quadrados de coberturas verdes, sendo

que em 1996, este número já era de 10 milhões de m² (PECK et al, 1999).

Diferentemente de outras técnicas compensatórias, o telhado verde não requer

área extra para sua implantação. Isto é uma vantagem significativa para áreas urbanas

densamente ocupadas (BERNDTSSON, 2010). A construção de um telhado verde

deve ser prevista em projeto, pois requer reforço estrutural, devido ao peso do

substrato e das plantas. A Figura 19 apresenta as camadas típicas de um telhado

verde, que são basicamente: camada impermeabilizante, sistema de drenagem,

material filtrante, substrato (meio de crescimento da vegetação) e a vegetação

propriamente dita. Apesar de não aparecer na figura, um bom sistema de

impermeabilização sob o sistema de drenagem é essencial para o sucesso da

cobertura verde, evitando infiltrações na construção.

Figura 19 – Camadas típicas de um telhado verde (BERNDTSSON, 2010).

A espessura do substrato de um telhado verde varia, podendo ser mais finos

45

(extensivos) ou mais espessos (intensivos). A vegetação, por sua vez, pode ir de

gramíneas a árvores, dependendo dos objetivos de projeto e da espessura do

substrato adotada. A Figura 20 apresenta um exemplo de telhado verde extensivo,

com vegetação rasteira e a Figura 21 ilustra um telhado verde intensivo, com arbustos

e pequenas árvores compondo a vegetação. A Tabela 10 apresenta as vantagens e

desvantagens de coberturas verdes intensivas e extensivas.

Figura 20 – Exemplo de telhado verde extensivo, em Hannover-Bothfeld – Alemanha

(MINKE, 2003).

Figura 21 – Exemplo de telhado verde intensivo, em Uelzen – Alemanha.

46

Tabela 10 – Vantagens e desvantagens de coberturas verdes intensivas e extensivas

(JOHNSTON & NEWTON, 2004).

Intensivas Extensivas

Va

nta

ge

ns

Proporciona grandes espaços para o estabelecimento da diversidade da fauna e da flora;

Possibilita a utilização do jardim para recreação e para plantio de alimentos.

Baixa necessidade de manutenção com relação à irrigação. Poda e fertilização;

Baixo peso estrutural;

Maior flexibilidade em relação à inclinação da cobertura;

Construção simplificada;

Apropriada para implantar em edificações existentes;

Possui custo relativamente baixo.

De

sv

an

tag

en

s

Sistema construtivo mais complexo e que necessita mais manutenção;

Grande peso estrutural;

Alto custo de construção e manutenção.

Geralmente não possibilita o acesso para recreação e contemplação;

Limitação com relação à escolha das espécies vegetais a serem adotadas.

Além de intensivos ou extensivos, os telhados verdes também podem ser

classificados em acessíveis ou inacessíveis. Os telhados inacessíveis permitem

acesso de pessoas apenas para a manutenção, enquanto os acessíveis também

podem ser utilizados para recreação, agricultura e contemplação. Para os últimos,

alguns cuidados extras devem ser tomados, como a necessidade de guarda-corpos,

de iluminação e baixa declividade (LOPES, 2007). Os telhados verdes acessíveis

aumentam a área útil da edificação e proporcionam benefícios sociais à população

com a disponibilidade de uma área verde.

Um dos principais objetivos de um telhado verde é compensar a vegetação

extraída do terreno para a construção da edificação. No entanto, as vantagens de sua

aplicação não se limitam a puramente aumentar a área verde de uma região

urbanizada. Segundo Berndtsson (2010) os benefícios associados à adoção de

coberturas verdes são:

Reduz o escoamento superficial, minimizando os riscos de inundações e

aproximando o balanço hídrico do natural;

Apresenta benefícios de equilíbrio térmico, reduzindo os efeitos de ilhas de

calor e os custos com ar condicionado e sistemas de aquecimento;

Redução da poluição sonora;

Redução da poluição atmosférica;

47

Disponibiliza habitat, o que favorece o aumento da biodiversidade.

Além desses benefícios, destaca-se também a possibilidade de se praticar

agricultura urbana sobre a cobertura para suprimento de parte das necessidades

alimentares da população. Esta prática encontra-se atualmente em evidência, devido à

percepção por parte da população da má qualidade dos alimentos que chegam à

cidade e de sua dependência com relação ao campo, de modo que o alimento precisa

ser transportado de muito longe, gerando aumento de custos e impactos ambientais.

Niu et al (2010) faz um balanço dos custos de implantação versus benefícios

obtidos com o telhado verde. Ele inclui nos cálculos, além dos itens acima citados, a

redução da emissão de dióxido de carbono, óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de

enxofre devido à minimização do uso de energia elétrica e gás natural resultante do

equilíbrio térmico. Os benefícios resultantes da adoção de um telhado verde

considerando a redução de necessidade de infraestrurura de águas pluviais, economia

de energia, necessidade de sistemas de ar condicionado menos potentes e emissões

gasosas evitadas ao longo da vida útil do telhado verde, que foi considerada de 40

anos no estudo em questão, resultariam em custos de 30 a 40% menores para a

implantação dos telhados verdes quando comparados aos convencionais. O estudo foi

realizado com base nos dados de Washington DC, nos Estados Unidos, e não

considerou os custos de manutenção dos telhados verdes.

A retenção da precipitação em um telhado verde é resultado da interceptação

vegetal, do armazenamento no próprio substrato e da evapotranspiração da

vegetação. A Figura 22 apresenta um exemplo de hidrograma de entrada e saída de

um telhado verde. Pesquisas em diferentes locais e estruturas apontam para uma

variação entre 60 e 70% de precipitação retida por telhados verdes, sendo que a

média fica em torno de 63% (DIETZ, 2007). Estas pesquisas mostram que a

espessura do substrato e a declividade do telhado não influenciam significantemente

na capacidade de retenção pluvial. Já Ahiablame et al (2012) apontam que esta

retenção pode variar de 20 a 100% e que esta se relaciona diretamente com a

espessura do substrato e com o tipo de vegetação adotada no telhado verde. Outro

aspecto que influencia diretamente na capacidade de retenção de águas pluviais pela

estrutura é o volume precipitado, de modo que uma vez que o solo atinge a sua

capacidade de retenção, o restante do volume da precipitação escoa superficialmente

(AHIABLAME et al, 2012). Assim, quanto maior o volume precipitado, menor seria o

percentual de retenção pelo telhado verde. Neste sentido, Gregoire e Clausen (2011)

falam que a quantidade de precipitação retida por um telhado verde é maior conforme

a quantidade de dias sem chuva que antecederem ao evento em questão. Uma

pequena quantidade de água precipitada, altas temperaturas e taxas de

48

evapotranspiração e um substrato com alta capacidade de retenção de água também

contribuiriam para o aumento do percentual de água retido pelo telhado verde.

Berndtsson (2010) acrescenta, a estes fatores, outros como a declividade do telhado e

sua geometria, a posição com relação ao sol, período de seca, condições de vento e

de umidade. Nagase e Dunnett (2012) verificaram que em um telhado verde extensivo,

situado no Reino Unido, as gramíneas apresentaram melhor capacidade de redução

de escoamento superficial. Este efeito estaria associado à maior área de suas folhas e

maior biomassa de raízes.

Figura 22 – Exemplo de hidrograma gerado de entrada e saída de um telhado verde

(BERNDTSSON, 2010).

FLL (2002) apresenta as referências para construção e manutenção de um

telhado verde. Elaborado com base em experimentos realizados na Alemanha, a

publicação relaciona a retenção de água pelo telhado verde ao tipo de vegetação e à

espessura do substrato. A Tabela 11 apresenta as médias anuais de retenção de água

em telhados verdes. Estes experimentos consideraram precipitações anuais totais

entre 650 e 800 mm, o que são valores baixos para a maioria das regiões do Brasil de

precipitação média anual. Neste sentido, FLL (2002) também indica que, para regiões

com alta precipitação anual, a retenção é menor. No entanto, Oliveira (2009) obteve

56% de retenção de águas pluviais em um telhado verde com substrato comercial com

espessura de 10 a 15 cm no município do Rio de Janeiro. Este valor é semelhante ao

obtido por FLL (2002) para esta configuração, o que pode indicar que a diferença

devido às condições climáticas talvez não seja tão significativa.

49

Tabela 11 – Valores de referência para retenção de águas pluviais de acordo com as

características da cobertura verde (FLL, 2002).

Tipo de cobertura

verde

Espessura do substrato (cm)

Porte da vegetação Retenção de água – média anual em %

Extensivo

2 a 4 Sedum e forrações 40

> 4 a 6 Sedum e forrações 45

> 6 a 10 Sedum, forrações e

herbáceas 50

> 10 a 15 Sedum, forrações e

herbáceas 55

> 15 a 20 Forrações e herbáceas 60

Intensivo

15 a 25 Grama, arbustos e capão 60

> 25 a 50 Grama, arbustos e capão 70

> 50 Grama, arbustos, capão e

árvores > 90

A qualidade da água que passa pelo telhado verde, em geral, está relacionada

ao tipo de telhado (espessura e composição do substrato, tipo de vegetação e tipo de

drenagem), à idade do telhado e à sua manutenção (realização periódica de

fertilização, por exemplo). As características de ocupação da região em que o telhado

está inserido também interferem na qualidade da água efluente do telhado verde.

Neste sentido, deve-se considerar se o telhado se encontra em uma área industrial,

residencial ou comercial e as fontes locais de poluição observadas, com tráfego

intenso de veículos e tecnologia utilizada para aquecimento (BERNDTSSON et al,

2006). Em termos de qualidade, Dietz (2007) aponta especial necessidade de atenção

para a liberação de fósforo e nitrogênio total, devendo-se, assim, escolher plantas que

não necessitem de fertilização, para minimizar este risco. Ahiablame et al (2012)

avaliaram estudos que comprovam o apresentado por Dietz (2007), de que a retenção

de compostos de nitrogênio e fósforo pelo telhado verde não é significativa. No

entanto, os autores também citam estudos que mostram que para solos não

fertilizados, há significativa diminuição da concentração de nitrito, nitrogênio total e

fósforo total. Um exemplo é o apresentado por Köhler et al (2002), que avalia a

concentração de fosfato efluente do telhado verde ao longo de quatro anos. Seus

resultados apontam que, do primeiro ao quarto ano, as reduções destas substâncias

foram de 26%, 61%, 64% e 80% respectivamente. Com isso, Berndtsson (2010)

conclui que a concentração efluente de fósforo de um telhado verde está relacionada à

idade do telhado e ao uso periódico de fertilizantes. Além disso, foram relatados

estudos que comprovam que a presença de solo sem vegetação ou com vegetação

50

debilitada aumenta significativamente as concentrações de nitrito no efluente do

telhado verde (AHIABLAME et al, 2012). A remoção de metais pela passagem da água

pluvial através do telhado verde também é controversa. Há estudos que verificaram

redução dessas concentrações (GREGOIRE & CLAUSEN, 2011). No entanto, há

outros estudos que apontam que, dependendo dos componentes estruturais do

telhado verde, este pode contribuir com o aumento das concentrações de metais

efluentes (ALSUP et al, 2010; BERNDTSSON et al, 2006). Dessa forma, deve-se

escolher cuidadosamente o solo a ser aplicado no telhado verde e as plantas, além de

não aplicar fertilizantes. Além disso, quando é essencial a melhoria da qualidade da

água para saída do lote, pode-se combinar o telhado verde com outras técnicas

compensatórias, como o jardim de chuva (AHIABLAME et al, 2012).

Para combater os efeitos nocivos das ilhas de calor formadas em áreas

urbanas, é necessário equilibrar melhor o balanço térmico das cidades. Para tanto,

Santamouris (2012) aponta o aumento do albedo das áreas urbanas como uma das

técnicas mais importantes. Isto pode ser obtido através do aumento das áreas verdes

nas cidades ou de áreas com maior refletância. Akbari e Rose (2008) apontam que a

média de áreas de telhados para quatro regiões metropolitanas nos EUA (Chicago,

Houston, Sacramento e Salt Lake City) está entre 19 e 25 % das áreas das cidades.

No entanto, mesmo em cidades não muito adensadas, há valores mais altos de

ocupação por coberturas. É o caso de Irati - PR, no estudo apresentado por Lechiu et

al (2012), onde foi verificado que 33% da área estudada, localizada no centro da

cidade, era ocupada por telhados. Estes valores indicam que a ocupação por telhados

em uma cidade densamente ocupada, como é o caso de cidades europeias antigas,

pode possuir valores ainda mais elevados.

Em geral não há grandes áreas disponíveis para implantação de outras

técnicas, de modo que os telhados apresentam-se como uma ótima opção para focar

na diminuição do albedo global das áreas urbanas. Para tanto, podem ser utilizadas

basicamente duas técnicas: os telhados reflexivos, os quais pretendem aumentar o

albedo das coberturas, ou os telhados verdes. Ambas as tecnologias são capazes de

diminuir as temperaturas de sua superfície e, consequentemente, diminuir o fluxo de

calor emanado para a atmosfera. No entanto, Chen et al (2009) e Ng et al (2012)

indicam que telhados verdes em prédios altos conseguem diminuir de forma irrisória a

temperatura ambiente no nível do chão. Esta capacidade estaria relacionada à

proporção da altura dos prédios com a largura das ruas, de modo que se esta razão

for maior que 1, o efeito de diminuição das temperaturas é muito pequeno (NG et al,

2012). Já Wong et al (2003) indica que este efeito é significativo apenas para telhados

verdes situados em edificações de até 10 m de altura. A diminuição de temperatura

51

verificada nestes estudos com o uso de telhados verdes variou de 0,3 a 4,2 °C.

Em termos de equilíbrio energético, telhados verdes reduzem a variação diurna

das temperaturas nos edifícios, contribuindo para a conservação de energia em seu

interior (BERNDTSSON et al, 2006). Os benefícios relacionados à conservação de

energia quando da adoção de telhados verdes dependem do clima do local, do projeto

da cobertura verde e, especialmente, das características da construção. Considerando

que os benefícios em questão são principalmente gerados devido aos processos de

calor latente, estes são maiores em locais de clima seco. Da mesma forma, a rega do

telhado também influi na liberação do calor latente e na regulagem do balanço térmico

da cobertura. Paralelamente, as características do telhado verde definem o seu

coeficiente de transferência de calor para a edificação. O tipo de vegetação define a

sombra que esta oferece e o nível de transferência de radiação através das camadas

da cobertura. Para finalizar, edificações com bom isolamento térmico estão sujeitas a

uma menor influência dos benefícios térmicos possíveis de se obter com a adoção de

um telhado verde (SANTAMOURIS, 2012).

Comparando-se com telhados convencionais, a adoção de telhados verdes

pode resultar em economia de mais de 40% de energia (ALSUP et al, 2010). Parizotto

e Lamberts (2011) realizaram um estudo em Florianópolis, cidade brasileira que possui

clima temperado, onde verificaram os ganhos e perdas de calor no interior de uma

parte da casa com telhado verde, comparando-os com áreas com telhado cerâmico e

metálico. Para o período quente estudado, foram observadas diminuições nos ganhos

de calor de 92 e 97% quando comparado com os telhados cerâmico e metálico,

respectivamente. Da mesma forma, as perdas de calor foram 49 e 20% menores neste

período. Já no período frio, o telhado verde reduziu os ganhos de calor em 70 e 84% e

as perdas em 44 e 52% em comparação com os telhados cerâmico e metálico,

respectivamente. Estes resultados apontam para benefícios gerados pelo telhado

verde para o equilíbrio térmico e a eficiência energética das edificações em regiões de

clima temperado. Com relação aos benefícios relacionados à melhoria de conforto

térmico da edificação, Vecchia (2005) avaliou a temperatura interna de casas, no

município de São Carlos, comparando diferentes tipos de coberturas: cerâmica, aço

galvanizado, fibrocimento, laje de concreto e cobertura verde leve (CVL). A Tabela 12

apresenta as temperaturas máxima, média e mínima observadas no período de

estudo, de modo que fica evidente a melhoria do conforto térmico com o uso da CVL,

já que esta é capaz de diminuir em 5 °C a temperatura máxima, com relação ao ar

exterior. Para a região estudada, as temperaturas verificadas possibilitariam, inclusive,

a eliminação da necessidade de ventilação mecânica ou sistemas de condicionamento

de ar, o que resulta em uma economia significativa de energia elétrica.

52

Tabela 12 – Comparação das temperaturas internas do ar e da amplitude térmica para

diferentes sistemas de cobertura (VECCHIA, 2005).

Temperaturas (°C)

Telha cerâmica

Aço galvanizado

Fibrocimento Laje de

concreto CVL

Ar externo (referência)

Máxima 30,4 45,0 31,0 34,7 28,8 34,0

Média 24,1 26,5 24,5 27,1 22,4 27,2

Mínima 15,2 11,5 14,4 14,8 16,2 12,7

Amplitude térmica

15,2 33,4 16,5 19,9 12,6 21,4

Os telhados verdes também apresentam benefícios acústicos para as cidades,

diminuindo os níveis de som próximo aos locais de implantação da estrutura. Yang et

al (2012) aponta que este efeito é especialmente válido quando se trata de telhados

verdes ao nível do solo, como no caso de coberturas de estacionamentos

subterrâneos, onde a vegetação faz uma barreira acústica diretamente no nível onde

os ruídos de tráfego são gerados. O mesmo autor também afirma que o tipo de

vegetação plantada sobre a estrutura é determinante para otimizar os resultados

obtidos, de modo que, utilizando-se vegetação com folhas podadas, seus estudos

apontaram para uma redução de apenas 4 kHz, enquanto que se este aspecto for

otimizado, a redução pode passar de 4 dB(A).

A vegetação pode também servir como um filtro passivo para a poluição

atmosférica das cidades, de modo que sua eficiência depende da localização da

estrutura (proximidade com a fonte de poluição) e do tipo de vegetação existente, já

que a retenção de poluentes pelas plantas está diretamente relacionada à macro e

micro morfologia de sua superfície (SPEAK et al, 2012). Currie e Bass (2008) também

apontam que telhados verdes intensivos são mais eficientes para a remoção de

poluentes do ar do que os extensivos. Yang et al (2008) verificou, para a cidade de

Chicago, uma remoção de 1675 kg de poluentes atmosféricos, como O3, NO2, SO2 e

partículas menores que 10 µm de diâmetro (PM10), por 19,8 ha de telhados verdes em

um ano. Um estudo em Toronto, realizado por Currie e Bass (2008) aponta que se

todos os telhados da cidade possuíssem vegetação, estes seriam capazes de remover

58 toneladas de poluentes atmosféricos.

Segundo Johnston e Newton (2004), o sucesso de um telhado verde está

diretamente relacionado ao seu planejamento na fase de projeto, onde devem ser

considerados os seguintes aspectos, de acordo com os objetivos vislumbrados para a

estrutura:

Capacidade da construção de suportar o peso do telhado verde;

53

Projeto da impermeabilização e do sistema de drenagem;

Acessibilidade ao telhado, para manutenção e facilidade de levar

materiais necessários, como solo;

Previsão do telhado verde desde o início do projeto.

As plantas escolhidas para compor uma cobertura verde devem ser

criteriosamente selecionadas, de modo a minimizar a necessidade de manutenção

periódica. Para tanto, espécies nativas do local de implantação da estrutura são mais

indicadas, pois já são adaptadas ao clima e solo do local, evitando, assim, a

necessidade de rega e adubação em situações normais. Esta escolha também

favorece a atração da fauna da região, valorizando o telhado verde como um habitat

(JOHNSTON & NEWTON, 2004). Os mesmos autores listam algumas características

importantes a serem consideradas na seleção das espécies:

Plantas com porte condizente com o tipo de cobertura verde projetada e

com a capacidade de sustentação da construção. Telhados verdes

extensivos comportam apenas vegetação rasteira e pequenos arbustos,

enquanto os intensivos podem suportar até pequenas árvores;

Raízes com desenvolvimento preferencialmente horizontal e que deem

suporte ao substrato;

Capacidade de regeneração após longos períodos de secas ou chuvas

intensas;

Rápido crescimento;

Tolerância a solos rasos e pobres em nutrientes;

Resistência a insolação direta por longos períodos.

Além dos aspectos acima citados, é importante que a escolha da vegetação

leve em consideração os objetivos de projeto do telhado verde, já que diferentes

características favorecem mais alguns ou outros benefícios. São exemplos, conforme

explicitado no decorrer do texto, que plantas com folhas maiores proporcionam mais

sombra e resultam em maiores benefícios térmicos. Estas mesmas características

também beneficiariam a evapotranspiração, melhorando a retenção de água pela

cobertura, e os efeitos acústicos. Grama e suculentas são plantas comumente

utilizadas em telhados verdes no Brasil, por se enquadrarem satisfatoriamente nos

critérios acima citados.

Para a composição do substrato, é necessário que se determine uma

espessura que seja suficiente para a vegetação selecionada e que seja suportada pela

estrutura da construção. O peso do substrato depende da sua composição, de modo

que Minke (2003) recomenda que o percentual de argila na mistura não ultrapasse os

54

20%. Além disso, o autor indica um percentual de 25 a 75% de materiais leves, com

granulometria menor que 16 mm de diâmetro. De outro modo, há atualmente diversas

pesquisas sobre materiais alternativos para compor o substrato do telhado verde.

Estes variam conforme seu enfoque, que pode ser: materiais reciclados, auxiliando na

solução do problema dos resíduos sólidos; baixo custo, podendo ser reciclado ou não,

com fins de uso em habitações de baixo custo, sendo estes leves e baratos; com

enfoque na máxima retenção de água; entre outros direcionamentos possíveis.

Molineux et al (2009) fez um experimento com quatro diferentes possibilidades

de substratos para telhados verdes gerados a partir da reciclagem de resíduos sólidos.

Os materiais analisados foram: tijolo vermelho triturado; argila e lodo de esgoto

sanitário (argila descartada de escavações, cinzas de processos de combustão e lodo

de esgoto); cinzas de jornais reciclados; e pó de calcário de pedreiras. Foram

realizados diversos testes físicos nos materiais, de modo a avaliar sua aptidão para

uso em coberturas verdes. Todos os materiais estudados foram caracterizados como

leves e seus ensaios de lixiviado se enquadraram na qualidade requerida pela

legislação local para água potável. O comportamento das diferentes misturas com a

adição de matéria orgânica variou. No entanto, em todos os casos foi verificada

diminuição do pH, o que favorece o crescimento das plantas do telhado. Finalizando,

os autores concluem que estes materiais são disponibilizados a baixos custos e

regionalmente, tendo grande potencial para serem incluídos comercialmente nos

projetos de telhados verdes e sendo favoráveis financeira e ambientalmente.

Outro estudo com mídias alternativas para os telhados verdes foi realizado por

Marcolino (2012). Seu foco era o de aproveitar resíduos de outros processos e utilizar

como substrato leve para telhados verdes em habitações de interesse social. A autora

verificou o desempenho de espécies da restinga brasileira em mídias de crescimento

compostas por bagaço de cana de açúcar e por fibra de coco verde. O bagaço de

cana é oriundo das cachaçarias, que também o utilizam para queima em caldeira, mas

ainda assim sobram resíduos. A fibra de coco é um problema de resíduos sólidos na

cidade do Rio de Janeiro, devido à grande quantidade gerada pela indústria

processadora de água de coco e pelos quiosques das praias. Este material não tem

nenhuma destinação em larga escala que não os aterros sanitários. O trabalho em

questão também visou obter um telhado verde de baixo peso e custo, para ser

aplicado em habitações de interesse social. Para tanto, o substrato foi aplicado

diretamente sobre a telha de fibrocimento já existente, apenas com um filme plástico

de 150 micra de espessura aditivado contra raios UV para impermeabilização. A

espécie estudada não se desenvolveu muito bem nos substratos verificados, sob a

hipótese de estes reterem muita água e permanecerem encharcados por muito tempo,

55

característica que a espécie de restinga estudada não está habituada. Uma sugestão

da autora é verificar o desempenho de espécies de manguezais ou de áreas alagadas

para os mesmos substratos.

Abaixo do substrato é necessário que seja implementado um eficiente sistema

de drenagem. O escoamento do excesso de água do telhado verde é importante para

que as raízes das plantas não apodreçam e para que não haja sobrecarga estrutural

desnecessária. A água acumulada também pode favorecer infiltrações nas edificações,

a deterioração da estrutura do telhado e a proliferação de vetores de doenças. O

sistema de drenagem pode ser composto por materiais granulares, como brita e argila

expandida, tubos perfurados, estruturas de plástico pré-fabricadas, ou mesmo

geotêxteis, com diferentes camadas que já fazem o papel de filtragem e transporte da

água simultaneamente, como a geomanta MacDrain 2L, da marca Maccaferri, utilizada

por Lopes (2007) em seu experimento. A camada filtrante entre o substrato e o sistema

drenante é essencial para que não ocorra colmatação do sistema e perda de massa

do substrato.

Entre o substrato e a estrutura da cobertura, é necessário que haja uma

camada impermeabilizante, a qual é fundamental para que a cobertura cumpra sua

função original, que é evitar a entrada de água na edificação. Para tanto, além da

impermeabilização convencional, dependendo da vegetação a ser implantada no

telhado verde e do tipo de impermeabilização da laje (caso o próprio concreto não seja

impermeabilizado), é necessária uma camada de proteção contra raízes. Todos os

sistemas de impermeabilização ou de proteção contra raízes devem ser tratados

contra raios UV. Caso seja necessária uma camada acima da impermeabilização para

a proteção contra as raízes, deve-se incorporar também uma camada de proteção a

danos mecânicos a estas camadas. A proteção mecânica pode ser executada através

de mantas não tecidas, tábuas, material laminado, tratamento da superfície ou leitos

de drenagem (FLL, 2002). Um exemplo de danos à impermeabilização devido à ação

das raízes é relatado por Minke (2003), que apresenta pesquisas com camadas

impermeabilizantes betuminosas e de PVC que foram perfuradas por raízes de

diversas plantas, devido à atividade microbiológica. A Figura 23 retrata exemplos dos

resultados dos experimentos relatados pelo autor. No entanto, mesmo com estes

resultados, Lopes (2007) indica a membrana termoplástica de PVC como uma

alternativa comum e extensamente usada na Alemanha para impermeabilização de

telhados verdes.

56

Figura 23 – Perfuração por raízes de superfícies impermeabilizadas com betume e PVC,

respectivamente (MINKE, 2003).

Na fase de projeto de um telhado verde, um profissional qualificado deve

avaliar o suporte estrutural necessário para implantação da estrutura. Se a edificação

for nova, qualquer capacidade de suporte pode ser projetada, dependendo das

características do telhado verde e do dinheiro disponível para sua implantação. No

entanto, para construções já existentes, deve-se avaliar a capacidade de suporte da

estrutura e ajustar as características de projeto da cobertura verde a esta capacidade.

Pode-se também estudar a viabilidade de reforço estrutural para implantação da nova

cobertura. A edificação deve ser capaz de sustentar o peso do solo saturado e da

vegetação, além do peso da cobertura em si e dos responsáveis pela manutenção do

telhado ou dos visitantes, em casos de coberturas verdes acessíveis. É importante

observar a carga pontual máxima admissível, situação crítica que pode ocorrer em

casos de armazenagem de materiais, por exemplo (MINKE, 2003).

A declividade de coberturas verdes pode chegar a 40%, sendo que quanto

maior a espessura do substrato, menor a declividade possível de ser adotada. Para

altas declividades, devem ser instalados tirantes horizontais, de modo a reter possíveis

deslizamentos em eventos de precipitação intensa. Neste sentido, Minke (2003) indica

a adoção de uma declividade máxima de 3% para as coberturas verdes, o que

minimizaria os custos de implantação, evitando a necessidade de técnicas especiais

de drenagem e de contenções para evitar deslizamentos.

A manutenção necessária para os telhados verdes varia de acordo com o tipo

de sistema adotado. Assim como em um jardim comum, dependendo da vegetação e

da espessura do substrato, são necessárias irrigação e poda periódicas. Para telhados

verdes que tenham como preocupação de projeto a qualidade da água efluente, é

recomendada a adoção de plantas que não necessitem adubação, para evitar que os

57

nutrientes contaminem a água. Lopes (2007) aponta que para coberturas com baixo

peso próprio, há pouca necessidade de manutenção depois de estabelecida a

vegetação. Nestes casos, dependendo do tipo de vegetação e do clima local, não há

necessidade sequer de rega e de poda. Para combater a aparição de ervas daninhas,

Lopes (2007) recomenda a adição de maiores proporções de minerais no substrato.

Caso isto não seja suficiente, podas de uma a duas vezes ao ano se farão

necessárias. Já Minke (2003) defende que a vegetação do telhado verde não deve ser

aparada, com o intuito de preservar a umidade do solo e de evitar a perda de matéria

orgânica. Segundo o autor, em casos de corte rente da vegetação é necessária

irrigação e adubação da cobertura para manter o equilíbrio ecológico. Além dos itens

já citados, a verificação periódica do funcionamento do sistema de drenagem e a

desobstrução quando necessário é importante para evitar acúmulo excessivo de água

e erosão no substrato. Em casos de eventuais perdas de substrato por erosão ou

ocorrência de morte de vegetação, o solo perdido ou área sem vegetação devem ser

rapidamente recompostos para evitar maiores danos à estrutura (GRISWOLD, 2010).

Com o objetivo de compilar as informações apresentadas sobre os telhados

verdes, é apresentada a Tabela 13.

58

Tabela 13 – Resumo das características dos telhados verdes.


São coberturas de edificações com vegetação;

Repõem parte da vegetação extraída para a ocupação do terreno;

Não requerem área extra para implantação;

Requerem reforço estrutural da edificação;

Podem ser extensivos (camada de substrato mais fina) ou intensivos (camada de substrato mais espessa);

Podem ser acessíveis, podendo ser utilizados para recreação, ou inacessíveis;

Reduzem o escoamento superficial, aproximando o balanço hídrico do natural;

Podem reduzir as dimensões e custos dos sistemas de drenagem tradicional, devido à redução da vazão efluente;

Valores entre 20 e 100% do total precipitado podem ser retidos pelos telhados verdes;

A espessura do substrato, inclinação do telhado e vegetação utilizada influenciam diretamente na capacidade de retenção da cobertura;

Proporcionam melhor equilíbrio térmico na edificação e área de entorno, reduzindo o consumo de energia da edificação e as ilhas de calor das áreas urbanas;

A diminuição do consumo de energia pela edificação pode ultrapassar 40%;

Reduzem a poluição sonora do entorno;

Reduzem a poluição atmosférica;

Disponibilizam habitat, favorecendo o aumento da biodiversidade;

Disponibilizam área para agricultura urbana;

A qualidade da água efluente do telhado verde está relacionada às suas características de projeto e manutenção, devendo-se evitar a utilização de fertilizantes.


Telhado verde deve ser considerado desde o início do projeto;

A estrutura deve suportar o peso do substrato saturado e da vegetação, além da sua própria estrutura e das cargas necessárias para uso o pretendido;

Deve ser garantido o acesso ao telhado verde, pelo menos para manutenção;

A impermeabilização e o sistema de drenagem do telhado devem ser cuidadosamente projetados, para que sejam eficientes;

Escolher plantas que necessitem de pouca manutenção, irrigação e fertilização, além de serem resistentes a secas, insolação direta e solos rasos;

Diversos materiais podem ser utilizados na composição do substrato, como, por exemplo, materiais reciclados;

Deve ser implantada uma camada filtrante entre o substrato e o sistema de drenagem;

Sistema de drenagem pode ser composto por materiais granulares, tubos perfurados, estruturas de plástico pré-fabricadas, ou mesmo geotêxteis;

Deve ser implantada uma camada de proteção contra raízes e contra danos mecânicos, para evitar prejuízos à impermeabilização do telhado. Estas camadas devem ser protegidas contra raios UV;

Para minimizar os custos do telhado verde, a sua inclinação máxima deve ser de 3%;

Para combater as ervas daninhas, podem ser adicionados minerais ao substrato. Caso não seja suficiente, podas eventuais serão necessárias;

A vegetação deve ser mantida íntegra, de modo a preservar a umidade do solo, evitar a erosão e a perda de matéria orgânica.

59

2.4 Pavimentos Permeáveis

Com o intuito de aumentar a permeabilidade, e, consequentemente, a

infiltração da chuva no solo, foram desenvolvidos diversos tipos de pavimentação

alternativa, como blocos de concreto, asfalto e concreto porosos. Os pavimentos

permeáveis são dispositivos de infiltração que possuem espaços livres na sua

estrutura por onde a água e o ar podem passar. Este tipo de pavimento possui uma

camada de agregados graúdos em sua base e sub-base, que facilita a percolação da

água e permite o armazenamento de parte do volume precipitado, reduzindo, assim, o

escoamento superficial. A camada de base granular funcionaria também como um

filtro, reduzindo a poluição da água que infiltra no solo (MARCHIONI & SILVA, 2011).

Em áreas densamente ocupadas, estacionamentos e o sistema viário podem

ocupar até 30% de toda a área da bacia de drenagem (BAPTISTA et al, 2005), o que

representa uma região significativa passível de implantação de pavimentos

permeáveis. A concepção tradicional de pavimentação tem por base a

impermeabilização. No entanto, a partir dos anos 1970, na Europa e na América do

Norte, os problemas hidrológicos relacionados à intensificação da urbanização aliados

a questões de segurança na circulação viária levaram a estudos sobre pavimentos

permeáveis. O seu uso operacional, entretanto, só foi iniciado a partir da década de

1980, em áreas de estacionamento, vias de pedestres e vias locais de pequeno porte.

Atualmente, há pavimentos permeáveis sendo utilizados inclusive em vias de tráfego

intenso. A utilização deste tipo de pavimentação em vias de circulação resulta em uma

melhoria da segurança e conforto, devido à diminuição do empoçamento de água,

melhoria da aderência, redução da aquaplanagem e redução do ruído de circulação

(BAPTISTA et al, 2005). O mesmo autor alega que devido ao aumento da adoção de

pavimentos permeáveis, seus custos de implantação já se assemelham aos de

pavimentos clássicos. Há ainda a vantagem de que os pavimentos permeáveis

resultam em diminuição das dimensões dos sistemas de drenagem tradicional,

reduzindo, portanto, seus custos.

De acordo com um levantamento de estudos realizado por Dietz (2007), a

pavimentação com bloquetes aponta para um volume de escoamento superficial

significativamente menor do que com asfalto comum. O autor encontrou estudos que

apontavam para infiltração total dos volumes precipitados com este tipo de pavimento.

No entanto, foram citados também estudos que resultaram em 72% de infiltração.

Segundo Ahiablame et al (2012), a redução média de runoff devido aos pavimentos

permeáveis é de 50 a 93%. Quanto maior o volume precipitado, menor seria o

percentual de diminuição do runoff devido à capacidade limitada de armazenamento

60

do substrato. Apesar destes resultados, mesmo em precipitações de volumes maiores,

o first flush, que é a parcela mais contaminante do escoamento superficial, infiltraria,

evitando, assim, que esta água fosse diretamente para os corpos d'água superficiais, o

que representa uma melhoria na qualidade da água escoada superficialmente. Araújo

et al (1999) realizaram um estudo dos escoamentos superficiais gerados por diferentes

tipos de pavimentos, permeáveis, semipermeáveis e impermeáveis. Os pavimentos

permeáveis analisados foram blocos vazados e concreto poroso, os quais resultaram

em coeficientes de escoamento superficial de 0,03 e 0,01 respectivamente. Estes

resultados indicam percentuais de geração de escoamento superficial inferiores ao de

áreas florestadas, onde o coeficiente de runoff varia entre 0,10 e 0,25 (BAPTISTA et al,

2005). O estudo de Araújo et al (1999) aponta ainda um coeficiente de escoamento

superficial de 0,66 para solo compactado, o que é muito superior ao obtido para os

pavimentos permeáveis e explicita um possível erro de projeto, ao considerar áreas

não pavimentadas como permeáveis. Considerando estes resultados, Marchioni e

Silva (2013) indicam a adoção de um coeficiente de escoamento superficial de 0,05

para pavimentos permeáveis.

A implantação de pavimentos permeáveis também resultaria em aumento da

recarga do lençol freático e em melhoria na qualidade da água infiltrada. Segundo

Baptista et al (2005), a grande eficiência desta técnica na remoção de poluentes da

água está relacionada a retenção dos sólidos suspensos pela estrutura, já que grande

parte dos poluentes encontra-se associada a sólidos em suspensão. Ahiablame et al

(2012) observaram redução da concentração de sólidos suspensos totais e de

nitrogênio e fósforo totais variando entre 0 e 94%. No entanto, verificou-se um

aumento da concentração de nitritos após a passagem pelo pavimento permeável.

Segundo os autores, isso pode ser resultado de condições aeróbias que viabilizariam

processos de nitrificação nos substratos dos pavimentos. Já Dietz (2007) aponta que

compostos de nitrogênio e fósforo não apresentaram constância na variação de suas

concentrações, de modo que não é possível afirmar que estas substâncias seriam

retidas pelos pavimentos permeáveis. O mesmo autor afirma que a concentração de

patógenos também não é minimizada, apesar de a passagem da água pelo substrato

resultar em melhoria de sua qualidade para a maioria dos contaminantes mais

comuns. Ahiablame et al (2012) observaram atenuações de concentrações de óleos e

de coliformes fecais e E. coli após a passagem por pavimentos permeáveis. A redução

de metais pela passagem através de pavimentos permeáveis variou entre 20 e 99%,

segundo estudos compilados pelos mesmos autores. No entanto, foi relatado também

que os metais se acumulam rapidamente na camada mais superficial do substrato do

pavimento permeável, de modo a aumentar o risco de contaminação de corpos

61

hídricos nos eventos seguintes de precipitação. Dessa forma, deve-se realizar

manutenção apropriada no sistema, além de atentar para a localização de implantação

do mesmo com relação a corpos hídricos e lençol freático.

Os pavimentos permeáveis podem ser compostos de blocos de concreto

vazados ou assentados com espaço entre os blocos para permitir a infiltração da água

ou de concreto ou asfalto porosos (Figura 24). Os blocos intertravados podem facilitar

a infiltração devido ao seu formato, com aberturas específicas para a percolação da

água, ou podem ser assentados com juntas alargadas (espaçamento entre 6 e 10

mm), de modo que a água infiltre através dessas juntas. Tanto para os blocos com

juntas alargadas quanto para aqueles com aberturas específicas para a passagem da

água, a área livre de pavimentação deve ser de 5 a 15% da área total pavimentada

(MARCHIONI & SILVA, 2013). Já os pavimentos de concreto permeável são

compostos por uma variação do concreto tradicional, onde as partículas mais finas

utilizadas na mistura são excluídas do preparo (Figura 25). A norma ACI 522R-06 apud

Marchioni e Silva (2013) estabelece o coeficiente de permeabilidade de 1,4 x 10-3 m/s

como mínimo para que o concreto seja considerado permeável.

Figura 24 – Pavimentos Permeáveis intertravados com diferentes mecanismos de

infiltração. A esquerda, peças de concreto com aberturas específicas para infiltração de

água; no centro, a infiltração ocorre pelas juntas de assentamento; a direita, peças de

concreto poroso (MARCHIONI & SILVA, 2011).

Figura 25 – Percolação através do concreto permeável (MARCHIONI et al, 2011).

62

Os pavimentos permeáveis mantêm a área útil do terreno, já que a área

pavimentada com esta tecnologia pode ser usada para quaisquer fins, e reduzem a

erosão, devido à proteção do solo exposto. O município de São Paulo, inclusive, prevê

na lei 13.276/2002 que os 30% de área permeável requeridos para áreas de

estacionamento podem ser compostos por pisos drenantes. Assim, os pavimentos

permeáveis são uma técnica compensatória cada vez mais difundida, já que não

requerem áreas adicionais para sua implantação. No entanto, é necessária uma

composição especial para assentamento de pavimentos permeáveis, para facilitar a

infiltração e retenção de água. A Figura 26 apresenta a seção tipo de um pavimento

permeável intertravado.

Figura 26 – Seção tipo de um pavimento permeável intertravado (MARCHIONI & SILVA,

2011).

O pavimento deve permitir a rápida passagem da água, a qual fica

temporariamente retida nas camadas de base e sub-base. Para tanto, a camada de

assentamento, a base e a sub-base devem ser compostas de material com uma

granulometria específica, com baixo percentual de finos. Esta composição favorece a

percolação da água e minimiza a colmatação do subleito. Marchioni e Silva (2011)

apresentam uma composição granulométrica recomendada para camadas de

assentamento e material de rejunte (Tabela 14) e para camadas de sub-base e base

(Tabela 15) de pavimentos permeáveis. Os mesmos autores recomendam que a

camada de assentamento tenha 5 cm, a qual tem a função de uniformizar a superfície

para assentamento das peças de concreto. A camada de base deve ter 10 cm e a sub-

base terá como dimensão a diferença entre a altura de base granular projetada e os

10 cm da camada de base. O rejunte pode ser realizado com o mesmo agregado

utilizado na camada de assentamento, mas o material também pode ser mais fino,

para garantir o preenchimento das juntas. Devido a estas possibilidades, são

63

apresentadas duas composições granulométricas para o material de rejunte na Tabela

14, sendo a da esquerda, mais semelhante ao material do assentamento, e a da

direita, composta de material com granulometria mais fina, para juntas menores.

Tabela 14 – Granulometria recomendada para camadas de assentamento e material de

rejunte para pavimentos permeáveis (MARCHIONI & SILVA, 2011).

Peneira com abertura de malha

Camada de assentamento e material de rejunte (%

retida)

Material de rejunte (% retida)

12,5 mm 0 0

9,5 mm 0 a 15 0 a 10 0

4,75 mm 70 a 90 45 a 80 0 a 15

2,36 mm 90 a 100 70 a 95 60 a 90

1,16 mm 95 a 100 90 a 100 90 a 100

0,30 mm 95 a 100 05 a 100

Tabela 15 – Granulometria recomendada para camadas de sub-base e base de

pavimentos permeáveis (MARCHIONI & SILVA, 2011).

Peneira com abertura de malha

Sub-base (% retida) Base (% retida)

75 mm 0

63 mm 0 a 10

50 mm 30 a 65

37 mm 85 a 100 0

25 mm 0 a 5

19 mm 95 a 100

12,5 mm 40 a 75

4,75 mm 90 a 100

2,36 mm 95 a 100

Após a passagem pela base e sub-base, a água chega ao subleito, onde

ocorre de fato a infiltração no solo. Dependendo do coeficiente de permeabilidade do

solo, das características pluviométricas da região e do risco de contaminação do lençol

freático, escolhe-se o tipo de infiltração do sistema, que pode ser total, parcial ou sem

infiltração (Figura 27).

64

Figura 27 – Tipos de sistemas de infiltração (MARCHIONI & SILVA, 2011).

No sistema de infiltração total, o subleito tem capacidade de absorção de toda

a água drenada pelo pavimento. Este sistema deve ser utilizado apenas quando não

houver risco de contaminação do lençol freático pelos poluentes carreados pelo

escoamento superficial. Para evitar o risco de contaminação, os mesmos cuidados

tomados para o jardim rebaixado e os jardins de chuva devem ser considerados. Nos

sistemas de infiltração parcial ou sem infiltração é utilizada uma tubulação de

drenagem para auxiliar no esgotamento da água da sub-base. O sistema de infiltração

parcial é utilizado quando no projeto verifica-se que a base e sub-base aliadas ao

subleito não tem capacidade de retenção e infiltração suficientes para absorver a

chuva de projeto, de modo que parte da água infiltra e o restante é drenado pelos

tubos de drenagem. Já o sistema sem infiltração é recomendado quando o solo do

local apresenta permeabilidade muito baixa ou em locais poluídos, onde há risco de

contaminação do lençol freático. Quando houver risco de contaminação da água

subterrânea, deve ser instalada uma membrana impermeável na base da estrutura.

Para verificar a necessidade de tubulação de drenagem na sub-base dos pavimentos

permeáveis, Marchioni e Silva (2011) indicam a adoção de um tempo máximo de

armazenamento de água na sub-base de 72 horas, que tem por objetivo evitar a perda

de suporte do pavimento devido a saturação do solo. Considerando este critério, a

Equação 3 fornece a altura máxima da base granular passível de ser adotada no

projeto (hmáx).

Vr

Tsfhmáx Equação 3

Onde:

hmáx = altura máxima da base granular permitida para evitar perda de suporte

do pavimento, em metros;

f = coeficiente de permeabilidade do solo, em m/h (apresentado no item 2.2

65

deste trabalho);

Ts = tempo máximo de armazenamento de água, recomendado de 72 h por

Marchioni e Silva (2011);

Vr = porosidade do agregado.

A altura de base granular necessária para armazenamento e infiltração de todo

o escoamento gerado pela chuva de projeto (hb) é calculado através da Equação 4.

Vr

TfPRPhb

Equação 4

Onde:

hb = altura de projeto da base granular, em metros;

R = quociente da área de contribuição e da área do pavimento permeável;

P = altura da chuva de projeto, em metros;

f = coeficiente de permeabilidade do solo, em m/h (apresentado no item 2.2

deste trabalho);

T = tempo de enchimento do reservatório, recomendado de 2 h por Marchioni e

Silva (2011);

Vr = porosidade do agregado.

Caso a altura da base granular necessária (hb) seja maior que a altura máxima

permitida (hmáx) para manter o suporte do pavimento, será necessária a adoção de

tubulação de drenagem complementar. Neste caso, a tubulação deverá ser

dimensionada para drenar o volume de água que não poderá ser armazenado pela

diferença das alturas de base granular projetada (hb) e máxima permitida (hmáx). Outro

parâmetro que pode levar à adoção de tubos de drenagem é quando a altura da base

granular projetada resultar em uma profundidade da base da estrutura no solo situada

a menos de 0,6 m do lençol freático.

Os pavimentos permeáveis requerem manutenção periódica para manter sua

eficácia na infiltração e remoção de poluentes, de modo a evitar a colmatação do

subleito. Estudos apontam que este fenômeno ocorre principalmente na camada mais

superficial do substrato (DIETZ, 2007). No entanto, mesmo com o substrato

colmatado, a capacidade de infiltração com esse tipo de pavimentação ainda é

significativamente maior do que com concreto ou asfalto comuns. Marchioni e Silva

(2013) indicam que no dimensionamento de pavimentos permeáveis seja aplicado um

fator de redução de 80% no coeficiente de permeabilidade, de modo a prever a futura

colmatação do sistema ao longo de sua vida útil. Além disso, ICPI (2008) orientam a

66

realizar inspeção, varrição e aspiração ao menos uma ou duas vezes por ano em

locais com pavimentos permeáveis, de modo a remover as partículas finas que

resultam na colmatação do sistema. No entanto, o mesmo trabalho relata casos em

que não foi feita nenhuma manutenção periódica no sistema por anos e, mesmo

assim, este manteve a capacidade de infiltração adequada. Já Baptista et al (2005)

indica o uso de jatos d`água de alta pressão ou aspiração para limpeza dos poros

superficiais apenas uma vez a cada 5 anos. O autor também afirma que grande parte

dos poluentes fica retida nos primeiros centímetros da estrutura, as quais podem ser

substituídas para restauração da capacidade de infiltração. Ele ainda cita exemplos de

aplicação de uma manta geotêxtil na superfície da base granular, de modo que esta

reteria parte dos sólidos suspensos e poderia ser trocada quando necessário, sem

afetar o corpo da estrutura. Em pavimentos intertravados, em casos de ocorrência de

derramamento acidental de grandes quantidades de partículas finas, ICPI (2008) alega

ser possível a utilização de um aspirador potente para remoção dessas partículas do

sistema. Isto não é possível em pavimentos compostos por concreto ou asfalto

permeáveis.

Com o objetivo de compilar as informações apresentadas sobre os pavimentos

permeáveis, é apresentada a Tabela 16.

67

Tabela 16 – Resumo das características dos pavimentos permeáveis.


Baixo coeficiente de escoamento superficial;

Possui um leito granular, responsável pelo armazenamento temporário de água, para promover a infiltração no solo;

Leito granular funciona como um filtro, melhorando a qualidade da água infiltrada;

Pode ser implantada nas áreas pavimentadas e sistemas viários, não requerendo área extra;

Resulta em maior conforto e segurança quando usado em vias de circulação;

Evita a erosão do solo;

Os custos dos pavimentos permeáveis já se equiparam aos dos pavimentos clássicos;

A adoção de pavimentos permeáveis pode reduzir os custos de implantação da drenagem tradicional, por diminuir as dimensões necessárias;

Os pavimentos permeáveis podem ser de concreto ou asfalto porosos, ou compostos por blocos intertravados ou vazados;

Os concretos ou asfaltos porosos não possuem as partículas mais finas em sua composição;

A base da estrutura deve estar no mínimo 0,6 m acima do limite superior do lençol freático.


Coeficiente de escoamento superficial de pavimentos permeáveis varia de 0,0 a 0,28;

Os blocos intertravados devem ter de 5 a 15% da área total pavimentada composta por juntas ou aberturas específicas para a passagem da água;

A camada de assentamento deve ter 5 cm de espessura e a de base, 10 cm;



Deve ser realizada limpeza periódica da área de entorno do pavimento permeável, de modo a evitar a entrada de partículas finas na estrutura;

Pode ser implantada uma manta geotêxtil na superfície da base granular, para evitar a entrada de partículas finas e facilitar a sua manutenção;


Sistema de infiltração do sistema pode ser total, parcial ou sem infiltração;

O tempo máximo de armazenamento de água na sub-base deve ser de 72 horas, para evitar a perda de suporte do pavimento.

68

3. METODOLOGIA

A parte inicial deste trabalhou contemplou uma contextualização do estado da

arte das técnicas compensatórias estudadas. Isto possibilitou a consolidação de

conceitos e direcionamento de critérios para a segunda parte do trabalho, que visa

validá-los através de simulações computacionais. Estas simulações serão divididas em

duas etapas distintas, porém complementares.

A primeira etapa das simulações pretende avaliar, em escala de lote, os

impactos de diferentes técnicas compensatórias individualmente para condições pré-

estabelecidas. Esta fase deve fornecer subsídios para a segunda etapa das

simulações, a qual pretende verificar o impacto dessas técnicas combinadas de forma

otimizada também na escala de lote. Todos os cenários foram avaliados para diversas

chuvas de projeto, variando de intensidade e duração, de modo a potencializar a

avaliação de seus resultados no âmbito da bacia hidrográfica e permitir fornecer um

leque de alternativas, para diferentes configurações físicas de bacias. Uma terceira

etapa, não prevista neste trabalho, mas importante sob o ponto de vista de avaliação

do sistema, e proposta para trabalhos futuros, se refere à simulação das medidas em

escala de lote, especializadas para o contexto da bacia.

3.1 Caracterização dos lotes

O loteamento a ser estudado é resultado de um projeto elaborado pelos alunos

Diego Alves de Melo e Juliana Martins Bahiense em seus trabalhos da disciplina de

Urbanismo, no curso de graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do

Rio de Janeiro, e dissertação de mestrado no Programa de Engenharia Civil da

COPPE/UFRJ (BAHIENSE, 2013), respectivamente.

A área proposta para o loteamento situa-se no bairro de Guaratiba, na Área de

Planejamento n° 5 (AP-5) e na XXVI Região Administrativa (XXVI RA), zona oeste da

cidade do Rio de Janeiro. O Decreto n° 332 de 1976 define o Regulamento de

Zoneamento do Município e enquadra a área em questão na Zona Residencial do tipo

4 (ZR-4), na qual é permitido o uso da área para fins residenciais unifamiliares ou

multifamiliares. Com base nisto, foi proposto um loteamento com fins

predominantemente residenciais, mantendo os limites atuais do terreno e buscando-se

a formação de quadras regulares e com lotes o mais padronizado possível

(BAHIENSE, 2013). De acordo com o Quadro II do Regulamento de Zoneamento, que

indica a categoria correspondente às dimensões mínimas dos lotes permitidos nas

69

diversas zonas de cada Região Administrativa, os lotes existentes na ZR-4 da XXVI

RA devem se enquadrar à 6a categoria. O Regulamento de Parcelamento da Terra,

aprovado pelo Decreto “E” nº 3.800 de 1970, determina as dimensões mínimas para

os lotes segundo sua categoria, assim como para os logradouros conectados às suas

testadas, os quais são apresentados na Tabela 17 para os lotes de 6a categoria.

Tabela 17 – Dimensões mínimas para um lote de 6ª categoria e logradouros conectados

à sua testada (RIO DE JANEIRO, 1970).

Lote

Testada 9m

Área 225 m²

Logradouro

Largura total 12 m

Largura da caixa de rolamento 6m

O Regulamento de Parcelamento da Terra estabelece ainda outros critérios a

serem seguidos, entre eles de que as calçadas de ambos os lados de uma via devem

ter a mesma largura, nunca inferior a 1,5 m.

No entanto, complementarmente à legislação já apresentada, foram adotados

os parâmetros mais restritivos propostos pelo Projeto de Estruturação Urbana (PEU)

das Vargens para o projeto de loteamento, visto que ainda não há um PEU para a área

em questão e a área das Vargens e Guaratiba apresentam características

semelhantes em termos de ocupação. O PEU das Vargens, instituído pela Lei

Complementar no 104 de 2009, estabelece para uma Zona Residencial Unifamiliar

uma testada mínima de 15 m e uma área mínima de 600 m² para o lote. Esta mesma

lei define uma área permeável mínima de 30% do lote. Adicionalmente, de acordo com

o Regulamento de Zoneamento do município, modificado pelo Decreto no 5.280 de

1985, zonas residenciais da XXVI RA devem preservar uma área livre mínima de 50%

do lote. Esta área livre corresponde à área não construída do lote, não sendo,

necessariamente, permeável.

Considerando os aspectos acima apresentados e visando avaliar uma situação

mais provável (relativa a uma urbanização compatível com a que se verifica hoje na

região) e também uma situação mais desfavorável em termos de drenagem, adotou-se

um lote padrão de 600 m² de área, com 15 m de testada, sendo que, desta área, 50%

seria edificada e 30% (mínimo legal) seria mantida permeável, restando 20% da área a

ser pavimentada, mas não edificada.

Além das dimensões do lote, foram avaliadas as dimensões da calçada e das

vagas de estacionamento situadas na frente de cada lote. Para tanto, utilizou-se o

70

estabelecido pelo Regulamento de Zoneamento para dimensionamento das calçadas.

As vagas de estacionamento foram mensuradas com valores usuais de projeto. As

calçadas foram previstas com 2 m de largura, de modo que sobraria 0,5 m além do

mínimo da legislação para aplicação de alguma técnica compensatória. Na frente de

cada lote foram reservados 3 m de largura para entrada e saída de veículos. As vagas

de estacionamento foram dimensionadas com 5,7 m de comprimento por 2,4 m de

largura, o que atende a veículos de pequeno e médio portes, mais usuais em áreas

residenciais.

Estas foram as dimensões adotadas para o lote padrão e para o sistema viário

adjacente estudados neste trabalho. A Figura 28 apresenta um esquema de dois lotes

(que formam uma espécie de “unidade básica” a ser replicada), suas calçadas

adjacentes e áreas de estacionamento, objetos de aplicação das técnicas

compensatórias propostas nesse estudo.

71

Figura 28 – Lotes, calçadas e estacionamento adjacentes a serem considerados nas

simulações.

Com base nesta configuração, as dimensões de áreas com diferentes usos

para cada lote, calçada e estacionamento são as apresentadas na Tabela 18. As áreas

5 e 6 se referem a áreas “extras”, além do limite mínimo exigido pela legislação e

pelos usos previstos. Estas áreas estariam disponíveis para a implantação de técnicas

72

compensatórias que requeiram área adicional. Nos cenários onde não forem

consideradas técnicas deste tipo, estas áreas serão somadas às calçadas e

estacionamentos, respectivamente.

Tabela 18 – Dimensões de cada lote ou unidade de calçada e estacionamento.

Área 1 Edificação 300 m²

Área 2 Área impermeável do lote 120 m²

Área 3 Área permeável do lote 180 m²

Área 4 Calçada de 2 lotes 48 m²

Área 5 Calçada extra de 2 lotes 12 m²

Área 6 Área entre vagas de estacionamento de 2 lotes 2,88 m²

Área 7 Estacionamento de 2 lotes 69,12 m²

3.2 Chuvas de projeto

As chuvas de projeto utilizadas para as simulações na escala de lote

pretendem abranger uma ampla variedade de possibilidades reais de eventos

pluviométricos, avaliando-se, assim, o comportamento das técnicas compensatórias

em drenagem urbana em diversas situações, olhando também, e principalmente, para

o efeito na escala da bacia.

Neste trabalho foram estudados eventos com períodos de recorrência de 10 e

25 anos, os quais são usualmente utilizados para projetos de drenagem urbana, na

concepção de projetos de micro e macrodrenagem, respectivamente. Foram adotadas

chuvas com durações de 1, 3, 6 e 12 horas, de modo a contemplar as chuvas críticas

de bacias hidrográficas de variadas dimensões. A intensidade pluviométrica foi

calculada com base na curva de intensidade x duração x frequência (IDF) de Campo

Grande, disponibilizada pela Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro e que tem em sua

área de influência o bairro de Guaratiba, onde situa-se o loteamento estudado. Foi

utilizado o Método dos Blocos Alternados para a distribuição temporal das chuvas de

projeto com blocos de duração de 10 minutos. A curva IDF de Campo Grande é

apresentada pela Equação 5.

d

b

ct

aTRi

)( Equação 5

Onde:

i = intensidade da chuva, em mm/h;

TR = tempo de recorrência, em anos;

t = tempo de duração da precipitação, em minutos;

a, b, c, d = coeficientes definidos de acordo com o posto pluviométrico que

73

forneceu os dados para elaboração da curva. No caso do posto de Campo Grande,

estes coeficientes são os apresentados na Tabela 19.

Tabela 19 – Coeficiente da curva IDF de Campo Grande.

a b c d

891,6 0,18 14 0,689

As chuvas de projeto com duração de 1 hora para os períodos de recorrência

de 10 e 25 anos são apresentadas na Figura 29. A Figura 30 apresenta os

hietogramas de projeto para a duração de 3 horas. As chuvas de 6 horas são

apresentadas na Figura 31 e as de 12 horas na Figura 32. Independentemente da

duração das chuvas, a intensidade máxima é única para cada período de recorrência,

sendo esta de 151,08 mm/h para TR = 10 anos e de 178,17 mm/h para TR = 25 anos.

0

30

60

90

120

150

180

210

0

5

10

15

20

25

30

35

10 20 30 40 50 60

Pre

cipitação

(mm

/h)P

reci

pit

ação

(m

m)

Tempo (min)

Hietograma de projetoDuração: 1 hora

TR = 25 anos TR = 10 anos

Figura 29 – Hietograma de projeto de duração de 1 hora.

151,08 mm/h

178,17 mm/h

74

0

30

60

90

120

150

180

210

0

5

10

15

20

25

30

35

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Pre

cipitação

(mm

/h)P

reci

pit

ação

(m

m)

Tempo (min)

Hietograma de projetoDuração: 3 horas


Figura 30 – Hietograma de projeto de duração de 3 horas.

0

30

60

90

120

150

180

210

0

5

10

15

20

25

30

35

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350

Pre

cipitação

(mm

/h)P

reci

pit

ação

(m

m)

Tempo (min)




151,08 mm/h

178,17 mm/h

151,08 mm/h

178,17 mm/h

75

0

30

60

90

120

150

180

210

0

5

10

15

20

25

30

351

0

40

70

10

0

13

0

16

0

19

0

22

0

25

0

28

0

31

0

34

0

37

0

40

0

43

0

46

0

49

0

52

0

55

0

58

0

61

0

64

0

67

0

70

0

Pre

cipitação

(mm

/h)P

reci

pit

ação

(m

m)

Tempo (min)




A ampla gama de chuvas de projeto simuladas contempla análises de

respostas relacionadas a micro e macrodrenagens, devido à variação da intensidade e

do volume precipitados (variação a duração da chuva). A intensidade máxima da

chuva deve ser comportada pela rede de drenagem. Já o volume total precipitado,

deve se direcionar o dimensionamento da capacidade das técnicas compensatórias

que demandam armazenagem. Isto ocorre devido aos efeitos cumulativos da

drenagem de uma bacia hidrográfica.

3.3 Método chuva-vazão

As conversões de chuva em vazão foram realizadas pelo Método Racional.

Considerando-se o tipo de solo da região e os valores utilizados por Bahiense (2013)

para que os resultados destes dois trabalhos possam ser utilizados de forma

complementar, adotou-se os coeficientes de escoamento superficial (C) da Tabela 20,

para os diferentes tipos de uso do solo:

Tabela 20 – Coeficientes de escoamento superficial (C) do Método Racional (BAHIENSE,

2013).

Área verde 0,30

Área impermeável do lote 0,80

Área de rua 0,95

151,08 mm/h

178,17 mm/h

76

3.4 Cenários de simulação

As simulações foram realizadas em duas etapas distintas. Na primeira foram

simuladas técnicas compensatórias aplicadas individualmente aos lotes, calçadas e

estacionamentos. As técnicas avaliadas foram: reservatórios de lote, jardins

rebaixados, telhados verdes, pavimentos permeáveis e jardins de chuva. Os

parâmetros de cada técnica foram variados de modo a verificar os extremos possíveis

para sua aplicação, fornecendo balizadores para os cenários combinados e para a

utilização dos resultados deste estudo em situações reais.

A segunda etapa das simulações contempla a combinação de técnicas

compensatórias avaliadas na primeira etapa e foi planejada com base nos resultados

obtidos nas simulações das técnicas individuais. As combinações foram otimizadas

com o objetivo de fornecer parâmetros balizadores para eventuais usos futuros,

contemplando objetivos possíveis de serem atingidos na prática e combinações

viáveis de serem implantadas em lotes reais.

Todos os cenários, tanto de técnicas simuladas individualmente quando

combinadas, foram avaliados para as oito chuvas de projeto já apresentadas (TR de

10 e 25 anos, com durações de 1, 3, 6 e 12h), o que permite o uso dos resultados

deste estudo para embasar avaliações em diversas outras situações possíveis,

inclusive em bacias hidrográficas de grande porte, permitindo rapidamente avaliar

áreas e volumes preliminares necessários para o projeto. Essa compilação pretende

ser uma referência de concepção ou pré-projeto para sistemas de drenagem

sustentável, no nível do lote, mas com resultados efetivos para a escala da bacia.

77

4. RESULTADOS DOS CENÁRIOS DE TÉCNICAS

INDIVIDUAIS

As simulações deste trabalho foram realizadas para a escala de lote e

considerando as oito chuvas de projeto apresentadas nos itens anteriores. Os cenários

estudados de técnicas compensatórias aplicadas individualmente nos lotes são

apresentados na Tabela 21.

Tabela 21 – Cenários de técnicas individuais simulados para a escala de lote.

Técnica Cenário Proposta

- 0 Situação natural. Área 100% permeável.

- 1 Ocupação convencional. Lote 70% impermeável. Calçada e

estacionamento totalmente impermeabilizados.

Reservatório de lote

2.1 Recuperar vazão natural.

2.2 Reservatório da legislação municipal.

2.3 Volume da legislação com otimização do orifício de fundo, para não

extravasar.

2.4 Propor percentual “ideal” de amortecimento de vazão de pico e

otimizar volume do reservatório e orifício de fundo.

Jardim rebaixado

3.1 Altura de rebaixo de 30% do lote necessária para que este não

contribua para a rede de drenagem.

3.2 Rebaixo de 10 cm e área permeável necessária para anular a

contribuição do lote para a rede de drenagem.

3.3 Rebaixo de 10 cm em 30% do lote.

3.4 Altura de rebaixo de 30% do lote para que este libere apenas a

vazão natural.

Telhado verde

4.1 Telhado verde ocupa 20% da área edificável do lote. Substrato

pequeno e grama.


maior e arbustos.


pequeno e grama.


maior e arbustos.

Pavimento permeável

5.1 Altura de reservatório do pavimento necessário para absorver a

água que cai sobre sua própria área e liberar apenas vazão natural.

5.2 Altura de reservatório do pavimento necessário para absorver a

água que cai sobre sua própria área e a dos 2 lotes adjacentes sem nenhuma outra medida aplicada, liberando apenas a vazão natural.

Jardim de chuva

6.1 Calçada contribui para jardim de chuva da calçada. Altura de rebaixo

e leito granular necessários para absorver a água afluente.

6.2 Estacionamento contribui para o seu jardim de chuva. Altura de

rebaixo e leito granular necessários para absorver a água afluente.

6.3 Todo o lote contribui para jardim de chuva em 30% do lote com 10

cm de rebaixo e altura de leito granular necessária para anular a contribuição do lote para a rede de drenagem.

78

4.1 Cenário 0 – Situação natural

O Cenário 0 visa representar a situação do lote e da área de calçada e

estacionamento antes de sua ocupação. Para tanto, a área foi considerada como

totalmente permeável e foram calculadas, através do Método Racional, as vazões

efluentes de cada sub-área do lote, da calçada e do estacionamento. Estas sub-áreas

foram divididas de acordo com a ocupação padrão prevista para as simulações.

Os resultados deste cenário foram divididos entre as vazões efluentes do lote e

as vazões efluentes da área pública (calçada e estacionamento). Os resultados para

as diversas chuvas de projeto das vazões efluentes do lote são apresentados nas

Figura 33 e Figura 34. Independentemente da duração total da chuva, considerando-

se o TR = 10 anos, a vazão máxima efluente do lote foi de 0,007554 m³/s. Já para o

TR = 25 anos, a vazão máxima efluente do lote foi de 0,008908 m³/s. Destaca-se que

a utilização de chuvas com diferentes durações tem relação com a verificação das

soluções de armazenagem, as quais são dependentes também do volume total

precipitado, além da própria vazão de pico. A área drenada do lote é de 600 m².

0,0000

0,0010

0,0020

0,0030

0,0040

0,0050

0,0060

0,0070

0,0080

0,0090

0,0100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 0 - Situação natural - loteTR de 10 anos

1 hora 3 horas 6 horas 12 horas

Figura 33 – Hidrogramas efluentes do lote no Cenário 0 para TR = 10 anos.

0,007554 m³/s

79

0,0000

0,0010

0,0020

0,0030

0,0040

0,0050

0,0060

0,0070

0,0080

0,0090

0,0100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 0 - Situação natural - loteTR de 25 anos



Para as áreas públicas adjacentes a dois lotes padrão, os resultados obtidos

foram de vazão máxima efluente, para TR = 10 anos, de 0,001662 m³/s e, para TR =

25 anos, de 0,001960 m³/s para todas as durações de chuva consideradas. Neste

caso, a área de drenagem é de 132 m². A Figura 35 e a Figura 36 apresentam os

gráficos equivalentes a este cenário para todas as chuvas de projeto.

0,0000

0,0003

0,0005

0,0008

0,0010

0,0013

0,0015

0,0018

0,0020

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 0 - Situação natural - área públicaTR de 10 anos


Figura 35 – Hidrogramas efluentes das áreas públicas no Cenário 0 para TR = 10 anos.

0,008908 m³/s

0,001662 m³/s

80

0,0000

0,0003

0,0005

0,0008

0,0010

0,0013

0,0015

0,0018

0,0020

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 0 - Situação natural - área públicaTR de 25 anos



4.2 Cenário 1 – Ocupação convencional

O Cenário 1 considerou a ocupação menos favorável possível dentro do

permitido pela legislação local. Ou seja, o lote teria 70% de sua área impermeabilizada

e as calçadas e estacionamento seriam totalmente pavimentados.

Da mesma forma que para o Cenário 0, neste cenário os resultados foram

divididos entre as vazões efluentes do lote e as vazões efluentes da área pública. Os

resultados para as diversas chuvas de projeto das vazões efluentes do lote são

apresentados nas Figura 37 e Figura 38. Para todas as durações de chuva, para o TR

= 10 anos, a vazão máxima efluente do lote foi de 0,016367 m³/s. Já para o TR = 25

anos, a vazão máxima efluente do lote foi de 0,019302 m³/s. Estes valores

representam um aumento de 2,17 vezes com relação à vazão máxima natural efluente

para a área do lote, que é de 600 m².

0,001960 m³/s

81

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 1 - Ocupação convencional - loteTR de 10 anos



0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 1 - Ocupação convencional - loteTR de 25 anos



Para as áreas públicas, as vazões efluentes para as diversas chuvas de projeto

são apresentadas nas Figura 39 e Figura 40. A vazão máxima efluente das áreas

públicas para o TR = 10 anos foi de 0,004857 m³/s. Para o TR = 25 anos, a vazão

máxima efluente do lote foi de 0,005728 m³/s, o que significa um aumento de 2,92

vezes a vazão natural máxima efluente para a área total drenada, que neste caso é de

132 m².

0,016367 m³/s

0,019302 m³/s

82

0,0000

0,0010

0,0020

0,0030

0,0040

0,0050

0,0060

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 1 - Ocupação convencional - área públicaTR de 10 anos



0,0000

0,0010

0,0020

0,0030

0,0040

0,0050

0,0060

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 1 - Ocupação convencional - área públicaTR de 25 anos



4.3 Cenários 2 – Reservatório de lote

Os reservatórios de detenção em lote foram estudados em quatro diferentes

cenários neste trabalho, de modo a verificar seu comportamento e dimensionamento

em situações consideradas extremas e buscar sua otimização em termos de

desempenho hidráulico. A altura do reservatório foi fixada em 1 m para todos os

cenários que envolvam reservatórios de lote, variando-se apenas a sua área, para

0,004857 m³/s

0,005728 m³/s

83

ajustar o volume necessário. Esta altura é considerada aceitável para ser escavada no

terreno e, em geral, não deve inviabilizar o transporte da água do orifício de fundo por

gravidade para a rede pública de drenagem. Os reservatórios receberam a água

superficial escoada da área impermeável do lote, que totaliza 420 m².

O Cenário 2.1 propõe o dimensionamento de um reservatório de lote que

garanta, para as chuvas de projeto, uma vazão máxima efluente do lote semelhante à

existente antes da ocupação. Para isso, foram utilizadas como referência as vazões

máximas obtidas no Cenário 0 – Situação natural – para dimensionamento dos

orifícios de fundo. Os volumes dos reservatórios foram determinados de modo a

garantir que estes não extravasassem para as chuvas de projeto.

O Cenário 2.2 verifica, para as chuvas de projeto, o comportamento do

reservatório proposto pelo Decreto Municipal no 23.940 de 2004, o qual torna

obrigatório, no Município do Rio de Janeiro, a adoção de reservatórios que permitam o

retardo do escoamento das águas pluviais para a rede de drenagem em

empreendimentos com área impermeabilizada superior a 500 m². Apesar de o lote

padrão estudado ter área máxima impermeável inferior ao limite mínimo de

obrigatoriedade do decreto, o trabalho pretende estudar seu impacto em caso de

implantação do reservatório de detenção em lote de acordo com a legislação. Ou seja,

pretende-se avaliar o procedimento preconizado pelo decreto, ainda que a aplicação

do reservatório não fosse obrigatória no caso estudado. O volume do reservatório

previsto pelo decreto é dado pela Equação 6.

hkAV i Equação 6

Onde:

V = volume do reservatório, em m³;

k = coeficiente de abatimento, correspondente a 0,15;

Ai = área impermeabilizada, em m²;

h = altura de chuva, em metros, correspondente a 0,06 m nas Áreas de

Planejamento 1, 2 e 4 e a 0,07 nas Áreas de Planejamento 3 e 5.

A descarga deste reservatório deve ocorrer através de um orifício de fundo com

a dimensão estabelecida pela Resolução Conjunta SMG/SMO/SMU no 001 de 2005 e

representada pela Equação 7.

ghC

QS

d 2 Equação 7

Onde:

84

S = área do orifício, em m²;

Q = vazão de águas pluviais gerada no lote, anteriormente à

impermeabilização, conforme as normas de drenagem urbana da Secretaria Municipal

de Obras;

Cd = coeficiente de descarga, correspondente a 0,61;

g = aceleração da gravidade, correspondente a 9,81 m/s²;

h = carga sobre o centro do orifício, em metros.

O Cenário 2.3 verifica as vazões efluentes do reservatório, considerando a

dimensão do orifício de fundo necessária para que este não extravase, quando possuir

o volume de armazenamento proposto pela legislação municipal.

O Cenário 2.4 visa dimensionar um reservatório que otimize volume e vazão

máxima efluente. Para tanto foi estabelecido uma redução de vazão de pico efluente

da área impermeabilizada do lote em 50% quando comparada com o Cenário 1 –

Ocupação convencional. Assim, o orifício de fundo foi dimensionado, com base na

Equação 7, de modo a liberar no máximo 50% da vazão de pico da área

impermeabilizada do lote do Cenário 1. O volume do reservatório foi estipulado para,

com o diâmetro do orifício estabelecido, não extravasar para as chuvas de projeto. Os

resultados dos cenários de número 2 estão compilados na Tabela 22, de modo a

facilitar a visualização e comparação das diferentes configurações.

85

Tabela 22 – Resultados dos cenários de número 2.

CEN.

CHUVA Diâm. do orif. de

fundo (m)

Vol. do res. (m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)

Vazão máx. extrav. (m³/s)

Vazão máx. orif.

(m³/s)

Vazão máx. área perm. lote (m³/s)

Vazão máx. efl.

lote (m³/s)

Tempo de enchim.

(min)

Tempo de esvaz.

(min) TR

(anos) DUR.

(h)

2.1

10

1

0,050

11,50

0,014101 0

0,005185

0,002266

0,007007 40 128

3

12,30

0,005210 0,007069 100 220

6 0,005212 0,007072 190 372

12 0,005212 0,007072 370 727

25

1

0,055

13,20

0,016629 0

0,006294

0,002673

0,008443 40 124

3

14,20

0,006299 0,008491 100 216

6 0,006302 0,008493 190 371

12 0,006302 0,008493 370 726

2.2

10

1

0,050 4,41 0,014101

0,008898 0,005203

0,002266

0,016367 30 84

3 0,008895 0,005206 0,016367 83 187

6 0,008895 0,005206 0,016367 173 364

12 0,008895 0,005206 0,016367 353 722

25

1

0,050 4,41 0,016629

0,011425 0,005204

0,002673

0,019302 30 86

3 0,011427 0,005203 0,019302 90 189

6 0,011427 0,005203 0,019302 180 365

12 0,011427 0,005203 0,019302 360 723

2.3

10

1

0,072 4,41 0,014101 0

0,010682

0,002266

0,012948 30 64

3 0,010684 0,012950 90 181

6 0,010684 0,012950 180 361

12 0,010684 0,012950 360 721

25

1

0,081 4,41 0,016629 0

0,013541

0,002673

0,016214 30 63

3 0,013541 0,016214 90 181

6 0,013541 0,016214 180 361

12 0,013541 0,016214 360 720

2.4

10

1

0,058

8,40

0,014101 0

0,007040

0,002266

0,009000 40 91

3

8,70

0,007031 0,008999 100 188

6 0,007031 0,008999 190 364

12 0,007031 0,008999 370 722

25

1

0,063

9,90

0,016629 0

0,008304

0,002673

0,010615 40 91

3

10,20

0,008305 0,010629 100 188

6 0,008305 0,010629 190 364

12 0,008305 0,010629 370 722

86

No Cenário 2.1 os orifícios de fundo dos reservatórios foram dimensionados

para liberar no máximo a vazão natural, o que ocorre quando o reservatório está cheio

e a coluna d’água incidente sobre o orifício é máxima. Para tanto, os diâmetros

calculados são os mesmos (5,0 e 5,5 cm) para todas as chuvas de um mesmo tempo

de recorrência, já que a vazão máxima afluente ao reservatório, independentemente

da duração da chuva, é a mesma. Os volumes dos reservatórios foram calculados de

modo a não ocorrer extravasamento, o que resultou em áreas elevadas para o

reservatório de um lote de 600 m², sendo 420 m² de área impermeabilizada, com

valores variando de 11,5 a 14,2 m². O tempo de enchimento do reservatório para o

Cenário 2.1 ocorreu sempre após o pico da chuva, o que indica que o reservatório foi

capaz de amortecer o momento crítico. Já o tempo de esvaziamento, que representa o

tempo necessário para o dispositivo estar pronto para receber um novo volume de

escoamento superficial a partir do início da chuva, variou significativamente, quando

comparado ao término da chuva de projeto. Para as chuvas mais curtas, o tempo de

esvaziamento após o término da chuva foi maior, chegando a 68 minutos para a chuva

de 1 hora. Enquanto que para as chuvas mais longas, o reservatório se esvaziou logo

após o término da precipitação, demorando apenas 7 minutos para a chuva de 12

horas. Os hidrogramas efluentes dos lotes com a implantação dos reservatórios

propostos neste cenário são apresentados nas Figura 41 e Figura 42. Foram ilustrados

apenas os casos extremos (chuva com duração de 1 hora e TR de 10 anos e chuva

com duração de 12 horas e TR de 25 anos), já que o comportamento das curvas é

bastante semelhante para todos eles, independentemente da duração da chuva e do

tempo de recorrência. Nos gráficos também são apresentados os hidrogramas

efluentes do lote para o Cenário 0 – Situação natural – e para o Cenário 1 – Ocupação

convencional, a título de comparação. Os gráficos apresentados reiteram a

coincidência do pico de vazão efluente no Cenário 2.1 com a vazão natural (Cenário 0)

e a liberação do volume excedente resultante da ocupação do lote ao longo do tempo,

conforme dados de tempo de esvaziamento do reservatório já apresentados. O

reservatório proposto neste cenário atenderia hidraulicamente os objetivos de um

reservatório de lote, inclusive para o controle de cheias na escala da bacia

hidrográfica. No entanto, devido à grande dimensão requerida, este oneraria

demasiadamente o proprietário do lote, tanto economicamente, quanto em área

necessária para implantação.

87

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 2.1 - Reservatório de lote - recuperação da vazão natural

Duração da chuva de 1h e TR de 10 anos

Esc. Sup. Natural - Cenário 0 (m³/s) Esc. Sup. Urbanização Trad. - Cenário 1 (m³/s)

Vazão Efl. do Lote com Estrut. - Cenário 2.1 (m³/s)

Figura 41 – Hidrogramas efluentes do lote para cenários de referência e para o Cenário

2.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 2.1 - Reservatório de lote - recuperação da vazão natural





2.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos.

No Cenário 2.2 foi considerado o reservatório proposto pela legislação

municipal que, para a área impermeabilizada de 420 m², deveria ter volume de

armazenamento de 4,41 m³ e 5 cm de diâmetro do orifício de fundo. Este seria o

88

menor reservatório a ser implantado no lote, considerado como balizador inferior. A

legislação não estabelece a proporção entre altura e área para o reservatório, apesar

de a altura influenciar na vazão efluente pelo orifício de fundo. Neste sentido, como

nos outros cenários de reservatório de lote, foi considerada uma altura de 1 m. Para

todas as chuvas de projeto simuladas ocorreu extravasamento do reservatório, o qual

já estava cheio na metade da duração da chuva, não amortecendo em nada o pico da

vazão. Assim, este reservatório mostrou-se insuficiente até mesmo para a menor das

chuvas de projeto, com duração de 1 hora e período de recorrência de 10 anos, se

aplicado isoladamente. No entanto, a aplicação deste reservatório na prática pode ter

fins educativos para a população, ampliando a consciência da responsabilidade pela

drenagem urbana e os impactos da urbanização, além de, eventualmente, poder ser

útil para chuvas mais frequentes e de menor duração. As Figura 43 e Figura 44

apresentam os hidrogramas efluentes do lote para o Cenário 2.2 e os cenários de

referência para as chuvas de projeto extremas (duração de 1 hora e TR = 10 anos e

duração de 12 horas e TR = 25 anos), já que o comportamento das curvas para todas

as chuvas de projeto foi semelhante.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 2.2 - Reservatório de lote - legislaçãoDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





89

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 2.2 - Reservatório de lote - legislaçãoDuração da chuva de 12h e TR de 25 anos





Buscando otimizar os resultados do reservatório proposto pela legislação, o

Cenário 2.3 otimizou o orifício de fundo para que não houvesse extravasamento. Isto

faz com que o reservatório consiga abater, mesmo que pouco, o pico de vazão

efluente, já que esta é liberada de forma mais franca pelo orifício de fundo, e não por

extravasamento de forma abrupta e descontrolada. Além disto, como o volume do

reservatório é o mínimo exigido pela legislação, não oneraria demasiadamente o

proprietário do lote. Nestas condições, foram obtidos como orifícios de fundo ideais os

diâmetros de 7,2 cm e 8,1 cm para os períodos de recorrência de 10 e 25 anos,

respectivamente. As vazões máximas efluentes do lote foram 21% menores do que as

vazões do Cenário 1 – Ocupação convencional – para o TR = 10 anos e 16% menores

para o TR = 25 anos, conforme é possível verificar nas Figura 45 e Figura 46.

Novamente, devido à semelhança das curvas para as diferentes chuvas de projeto,

foram apresentados apenas os gráficos das chuvas mais extremas dentre as

simuladas. Os tempos de esvaziamento dos reservatórios variaram muito pouco com

relação ao término da chuva de projeto, devido às grandes dimensões propostas para

o orifício de fundo.

90

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 2.3 - Reservatório de lote - legislação com otimização de orifício de fundoDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 2.3 - Reservatório de lote - legislação com otimização de orifício de fundo






Buscando otimizar amortecimento de picos de vazão efluente e tamanho do

reservatório, o cenário 2.4 propôs uma redução em 50% do pico de vazão efluente da

área impermeável do lote. Este valor não equivale a 50% da vazão total do lote, pois a

91

drenagem da área permeável não foi considerada para o dimensionamento do

reservatório, já que esta permaneceria inalterada em termos de escoamento

superficial com relação à ocupação natural. Com estes objetivos, os volumes de

reservatório de lote necessários variaram de 8,40 a 10,20 m³, com orifícios de fundo

de 5,8 e 6,3 cm para os períodos de recorrência de 10 e 25 anos, respectivamente. Os

reservatórios se encheram após os picos das chuvas de projeto e demoraram mais do

que no Cenário 2.3 para esvaziar, apesar de não tanto quanto no Cenário 2.1. O

comportamento dos hidrogramas obtidos neste cenário é apresentado nas Figura 47 e

Figura 48, para as chuvas de projeto de 1 hora e TR = 10 anos e 12 horas e TR = 25

anos, respectivamente. Com o reservatório proposto neste cenário, apesar de os

volumes ainda serem relativamente grandes, obtêm-se um amortecimento de vazão

significativo, sem, no entanto, onerar demasiadamente o proprietário, como seria o

caso dos reservatórios do Cenário 2.1.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 2.4 - Reservatório de lote - 50% de redução de pico de vazão






92

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 2.4 - Reservatório de lote - 50% de redução de pico de vazão






4.4 Cenários 3 – Jardim rebaixado

A proposta de rebaixar a área de jardins do lote foi avaliada nos cenários de

número 3. Neles, pretendeu-se verificar os impactos do armazenamento e infiltração

das águas drenadas de todo o lote para o jardim, variando a altura e área de jardins,

conforme os objetivos de cada cenário. A saída de água da estrutura foi simulada

considerando-se a infiltração pelo fundo do jardim, já que para a proporção de área e

altura em questão, a segunda seria desprezível. As outras formas de saída de água do

jardim, como evaporação e evapotranspiração, não foram consideradas neste estudo,

apesar de serem relevantes para o tempo de esvaziamento total. O coeficiente de

infiltração adotado para levou em consideração o tipo de solo da região de Guaratiba e

os valores mínimos recomendados para a utilização de técnicas de infiltração. O mapa

de solos do município do Rio de Janeiro, em escala 1:75.000, não disponibiliza a

informação para a área específica do loteamento, classificando-a como área urbana.

Os solos do entorno, entretanto, são argissolo vermelho-amarelo e argissolo amarelo,

com textura média/argilosa ou média/muito argilosa (EMBRAPA, 2004). Um estudo

realizado por Vicente et al (2010) para a região de Guaratiba, aponta na área a

ocorrência de um aquífero intergranular constituído por intercalações de materiais

arenosos e argilosos, tornando-se mais arenosos quanto mais se aproximam da linha

de praia. Complementarmente, um estudo hidrogeológico da bacia do rio Cabuçu

93

realizado por Campos (1996) aponta a ocorrência de lentes arenosas às margens do

rio Cabuçu, diminuindo esta ocorrência quanto mais ao sul da área estudada, onde

passam a prevalecer os sedimentos de argila orgânica. Assim, como o terreno do

loteamento, apesar de longe da praia, se situa próximo à planície de inundação de

Guaratiba e bem às margens do rio Piraquê-Cabuçu, o solo pode ser mais arenoso ou

argiloso. Como esta informação não está disponível de forma mais precisa, as

primeiras simulações de técnicas de infiltração, no caso os cenários de jardim

rebaixado, verificarão os resultados para as duas condutividades apontadas como

limites inferiores de condutividade hidráulica aceitável para a adoção de técnicas de

infiltração apresentados pela literatura, que variam entre as ordens de grandeza de

10-6 m/s (TOMAZ, 2010) e 10-7 m/s (BAPTISTA et al, 2005). Estes valores coincidem

com os apresentados por Musy e Soutter (1991 apud BAPTISTA et al, 2005) para a

condutividade hidráulica do solo à saturação para areias finas e silte argiloso,

respectivamente, que podem ser os tipos de solo existentes na área do loteamento,

em Guaratiba. O valor adotado foi considerado como constante, independentemente

da condição de umidade do solo.

O Cenário 3.1 verificou qual seria, para as diferentes chuvas de projeto, a

altura de rebaixo do jardim necessária para anular a contribuição de água do lote para

a rede de drenagem pública. Neste cenário foi considerado um jardim que ocupe 30%

da área do lote (180 m²), que é a mínima área a ser mantida permeável.

Já o Cenário 3.2 considerou um jardim rebaixado em 10 cm e verificou qual

seria a área de jardim necessária para receber todo o escoamento superficial do lote,

de modo a este não contribuir para a rede pública de drenagem pluvial.

O Cenário 3.3 verificou o impacto na vazão efluente do lote com um jardim

rebaixado em 10 cm em 30% do terreno, que é a mínima área permeável a ser

mantida pela legislação. O rebaixo de 10 cm é considerado um valor aceitável e

satisfatório para um desnível no jardim, não necessitando grandes volumes de

escavação e nem resultando em um degrau perigoso para os transeuntes. Nesse

caso, o excedente verte para atingir a rede de drenagem.

O Cenário 3.4 dimensionou a altura de rebaixo de 30% do lote necessária para

que a vazão máxima efluente do lote seja semelhante a vazão de pré-urbanização.

Os resultados dos cenários de número 3 são apresentados, de forma resumida,

na Tabela 23 e na Tabela 24, para as taxas base de infiltração de 10-7 m/s e 10-6 m/s,

respectivamente. Os tempos de esvaziamento apresentados consideram apenas a

infiltração pela taxa base, o que potencialmente aumenta significativamente o tempo

real de esvaziamento e a dimensão das estruturas, por não considerar outras formas

de saída de água do sistema, como evaporação e evapotranspiração.

94

Tabela 23 – Resultados dos cenários de número 3 para a taxa de infiltração de 10-7 m/s.

CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h) Área dren.

(m²) Área do

jardim (m²) Altura do

rebaixo (m) Vol. do

res. (m³) Vazão afluente

máx. (m³/s) Vazão máx.

extrav. (m³/s) Vazão infiltr.

(m³/s) Vazão máx.

efl. lote (m³/s) Tempo de enchim. (min) Tempo de esvaz. (min)

3.1

10

1

600

180,00

0,16 28,80

0,016367 0 0,000018 0,000018

60 25114

3 0,24 43,20 180 38783

6 0,30 54,00 360 49346

12 0,37 66,60 720 62019

25

1

180,00

0,18 32,40

0,019302 0 0,000018 0,000018

60 29617

3 0,28 50,40 180 45737

6 0,35 63,00 360 58195

12 0,44 79,20 720 73140

3.2

10

1

600

248,00 0,10 24,80 0,014940

0

0,000025 0,000025 60 16639

3 334,00 0,10 33,40 0,013135 0,000033 0,000033 180 16774

6 385,00 0,10 38,50 0,012065 0,000039 0,000039 360 17007

12 434,00 0,10 43,40 0,011037 0,000043 0,000043 720 17346

25

1 279,00 0,10 27,90 0,016852

0

0,000028 0,000028 60 16682

3 370,00 0,10 37,00 0,014600 0,000037 0,000037 180 16830

6 424,00 0,10 42,40 0,013264 0,000042 0,000042 360 16977

12 473,00 0,10 47,30 0,012051 0,000047 0,000047 720 17378

3.3

10

1

600

180,00 0,10 18,00 0,016367

0,009365

0,000018

0,009383 33 16706

3

0,016349 0,016367

84 16756

6 166 16833

12 319 16987

25

1

180,00 0,10 18,00 0,019302 0,019284 0,000018 0,019302

29 16713

3 81 16758

6 158 16828

12 299 16967

3.4

10

1

600

180,00

0,13 23,40

0,016367 0,005087 0,000018 0,005105

45 21712

3 0,17 30,60 104 28439

6 0,20 36,00 350 33687

12 0,24 43,20 690 40691

25

1

180,00

0,15 27,00

0,019302 0,006002 0,000018 0,006020

43 25047

3 0,20 36,00 180 33515

6 0,24 43,20 330 40336

12 0,28 50,40 720 47389

95

Tabela 24 – Resultados dos cenários de número 3 para a taxa de infiltração de 10-6 m/s.

CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área dren. (m²)

Área do jardim (m²)

Altura do rebaixo (m)

Vol. do res. (m³)

Vazão afluente máx. (m³/s)


Vazão infiltr. (m³/s)

Vazão máx. efl. lote (m³/s)

Tempo de enchim. (min) Tempo de esvaz. (min)

3.1

10

1

600

180,00

0,15 27,00

0,016367 0 0,000180 0,000180

60 2511

3 0,23 41,40 180 3878

6 0,28 50,40 360 4935

12 0,33 59,40 720 6202

25

1

180,00

0,18 32,40

0,019302 0 0,000180 0,000180

60 2962

3 0,27 48,60 180 4574

6 0,33 59,40 360 5819

12 0,40 72,00 720 7314

3.2

10

1

600

242,00 0,10 24,20 0,015066 0 0,000242 0,000242 60 1719

3 314,00 0,10 31,40 0,013555 0 0,000314 0,000314 180 1841

6 346,00 0,10 34,60 0,012884 0 0,000346 0,000346 360 2021

12 360,00 0,10 36,00 0,012590 0 0,000360 0,000360 720 2385

25

1 273,00 0,10 27,30 0,017000 0 0,000273 0,000273 60 1720

3 350,00 0,10 35,00 0,015095 0 0,000350 0,000350 180 1840

6 383,00 0,10 38,30 0,014278 0 0,000383 0,000383 360 2023

12 398,00 0,10 39,80 0,013907 0 0,000398 0,000398 720 2383

3.3

10

1

600

180,00 0,10 18,00 0,016367

0,009203

0,000180

0,009383 34 1701

3

0,016187 0,016367

85 1753

6 170 1837

12 335 2002

25

1

180,00 0,10 18,00 0,019302 0,019122 0,000180 0,019302

29 1696

3 82 1749

6 162 1829

12 318 1985

3.4

10

1

600

180,00

0,12 21,60

0,016367 0,004925 0,000180 0,005105

40 2041

3 0,16 28,80 101 2768

6 0,19 34,20 193 3360

12 0,22 39,60 375 4041

25

1

180,00

0,15 27,00

0,019302 0,005840 0,000180 0,006020

45 2545

3 0,19 34,20 101 3268

6 0,23 41,40 195 4028

12 0,26 46,80 373 4706

96

O Cenário 3.1, com uma pretensão extrema de anular a contribuição do lote ao

sistema de drenagem público, chegou a alturas indesejáveis de desníveis para o

jardim de um lote. Os degraus seriam muito grandes, de modo a gerar riscos

desnecessários aos transeuntes e grandes volumes de escavação, já que as alturas

obtidas variaram de 15 a 44 cm, conforme a chuva de projeto e a taxa de infiltração.

Para viabilizar a execução de desníveis maiores no jardim, poderiam ser usados

taludes, de modo a evitar uma queda brusca de nível do solo, mas estes seriam,

eventualmente, desconfortáveis para os ocupantes. No entanto, este cenário é

importante para balizar os valores extremos de rebaixo que seriam necessários. Os

tempos de esvaziamento obtidos para a taxa de infiltração de 10-7 m/s são muito

elevados, variando de 17 a 51 dias, o que torna a adoção desta técnica, considerando

apenas a saída por infiltração para solos onde a taxa base de infiltração seja de 10-7

m/s, inviável, pois a estrutura demoraria muito tempo para ficar disponível para o

evento de precipitação seguinte e, em se tratando de um reservatório aberto, poderia

se tornar um local de proliferação de vetores de doenças. No entanto, se forem

consideradas também a variação da taxa de infiltração em um solo não saturado, um

solo local mais propício a infiltração e a evapotranspiração, estes tempos devem

diminuir. Neste sentido, considerando um solo mais propício à infiltração, os tempos de

esvaziamento com a taxa de infiltração de 10-6 m/s, considerando apenas a infiltração

como saída de água, variaram de 2 a 5 dias, valores razoáveis para a adoção da

técnica com esta configuração. Vale lembrar que, na prática, a saída de água do jardim

rebaixado também ocorre por outros fenômenos, como a evaporação e a

evapotranspiração e poderia, ainda, se necessário, ser implantado um dreno auxiliar. A

taxa de infiltração mais baixa também resultou na necessidade de estruturas maiores.

A vazão de pico efluente do lote para todas as chuvas de projeto, já que não houve

extravasamento, foi apenas a infiltração na área do jardim, equivalente a 0,00018 m³/s.

No outro extremo, o Cenário 3.2 pretendia verificar qual seria a área de jardim

necessária para anular a contribuição do lote para o sistema público de drenagem com

a altura de rebaixo fixa e igual a 10 cm. Considerando que as áreas necessárias

variaram de 242 a 473 m², os valores se mostraram muito elevados, comprometendo,

para a menor das chuvas de projeto, 40% da área do lote, o que significa 10% a mais

do que a área a ser mantida permeável pela legislação municipal. Já para a chuva de

12 horas e TR de 25 anos, a área do terreno comprometida seria de 66%, se

considerada condutividade hidráulico de 10-6 m/s, e de 79%, para a taxa de infiltração

de 10-7 m/s. O comprometimento de 66% do terreno com uma estrutura de controle de

escoamento superficial é pesado, já que limita muito o uso da área pelo proprietário. A

diferença de 13% a mais de área para a menor taxa de infiltração enfatiza o aumento

97

das dimensões de estruturas resultante da menor infiltrabilidade do solo. Além disso,

os tempos necessários para esvaziamento do jardim variaram em torno de 12 dias

para a taxa de infiltração mais baixa, considerando apenas a infiltração como forma de

saída de água da estrutura. Com a taxa de infiltração de 10-6 m/s, os tempos de

esvaziamento foram de cerca de 1,5 dia, valor mais aceitável para a disponibilização

da estrutura para chuvas consecutivas.

No Cenário 3.3 verificou-se que um jardim rebaixado em 10 cm em toda a área

permeável do lote (180 m²), quando aplicado individualmente, ajudaria o sistema de

drenagem público apenas para a chuva de projeto de 1 hora e TR de 10 anos ou

chuvas menores que esta, já que para as outras chuvas de projeto analisadas, o

jardim se encheu antes do pico da chuva, ocorrendo extravasamento de toda a vazão

máxima de escoamento superficial afluente à estrutura. Mesmo no caso da menor

chuva de projeto estudada, a vazão de extravasamento verificada foi maior do que a

vazão natural do terreno em 24%, conforme apresentado na Figura 49. A Figura 50

apresenta os hidrogramas efluentes do lote para este cenário para a chuva de projeto

de duração de 12 horas e TR = 25 anos, para a taxa base de infiltração de 10-6 m/s.

Os gráficos das outras chuvas de projeto são bastante semelhantes ao da Figura 50,

não sendo estes, portanto, aqui apresentados. Neste cenário, os tempos de

esvaziamento do jardim foram da ordem de 10 vezes maiores para a taxa de infiltração

de 10-7 m/s, quando comparados aos resultantes da taxa de infiltração de 10-6 m/s,

conforme esperado, reforçando a desvantagem apresentada nos cenários anteriores.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 3.3 - Jardim rebaixado - 10 cm e 30% do loteDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





98

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 3.3 - Jardim rebaixado - 10 cm e 30% do loteDuração da chuva de 12h e TR de 25 anos





Como os resultados do Cenário 3.1 foram de rebaixos muito grandes, o

Cenário 3.4 tinha uma pretensão mais razoável na prática, que era a de liberar no

máximo a vazão natural do lote, equivalente ao Cenário 0. Com esta flexibilização, os

rebaixos necessários seriam bem menores, variando de 12 a 26 cm, para a taxa de

infiltração de 10-6 m/s, e de 13 a 28 cm, para a condutividade hidráulica de 10-7 m/s,

conforme a chuva de projeto. Para as maiores chuvas de projeto, no entanto, um

pequeno talude poderia ser instalado para evitar desníveis bruscos no solo.

Novamente, neste cenário, foi verificado um tempo de esvaziamento para a taxa de

infiltração de 10-7 m/s muito elevado para o objetivo proposto. Uma vantagem

verificada nos resultados do Cenário 3.4 é o retardamento do pico de vazão efluente

do lote, o que contribuiria, potencialmente, para a macrodrenagem da região. Este

resultado pode ser observado na Figura 51 e na Figura 52, que representam os

hidrogramas efluentes do lote para as chuvas de duração de 1 hora e TR = 10 anos e

de duração de 12 horas e TR = 25 anos para a taxa base de infiltração de 10-6 m/s,

respectivamente.

99

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 3.4 - Jardim rebaixado - 30% do loteDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 3.4 - Jardim rebaixado - 30% do loteDuração da chuva de 12h e TR de 25 anos





Os resultados obtidos mostram que soluções dependentes exclusivamente da

infiltração podem ser de difícil aplicação, uma vez que os tempos de esvaziamento

tendem a ser longos. Valores altos de escavação também podem ser economicamente

pesados e gerar configurações indesejáveis para os proprietários (embora esses

volumes possam e devam ser utilizados paisagisticamente dentro do próprio lote,

podendo, por exemplo, servir para elevar a cota de assentamento da edificação).

100

Neste contexto, o rebaixo de jardins se mostra mais adaptado às chuvas

menores (TR = 10 anos) e de caráter local (duração de 1 hora), mas, devido a sua

simplicidade, sob o ponto de vista de funcionamento, após sua implantação, pode ser

uma medida muito interessante e útil na combinação com outras estruturas de caráter

mais formal, para controle de chuvas maiores e de cheias na escala da bacia. É

importante, porém, considerar ainda a necessidade de educação ambiental e

conscientização dos proprietários, que precisam manter os jardins rebaixados e a

própria história e objetivo de sua implantação ao longo do tempo.

Com base em todos os resultados de tempo de esvaziamento obtidos para os

cenários de número 3, verificou-se que a condutividade hidráulica à saturação de 10-7

m/s é muito baixa para ser considerada como única via de saída de água da estrutura,

de modo a não se obter benefícios em casos de chuvas consecutivas. Com base nisto,

as próximas técnicas compensatórias de infiltração estudadas avaliarão os resultados

apenas para a taxa de infiltração de 10-6 m/s.

4.5 Cenários 4 – Telhado verde

Os telhados verdes foram avaliados de forma isolada na escala de lote em

quatro cenários de simulação. Com o intuito de se verificar o resultado da retenção de

águas pluviais nas coberturas verdes, foram descontados dos volumes precipitados o

percentual de retenção obtido na literatura para diferentes espessuras de substrato e

tipos de vegetação. FLL (2002) apresenta uma relação direta entre a espessura do

substrato, porte da vegetação e retenção de água pela cobertura verde. Apesar das

possíveis diferenças nos percentuais de retenção devido a condições climáticas entre

os países de origem dos estudos utilizados como referência e o Brasil, serão utilizados

os valores internacionais, pois ainda não há estudos suficientes no país para fornecer

parâmetros confiáveis para as simulações. No entanto, alguns resultados já obtidos no

Brasil, apontam retenções semelhantes aos valores propostos por FLL (2002), como

no caso dos estudos realizados por Oliveira (2009), já apresentados na revisão

bibliográfica. Esta semelhança fortalece a validade da hipótese assumida.

O Cenário 4.1 propõe a implantação de cobertura verde extensiva em 20% da

área edificável do lote (60 m²). Neste cenário, foi considerado um substrato com

profundidade de 5 cm e vegetação de sedum e forrageiras. Para esta configuração,

FLL (2002) indica a retenção de 45% do volume precipitado, valor que foi adotado para

este estudo. O valor de 20% foi adotado como um valor “razoável” em termos de

implantação, podendo estar associado a uma ou duas vagas de garagem coberta,

varanda, terraço ou construção secundária de apoio a uma piscina, por exemplo. Ou

101

seja, esse percentual se associa a partes secundárias da construção, de mais fácil

convencimento para a implantação do telhado verde e com possibilidades

ornamentais, evitando considerar, de forma mais otimista, a adoção do telhado

principal da construção como objeto de implantação do telhado verde. Como resultado

deste cenário, o telhado verde foi responsável pela redução em 4% da vazão máxima

efluente do lote, como pode ser visto na Figura 53. Foram apresentados os

hidrogramas de apenas uma chuva de projeto, pois todos são semelhantes, resultando

no mesmo percentual de redução de pico de vazão, independentemente da duração

da chuva ou do seu tempo de recorrência. O percentual de 20% da construção para a

implantação de um telhado verde parece um valor aceitável em termos de custos e

comprometimento da cobertura. A altura do substrato de 5 cm, proposta no Cenário

4.1, é o mínimo possível para sustentar a vegetação. Esta opção parece também

bastante válida quando se tratam de habitações de interesse social, onde os custos

com a implantação do telhado verde e reforço estrutural devem ser minimizados, ou

mesmo, quando a instalação do telhado verde for realizada em construção já

existente. Ou seja, esta alternativa, embora com resultados modestos, poderia ser

generalizada para toda a malha urbana.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 4.1 - Telhado verde extensivo- 20% da área edificávelDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





O Cenário 4.2 avalia a implantação de um telhado verde também em 20% da

área edificável do lote. Neste cenário foi considerada uma cobertura verde intensiva

com espessura de substrato de 20 cm e vegetação de grama, arbustos e capão.

Utilizando os parâmetros de FLL (2002) como referência, foi considerada uma

102

retenção de 60% da água precipitada nas simulações. A espessura de substrato

proposta neste cenário requer um reforço estrutural maior do que no cenário anterior,

devido ao maior peso de solo, vegetação e água acumulada. Isto resulta em aumento

dos custos de implantação. Para o lote padrão proposto neste trabalho, estes custo

não devem ser limitantes, visto que se trata de um terreno relativamente grande para

uma edificação unifamiliar, o que condiz com o padrão de ocupação de média-alta

renda. As simulações do Cenário 4.2 resultaram em redução do pico de vazão efluente

do lote de 6%, para todas as chuvas de projeto, com relação aos valores do Cenário 1

– Ocupação convencional, e conforme representado na Figura 54.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 4.2 - Telhado verde intensivo- 20% da área edificávelDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





O Cenário 4.3 é semelhante ao Cenário 4.1, porém considera um telhado verde

extensivo que ocupe 50% da área edificável do lote, ou seja, 150 m². Nesse caso, se

admite que, pelo menos, uma das águas principais da construção se soma às áreas

de aplicação do telhado verde. Para o tamanho de construção proposto neste trabalho,

a área de telhado verde pode parecer grande demais. No entanto, seus resultados são

proporcionalmente melhores do que os obtidos para o telhado verde em 20% da

cobertura (Cenário 4.1), reduzindo em 10% a vazão de pico efluente do lote. A Figura

55 representa este resultado. Assim, dependendo das possibilidades existentes no

caso específico, do tamanho da edificação e da disponibilidade de recursos, esta pode

ser uma boa opção de configuração para a implantação de um telhado verde. Vale

ressaltar que a estrutura proposta no Cenário 4.3 é extensiva, com apenas 5 cm de

profundidade do substrato, reduzindo os custos com reforço estrutural.

103

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 4.3 - Telhado verde extensivo- 50% da área edificávelDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





O Cenário 4.4 repete os parâmetros do Cenário 4.2, mas também considerando

a área de cobertura verde como sendo 50% da área edificável do lote. Com esta

configuração as simulações resultaram em uma redução de 15% da vazão de pico

efluente do lote com relação ao Cenário 1 – Ocupação convencional, conforme pode

ser visto na Figura 56. A configuração proposta no Cenário 4.4 é a mais onerosa, tanto

em termos de área comprometida de cobertura, quanto em necessidade de reforço

estrutural, dentre as alternativas estudadas para os telhados verdes. No entanto, esta

pode ser uma opção viável, dependendo da situação real e das possibilidades de

intervenção existentes.

104

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 4.4 - Telhado verde intensivo- 50% da área edificávelDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





4.6 Cenários 5 – Pavimento permeável

A implantação de pavimentos permeáveis nas calçadas foi avaliada por este

trabalho nos cenários de número 5. A unidade de simulação neste caso foi a calçada

da frente de dois lotes, com área total de 60 m². Para o cálculo do escoamento

superficial resultante do pavimento permeável, foi adotado o coeficiente de

escoamento superficial C=0,05 (MARCHIONI & SILVA, 2013). O restante da água

infiltra pelo pavimento permeável atingindo o leito granular deste, que tem capacidade

de reservação de água de 40% de seu volume total. Este valor foi obtido pela adoção

de 0,4 como volume de vazios do material granular de composição do leito,

predominantemente brita (TOMAZ, 2010). A saída de água do leito granular se deu

através de infiltração e de um tubo drenante. Foi considerada infiltração pelo fundo e

pelas paredes do leito granular, considerando o coeficiente de infiltração fixo e

equivalente a 10-6 m/s, com base nos resultados dos cenários de número 3 – Jardim

rebaixado. Diferentemente da infiltração nos jardins rebaixados, onde foi considerada

a infiltração apenas pelo fundo da estrutura, nos pavimentos permeáveis a altura do

leito granular é significativa com relação à área da estrutura, de modo a justificar que

esta superfície de infiltração não seja desprezada. A opção de considerar a infiltração

pelas paredes do leito granular desconsidera a possibilidade de rápida colmatação do

solo local adjacente à estrutura, o que se deve à valorização no projeto e manutenção

da adoção de medidas preventivas de colmatação, como a aplicação de geotêxtil entre

105

as camadas com diferentes composições granulométricas e a limpeza periódica do

entorno, evitando, assim, a entrada de partículas finas na estrutura drenante. A

hipótese adotada também é reforçada por ICPI (2008) e Jenkins et al (2010), que

relatam casos em que não foi realizada nenhuma manutenção preventiva e, mesmo

assim, não se verificou diminuição significativa da capacidade de infiltração do solo.

Além disso, o coeficiente de infiltração adotado para os cálculos é próximo ao mínimo

recomendado pela literatura para justificar a utilização de técnicas de infiltração, de

modo a simular a situação mais desfavorável possível. A outra forma de saída de água

da estrutura é através de um tubo drenante, dimensionado de modo que sua vazão

efluente somada ao escoamento superficial em um instante qualquer não supere a

máxima vazão efluente da área antes da ocupação, denominada vazão natural. O

objetivo dos cenários de número 5 é de se verificar a altura de leito granular

necessária para armazenar e infiltrar toda a água da área contribuinte, de modo a

liberar no máximo a vazão natural.

O Cenário 5.1 visa dimensionar a altura de leito granular necessária para

liberar no máximo a vazão natural da área da própria calçada, que é de 60 m².

O Cenário 5.2 propõe o recebimento do escoamento superficial oriundo dos

dois lotes adjacentes à calçada, além da precipitação sobre as próprias estruturas, o

que soma 1260 m² de área de captação, sendo 60 m² de área de pavimento

permeável. Os lotes, neste cenário, foram considerados com ocupação convencional,

equivalente à do Cenário 1, ou seja, 30% da sua área seria mantida permeável e o

restante seria impermeabilizado. Da mesma forma que no cenário anterior, este

pretende verificar a altura de leito granular necessária para armazenar e infiltrar toda a

água da calçada e lotes, de modo a liberar apenas a vazão natural equivalente a toda

a área contribuinte.

Os resultados obtidos pelas simulações para os cenários de número 5 são

apresentados de forma compilada na Tabela 25.

106


CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área dren. (m²)

Área do pavim.

(m²)

Alt. do leito (m)

Diâm. orif. (m)

Vol. de armaz.

(m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)

Vazão máx. efl. por esc. sup. (m³/s)


Vazão máx. efl. pelo

orif. (m³/s)

Vazão máx. infiltr. (m³/s)

Vazão máx. efl. da área dren. (m³/s)

Tempo de enchim.

(min)

Tempo de esvaz.

(min)

5.1

10

1

60 60,00

0,10 0,031 2,40

0,002518 0,000126 0

0,000609 0,000066 0,000741 50 151

3

0,11 0,030 2,64

0,000611 0,000067 0,000745 110 250

6 0,000612 0,000067 0,000746 200 378

12 0,000612 0,000067 0,000746 380 720

25

1 0,11 0,033 2,64

0,002969 0,000148 0

0,000741 0,000067 0,000887 50 151

3

0,13 0,031 3,12

0,000725 0,000068 0,000871 110 254

6 0,000726 0,000068 0,000873 200 382

12 0,000726 0,000068 0,000873 380 721

5.2

10

1

1260 60,00

1,06 0,078 25,44

0,035252 0,001763 0

0,013207 0,000128 0,014346 40 116

3

1,14 0,077 27,36

0,013177 0,000132 0,014320 100 208

6 0,013179 0,000133 0,014322 190 368

12 0,013179 0,000133 0,014322 370 724

25

1 1,25 0,082 30,00

0,041573 0,002079 0

0,015581 0,000140 0,016912 40 116

3

1,34 0,080 32,16

0,015562 0,000145 0,016899 100 208

6 0,015565 0,000145 0,016902 190 368

12 0,015565 0,000145 0,016902 370 724

107

O Cenário 5.1 se mostrou uma boa opção de aplicação, pois foram obtidas

alturas de leito granular variando de 10 a 13 cm para atender ao objetivo proposto, de

recuperar a vazão natural da área da própria calçada. Estas alturas de leito

representam um volume relativamente baixo de escavação e preparo do material

drenante, o que não representa custos elevados. Além disso, a profundidade de

instalação do dreno possibilitaria a descarga por gravidade no sistema público de

drenagem. Os tempos de enchimento ocorreram sempre após o pico da chuva,

resultando no amortecimento de vazões efluentes pretendido. Os tempos de

esvaziamento variaram de nenhum a 91 minutos após o término da precipitação, o que

significa que foram baixos o suficiente para disponibilizar rapidamente a estrutura para

um próximo evento chuvoso. Para as chuvas de menor duração, o tempo de

esvaziamento após o término da chuva foi maior, enquanto para as chuvas mais

longas, este tempo foi menor. O amortecimento e o tempo de esvaziamento da

estrutura podem ser visualizados nas Figura 57 e Figura 58. Foram apresentados

apenas estes dois gráficos por se tratarem dos eventos mais extremos estudados,

abrangendo toda a gama de possibilidades de resultados.

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 5.1 - Pavimento permeável - drena própria áreaDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos


Vazão Efl. da Área Drenada pela Estrut. - Cenário 5.1 (m³/s)


para o Cenário 5.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos.

108

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

1 41 81 121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 521 561 601 641 681 721 761

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 5.1 - Pavimento permeável - drena própria áreaDuração da chuva de 12h e TR de 25 anos




para o Cenário 5.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos.

As alturas de leito granular necessárias para atender aos objetivos do Cenário

5.2 variaram de 1,06 a 1,34 m, de acordo com a chuva de projeto. Com base nos

mesmos critérios adotados para justificar a validade das alturas obtidas no Cenário

5.1, estes valores são considerados muito altos para serem aplicados na prática. Além

disso, no caso de pavimentos permeáveis é necessário avaliar a capacidade de

suporte estrutural do leito granular para o uso pretendido, a qual fica prejudicada no

caso de grandes profundidades. Para a taxa de infiltração adotada (10-6 m/s) e com

base na Equação 3, a altura máxima de leito granular a ser adotada para não haver

perda de suporte estrutural é de 65 cm. Estes resultados indicam que a calçada

adjacente ao lote, sozinha, se considerada a implantação de um pavimento permeável,

não é capaz de amortecer os impactos causados pelo lote como um todo, devendo ser

dividida esta responsabilidade com o proprietário do lote. Os tempos de enchimento e

esvaziamento, no entanto, foram satisfatórios, seguindo a mesma tendência verificada

para o Cenário 5.1 e atendendo à demanda de disponibilizar a estrutura para as

chuvas seguintes. Os hidrogramas efluentes da área equivalente a dois lotes com

ocupação convencional e nenhuma outra técnica compensatória aplicada e da própria

área da calçada com pavimento permeável são apresentados nas Figura 59 e Figura

60 para as chuvas de projeto de duração de 1 hora e TR = 10 anos e duração de 12

horas e TR = 25 anos, respectivamente.

109

0,0000

0,0050

0,0100

0,0150

0,0200

0,0250

0,0300

0,0350

0,0400

0,0450

0,0500

0 20 40 60 80 100 120

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 5.2 - Pavimento permeável - drena própria área e lotes adjacentes





para o Cenário 5.2, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos.

0,0000

0,0050

0,0100

0,0150

0,0200

0,0250

0,0300

0,0350

0,0400

0,0450

0,0500

1 41 81 121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 521 561 601 641 681 721 761

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 5.2 - Pavimento permeável - drena própria área e lotes adjacentes





para o Cenário 5.2, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos.

110

4.7 Cenários 6 – Jardim de chuva

Os cenários de número 6 consideraram a implantação de jardins de chuva nas

áreas de calçada e estacionamento. Os jardins de chuva foram considerados, para fins

de simulação, como dois reservatórios sobrepostos, sendo o de cima um rebaixo do

nível do piso e o de baixo um leito granular de uma mistura de solo, brita e areia, que

serve de substrato para a vegetação e tem alguma capacidade de armazenamento de

água. Segundo Musy e Soutter (1991 apud BAPTISTA et al, 2005) o coeficiente de

infiltração para um solo de areia com seixos, que se assemelha ao proposto para o

leito granular, é de 10-5 m/s. A saída de água do reservatório superior se deu através

da infiltração para o leito granular, considerando este valor fixo para infiltração, que foi

considerada apenas no fundo do rebaixo, como no caso dos jardins rebaixados. A

macroporosidade do leito granular adotada foi de 0,2, que seria a sua capacidade de

armazenamento de água, conforme discutido no item 2.2. Já que a granulometria do

material considerado é menor, o valor adotado para macroporosidade é mais baixo do

que o considerado para o pavimento permeável (0,4), onde o leito era composto

exclusivamente por brita, e está dentro dos limites de macroporosidade encontrados

na literatura para solo arenoso (0,1 – 0,3) (STOLF, 2011) e latossolo vermelho (0,07 –

0,2) (COSTA et al, 2004; GENRO JUNIOR et al, 2009; MARQUES et al, 2010;

DRESCHER et al, 2011). Esta hipótese foi utilizada devido à falta de dados mais

específicos de capacidade de armazenamento de água por leitos granulares de jardins

de chuva, mas é uma relação apenas com os estudos existentes e não exclui um

refinamento deste parâmetro para futuros estudos.

Da mesma forma que para os pavimentos permeáveis e para o jardim

rebaixado, a saída de água do reservatório inferior se deu por infiltração e considerou

um coeficiente de infiltração fixo e equivalente a 10-6 m/s. A infiltração, neste caso, foi

considerada através das paredes e do fundo, assim como nos pavimentos

permeáveis. Os cenários em questão visam verificar as alturas de rebaixo e de leito

granular necessárias para absorver toda a água da sua área de contribuição. A

unidade de simulação foi a calçada e o estacionamento equivalente à frente de dois

lotes.

O Cenário 6.1 considerou um jardim de chuva de 12 m² drenando uma área

total de 60 m² de calçada e do próprio jardim. A largura da calçada sem nenhuma

técnica compensatória foi considerada de 2 m. A legislação local requer uma largura

mínima de 1,5 m. Assim, o 0,5 m excedente da calçada que não fica em frente às

entradas de garagem dos lotes foram considerados como área passível de

implantação de um jardim de chuva. Esta área, para dois lotes adjacentes, é de 0,5 m

111

por 24 m (12 m²).

O Cenário 6.2 é semelhante ao 6.1, porém, neste segundo cenário, o jardim de

chuva se situa na divisão das vagas do estacionamento em frente a dois lotes e

equivale a 2,88 m². A área total a ser drenada é de 72 m² e pretende-se verificar as

alturas de rebaixo e leito granular para anular o escoamento superficial de toda a área

de estacionamento. A configuração considerada para os jardins de chuva da calçada e

do estacionamento é apresentada na Figura 61.

Figura 61 – Configuração dos jardins de chuva da calçada e do estacionamento.

O Cenário 6.3 verificou a implantação de um jardim de chuva na área

permeável do lote (30%), de modo a resgatar e aprimorar a proposta dos cenários de

número 3, que avaliaram a implantação de um jardim rebaixado na área permeável do

lote. Para tanto, foi considerado um rebaixo de 10 cm, que é considerado um desnível

aceitável no jardim, e verificada a altura do leito granular necessária para anular a

contribuição do lote para o sistema de drenagem.

Os resultados dos cenários de número 6 foram compilados na Tabela 26. Da

mesma forma que para os jardins rebaixados (cenários de número 3), os tempos de

esvaziamento para os jardins de chuva apresentados consideram apenas a infiltração

ocorrida pela taxa base de infiltração, o que aumenta consideravelmente o tempo real

de esvaziamento que possivelmente ocorreria. Se fossem considerados a variação da

taxa de infiltração em um solo mais propício a infiltração e não saturado e outros

fenômenos, como evaporação e evapotranspiração, estes tempos potencialmente

diminuiriam.

112


CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área dren. (m²)

Área do jardim

(m²)

Alt. do rebaixo

(m)

Alt. do leito (m)

Alt. total (m)

Vol. de armaz.

(m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)




Tempo de enchim.

(min)

Tempo de esvaz.

rebaixo (min)

Tempo de esvaz. total

(min)

6.1

10

1

60 12,00

0,25 0,16 0,41 3,38

0,002065 0

0,000020 0,000020 60 2580 3087

3 0,34 0,40 0,74 5,04 0,000032 0,000032 180 2332 3337

6 0,35 0,76 1,11 6,02 0,000049 0,000049 360 1782 2944

12 0,35 1,04 1,39 6,70 0,000063 0,000063 720 1832 2912

25

1 0,31 0,11 0,42 3,98

0,002435 0

0,000017 0,000017 60 3625 3983

3 0,42 0,40 0,82 6,00 0,000032 0,000032 180 2838 3843

6 0,45 0,76 1,21 7,22 0,000049 0,000049 360 2188 3350

12 0,45 1,12 1,57 8,09 0,000067 0,000067 720 2066 3114

6.2

10

1

72 2,88

1,58 0,12 1,70 4,62

0,002792 0

0,000004 0,000004 60 20316 20709

3 2,38 0,42 2,80 7,10 0,000006 0,000006 180 19530 20677

6 2,95 0,81 3,76 8,96 0,000009 0,000009 360 16613 18097

12 3,54 1,48 5,02 11,05 0,000014 0,000014 720 13273 14593

25

1 1,86 0,16 2,02 5,45

0,003293 0

0,000004 0,000004 60 22203 22720

3 2,82 0,45 3,27 8,38 0,000006 0,000006 180 22298 23495

6 3,51 0,84 4,35 10,59 0,000009 0,000009 360 19231 20719

12 4,25 1,49 5,74 13,10 0,000014 0,000014 720 15711 17027

6.3

10

1

600 180,00

0,10

0,12 0,22 22,32

0,016367

0,004919 0,000186 0,005105 45 1653 2052

3 0,26 0,36 27,36 0,009189 0,000194 0,009383 99 1646 2504

6 0,41 0,51 32,76 0,009181 0,000202 0,009383 350 1834 3167

12 0,62 0,72 40,32 0,009170 0,000213 0,009383 370 1775 3729

25

1

0,10

0,10 0,20 21,60

0,019302

0,010880 0,000185 0,011065 37 1655 1988

3 0,25 0,35 27,00 0,019109 0,000194 0,019302 93 1644 2469

6 0,42 0,52 33,12 0,019099 0,000203 0,019302 183 1663 3027

12 0,64 0,74 41,04 0,019088 0,000215 0,019302 362 1760 3770

113

Para o Cenário 6.1, a proporção de área de jardim de chuva com relação à

área total drenada foi de 20%, o que resultou em alturas totais para a estrutura

variando de 0,41 a 1,57 m. As alturas de rebaixo e de leito granular neste cenário

foram otimizadas, de acordo com a intensidade da chuva de projeto e com a

capacidade de esvaziamento de cada camada. A otimização das alturas de rebaixo e

leito granular se deu de modo a minimizar a altura total da estrutura, visto que as taxas

de infiltração nas diferentes camadas são variáveis e isto resulta em uma proporção

ótima específica para cada chuva de projeto. Assim, as alturas de rebaixo obtidas

foram elevadas (0,25 a 0,45 m), gerando riscos aos transeuntes. No entanto, como a

área é relativamente pequena, é possível avaliar possibilidade de instalação de uma

grade sobre o jardim, para evitar acidentes relacionados ao desnível. As alturas

necessárias para os leitos granulares também foram altas, com valores de 0,16 a 1,12

m. No caso dos jardins de chuva, diferentemente dos pavimentos permeáveis, o leito

granular não tem uma função estrutural e nem a saída por um dreno na base do leito,

não limitando a sua profundidade máxima. No entanto, as profundidades a serem

escavadas são muito grandes para o porte da obra em questão, o que faria com que

fosse difícil colocar estes projetos em prática. Outro aspecto a ser avaliado é a vazão

máxima efluente considerada para as simulações, que teve como objetivo anular o

escoamento superficial da área drenada, o que é bastante pretensioso e até mesmo

desnecessário, já que a recuperação da vazão natural da área já seria uma boa

contribuição. Com esta alteração de projeto, as profundidades do jardim de chuva

tendem a diminuir, visto que os volumes a serem armazenados seriam menores. Os

tempos de esvaziamento total da estrutura, considerando apenas a infiltração como

forma de saída de água, variaram de 2 a 2,6 dias, o que é razoável para que a

estrutura se esvazie entre uma chuva e outra. No entanto, considerando condições

mais favoráveis de infiltração, evaporação e evapotranspiração e, eventualmente, um

dreno auxiliar, esta estrutura potencialmente seria viável de ser implantada para

solução dos escoamentos gerados pelas calçadas.

No Cenário 6.2, o jardim de chuva representava apenas 4% de toda a área

drenada, o que é um valor aparentemente baixo para anular a contribuição da área

para a rede de drenagem. As alturas de rebaixo e leito granular resultantes das

simulações comprovaram esta suposição, visto que a altura total da estrutura, para as

diferentes chuvas de projeto, variou de 1,70 a 5,74 m, o que são valores totalmente

inviáveis de serem executados para o objetivo proposto. Os tempos de esvaziamento

também foram muito altos, devido às baixas áreas de superfície de infiltração quando

comparadas ao volume total a ser infiltrado, e chegaram à 16 dias no total. Com este

cenário foi possível concluir que 4% de área do total contribuinte é pouco para

114

implantação de um jardim de chuva. Entretanto, apesar dos valores exagerados, foi

possível atingir o objetivo teórico proposto e anular a contribuição do estacionamento

para o sistema de drenagem e definir os limites de operacionalidade dos jardins de

chuva.

O Cenário 6.3, diferentemente dos Cenários 6.1 e 6.2, propunha a fixação de

uma altura considerada satisfatória para o rebaixo do jardim, adotada como 10 cm. No

entanto, verificou-se que esta altura, aliada à capacidade de infiltração da água para o

leito granular adotada, não foi suficiente para armazenar o volume de chuva

necessário para que não houvesse extravasamento da estrutura. O transbordamento

ocorreu para todas as chuvas de projeto estudadas. No entanto, para as chuvas de

período de recorrência de 10 anos e para a chuva de 1 hora e TR = 25 anos, o

extravasamento ocorreu antes do pico da chuva, resultando em reduções da vazão de

pico efluente do lote com relação ao Cenário 1 – Ocupação convencional. Para a

menor das chuvas estudadas, a vazão de pico efluente do lote foi menor, inclusive, do

que a vazão natural, conforme apresentado na Figura 62. As outras chuvas que

resultaram em vazão efluente do lote menor que a vazão de pico do Cenário 1 são

representadas pela Figura 63 e pela Figura 64, onde a vazão máxima efluente é de

cerca de 0,0092 m³/s, para todas as chuvas de TR = 10 anos, e de 0,0109 m³/s, para a

chuva de TR = 25 anos. Para as chuvas de projeto de 25 anos de tempo de

recorrência e durações de 3, 6 e 12 horas o rebaixo do jardim se encheu antes do pico

da chuva, resultando em uma vazão máxima efluente do lote igual à verificada no

Cenário 1 – Ocupação convencional, conforme apresentado na Figura 65. As alturas

de leito granular necessárias variaram de 0,12 a 0,64 m, que são valores exequíveis.

Os tempos de esvaziamento do jardim de chuva variaram entre 1,4 e 2,6 dias, o que

também é um tempo razoável e, potencialmente, seria menor na prática, em função da

variação da capacidade de infiltração do solo de acordo com as condições iniciais, da

evaporação e da evapotranspiração. Assim, conclui-se, para o Cenário 6.3, que,

apesar de a estrutura ocupar 30% da área total drenada, a altura de rebaixo é

satisfatória em termos de conforto para os ocupantes do lote e a adoção da técnica

nestas configurações pode gerar benefícios, em termos de redução do impacto da

ocupação na hidrologia urbana, para grande parte das chuvas de menor intensidade,

como é o caso das chuvas de período de recorrência de 10 anos estudadas.

Entretanto, pequenos ajustes no rebaixo, ou a combinação com outras estruturas,

podem tornar esta opção efetiva para todas as chuvas consideradas.

115

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 6.3 - Jardim de chuva - LoteDuração da chuva de 1h e TR de 10 anos





0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)






116

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)






0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)






4.8 Análise das simulações com técnicas individuais

As técnicas compensatórias simuladas individualmente neste trabalho

resultaram em desempenhos bastante variados com relação à redução e retardo de

picos de vazão efluente. Em alguns casos, os efeitos foram positivos para os

117

parâmetros propostos. Em outros, as estruturas não melhoraram a vazão de pico com

relação ao Cenário 1 – Ocupação convencional, o que não justifica a implantação da

técnica em questão para os parâmetros considerados. A Tabela 27 apresenta a

eficiência das técnicas compensatórias simuladas individualmente em termos de pico

de vazão com relação aos cenários de referência (Cenário 0 – Vazão natural – e

Cenário 1 – Ocupação convencional). Estas eficiências correspondem à média da

divisão da vazão de pico do cenário em questão pela vazão de pico do cenário de

referência. Entre parênteses se encontra o intervalo de valores resultantes desta

razão, quando este valor é variável.

118

Tabela 27 – Eficiência das técnicas compensatórias individuais em termos de picos de

vazão efluente.

CEN.

Relação média entre vazão de pico dos cenários simulados e cenários de referência para a unidade de

referência considerada

Proporção área

estrutura /área de

referência

Cenário 0 Cenário 1 Unidade de referência

0 1,00 0,45 (0,46 - lote;

0,37 - calçada; 0,33 - estacionamento)

2 lotes, calçada e

estacionamento 0,00

1 2,24 (2,17 - lote;


1,00 2 lotes, calçada

e estacionamento

0,00

2.1 0,94 (0,93 a 0,95) 0,44 (0,43 a 0,44) lote 0,019 a 0,024

2.2 2,17 1,00 lote 0,007

2.3 1,77 (1,71 a 1,82) 0,82 (0,79 a 0,84) lote 0,007

2.4 1,19 0,55 lote 0,014 a 0,017

Taxa d

e

infiltra

çã

o =

10

-7 m

/s 3.1 0,002 0,001 lote 0,30

3.2 0,004 (0,003 a

0,006) 0,002 (0,001 a

0,003) lote 0,41 a 0,79

3.3 1,93 (1,24 a 2,17) 0,89 (0,58 a 1) lote 0,30

3.4 0,68 0,31 lote 0,30

Taxa d

e

infiltra

çã

o =

10

-6 m

/s

3.1 0,025 0,01 (0,009 a 0,011) lote 1,30

3.2 0,04 (0,031 a

0,048) 0,019 (0,014 a

0,022) lote 0,4 a 0,67

3.3 1,93 (1,24 a 2,17) 0,89 (0,58 a 1) lote 0,30

3.4 0,68 0,31 lote 0,30

4.1 2,08 0,96 lote 0,10

4.2 2,03 0,94 lote 0,10

4.3 1,96 0,90 lote 0,25

4.4 1,83 0,85 lote 0,25

5.1 0,98 0,36 calçada 1,00

5.2 0,90 0,41 calçada e 2

lotes 0,05

6.1 0,05 (0,02 a 0,08) 0,02 (0,01 a 0,03) calçada 0,20

6.2 0,008 (0,004 a

0,015) 0,003 (0,001 a

0,005) estacionamento 0,04

6.3 1,52 (0,68 a 2,17) 0,7 (0,31 a 1) lote 0,30

Com base em todos os resultados já apresentados, a Tabela 28 apresenta uma

compilação dos aspectos positivos e negativos apresentados para cada cenário de

técnica individual. Esta avaliação foi realizada especificamente para os parâmetros de

simulação adotados. No entanto, estes resultados não inviabilizam a adoção de

determinada técnica, pois sempre há a possibilidade de se avaliar, com as condições

específicas de um dado projeto, outras configurações das técnicas estudadas que

melhor atendam aos objetivos propostos.

119

Tabela 28 – Aspectos positivos e negativos dos cenários de técnicas individuais.

CENÁRIO ASPECTOS POSITIVOS ASPECTOS NEGATIVOS

2.1 Atende plenamente ao objetivo de recuperar as vazões naturais do lote. Necessita de volume de armazenamento muito grande, o que onera o proprietário do lote em termos de espaço e economicamente.

2.2 Reservatório pequeno, não onera muito o proprietário. Colabora com a conscientização da população sobre o compartilhamento da responsabilidade dos impactos causados pela urbanização na drenagem urbana.

Não afeta o pico do hidrograma, pois ocorre extravasamento.

2.3 Reservatório pequeno, não onera muito o proprietário. Amortece de 16 a 21% a vazão máxima efluente do lote.

Não recupera a vazão natural. Libera todo o volume precipitado logo após o término da chuva, não colaborando com a recuperação do tempo de concentração natural, condição favorável para a macrodrenagem.

2.4 Redução significativa (45%) da vazão de pico efluente do lote e aumento do tempo de liberação deste volume de água, colaborando com a micro e a macrodrenagem.

Volumes de armazenamento grandes, onerando o proprietário do lote em termos de espaço e economicamente.

3.1 Anula a contribuição do lote para a rede pública de drenagem. Grandes alturas de rebaixo (risco aos ocupantes) e volumes de escavação. Tempos elevados de esvaziamento, quando considerada apenas a infiltração pela taxa de 10-7 m/s.

3.2 Anula a contribuição do lote para a rede pública de drenagem. Ocuparia áreas muito grandes. Tempos elevados de esvaziamento, quando considerada apenas a infiltração pela taxa de 10-7 m/s.

3.3 É uma técnica bastante simples para ser usada como técnica complementar. Aplicado de forma isolada, não afeta o pico de vazão efluente do lote. Tempos elevados de esvaziamento, quando considerada apenas a infiltração pela taxa de 10-7 m/s.

3.4 Reduz a contribuição para a rede pública à vazão natural. Para as chuvas de projeto de menor duração, os desníveis necessários são aceitáveis mesmo sem a adoção de um talude. Resulta em atraso no pico de vazão efluente.

Alturas de rebaixo que precisam de um talude auxiliar para as chuvas de projeto de maior duração. Tempos elevados de esvaziamento, quando considerada apenas a infiltração pela taxa de infiltração de 10-7 m/s.

4.1 Estrutura leve, com baixos custos de reforço estrutural. Área pequena de comprometimento da cobertura da edificação (20%), que pode ser de uma construção secundária.

Pequena eficiência de redução de pico de vazão (4%) quando aplicada sozinha para o lote como um todo.

4.2 Área pequena de comprometimento da cobertura da edificação (20%), que pode ser de uma construção secundária.

Pequena eficiência de redução de pico de vazão (6%) quando aplicada sozinha para o lote como um todo. Custos mais elevados, devido ao reforço estrutural e a maior espessura do substrato.

4.3 Estrutura leve, com baixos custos de reforço estrutural. Significativos resultados de redução de pico de vazão (10%) para o lote como um todo quando aplicada a técnica individualmente.

Área grande de comprometimento da cobertura (50%). Custos mais elevados devido às dimensões do telhado verde.

4.4 Significativos resultados de redução de pico de vazão (15%) para o lote como um todo quando aplicada a técnica individualmente.

Área grande de comprometimento da cobertura (50%). Custos mais elevados devido às dimensões do telhado verde e à espessura do substrato (reforço estrutural).

5.1 Anula os efeitos hidrológicos negativos da urbanização da área com volume de escavação e de leito granular pequenos.

Ocupa toda a área urbanizada com a estrutura, apesar de permitir alguns tipos de uso concomitante.

5.2 Anula o efeito da urbanização da própria calçada e dos lotes adjacentes. Alturas de leito granular muito grandes para a técnica pretendida, comprometendo o deságue do dreno no sistema de drenagem e a estrutura do pavimento, além de representar elevados custos de implantação.

6.1

Anula a contribuição da área para a rede de drenagem, com intervenção em apenas 20% dela. Utilizando outros coeficientes de infiltração e considerando outras formas de saída de água, como evapotranspiração e dreno auxiliar, esta configuração de jardim de chuva pode se tornar uma boa alternativa.

Ocupa área que poderia ser utilizada para outros fins. Valores de rebaixo e altura do leito granular muito grandes.

6.2 Anula a contribuição da área para a rede de drenagem com intervenção em apenas 4% dela.

Ocupa área que poderia ser utilizada para outros fins. Valores de rebaixo, altura do leito granular e tempo de esvaziamento muito grandes.

6.3 Aproveita a área permeável do lote. Altura de rebaixo satisfatória. Redução das vazões de pico para as menores chuvas de projeto.

Capacidade de armazenamento do rebaixo muito pequena, resultando em extravasamento e equiparação das vazões de pico com relação ao Cenário 1 - Ocupação convencional para as maiores chuvas de projeto.

120

Os resultados das simulações de técnicas individuais indicaram, em diversos

casos, dimensões muito grandes para atingir os objetivos propostos ou ineficiência da

aplicação da técnica de forma isolada. Com isso, foram estudadas as possibilidades

de combinações entre os cenários individuais com base nos resultados já

apresentados e nas possibilidades de alterações de parâmetros que otimizem as

estruturas e sua eficácia. A Tabela 29 apresenta as possibilidades de combinações

entre as técnicas compensatórias estudadas, de modo que as combinações foram

avaliadas considerando os parâmetros específicos adotados em cada cenário. Assim,

verifica-se, por exemplo, que o reservatório de lote proposto pela legislação municipal,

estudado no Cenário 2.2, poderia, potencialmente, ser combinado com o jardim

rebaixado em 10 cm em toda a área permeável do lote, avaliado no Cenário 3.3. De

forma similar, este mesmo reservatório, poderia ser combinado com o jardim rebaixado

do Cenário 3.4 ou com o telhado verde do Cenário 4.1 e, assim, sucessivamente.

Tabela 29 – Possibilidades de combinações de técnicas individuais para compor os

cenários de simulação de técnicas combinadas.

CEN. 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 4.2 4.3 4.4 5.1 5.2 6.1 6.2 6.3

2.1


2.2 X X X X X X X X

2.3 X X X X X X X X

2.4 X X X X X X X X

3.1

Jardim rebaixado

X X X X

3.2

3.3 X X X X X

3.4 X X X X X

4.1

Telhado verde

X X

4.2 X X

4.3 X X

4.4 X X

5.1 Pavimento permeável

5.2 X X

6.1 Jardim de

chuva 6.2

6.3

Os reservatórios de lote poderiam ser combinados com qualquer outra técnica

individual, dependendo de suas configurações. Com os jardins rebaixados, poderiam

ser compostos volumes de armazenamento, de modo a liberar apenas a vazão natural

ou mesmo a adoção de dimensões menos onerosas ao proprietário, como o

reservatório da legislação municipal e um rebaixo no jardim de 10 cm, amortecendo,

potencialmente, a vazão de pico efluente do lote. A combinação poderia ser

121

implementada com as estruturas em paralelo ou em série. Apesar de esta parecer ser

uma combinação um pouco redundante, devido ao uso de duas técnicas de

reservação, seus mecanismos de liberação da água são diferentes. Uma parcela,

armazenada pelos jardins rebaixados, não é direcionada para a rede de drenagem,

pois infiltra. Já o reservatório de lote, tem uma vazão efluente orientada pelo orifício de

fundo, o qual deve ser dimensionado para liberar a vazão de projeto que se assuma

satisfatória, confrontando custos e benefícios das dimensões necessárias. Com isso a

combinação de reservatório de lote e jardim de chuva tem os potenciais de diminuir a

vazão de pico e o volume total de água efluente do lote, além de retardar a ocorrência

do pico de vazão, aproximando a dinâmica hidrológica do lote ocupado do natural,

para o contexto local e para a escala de bacia hidrográfica.

A combinação dos reservatórios de lote com telhados verdes tem potencial de

ser boa, pois o telhado verde diminui a quantidade de água a ser armazenada pelo

reservatório, minimizando suas dimensões, o que é útil, haja visto o conjunto individual

de simulações com reservatórios de lote. O telhado verde não exige uma área

adicional para sua implantação, não onerando o proprietário em termos de redução e

área útil do terreno. Esta combinação também diminui os picos de vazão e volumes de

água efluente do lote, além de retardar o pico de vazão. Da mesma forma que a

combinação anterior, esta aproxima a dinâmica hidrológica do lote da existente na pré-

urbanização.

Em uma combinação de técnicas adotadas em área pública conjuntamente

com a área privada, poderia ser instalado um reservatório de lote com dimensões

razoáveis ao proprietário que tivesse seu orifício de fundo direcionado para o leito

granular de um pavimento permeável na calçada. A parcela de água que não pudesse

ser retida pelo reservatório de lote, seria, assim, armazenada, infiltrada e regulada

pelo pavimento da área pública. Esta configuração depende das cotas específicas do

terreno para ser passível de implantação, já que o orifício do reservatório de lote fica

no fundo do reservatório e a entrada de água no pavimento permeável não pode ser

afogada. Como os resultados apresentados para os Cenários 5.1 e 5.2 demonstraram

que a opção de a calçada receber a água dos lotes sem nenhuma técnica auxiliar é

inviável, devido às dimensões necessárias para o leito granular da calçada, o

reservatório de lote pode amenizar este problema e a combinação em questão pode

se tornar viável e não deve ser descartada em um estudo específico.

A combinação de reservatórios de lote com jardins de chuva na área permeável

do lote se assemelha à combinação dos reservatórios com os jardins rebaixados,

sendo, entretanto, mais cara, devido ao maior volume de escavação e ao preparo do

material do leito granular. Como se tratam de duas técnicas de reservação dentro do

122

lote, apresentando poucas variáveis com relação ao jardim rebaixado, esta

combinação seria recomendada apenas em casos muito específicos onde o volume

extra de armazenamento no leito granular do jardim de chuva seja relevante a ponto

de justificar a maior complexidade do sistema.

Os jardins rebaixados usados em conjunto com os telhados verdes apresentam

um bom potencial de contribuição hidrológica. Esta combinação reduz o volume de

água liberado pelo lote, devido à retenção ocorrida no telhado verde e ao

armazenamento no jardim rebaixado, de onde a água é liberada por infiltração e

extravasamento. Nesta possibilidade de combinação é importante verificar se o

extravasamento está ocorrendo após o pico da chuva de projeto, pois, caso contrário,

haverá apenas uma redução de volume liberado, não reduzindo as vazões de pico

efluentes.

Outra combinação possível é a implantação de um jardim rebaixado na área

permeável do lote e um pavimento permeável na calçada adjacente, de modo que a

segunda estrutura absorveria o excedente extravasado da primeira, numa parceria

entre as áreas públicas e privadas. Nesta configuração, deve-se avaliar se as

dimensões do jardim rebaixado do lote não são grandes demais, causando altos

custos e riscos aos ocupantes do lote, ao mesmo tempo em que as dimensões do leito

granular do pavimento permeável não podem ser muito elevadas, causando

problemas estruturais e repassando o problema ao poder público.

O telhado verde pode ser combinado com o pavimento permeável da calçada,

o qual receberia o excedente do escoamento superficial do lote e o armazenaria,

infiltraria e controlaria a vazão efluente através de seu orifício de fundo. No entanto,

para as configurações de telhados verdes e pavimentos permeáveis utilizadas neste

trabalho, mesmo com as reduções do volume efluente do lote devido à implantação do

telhado verde, as dimensões necessárias para os pavimentos permeáveis liberarem

apenas a vazão natural da área tenderiam a ser muito elevadas, causando perda de

resistência estrutural do pavimento. Outras possibilidades de vazão de projeto efluente

e configurações de telhados verdes e pavimentos permeáveis podem, entretanto, ser

avaliadas para casos específicos, não sendo, portanto, esta combinação totalmente

descartável.

Outra combinação possível é a de telhados verdes com jardins de chuva, a

serem implantados na área permeável do lote. De forma semelhante à combinação de

telhados verdes com jardins rebaixados, os primeiros reduzem o volume de água a ser

administrado pelos jardins de chuva, diminuindo, portanto, suas dimensões requeridas

e tornando-os mais viáveis. Nesta possibilidade de combinação é importante verificar

se um eventual extravasamento do jardim de chuva ocorreria após o pico da chuva de

123

projeto, pois, caso contrário, como visto anteriormente para o jardim rebaixado, haverá

apenas uma redução de volume liberado, não reduzindo as vazões de pico efluentes

do lote como um todo.

Os pavimentos permeáveis poderiam complementar a ação dos jardins de

chuva, no caso de estes se apresentarem insuficientes para as suas áreas de

drenagem. Uma opção seria, em uma parceria de atuação pública e privada, a adoção

de jardins de chuva na área permeável do lote com dimensões razoáveis para os

ocupantes e sua vazão de extravasamento seria vertida para o pavimento permeável

da calçada adjacente. Nesta configuração os atores envolvidos na degradação da

hidrologia urbana são acionados de forma a distribuir a responsabilidade da atenuação

dos prejuízos sem, entretanto, onerar demasiadamente qualquer das partes. No

entanto, é necessário verificar se as dimensões do pavimento permeável necessárias

seriam viáveis, já que as dimensões obtidas nas simulações do Cenário 5.1, onde o

pavimento permeável drena apenas a própria área, foram consideradas satisfatórias

para adoção na prática, apesar de não estarem no limite da altura máxima possível de

ser implantada sem perder resistência estrutural do pavimento. Outra possibilidade é a

complementação do jardim de chuva da área de estacionamento, que é muito

pequeno para a área drenada para as configurações adotadas para a simulação neste

trabalho. Esta configuração incluiria o recebimento da água excedente do jardim de

chuva do estacionamento pelo leito granular do pavimento permeável da calçada. Da

mesma forma que a configuração anterior, é necessário verificar se as dimensões

requeridas para atingir os objetivos do projeto são aceitáveis.

Com base nas possibilidades de combinação das técnicas individuais

apresentadas, foram compostos alguns cenários de técnicas combinadas, a serem

avaliados através de simulações na escala de lote para as 8 chuva de projeto

estudadas. As configurações destes cenários e seus resultados são conteúdo do item

5 deste trabalho.

5. RESULTADOS DOS CENÁRIOS DE TÉCNICAS

COMBINADAS

Com base nos resultados das simulações de técnicas individuais aplicadas à

escala de lote, foram propostas combinações a serem avaliadas na segunda fase

deste trabalho. Estas combinações foram consideradas, com base nos resultados

anteriores, como potencialmente boas para serem aplicadas na prática. Da mesma

forma que na primeira fase, as simulações foram realizadas para a escala de lote, mas

também avaliando a sua atuação para a escala da bacia, considerando as oito chuvas

124

de projeto apresentadas no item 3.2. Os cenários estudados de técnicas

compensatórias combinadas são apresentados na Tabela 30.

Tabela 30 – Cenários de técnicas combinadas simulados para a escala de lote.

Técnica Cenário Proposta

CENÁRIOS COMBINADOS - LOTE

Telhado verde + Jardim

rebaixado

7.1 Telhado verde intensivo em 20% da área edificável do lote +

jardim rebaixado em 10 cm em 30% do lote.


jardim rebaixado em 15 cm em 30% do lote.

Telhado verde +



reservatório de lote para sair apenas a vazão natural.


reservatório de lote para sair apenas a vazão natural.


reservatório de lote da legislação municipal.

Jardim rebaixado + Reservatório

de lote

9.1 Jardim rebaixado em 10 cm em 30% do lote com saída do

excedente para reservatório de lote para sair apenas a vazão natural.

9.2

Reservatório da legislação municipal recebe a contribuição da área impermeável do lote com saída do excedente para

jardim rebaixado com altura necessária para que saia do lote apenas a vazão natural.

Telhado verde + Jardim

rebaixado + Reservatório

de lote

10.1

Telhado verde de 20 cm de substrato em 20% da área edificável do lote + reservatório da legislação municipal

recebe escoamento de 50% da área edificável do lote sem telhado verde e do restante da área impermeável do lote.

Jardim rebaixado em 10 cm em 30% do lote recebe excedente do reservatório de lote e da outra metade do

telhado.

CENÁRIOS COMBINADOS - ÁREA PÚBLICA

Pavimento permeável + Jardim de

chuva

11.1

Toda a calçada com pavimento permeável. Estacionamento com pavimentação convencional e jardim de chuva com 10

cm de rebaixo e 1 m de leito granular entre as vagas. Excedente do jardim de chuva direcionado para o leito granular do pavimento permeável da calçada. Conjunto

libera a vazão natural.

CENÁRIOS COMBINADOS - LOTE E ÁREA PÚBLICA

Jardim rebaixado + Pavimento permeável

12.1 Jardim rebaixado em 10 cm em 30% do lote + pavimento permeável na calçada que recebe o excedente do lote e

deixa sair apenas a vazão natural.

5.1 Cenários 7 – Telhado verde e jardim rebaixado

Os cenários de número 7 verificaram a combinação de um telhado verde e um

jardim rebaixado no lote. Para todos os cenários com telhados verdes nesta segunda

fase das simulações (cenários de números 7, 8 e 10), foi considerado o telhado verde

125

intensivo, com 20 cm de substrato. Esta escolha se deve às características do lote

padrão, que, com 600 m² de área, não representa uma ocupação de baixa renda, de

modo que os custos extras referentes à maior requisição estrutural poderiam

potencialmente ser absorvidos pelo proprietário. No entanto, esta escolha não exclui a

adoção, na prática, de telhados verdes extensivos, com menor espessura de

substrato. Apesar de menos eficientes em termos de retenção de água, os telhados

verdes extensivos também apresentam resultados positivos, em especial onde não há

áreas não edificadas dentro do lote para a aplicação de outras técnicas e quando os

custos ou a própria edificação pré-existente inviabilizam a adoção de uma estrutura

mais pesada sobre a cobertura. Esta combinação de fatores representa uma típica

ocupação de baixa renda, onde o adensamento das construções é alto e a

disponibilidade de recursos é pequena. Os parâmetros de simulação adotados, como

taxa de infiltração e capacidade de retenção de água do telhado verde, são os

mesmos que para os cenários de técnicas individuais.

O Cenário 7.1 verificou o desempenho de um telhado verde intensivo (20 cm

de substrato) em 20% (60 m²) da área edificável do lote, que equivale a 50% do lote,

ou 300 m², aliado a um jardim rebaixado em 10 cm que ocuparia toda a área

permeável do lote, ou seja 30% do lote ou 180 m². A área do telhado verde adotada

neste cenário possibilita a adoção da estrutura apenas em um telhado auxiliar, como o

de um quiosque de lazer ou de uma garagem, por exemplo. Esta configuração se

mostra viável de ser colocada em prática, já que não requer grandes e onerosas áreas

de telhado verde. No mesmo sentido, o jardim rebaixado em 10 cm utiliza uma área

que deve ser mantida permeável pela legislação e não representa desconforto ou risco

aos ocupantes do lote devido a desníveis e não requer grandes volumes de

escavação. Apesar disto, o jardim representa uma capacidade de armazenamento de

18 m³ de água, volume maior do que o requerido pela legislação municipal para os

reservatórios de lote. Desta forma, o Cenário 7.1 pretendeu avaliar se a adoção de

duas técnicas relativamente pouco onerosas ao proprietário surtiria efeitos satisfatórios

em termos de redução de impacto da urbanização na hidrologia urbana.

Mais ousado, o Cenário 7.2 propõe a adoção das mesmas técnicas do cenário

anterior, porém com dimensões um pouco maiores. Neste caso, o telhado verde

ocuparia 50% da área edificável do lote, o que poderia ser uma das águas do telhado,

por exemplo, e o jardim seria rebaixado em 15 cm, valor maior que o anterior, mas que

também não deve causar desconforto ou risco aos ocupantes. Estas diferenças podem

compensar, dependendo dos benefícios obtidos.

Os principais resultados dos cenários de número 7 são apresentados na Tabela

31.

126


CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área do telhado

(m²)

Alt. do substrato

(m)

Área dren. (m²)

Área do jardim (m²)

Altura do rebaixo

(m)

Vol. de armaz.

(m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)




Tempo de enchim.

(min)

Tempo de esvaz.

total (min)

7.1

10

1

60 0,2

600

180,00 0,10 18,00 0,015360

0,008625

0,000180

0,008805 36 1703

3

0,015180 0,015360

86 1753

6 171 1838

12 341 2007

25

1

60 0,2 180,00 0,10 18,00 0,018114

0,010204

0,000180

0,010384 31 1698

3

0,017934 0,018114

83 1750

6 165 1832

12 325 1992

7.2

10

1

150 0,2

600

180,00 0,15 27,00 0,013849

0

0,000180

0,000180 60 2125

3 0,002842 0,003022 113 2613

6 0,007759 0,007939 188 2688

12 0,013669 0,013849 360 2860

25

1

150 0,2 180,00 0,15 27,00 0,016332

0

0,000180

0,000180 60 2506

3 0,009183 0,009363 97 2598

6 0,016152 0,016332

179 2680

12 354 2854

127

O Cenário 7.1 verificou os resultados da adoção de duas estruturas de relativa

simplicidade de implantação dentro do lote. Com base na Tabela 31 é possível verificar

que, apesar de o telhado verde reduzir o volume de água afluente ao jardim rebaixado,

este ainda não tem capacidade de armazenamento suficiente para reduzir a vazão de

pico efluente do lote para as chuvas com mais de 1 hora de duração. O enchimento do

jardim rebaixado ocorre antes do pico da chuva de projeto nestes casos. A Figura 66

apresenta o hidrograma efluente do lote para a menor das chuvas de projeto (duração

de 1 hora e TR de 10 anos) para os cenários de referência de ocupação e para o

Cenário 3.3. A comparação com o Cenário 3.3 possibilita visualizar os efeitos

adicionais resultantes da adoção do telhado verde intensivo (com 20 cm de substrato)

em 20% da área edificável do lote, já que o jardim rebaixado proposto por este cenário

tem a mesma configuração que o do cenário ora estudado. O efeito adicional do

telhado verde foi a redução de 6% da vazão de pico efluente do lote nos casos onde

houve extravasamento antes do pico da chuva. No caso da chuva de 1 hora e TR = 25

anos, o telhado verde ainda foi responsável pelo retardamento do enchimento do

jardim rebaixado, de modo que este só extravasasse após o pico da chuva,

contribuindo enfaticamente para a redução da vazão de pico efluente do lote,

conforme apresentado na Figura 67. Os hidrogramas do Cenário 7.1 foram muito

semelhantes para todas as chuvas de projeto maiores que 1 hora, de modo que a

vazão de pico efluente do lote foi próxima à vazão de referência do Cenário 1 –

Ocupação convencional, havendo apenas o abatimento resultante do telhado verde de

diferença. A Figura 68 apresenta um hidrograma típico do Cenário 7.1 para as chuvas

maiores que 1 hora. Os tempos de esvaziamento do jardim rebaixado, considerando

apenas a infiltração pela taxa base de infiltração de 10-6 m/s, foram de pouco mais de

1 dia, o que são tempos satisfatórios para disponibilizar a estrutura para chuvas

consecutivas. Vale lembrar que, na prática, outros fenômenos colaboram com a

eliminação da água da estrutura, como a evaporação e a evapotranspiração, o que

diminui ainda mais este tempo.

128

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 7.1 - Telhado verde (extensivo em 20% do telhado) + Jardim rebaixado (10 cm em 30% do lote)



Vazão Efl. do Lote com Estrut. - Cenário 7.1 (m³/s) Vazão Efl. do Lote com Estrut. - Cenário 3.3 (m³/s)



0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







129

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 7.1 - Telhado verde (extensivo em 20% do telhado) + Jardim rebaixado (10 cm em 30% do lote)Duração da chuva de 3h e TR de 25 anos





O Cenário 7.2, com a alteração das dimensões das técnicas combinadas

estudadas no Cenários 7.1, obteve resultados melhores em termos de vazão efluente

do lote. A redução de volume afluente ao jardim rebaixado ocasionada pela adoção de

50% do telhado com telhado verde intensivo e o aumento em 50% da capacidade de

armazenamento de água do jardim possibilitaram que, apenas para as chuvas de

duração de 12 horas, o extravasamento do jardim ocorresse antes do pico da chuva, o

que resultou em uma redução significativa e um retardamento das vazões de pico

efluentes do lote, com relação ao Cenário 1, para as outras chuvas de projeto. Esta

redução significou, inclusive, que não foi verificado extravasamento para as chuvas de

duração de 1 hora. Além disso, para a chuva de 3 horas e TR = 10 anos, a vazão

máxima efluente do lote ainda foi menor do que a vazão natural. A chuva de 3 horas e

TR = 25 anos resultou em um hidrograma onde o extravasamento do jardim ocorreu

depois do pico da chuva e a vazão máxima efluente do lote foi maior do que a vazão

natural, mas menor do que a do Cenário 1. Já as chuvas de duração de 12 horas,

onde o extravasamento do jardim rebaixado ocorreu antes do pico da chuva, não

resultaram em redução de vazão de pico, com relação ao Cenário 1, além do abatido

pelo telhado verde. Devido à grande variedade de configurações de hidrogramas

efluentes do lote para o Cenário 7.2, serão apresentados os gráficos para todas as

chuvas de projeto (Figura 69 a Figura 76). Os tempos de esvaziamento do jardim

rebaixado, considerando apenas a saída pela taxa base de infiltração, variaram de 1,5

130

a 2 dias, o que é razoável para a sua adoção na prática.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

1 11 21 31 41 51 61 71 81

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

1 11 21 31 41 51 61 71 81

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







131

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







132

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281 301 321 341 361 381

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281 301 321 341 361 381

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







133

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 601 651 701 751

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







134

5.2 Cenários 8 – Telhado verde e reservatório de lote

Com uma configuração parecida com a dos cenários de número 7, os cenários

de número 8 propõem a adoção de um reservatório de lote, ao invés do jardim

rebaixado, combinado com o telhado verde. Com o orifício de fundo do reservatório de

lote regulando a saída de água e a manutenção de 30% do lote como área permeável,

os volumes de armazenamento necessários tendem a ser significativamente menores

do que os dos jardins rebaixados.

O Cenário 8.1 propõe a implantação de um telhado verde intensivo em 20% da

área edificável aliado à um reservatório de lote dimensionado para que a vazão

máxima efluente do lote equivalha à vazão natural.

Já o Cenário 8.2 propõe a adoção das mesmas técnicas que o Cenário 8.1,

mas considerando que o telhado verde ocuparia 50% da área edificável do lote.

Apesar da maior dificuldade de implantação e manutenção deste telhado verde,

comprometendo uma das águas do telhado, o volume do reservatório de lote

necessário tende a ser significativamente menor.

O Cenário 8.3 avalia o resultado da adoção do telhado verde intensivo em 50%

da edificação aliado ao reservatório proposto pela legislação municipal.

Os resultados dos cenários de número 8 são apresentados na Tabela 32.

135


CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área do telh. (m²)

Alt. do substr.

(m)

Área dren. (m²)

Área do res. (m²)

Altura do

res.(m)

Diâm. orifício

(m)

Vol. de armaz.

(m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)


Vazão máx. orifício (m³/s)

Vazão máx. área perm.

do lote (m³/s)


Tempo de enchim.

(min)

Tempo de esvaz. (min)

8.1

10

1

60 0,2

420

9,90

1,00 0,050

9,90

0,013094 0

0,005273

0,002266

0,007133 40 116

3

10,50 10,50

0,005283 0,007172 100 207

6 0,005284 0,007173 190 369

12 0,005284 0,007173 370 725

25

1

60 0,2

11,60

1,00 0,055

11,60

0,015441 0

0,006232

0,002673

0,008427 40 116

3

12,40 12,40

0,006227 0,008455 100 207

6 0,006228 0,008456 190 369

12 0,006228 0,008456 370 725

8.2

10

1

150 0,2

420

7,80

1,00 0,050

7,80

0,011583 0

0,005268

0,002266

0,007213 40 101

3

8,10 8,10

0,005278 0,007240 100 194

6 0,005279 0,007240 190 366

12 0,005279 0,007240 370 723

25

1

150 0,2

9,10

1,00 0,055

9,10

0,013660 0

0,006234

0,002673

0,008530 40 101

3

9,50 9,50

0,006235 0,008550 100 194

6 0,006236 0,008550 190 366

12 0,006236 0,008550 370 723

8.3

10

1

150 0,2

420

4,41 1,00 0,050 4,41 0,011583

0,006381 0,005202

0,002266

0,013849 30 81

3 0,006378 0,005204 0,013849 86 186

6 0,006378

0,005204 0,013849 176 363

12 0,005204 0,013849 356 722

25

1

150 0,2 4,41 1,00 0,050 4,41 0,013660

0,008457 0,005203

0,002673

0,016332 30 83

3 0,008455 0,005204 0,016332 90 187

6 0,008455

0,005204 0,016332 180 364

12 0,005204 0,016332 360 722

136

O dimensionamento dos reservatórios nos moldes propostos para o Cenário

8.1 resultou em volumes entre 9,9 e 12,4 m³, que são valores considerados ainda

elevados, onerando demasiadamente o proprietário do lote. No entanto, seus

benefícios são bastante superiores aos obtidos com o Cenário 7.1, que propõe a

reservação através do jardim rebaixado, o qual tem capacidade de armazenamento de

18 m³ e, mesmo assim, não foi capaz de reduzir as vazões efluentes do lote aos níveis

de pré-urbanização. Isto indica que o uso do amortecimento de vazões, em vez da

simples exclusão de volumes (reservação no jardim rebaixado), é mais efetivo, devido

à liberação de vazões ao longo de toda a chuva. Os resultados obtidos para o Cenário

8.1 apontaram para volumes elevados de reservatórios, porém factíveis, em caso de

necessidade extrema, e para tempos de esvaziamento compatíveis com o uso

proposto. Um fator interessante deste cenário é de que os volumes necessários para o

reservatório não aumentam com o aumento da duração da chuva, a partir de chuvas

de 3 horas. Este fato evidencia um potencial de atendimento satisfatório a uma gama

maior de eventos reais que possam ocorrer. A Figura 77 e a Figura 78 representam os

hidrogramas efluentes do lote com a adoção do telhado verde e do reservatório de lote

propostos no Cenário 8.1. Foram apresentadas apenas as duas chuvas de projeto

mais extremas, pois os gráficos são bastante semelhantes e, portanto, estas

representam toda a gama de chuvas estudadas sem perdas significativas na

apresentação dos resultados.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 8.1 - Telhado verde (extensivo em 20% do telhado) + Reservatório de lote (recuperação da vazão natural)






137

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







A diferença do Cenário 8.2 com relação ao Cenário 8.1 é que o proprietário

deverá investir mais no telhado verde e menos no reservatório de lote. O aumento em

30% da área de telhado verde resultou em uma redução de 12%, em média, do

volume necessário para o reservatório. Estudos de custo-benefício específicos para

cada caso se fazem necessários para verificar a melhor configuração. A Figura 79 e a

Figura 80 representam os hidrogramas efluentes do lote com a adoção da

configuração proposta por este cenário.

138

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)







Para finalizar os cenários de combinação de telhados verdes e reservatórios de

lote, o Cenário 8.3 verificou o resultado de um reservatório de lote proposto pela

legislação aliado a um telhado verde intensivo sobre 50% da área edificável do lote.

Tendo como objetivo ótimo aproximar a vazão efluente do lote da vazão natural, este

cenário se mostrou pouco eficiente. Apesar dos investimentos necessários para a

139

implantação e manutenção das duas estruturas, a vazão máxima efluente do lote foi

reduzida em apenas 15% em comparação com o Cenário 1, resultado igual ao obtido

no Cenário 4.4, onde apenas o telhado verde foi implantado. Ou seja, o reservatório de

lote da legislação não melhorou em nada a eficiência do sistema. Uma possibilidade

para melhorar a eficiência dessa combinação, sem aumentar as dimensões das

estruturas seria otimizar o diâmetro do orifício de fundo do reservatório, de modo que,

mesmo com o volume proposto pela legislação, o reservatório se enchesse apenas

após o pico da chuva. A Figura 81 e a Figura 82 representam os hidrogramas efluentes

do lote com as configurações adotadas para o Cenário 8.3. Os gráficos de todas as

outras chuvas de projeto de comportaram de forma semelhante aos apresentados.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 8.3 - Telhado verde (extensivo em 50% do telhado) + Reservatório de lote (legislação)Duração da chuva de 1h e TR de 10 anos





140

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 8.3 - Telhado verde (extensivo em 50% do telhado) + Reservatório de lote (legislação)






5.3 Cenários 9 – Jardim rebaixado e reservatório de lote

Os cenários de número 9 propõem a combinação de jardins rebaixados e

reservatórios de lote. Apesar de serem duas técnicas de reservação e, à primeira vista,

parecerem se sobrepor, sua adoção conjunta pode levar à uma redução de dimensões

das duas estruturas para níveis que tornem esta combinação atraente. O jardim

rebaixado é uma estrutura muito simples e com baixos custos de implantação e

manutenção e que, com pequenos rebaixos, representa uma elevada capacidade de

armazenamento para o lote. Desta forma, foram propostos dois cenários combinando

jardins rebaixados e reservatórios de lote, sempre com o objetivo de aproximar a

vazão efluente do lote à vazão natural.

O Cenário 9.1 conta com um jardim rebaixado em 10 cm em 30% do lote, que é

a área a ser mantida permeável pela legislação. Como já mencionado, estas

dimensões são consideradas satisfatórias para um jardim de chuva, não oferecendo

riscos aos ocupantes e nem onerando muito o proprietário. A proposta deste cenário é

de que toda a área drenada do lote seja direcionada para o jardim rebaixado e,

quando ocorrer extravasamento dessa estrutura, a água seja direcionada para um

reservatório auxiliar. O reservatório seria, então, dimensionado de modo a liberar no

máximo a vazão natural do lote. A Figura 83 representa esquematicamente a

configuração proposta para este cenário.

141

Figura 83 – Configuração proposta para o Cenário 9.1

No Cenário 9.2, as estruturas em questão receberiam a água na ordem inversa

com relação ao Cenário 9.1. Toda a água drenada do lote, exceto a do próprio jardim,

seria encaminhada para o reservatório de lote. O reservatório teria as dimensões

exigidas pela legislação, que são consideradas as dimensões mínimas aceitáveis.

Após o enchimento do reservatório, a água seria direcionada para o jardim rebaixado,

o qual seria dimensionado de modo a liberar, por extravasamento, no caso, no máximo

a vazão natural do lote. A Figura 84 apresenta um esquema da configuração proposta

para este cenário.

Figura 84 – Configuração proposta para o Cenário 9.2.

Os resultados dos cenários de número 9 são apresentados na Tabela 33.

142


CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área dren. (m²)

Área jar. (m²)

Alt. reb. (m)

Vol. arm. jar. (m³)

Área res. (m²)

Alt. res. (m)

Diâm. orifí. (m)

Vol. arm. res. (m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)

Vazão máx.

extrav. jar. (m³/s)

Vazão máx.

infiltr. jar. (m³/s)

Vazão máx.

extrav. res. (m³/s)

Vazão máx.

orifício (m³/s)


Tempo ench. jar.

(min)

Tempo esvaz.

jar. (min)

Tempo ench. res.

(min)

Tempo esvaz.

res. (min)

9.1

10

1

600 180 0,1 18,00

1,40

1,00

0,060

1,40

0,016367

0,009203

0,000180 0

0,007429 0,007609 34 1701 40 63

3 4,90 4,90

0,016187

0,007537 0,007717 85 1753 100 184

6 8,00 8,00 0,007551 0,007731 170 1837 190 363

12 10,10 10,10 0,007548 0,007728 335 2002 370 722

25

1 2,90

0,065

2,90

0,019302 0,019122 0,000180 0

0,008878 0,009058 29 1696 40 66

3 8,00 8,00 0,008896 0,009076 82 1749 100 185

6 11,20 11,20 0,008900 0,009080 162 1829 190 364

12 12,70 12,70 0,008887 0,009067 318 1985 370 722

9.2

10

1

600 180

0,05 9,00

4,41 1,00 0,050 4,41

0,016367

0

0,000180

0,008898 0,005203 0,005383 60 834 30 84

3 0,000206 0,008895 0,005206 0,005386 122 955 83 187

6 0,000139 0,008895 0,005206 0,005386 228 1062 173 364

12 0 0,008895 0,005206 0,005386 460 1215 353 722

25

1

0,07 12,60 0,019302

0

0,000180

0,011425 0,005204 0,005384 60 1169 30 86

3 0,000654 0,011427 0,005203 0,006031 108 1274 90 189

6 0,000654 0,011427 0,005203 0,006030 198 1365 180 365

12 0,000035 0,011427 0,005203 0,005383 453 1620 360 722

143

O Cenário 9.1 resultou em volumes de reservatório de lote entre 1,4 e 12,7 m³,

que, para as maiores chuvas de projeto, significam volumes elevados a serem

armazenados por reservatórios de lote. No Cenário 2.1, onde um reservatório de lote,

aplicado de forma individual, foi dimensionado para recuperar a vazão natural, os

volumes a serem reservados variaram de 11,5 a 14,2 m³. Isto significa que, apesar dos

18 m³ de capacidade de reservação do jardim rebaixado, este não contribui

significativamente para a redução do tamanho dos reservatórios de lote necessários

para as chuvas de projeto mais longas quando adotado em série com o reservatório

de lote. Desta forma, verificamos que o jardim rebaixado colaboraria na redução do

volume necessário para o reservatório de lote, de forma a justificar sua implantação,

apenas para as chuvas de projeto de duração igual a 1 ou 3 horas. Para as chuvas

mais longas, os volumes necessários para o reservatório no Cenário 9.1 seriam

próximos aos do Cenário 2.1, não justificando, portanto, a adoção dos jardins

rebaixados nesta configuração como técnica complementar aos reservatórios de lote.

Os tempos de esvaziamento das estruturas se mostraram satisfatórios para todas as

chuvas de projeto. De modo ilustrativo, são apresentados na Figura 85 e na Figura 86

os hidrogramas efluentes do lote para o Cenário 9.1 para as chuvas de projeto mais

extremas, dentre as estudadas.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 9.1 - Jardim rebaixado (10 cm em 30% do lote) + Reservatório de lote (recuperação da vazão natural)






144

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 9.1 - Jardim rebaixado (10 cm em 30% do lote) + Reservatório de lote (recuperação da vazão natural)






Diferentemente das dimensões obtidas para o Cenário 9.1, o Cenário 9.2

resultou em valores mais razoáveis de serem colocados em prática. O reservatório de

lote, dimensionado com base na legislação, teria a capacidade de 4,41 m³. Para

complementar a necessidade de armazenamento de água no lote, o jardim precisaria

de um rebaixo com altura que variou entre 5 e 7 cm, valores inferiores aos 10 cm

considerados satisfatórios para outros cenários deste estudo. Apesar de esta

combinação resultar em uma necessidade de capacidade de armazenamento maior do

que as verificadas para o Cenário 2.1, devido à divisão do armazenamento em duas

estruturas distintas de menores dimensões, esta alternativa se mostra mais viável.

Vale ressaltar que o aproveitamento da área de jardim para armazenamento de água

se mostra bastante vantajoso em termos de custos e simplicidade de implantação e

operação. Em contrapartida, os valores de rebaixo obtidos no Cenário 3.4 (12 a 26 cm,

para a taxa de infiltração de 10-6 m/s, equivalente à adotada neste cenário), onde

verificou-se a altura de rebaixo do jardim necessária para o lote liberar no máximo a

vazão natural, são significativamente maiores do que os resultantes da combinação

estudada no Cenário 9.2, alturas estas mais complicadas de serem adotadas, devido a

segurança dos ocupantes do lote e a necessidade de um talude auxiliar. Esta

constatação reforça a importância do reservatório de lote combinado, em paralelo, com

o jardim rebaixado neste cenário. A Figura 87 e a Figura 88 apresentam os

hidrogramas típicos efluentes do lote no Cenário 9.2 para as chuvas de projeto

extremas. Nestes gráficos verifica-se um abaulamento maior da curva do Cenário 9.2

145

quando comparada ao Cenário 9.1, ocorrendo, eventualmente, dois picos de vazão em

momentos distintos: o primeiro referente ao enchimento do reservatório de lote,

quando a vazão efluente pelo orifício de fundo é máxima, e o segundo relativo ao

extravasamento do jardim rebaixado. Esta característica define mais uma vantagem da

configuração proposta no Cenário 9.2 com relação ao Cenário 9.1, que é a liberação

da vazão efluente de forma mais homogênea no tempo, desde o início da chuva

através do orifício de fundo do reservatório, reduzindo, consequentemente, a

necessidade de armazenamento de volumes adicionais de água.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 9.2 - Jardim rebaixado (30% do lote) + Reservatório de lote (legislação)






146

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 9.2 - Jardim rebaixado (30% do lote) + Reservatório de lote (legislação)






A liberação contínua de água pelo orifício do reservatório também resulta em

vazões de pico de extravasamento do jardim decrescentes, em relação à chuvas de

menor duração. Ou seja, quanto mais longa a chuva, menor a vazão de

extravasamento, a partir das chuvas de 3 horas de duração. Esta característica parece

contrária ao comportamento esperado, que seria o incremento da vazão de

extravasamento com o aumento da duração da chuva, já que chuvas mais longas têm

maior volume precipitado. No entanto, isto se justifica se for avaliado o momento de

extravasamento do jardim rebaixado: quanto mais distante, para depois, do pico da

chuva de projeto ocorrer o enchimento e extravasamento do jardim rebaixado, menor a

vazão vertida, como pode ser observado na coluna de vazão máxima de

extravasamento do jardim da Tabela 33. Isto se deve às características de distribuição

temporal das chuvas de projeto adotadas, que podem ser visualizadas nas Figura 29 a

Figura 32. A partir da Tabela 33 é possível calcular que, conforme aumenta a duração

da chuva, mais se distancia o momento de ocorrência do extravasamento do jardim

rebaixado do pico da chuva. A diferença de tempo entre o pico da chuva e o

extravasamento do jardim é apresentada na Tabela 34. Nesta mesma tabela são

apresentadas as intensidades de chuva no momento de extravasamento do jardim.

Vale ressaltar que não ocorre extravasamento do jardim rebaixado para as chuvas de

1 hora de duração. A Figura 89 apresenta o gráfico referente a Tabela 34, onde é

possível verificar que, quanto maior o valor da diferença entre o tempo de

extravasamento do jardim e o tempo de pico da chuva (Tej - Tp), menor a intensidade

147

da chuva incidente. Assim, se a intensidade da chuva no momento do extravasamento

do jardim é menor, justifica-se que a vazão efluente por extravasamento seja

decrescente com o aumento da duração da chuva.

Tabela 34 – Relação entre tempo de extravasamento do jardim rebaixado no Cenário 9.2,

intensidade da chuva neste momento e tempo de pico da chuva de projeto.

TR da chuva (anos)

Duração da chuva (h)

Tempo de pico da chuva

- Tp (min)

Tempo de extrav. do jardim - Tej -

(min)

Intensidade da chuva no Tej

(mm/h)

Tej - Tp (min)

10

1 30 não ocorre extrav. - -

3 90 122 32,96 32

6 180 228 25,71 48

12 360 460 12,15 100

25

1 30 não ocorre extrav. - -

3 90 108 102,14 18

6 180 198 102,14 18

12 360 453 15,17 93

TR = 10 anos

TR = 25 anos

0

20

40

60

80

100

120

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Inte

nsi

dad

e (m

m/h

)

Tej - Tp (min)

Intensidade da chuva no tempo de extravasamento do jardim

Figura 89 – Gráfico de correlação entre a intensidade da chuva e a diferença de tempo

entre o extravasamento do jardim rebaixado no Cenário 9.2 e o pico da chuva (Tej – Tp).

148

5.4 Cenários 10 – Telhado verde, jardim rebaixado e

reservatório de lote

O Cenário 10.1, único cenário proposto com a combinação de telhado verde,

jardim rebaixado e reservatório de lote, propõe a adoção destas três técnicas com as

dimensões mínimas cabíveis de forma conjunta. Desta forma, o cenário pretende

verificar o impacto das três técnicas estudadas para o interior do lote se adotadas em

suas dimensões mínimas, não resultando em grandes estruturas e apostando na

diversidade das técnicas. O telhado verde seria intensivo (coerente com o padrão dos

lotes e dos benefícios adicionais resultantes desta escolha, conforme já apresentado

nos resultados do Cenário 4.2) e ocuparia 20% da área edificável do lote. O

reservatório de lote teria as dimensões exigidas pela legislação e receberia o

escoamento superficial da metade do telhado sem cobertura verde (150 m²) e do

restante da área impermeabilizada do lote (120 m²). De forma complementar ao

reservatório de lote, haveria ainda um jardim rebaixado em 10 cm em toda a área

obrigatória de ser mantida como permeável (30% da área total do lote, ou seja, 180

m²). O jardim rebaixado receberia o escoamento superficial efluente do telhado verde

e dos 30% restantes do telhado convencional, além do volume resultante de eventual

extravasamento do reservatório de lote. A configuração proposta para este cenário é

apresentada na Figura 90.


Os resultados do Cenário 10.1 são apresentados na Tabela 35.

149

Tabela 35 – Resultados do Cenário 10.1.

CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área dren. (m²)

Área telh. (m²)

Alt. do substrato

(m)

Área jar. (m²)

Alt. reb. (m)

Área res. (m²)

Alt. res. (m)

Diâm. orifí. (m)

Vol. arm. res. (m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)

Vazão máx.

extrav. jar.

(m³/s)

Vazão máx. infiltr.

jar. (m³/s)

Vazão máx.

extrav. res.

(m³/s)

Vazão máx.

orifício (m³/s)


Tempo ench. jar.

(min)

Tempo esvaz.

jar. (min)

Tempo ench. res.

(min)

Tempo esvaz.

res. (min)

10.1

10

1

600 60 0,2 180 0,1 4,41 1,00 0,050 4,41

0,015360

0

0,000180

0 0,005129 0,005309 60 966 40 79

3 0 0 0,005146 0,005326 180 1492 100 184

6 0 0 0,005146 0,005326 360 1898 190 362

12 0 0 0,005146 0,005326 666 2324 370 721

25

1

0,018114

0

0,000180

0,005486 0,005204 0,005384 60 1275 27 81

3 0,000613 0,005489 0,005201 0,005381 180 1847 90 185

6 0,001083 0,005489 0,005201 0,005381 360 2027 180 363

12 0,002136 0,005489 0,005201 0,006933 660 2327 360 722

150

A configuração proposta para o Cenário 10.1 resultou em uma boa alternativa

quando houver a possibilidade de construção das três estruturas simultaneamente. O

reservatório de lote não extravasou para nenhuma das chuvas de projeto de TR = 10

anos. O jardim rebaixado também suportou todas as chuvas de projeto de TR = 10

anos e a chuva de 1 hora de TR = 25 anos sem extravasar. Mesmo para as chuvas

onde houve extravasamento do jardim rebaixado, este ocorreu próximo ao término da

chuva, de modo a não coincidir com a vazão máxima efluente pelo orifício de fundo do

reservatório e, portanto, resultando em uma vazão máxima efluente do lote ainda

inferior à vazão natural. Estes resultados são representados pela Figura 91 e pela

Figura 92 que são os hidrogramas efluentes do lote para as chuvas de projeto mais

extremas dentre as estudadas. Os tempos de esvaziamento das estruturas também se

mostraram satisfatórios, de modo a disponibilizá-las rapidamente para eventuais

chuvas consecutivas.

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 10.1 - Telhado verde (extensivo em 20% do telhado) + Jardim rebaixado (10 cm em 30% do lote) +

Reservatório de lote (legislação)Duração da chuva de 1h e TR de 10 anos





151

0,0000

0,0020

0,0040

0,0060

0,0080

0,0100

0,0120

0,0140

0,0160

0,0180

0,0200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 10.1 - Telhado verde (extensivo em 20% do telhado) + Jardim rebaixado (10 cm em 30% do lote) + Reservatório

de lote (legislação)Duração da chuva de 12h e TR de 25 anos





5.5 Cenários 11 – Jardim de chuva e pavimento permeável

Com base nos resultados obtidos nos cenários de números 5 e 6, o Cenário

11.1 propõe a integração dos jardins de chuva e pavimentos permeáveis, de modo que

as calçadas e estacionamentos associados liberem apenas a vazão natural. As

dimensões obtidas no Cenário 5.1 (calçadas permeáveis que recebem apenas a

precipitação sobre sua própria área) foram relativamente baixas e conseguiram atingir

o objetivo de controlar satisfatoriamente a vazão efluente das calçadas. Por outro lado,

a adoção do jardim de chuva entre as vagas de estacionamento (Cenário 6.2) levou a

dimensões impraticáveis para atingir os objetivos propostos, devido à pequena área da

estrutura em comparação com a área drenada. Desta forma, o Cenário 11.1 propõe a

adoção de um jardim de chuva com dimensões aceitáveis entre as vagas de

estacionamento. As dimensões propostas são 10 cm de rebaixo e 1 m de profundidade

do leito granular. A complementação da necessidade de armazenamento da água

drenada do estacionamento seria realizada pelo leito granular do pavimento

permeável. A configuração proposta para este cenário é apresentada na Figura 93.

152


A área total drenada pela combinação de estruturas é de 132 m², sendo 2,88

m² de jardim de chuva, 69,12 m² de estacionamento com pavimentação convencional

e 60 m² de calçada com pavimento permeável. A capacidade de armazenamento de

água do jardim de chuva é de 0,86 m³, considerando 10 cm de rebaixo e 1 m de leito

granular com volume de vazios de 0,2. As alturas de leito granular do pavimento

permeável necessárias, assim como os outros resultados relevantes do cenário, são

apresentados na Tabela 36.

153


CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área dren. (m²)

Área do

jardim (m²)

Área pav. (m²)

Alt. pav. (m)

Diâm. orifí. (m)

Vol. arm. pav. (m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)


jar. (m³/s)

Vazão máx.


Vazão máx. efl. por esc.

sup. (m³/s)

Vazão máx.

orifício (m³/s)

Vazão máx. infiltr. pav.

(m³/s)

Vazão máx.

extrav. pav.

(m³/s)


Tempo ench. jar.

(min)

Tempo esvaz.

rebaixo jar.

(min)

Tempo esvaz. total jar.

(min)

Tempo ench. pav. (min)

Tempo esvaz. pav. (min)

11.1

10

1

132 2,88 60,00

0,19 0,0411 4,56

0,005310

0,000007 0,002789

0,000126

0,001510 0,000072

0

0,001656 60 536 2018 50 141

3

0,21 0,0401 5,04

0,000009 0,002788 0,001526 0,000073 0,001676 180 656 2138 100 238

6 0,000010

0,002786 0,001530 0,000073 0,001682 360 836 2318 191 372

12 0,002783 0,001531 0,000073 0,001685 434 910 2392 370 723

25

1 0,22 0,0430 5,28

0,006262

0,000007 0,003289

0,000148

0,001802 0,000074

0

0,001965 60 536 2018 50 142

3

0,25 0,0417 6,00

0,000009 0,003288 0,001801 0,000076 0,001966 180 656 2137 110 241

6 0,000010

0,003287 0,001806 0,000076 0,001973 360 836 2318 190 374

12 0,003284 0,001806 0,000076 0,001976 434 910 2392 371 723

154

As alturas de leito granular do pavimento permeável necessárias para que saia

da área drenada apenas a vazão natural variaram de 19 a 25 cm, que são valores

bastante razoáveis de serem executados na prática e que não comprometem

estruturalmente pavimento. Os tempos de esvaziamento das estruturas foram bons,

disponibilizando-as para chuvas consecutivas. A Figura 94 e a Figura 95 apresentam o

hidrograma efluente típico obtido neste cenário de simulação, abrangendo toda a

gama de chuvas de projeto estudadas, já que são apresentadas as mais extremas.

0,0000

0,0010

0,0020

0,0030

0,0040

0,0050

0,0060

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 11.1 - Jardim de chuva (estacionamento) + Pavimento permeável (calçada)




Figura 94 – Hidrogramas efluentes da área drenada para cenários de referência e para o

Cenário 11.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos.

0,0000

0,0010

0,0020

0,0030

0,0040

0,0050

0,0060

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 11.1 - Jardim de chuva (estacionamento) + Pavimento permeável (calçada)





Cenário 11.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos.

155

5.6 Cenários 12 – Jardim rebaixado e pavimento permeável

Com base nos resultados obtidos nos cenários de número 3 e 5, o Cenário

12.1 propõe a integração dos jardins rebaixados dentro do lote e dos pavimentos

permeáveis na calçada, de modo que a área drenada pelas estruturas libere apenas a

vazão natural. As dimensões obtidas no Cenário 5.1 (calçadas permeáveis que

recebem apenas a precipitação sobre sua própria área) foram relativamente baixas e

conseguiram atingir o objetivo de controlar satisfatoriamente a vazão efluente das

calçadas. Por outro lado, a adoção do jardim rebaixado com alturas aceitáveis na área

permeável do lote não foi suficiente para atingir os objetivos propostos. Desta forma, o

Cenário 12.1 propõe a adoção de um jardim rebaixado em 10 cm na área permeável

do lote e a complementação da necessidade de armazenamento da água drenada do

lote seria realizada pelo leito granular do pavimento permeável da calçada adjacente.

A Figura 96 apresenta um esquema da configuração proposta para o Cenário 12.1.


Com base nesta configuração, a Tabela 37 apresenta os resultados obtidos

para o Cenário 12.1.

156


CEN.

CHUVA RESULTADOS

TR (anos)

DUR. (h)

Área dren. (m²)

Área do

jardim (m²)

Alt. rebaixo jar. (m)

Vol. arm. jar. (m³)

Área pav. (m²)

Alt. pav. (m)

Diâm. orifí. (m)

Vol. arm. pav. (m³)

Vazão afluente

máx. (m³/s)

Vazão máx.



jar. (m³/s)

Vazão máx.

orifício (m³/s)

Vazão máx. infiltr. pav.

(m³/s)

Vazão máx.

extrav. pav.

(m³/s)


Tempo ench. jar.

(min)

Tempo esvaz.

jar. (min)

Tempo ench. pav. (min)

Tempo esvaz. pav. (min)

12.1

10

1

1260 360,00 0,10 36,00 60,00

0,15 0,1279 3,60

0,035252

0,018406

0,000360

0,013053 0,000069

0

0,014295 34 1701 40 65

3 0,51 0,0942 12,24

0,032374

0,013157 0,000092 0,014422 85 1753 100 186

6 0,79 0,0844 18,96 0,013185 0,000110 0,014468 170 1837 190 364

12 1,00 0,0796 24,00 0,013186 0,000124 0,014483 335 2002 370 722

25

1 0,32 0,1149 7,68

0,041573 0,038243 0,000360

0,015537 0,000080

0

0,016971 29 1696 40 71

3 0,80 0,0914 19,20 0,015559 0,000111 0,017024 82 1749 100 189

6 1,10 0,0844 26,40 0,015561 0,000130 0,017045 162 1829 190 365

12 1,27 0,0814 30,48 0,015549 0,000141 0,017044 318 1985 370 723

157

As alturas de leito granular do pavimento permeável necessárias para atingir os

objetivos propostos pelo Cenário 12.1 variaram de 0,15 a 1,27 m. Conforme já

apresentado nos resultados dos cenários de número 5, a máxima altura de leito

granular passível de ser adotada, para os parâmetros considerados, sem comprometer

a resistência estrutural do pavimento é de 0,65 m. Com base neste limite, apenas as

chuvas de projeto de duração de 1 hora e a chuva de duração de 3 horas e período de

recorrência de 10 anos seriam satisfatoriamente manejadas pelo pavimento

permeável. Para as outras chuvas de projeto estudadas, ocorreria extravasamento do

leito granular. No entanto, se os parâmetros de projeto, como taxa base de infiltração e

porosidade do leito granular, forem diferentes dos adotados neste estudo, as

dimensões do leito granular podem ser maiores, de acordo com a Equação 3, a qual

correlaciona a altura máxima permitida para o leito granular para evitar perda de

suporte do pavimento com o coeficiente de permeabilidade do solo, tempo de

armazenamento de água no leito granular e a porosidade do agregado utilizado no

leito granular. Os tempos de esvaziamento das estruturas se mostraram satisfatórios,

de modo a liberá-las rapidamente para um evento chuvoso seguinte. A Figura 97 e a

Figura 98 apresentam os hidrogramas efluentes da área drenada pelas estruturas para

as chuvas de projeto mais extremas. Os hidrogramas das outras chuvas de projeto,

para as alturas hipotéticas de leito granular calculadas, são semelhantes aos

apresentados.

0,0000

0,0050

0,0100

0,0150

0,0200

0,0250

0,0300

0,0350

0,0400

0,0450

0,0500

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 12.1 - Jardim rebaixado (10 cm em 30% do lote) + Pavimento permeável (calçada)





Cenário 12.1, para a chuva de projeto de 1 hora e TR = 10 anos.

158

0,0000

0,0050

0,0100

0,0150

0,0200

0,0250

0,0300

0,0350

0,0400

0,0450

0,0500

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Vaz

ão (

m³/

s)

Tempo (min)

Cenário 12.1 - Jardim rebaixado (10 cm em 30% do lote) + Pavimento permeável (calçada)





Cenário 12.1, para a chuva de projeto de 12 horas e TR = 25 anos.

5.7 Análise das simulações com técnicas combinadas

As técnicas compensatórias simuladas de forma combinada neste trabalho

resultaram em desempenhos variados com relação à redução e retardo de picos de

vazão efluente; no entanto, em geral, benéficos para a drenagem urbana. Este

resultado era esperado, já que as combinações foram propostas com base na

otimização dos resultados das simulações individuais. Apesar disso, algumas das

combinações não se justificam, já que investimentos menores e resultados

semelhantes foram obtidos com a adoção de técnicas individualizadas. A Tabela 38

apresenta a eficiência das técnicas compensatórias combinadas em termos de pico de

vazão com relação aos cenários de referência (Cenário 0 – Vazão natural – e Cenário

1 – Ocupação convencional). Estas eficiências correspondem à média da divisão da

vazão de pico do cenário em questão pela vazão de pico do cenário de referência.

Entre parênteses se encontra o intervalo de valores resultantes desta vazão, quando

este valor é variável.

159

Tabela 38 – Eficiência das técnicas compensatórias combinadas em termos de picos de

vazão efluente.

CENÁRIO

Relação média entre vazão de pico dos cenários simulados e cenários de referência para a unidade de

referência considerada

Proporção área

estrutura /área de

referência Cenário 0 Cenário 1

Unidade de referência

0 1,00 0,45 (0,46 - lote;


2 lotes, calçada e

estacionamento 0,00

1 2,24 (2,17 - lote;


1,00 2 lotes, calçada

e estacionamento

0,00

7.1 1,60 (1,17 a 2,03) 0,74 (0,54 a 0,94) lote 0,40

7.2 0,90 (0,02 a 1,83) 0,41 (0,009 a 0,85) lote 0,55

8.1 0,95 0,44 lote 0,12

8.2 0,96 0,44 lote 0,26

8.3 1,83 0,85 lote 0,26

9.1 1,02 0,47 lote 0,31

9.2 0,68 (0,60 a 0,71) 0,31 (0,28 a 0,33) lote 0,31

10.1 0,67 (0,60 a 0,78) 0,31 (0,28 a 0,33) lote 0,41

11.1 1,00 0,34 calçada e

estacionamento 0,48

12.1 0,91 0,41 calçada e 2

lotes 0,33

Com base em todos os resultados já apresentados, a Tabela 39 apresenta uma

compilação dos aspectos positivos e negativos apresentados para cada cenário de

técnica combinada. Esta avaliação foi realizada especificamente para os parâmetros

de simulação e combinações adotados. No entanto, estes resultados não inviabilizam

a adoção de determinada combinação de técnicas em casos específicos, pois sempre

há a possibilidade de se avaliar, com as condições de um dado projeto, outras

configurações das técnicas estudadas que melhor atendam aos objetivos propostos.

Um exemplo de alteração simples de configuração, e que já poderia trazer algumas

diferenças importantes, seria a revisão do rebaixo de 10 cm no jardim, considerado

como confortável, para um valor de 15 ou 17 cm, equivalente à um degrau

convencional, e que já aumentaria significativamente a capacidade de armazenamento

deste dispositivo.

160

Tabela 39 – Aspectos positivos e negativos dos cenários de técnicas combinadas.

CENÁRIO ASPECTOS POSITIVOS ASPECTOS NEGATIVOS

7.1 Técnicas relativamente simples de serem implantadas e que não requerem área adicional. Redução satisfatória de vazões de pico efluentes do lote para as chuvas de projeto de 1 hora.

Reduz em apenas 6% a vazão máxima efluente do lote para chuvas de projeto mais longas que 1 hora. Necessidade de reforço estrutural no telhado.

7.2

Técnicas relativamente simples de serem implantadas e que não requerem área adicional. Redução significativa de vazões de pico para as chuvas de até 6 horas de duração. Para as chuvas de 6 horas e TR = 25 anos e as de 12 horas, foi reduzido apenas 15% da vazão efluente do lote (volume retido pelo telhado verde).

Comprometimento de uma das águas do telhado com o telhado verde e necessidade de reforço estrutural.

8.1 Recupera a vazão natural do lote. Telhado verde pode ser instalado em uma construção auxiliar.

Volumes de armazenamento grandes, onerando o proprietário do lote em termos de espaço e economicamente.

8.2 Recupera a vazão natural do lote.

Volumes de armazenamento grandes, onerando o proprietário do lote em termos de espaço e economicamente. Comprometimento de uma das águas do telhado com o telhado verde e necessidade de reforço estrutural.

8.3 Reservatório de lote relativamente pequeno.

Comprometimento de uma das águas do telhado com o telhado verde e necessidade de reforço estrutural. Redução de apenas 15% da vazão de pico efluente do lote, apesar dos investimentos nas duas estruturas.

9.1 Recupera a vazão natural do lote. Reservatórios de lote grandes para as maiores chuvas de projeto (quase do mesmo tamanho que no Cenário 2.1, não justificando a adoção desta configuração para atender às chuvas maiores).

9.2 Reservatório de lote relativamente pequeno e baixos desníveis no jardim. Recupera a vazão natural do lote.

10.1 Recupera a vazão natural do lote com a adoção de diferentes técnicas com suas dimensões mínimas.

Investimentos e manutenção relativamente altos, com a implantação de três estruturas distintas.

11.1 Necessita de pequenas profundidades de leito granular para o pavimento permeável. Recupera a vazão natural da área drenada.

Ocupa área que poderia ser utilizada para outros fins

12.1

Divisão da responsabilidade pela gestão das águas pluviais entre os setores público e privado. Recupera a vazão natural da área drenada. Execução e manutenção do jardim rebaixado são pouco onerosas para o proprietário do lote.

Grandes profundidades de leito granular para o pavimento permeável, caso se pretenda atender às maiores chuvas de projeto.

161

Ao mesmo tempo em que as técnicas combinadas têm a vantagem de distribuir

a responsabilidade pelo manejo das águas pluviais em mais de uma estrutura, o que

resulta em menores prejuízos hidráulicos em caso de falha de alguma delas, as

combinações são, em geral, mais onerosas ao proprietário, pois requerem a

construção e manutenção de duas ou mais estruturas. Nos casos de parceria

público/privada, esta responsabilidade é distribuída entre o proprietário do lote e o

setor público, sendo essencial que cada parte cuide do correto funcionamento das

estruturas sob sua gestão para que estas não colapsem o sistema como um todo.

De modo geral, há diversas combinações razoáveis para as chuvas de projeto

de 1 e 3 horas de duração. No entanto, conforme aumentam as durações e o período

de recorrência, as dimensões das estruturas para recuperar a vazão natural, ou

mesmo para conseguir um resultado significativo, se tornariam muito onerosas ao

proprietário do lote ou com dimensões impraticáveis. Nos cenários de técnicas

combinadas só foi verificado retardo do pico da vazão efluente da área drenada para

as menores chuvas de projeto e apenas para algumas combinações de técnicas, como

foi o caso dos cenários 7.1, 7.2, 9.1 e 12.1.

Os reservatórios de lote, adotados individualmente, resultaram em volumes

muito grandes para obter resultados satisfatórios. No entanto, com a combinação de

técnicas compensatórias dentro do lote, os cenários 9.1, 9.2 e 10.1 resultaram em

opções exequíveis, sendo que o Cenário 9.1 só indicou dimensões razoáveis para as

menores chuvas de projeto.

Os jardins rebaixados, quando adotados individualmente no lote, para

colaborar significativamente com a redução do impacto hidrológico gerado pela

ocupação, precisariam de profundidades relativamente grandes, o que gera algum

risco aos ocupantes do terreno e a necessidade de cuidados especiais na

implementação do projeto, como a adoção de um talude suave, para amenizar a

diferença brusca de nível do solo. Nas combinações de técnicas analisadas, os jardins

rebaixados obtiveram bons resultados para todas as chuvas de projeto para os

cenários 9.2 e 10.1. No entanto, resultados satisfatórios para as menores chuvas de

projeto também foram verificados com a adoção de jardins rebaixados para os

cenários 7.1, 7.2, 9.1 e 12.1.

Os telhados verdes obtiveram resultados semelhantes nos cenários de técnicas

individuais e combinadas, já que eles retêm apenas uma pequena parte da

precipitação total que cai sobre o lote e, com isso, reduzem de forma modesta a vazão

de pico efluente do lote, proporcionalmente à área de telhado verde e às suas

características. No entanto, quando implantados juntamente com uma estrutura de

reservação, os telhados verdes tendem a melhorar a eficiência do reservatório, já que

162

este recebe menor volume de água para manejar. Esta situação foi verificada nos

cenários 7.1, 7.2, 8.1, 8.2, 8.3 e 10.1.

O jardim de chuva adotado entre as vagas de estacionamento de forma isolada

não possuiria dimensões exequíveis na prática. No entanto, quando combinado com o

pavimento permeável da calçada adjacente, as estruturas juntas são capazes, de com

dimensões bastante satisfatórias, reduzir as vazões efluentes da área ao nível de pré-

urbanização, conforme verificado no Cenário 11.1.

Os pavimentos permeáveis demonstraram, no Cenário 5.1, conseguir manejar

a água precipitada sobre sua própria área com um leito granular relativamente

pequeno. No entanto, ele não é capaz de manejar toda a água dos lotes adjacentes,

sem que estes adotem também medidas compensatórias, conforme observado no

Cenário 5.2. Desta forma, verificou-se, no Cenário 12.1, o resultado da combinação de

uma estrutura simples dentro do lote, no caso um jardim rebaixado em 10 cm, com o

pavimento permeável na calçada adjacente. Esta combinação se mostrou aplicável

para as menores chuvas de projeto estudadas, porém, devido à limitação de altura do

leito granular do pavimento permeável para manutenção da sua resistência estrutural,

ocorreria extravasamento para as maiores chuvas de projeto. As menores chuvas

analisadas neste estudo são comumente o objeto de contemplação da

microdrenagem. Assim, o Cenário 12.1 pode ser uma boa combinação entre a

responsabilidade a ser assumida pelos poderes público e privado, de modo que, caso

necessário, para atender as chuvas de maior duração ou período de recorrência,

poderiam ser executadas estruturas auxiliares maiores, em áreas públicas. As técnicas

compensatórias em áreas públicas poderiam ser implantadas através de estruturas

concentradas, como reservatórios em áreas como parques e praças. No entanto, esta

configuração não diminui o impacto da urbanização para a microdrenagem, a qual

deverá suportar toda vazão efluente das novas áreas impermeabilizadas para chuvas

de maior intensidade.

Com isso, verifica-se como uma boa opção a orientação de que o lote deve ser

responsável por manejar sua própria vazão excedente, resultante da sua ocupação,

para as chuvas de menor intensidade e duração. Isto significaria que o proprietário

deveria assumir o ônus da ocupação, mas de forma viável, não onerando-o

demasiadamente, mas também não isentando-o de responsabilidade. Para as chuvas

maiores, mesmo as áreas públicas adjacentes aos lotes não seriam capazes de

manejar estes excedentes, sendo, para estes casos, necessárias estruturas

complementares, que poderiam ser instaladas em paisagens multifuncionais, já que

seriam utilizadas apenas eventualmente.

163

6. CONCLUSÕES

Este trabalho compõe o projeto Manejo de Águas Pluviais Urbanas, financiado

pela Finep (CHAMADA PÚBLICA MCT/MCIDADES/FINEP/Ação Transversal

SANEAMENTO AMBIENTAL E HABITAÇÃO - 7/2009). Neste contexto, um de seus

objetivos é o de apresentar uma ampla gama de informações de alternativas de

projeto relacionadas às técnicas compensatórias aplicadas em nível de lote, de modo

a divulgar e expandir o seu uso no Brasil.

Com o intuito de apresentar o estado da arte das técnicas compensatórias em

drenagem urbana e avaliar, através de simulações computacionais, as consequências

de sua adoção na escala de lote, foram estudadas as seguintes técnicas: reservatório

de lote, jardim rebaixado, telhado verde, pavimento permeável e jardim de chuva, tanto

de forma individual como em combinações destas. As configurações de técnicas

avaliadas nos cenários de simulação foram apresentadas na Tabela 21 e na Tabela 30,

para as técnicas adotadas de forma individual e combinada, respectivamente.

A revisão bibliográfica é unânime em relatar benefícios relacionados à adoção

de técnicas compensatórias, em especial na fase de planejamento da urbanização. No

entanto, ainda há muito campo de pesquisa nesta área, especialmente no Brasil, de

modo a definir critérios de projeto e procedimentos de manutenção das estruturas,

além dos benefícios associados de forma mais específica para o país.

Os resultados das simulações deixaram claros os benefícios da adoção das

técnicas compensatórias em escala de lote no sentido de recuperar a capacidade de

armazenamento e infiltração naturais do terreno, minimizando, assim, os impactos da

urbanização no ciclo hidrológico. Cada uma das técnicas estudadas apresentou

vantagens e desvantagens em diferentes configurações de aplicação, de modo que é

necessário avaliar, caso a caso, quando da elaboração do projeto de implantação. É

importante ressaltar que os parâmetros adotados nas simulações são empíricos,

oriundos da literatura corrente disponível, de modo que é desejável que sejam

validados em campo para as condições locais. A compilação das vantagens e

desvantagens de cada uma das configurações estudadas pelos diferentes cenários é

apresentada na Tabela 28, para os cenários de técnicas individuais, e na Tabela 39,

para os cenários de técnicas combinadas.

Os reservatórios de lote se mostraram, em algumas configurações, uma boa

opção a ser adotada. Se adotado individualmente com o objetivo de recuperar a vazão

natural do lote, conforme avaliado no Cenário 2.1, este seria muito grande, de forma a

tornar-se inviável. No outro extremo, o reservatório proposto pela legislação municipal,

simulado no Cenário 2.2, mostrou-se totalmente ineficiente para as chuvas de projeto

164

adotadas neste estudo quando adotado isoladamente no lote. Esta configuração de

reservatório teria apenas alguma função educacional, no sentido de conscientizar a

população de sua responsabilidade pela sustentabilidade da drenagem urbana. A

otimização do orifício de fundo do reservatório e do volume para chegar a vazões

efluentes satisfatórias, configurações estudadas nos cenários 2.3 e 2.4, também são

opções viáveis de serem adotadas em alguns casos, onde não haja a necessidade de

se recuperar a vazão natural. Outras dimensões, neste mesmo sentido, são totalmente

possíveis, dependendo das exigências de cada projeto. A combinação dos

reservatórios de lote com outras estruturas se mostrou benéfica na maioria dos

cenários estudados. Nos cenários de número 8, a combinação com o telhado verde

resultou em uma pequena redução dos volumes a serem armazenados pelo

reservatório, o que não justificaria a adoção desta combinação se considerados

apenas benefícios hidráulicos. A combinação com os jardins rebaixados, avaliada nos

cenários de número 9, indicou um resultado interessante. O Cenário 9.1, que avaliou o

recebimento de toda a água do lote por um jardim rebaixado e seu extravasamento

seria direcionado para um reservatório de lote (estruturas em série), não se mostrou

uma boa opção, devido às grandes dimensões necessárias. No entanto, com as

mesmas estruturas, mas com uma configuração diferente, o Cenário 9.2, que avaliou a

adoção do reservatório de lote proposto pela legislação municipal em paralelo com um

jardim rebaixado, obteve ótimos resultados com investimentos relativamente baixos

pelo proprietário. Neste cenário foi possível recuperar a vazão natural do lote para

todas as chuvas de projeto com um jardim rebaixado em, no máximo, 7 cm e com o

reservatório de lote obrigatório de acordo com a legislação. O Cenário 9.2 apresentou

como característica peculiar a questão de que, quanto mais longa a chuva, menor a

vazão de pico efluente do jardim rebaixado por extravasamento e as alturas

necessárias de rebaixo seriam iguais para cada período de recorrência das chuvas de

projeto, independentemente da duração da chuva. Este comportamento está

diretamente relacionado ao momento em que ocorre o extravasamento do jardim,

conforme explicado no item 5.3. Finalizando os cenários de avaliação dos

reservatórios de lote, o Cenário 10.1, que avaliou a adoção conjunta de três estruturas

em suas dimensões mínimas estudadas (reservatório de lote, telhado verde e jardim

rebaixado) também apresentou bons resultados, sendo capaz de recuperar a vazão

natural do lote, apesar dos elevados custos de implantação e manutenção relativos às

três diferentes técnicas. Uma característica interessante verificada nos resultados dos

cenários de números 2 e 8 do presente estudo é que, apesar do aumento do dos

volumes a serem manejados pelos reservatórios, as chuvas de maior duração (3, 6 e

12 horas) necessitariam de reservatórios com as mesmas dimensões para obter os

165

mesmos resultados. Mascarenhas et al (2005) e Duarte et al (2003) indicaram que o

reservatório de lote seria maior quando maior a área impermeabilizada do lote. Ou

seja, o tipo de ocupação do lote influenciaria diretamente nas dimensões das

estruturas, mas estas seriam capazes de atender à uma ampla gama de chuvas, para

uma mesma condição de impermeabilização.

Devido à saída de água exclusivamente por infiltração nos jardins rebaixados,

eles não apresentaram bons resultados para recuperação da vazão natural, quando

aplicados isoladamente (cenários de número 3). Os volumes de armazenamento

necessários, neste caso, seriam muito maiores do que os de reservatórios de lote para

os mesmos benefícios, o que deixa clara a vantagem da existência do orifício de fundo

do reservatório, o qual libera, ao longo de toda a chuva, uma vazão de base,

diminuindo a necessidade de armazenamento de água. No entanto, devido à

simplicidade de implantação e operação dos jardins rebaixados, estes não devem ser

desconsiderados para a adoção em conjunto com outras técnicas. É o caso dos

jardins rebaixados adotados em conjunto com reservatórios de lote (cenários de

número 9) e com reservatórios de lote e telhados verdes (Cenário 10.1), que,

conforme apresentado no parágrafo anterior, se mostraram boas combinações. A

simples adoção conjunta de jardins rebaixados com telhados verdes (cenários de

número 7) apresentou bons resultados para as menores chuvas de projeto estudadas.

Com fins de combinar estruturas nas áreas públicas e privadas, o Cenário 12.1

verificou que a adoção conjunta de um jardim rebaixado em 10 cm no lote,

complementado por um pavimento permeável na calçada, resultou em dimensões

viáveis de leito granular do pavimento apenas para as menores chuvas de projeto

estudadas. Vale ressaltar que os rebaixos de jardim poderiam ser maiores do que os

10 cm considerados como satisfatórios neste trabalho, já que 17 cm é a medida usual

para um degrau comum e, desta forma, não traria grandes desconfortos aos

ocupantes do lote. Entretanto, essa alternativa não foi simulada na série de testes

dessa dissertação.

A adoção dos telhados verdes tem uma relação direta com o volume de água a

ser manejado pela rede de drenagem. Além dos benefícios apresentados pela

literatura, como equilíbrio térmico, os telhados verdes retêm parte da água precipitada

sobre suas áreas. Quando aplicado de forma isolada (cenários de número 4), os seus

resultados em termos de redução das vazões efluentes do lote são modestos. Cabe

destacar, porém, que os testes conduzidos nesta dissertação não consideraram os

telhados verdes em toda a cobertura disponível, tentando tratar de forma factível uma

alternativa de projeto. No entanto, quando adotado conjuntamente com outras

técnicas, como nos cenários de números 7, 8 e 10, ele pode ser importante na

166

melhoria da eficiência da outra estrutura. É o caso da combinação dos telhados verdes

com jardins rebaixados, em que a primeira estrutura faz com que a combinação seja

eficiente para as menores chuvas de projeto estudadas.

Os pavimentos permeáveis se mostraram uma ótima opção para anular o efeito

da ocupação de sua própria área (Cenário 5.1). No entanto, para amenizar o impacto

de áreas adjacentes (cenários 5.2 e 12.1), ele se mostrou limitado, devido à máxima

altura do leito granular possível de ser adotada para que o pavimento não perca

suporte estrutural. É verdade que neste caso de estudo, a área de calçada é muito

menor que a do lote, o que dificulta (ou impede) o recebimento destas contribuições.

No caso do Cenário 12.1, onde o pavimento receberia a vazão efluente do lote,

resultante do extravasamento de um jardim rebaixado, as menores chuvas poderiam

ser absorvidas, recuperando a vazão natural de toda a área drenada. A combinação

dos pavimentos permeáveis e do jardim de chuva nas áreas de calçada e

estacionamento (Cenário 11.1) se mostrou também uma boa opção, sendo capaz de

recuperar a vazão natural da área para as chuvas de projeto estudadas.

Para finalizar as conclusões relativas às técnicas estudadas, verificou-se que

os jardins de chuva, com os parâmetros estudados, não se mostraram uma boa

alternativa para serem adotados de forma isolada. Para os cenários 6.1 e 6.2, onde

estes jardins foram considerados em parte da calçada e do estacionamento,

respectivamente, as dimensões necessárias para anular a contribuição da área para a

rede de drenagem seriam inviáveis. No entanto, com outras configurações de saída de

água, esta técnica pode se mostrar mais factível. O Cenário 6.3, que verificou o

impacto de um jardim de chuva na área permeável do lote apresentou bons resultados

para as menores chuvas de projeto. Existe a possibilidade de aumentar o rebaixo do

jardim de chuva do lote para otimizar a sua eficiência. O jardim de chuva do

estacionamento também foi combinado com o pavimento permeável da calçada

(Cenário 11.1) e apresentou resultados satisfatórios, conforme apresentado nos

parágrafos anteriores.

As características do local, como tipo de solo e clima, também interferem

significativamente no dimensionamento e escolha das estruturas. Os resultados dos

cenários de número 3, que avaliaram as consequências da adoção de jardins

rebaixados no lote, para a taxa base de infiltração de 10-7 m/s indicaram que, em

locais onde o solo possuir esta característica, não devem ser adotadas técnicas com

saída exclusivamente por infiltração, pois os tempos de esvaziamento das estruturas

seriam muito elevados, não disponibilizando-as para chuvas consecutivas. Já para a

condutividade hidráulica a saturação de 10-6 m/s, os resultados de tempo de

esvaziamento da estrutura se mostraram satisfatórios e melhorariam ainda mais para

167

solos mais permeáveis. No entanto, para solos muito permeáveis, com infiltrabilidade

acima de 10-5 m/s, deve-se atentar para o risco de contaminação do lençol freático

devido à percolação de poluentes carreados pelas águas drenadas. Vale ressaltar que

a avaliação do tempo de esvaziamento foi realizada considerando apenas a infiltração

como saída de água e, na prática, ocorrem outros fenômenos relevantes para o

esvaziamento da estrutura, como a evaporação e a evapotranspiração. Estes

fenômenos devem ser considerados no detalhamento de projeto e em estudos futuros.

É importante o confronto dos resultados das simulações com estudos de campo, para

calibração dos parâmetros de simulação para condições locais reais.

A ampla variedade de estruturas e configurações analisadas através da

modelagem, conforme discriminado na Tabela 21 e na Tabela 30, possibilita o

balizamento de parâmetros e a orientação de combinações possíveis para maior

assertividade e simplicidade na elaboração de projetos reais. As chuvas de projeto

estudadas, que variaram em sua duração (1, 3, 6 e 12 horas) e intensidade (TR de 10

e 25 anos), também disponibilizam dados para a extrapolação dos resultados deste

trabalho para bacias hidrográficas de diferentes escalas. Assim, é possível orientar,

para um caso real, as melhores técnicas e dimensões a serem adotadas para um

terreno com determinadas características e situado em uma dada bacia hidrográfica.

Estas informações também podem ser úteis para embasar a proposição de políticas

públicas de drenagem urbana sustentável, conforme previsto nos objetivos deste

trabalho.

De modo geral, as estruturas estudadas se mostraram eficientes, em especial,

para as chuvas de menores volumes precipitados (menores durações), onde os

investimentos do proprietário do lote também não precisariam ser muito altos. Além

dos benefícios hidráulicos da adoção das técnicas compensatórias nos lotes, sua

regulamentação e implementação têm uma função educacional importante, que é a

conscientização e acionamento da população com relação à responsabilidade pelos

impactos hidrológicos resultantes da ocupação do solo.

Para as chuvas mais longas (de maior volume) o trabalho propõe a atuação

conjunta dos poderes público e privado, de modo a não onerar demasiadamente o

proprietário do lote e, ao mesmo tempo, controlar os impactos hidrológicos do

crescimento urbano. Neste sentido, adicionalmente ao tema especificamente tratado

nesta dissertação, áreas públicas, como parques e praças, poderiam ser utilizadas

como paisagens multifuncionais.

Para o bom funcionamento das medidas estudadas neste trabalho, é essencial

o envolvimento da população, assumindo a responsabilidade pelas técnicas

compensatórias implantadas nas áreas privadas. No entanto, o poder público também

168

é fundamental na função de legislar e fiscalizar o desempenho das medidas adotadas

em áreas privadas e deve, ainda, dispor e operar satisfatoriamente as estruturas

existentes em áreas públicas. O sucesso da implementação destas medidas também

só será completo se toda a bacia hidrográfica for contemplada, o que requer políticas

públicas e planejamento neste sentido. Assim, uma recomendação para trabalhos

futuros implica no estudo de mecanismos de incentivo e viabilização de uso destas

medidas, de forma efetiva. A proposição de descontos no IPTU, por exemplo, pode ser

uma alternativa. Esta não é uma tarefa fácil e ainda há um longo caminho a ser

percorrido.

O tema de drenagem urbana é muito amplo, de modo que diversas lacunas

foram deixadas ao longo deste trabalho. Uma delas é a questão da qualidade da água

efluente das estruturas de técnicas compensatórias. Diversos estudos apontam para a

melhoria da qualidade da água efluente das estruturas; no entanto, este aspecto não

foi analisado neste trabalho e é uma sugestão para os próximos.

Outra sugestão é a incorporação dos custos de implantação e manutenção nas

análises de viabilidade de adoção das técnicas compensatórias estudadas. No mesmo

sentido, podem ser realizados estudos comparativos de custos de implantação da

drenagem urbana com e sem técnicas compensatórias.

Os processos de infiltração de água no solo são bastante complexos, de modo

a justificarem estudos experimentais de técnicas compensatórias de infiltração, com o

objetivo de caracterizá-los melhor. Ainda relacionado com as ciências do solo, a

capacidade de armazenamento dos leitos granulares, em especial os compostos por

misturas de diferentes materiais, como é o caso dos jardins de chuva considerados

neste trabalho, também merece estudos mais aprofundados.

Existem outras técnicas compensatórias e outras condições de operação além

das avaliadas neste estudo. Desta forma, sugere-se que as técnicas sejam estudadas

com outros parâmetros de operação e outras combinações entre elas, dando

continuidade a este trabalho. Uma possibilidade seria, por exemplo, a adoção de

rebaixos para o jardim maiores do que os confortáveis 10 cm adotados neste estudo.

Valores de rebaixo de 15 ou 17 cm, por exemplo, equivalem a um degrau comum e

poderiam ser adotados, aumentando significativamente a capacidade de

armazenamento da estrutura e podendo, portanto, trazer mais benefícios à

comunidade. Para otimizar estes novos estudos, uma etapa muito importante a ser

realizada é a calibração e validação dos resultados das simulações com experimentos

de campo.

Para finalizar, é importante que os resultados da adoção de técnicas

compensatórias sejam avaliados para a escala da bacia hidrográfica, verificando

169

também os impactos na macrodrenagem, validando as expectativas obtidas a partir

dos estudos em escala local, tomando o lote por referência, nas configurações que

receberam a chuva de projeto da bacia. A avaliação das combinações espaciais de

efeitos é importante na análise dos resultados efetivos para controle de cheias na

escala da bacia hidrográfica.

170

7. REFERÊNCIAS

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RIO DE JANEIRO. Lei Complementar no 104, de 27 de novembro de 2009. Institui o Projeto de Estruturação Urbana – PEU dos bairros de Vargem Grande, Vargem Pequena, Camorim e parte dos bairros do Recreio dos Bandeirantes, Barra da Tijuca e Jacarepaguá, nas XXIV e XVI Regiões Administrativas, integrantes das

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Unidades Espaciais de Planejamento números 46, 47, 40 e 45 e dá outras providências.

RIO DE JANEIRO. Lei Municipal nº 23.940, de 30 de janeiro de 2004. Torna obrigatório, nos casos previstos, a adoção de reservatórios que permitam o retardo do escoamento das águas pluviais para a rede de drenagem. Diário Oficial Rio, 02 de fevereiro de 2004.

RIO DE JANEIRO. Resolução Conjunta SMG/SMO/SMU nº 001, de 27 de janeiro de 2005. Disciplina os procedimentos a serem observados no âmbito dessas secretarias para o cumprimento do Decreto nº 23.940, de 30 de janeiro de 2004.

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SÃO PAULO. Decreto Municipal n° 47.731, de 28 de setembro de 2006. Regulamenta o Programa Municipal de Conservação e Uso Racional da Água e Reuso em Edificações, instituído pela Lei nº 14.018, de 28 de junho de 2005.

SÃO PAULO. Decreto nº 41.814, de 15 de março de 2002. Regulamenta a Lei nº 13.276, de 4 de janeiro de 2002, que torna obrigatória a execução de reservatório para as águas coletadas por coberturas e pavimentos nos lotes, edificados ou não, que tenham área impermeabilizada superior a 500m².

SÃO PAULO. Lei Municipal n° 14.018, de 28 de junho de 2005. Institui o Programa Municipal de Conservação e Uso Racional da Água em Edificações e dá outras providências.

SÃO PAULO. Lei Municipal nº 13.276, de 04 de janeiro de 2002. Torna obrigatória a execução de reservatório para as águas coletadas por coberturas e pavimentos nos lotes, edificados ou não, que tenham área impermeabilizada superior a 500m².

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