Relatório Técnico

Resolução de Outorga de Águas Pluviais Projeto 914BRZ2016 edital N. 0020/2010

(versão n.1)

Dr. Carlos E. M. Tucci

Outubro/2010

APRESENTAÇÃO

Este relatório apresenta uma versão preliminar da minuta de resolução sobre outorga de lançamento de águas pluviais em corpos d´água de domínio do Distrito Federal.

Neste mesmo documento também é apresentado os elementos técnicos contendo os estudos e memória de cálculo que embasaram a elaboração da versão preliminar da minuta de resolução.

Portanto, este documento é subdividido em duas partes principais de acordo com temas mencionados acima.

Sumário

1. ANTECEDENTES ................................................................................................................. 5

2. OBJETIVO ........................................................................................................................... 6

3. CRITÉRIOS TÉCNICOS ................................................................................................... 7

3.1 IMPACTOS ................................................................................................................... 7

3.2 MEDIDAS ...................................................................................................................... 8

3.2.1 Medidas de controle ......................................................................................... 8

3.2.2 Mecanismo de regulação no Distrito Federal ............................................. 8

3.2.3 Critérios para controle dos impactos............................................................. 9

3.2.4 Experiências ......................................................................................................... 9

3.3 ESTIMATIVA DOS CRITÉRIOS DE CONTROLE PARA O DISTRITO FEDERAL ....... 18

3.3.1 Quantidade de água...................................................................................... 18

3.3.2 Qualidade da água ........................................................................................ 22

3.3.2 Erosão e sedimentação .................................................................................. 26

3.4 CRITÉRIOS TÉCNICOS DE PARA AVALIAÇÃO DA REGULAÇÃO ..................... 27

Lista de Figuras

Figura 1 Ajuste dos valores a equação de volume ................................................... 23

Figura 2 Distribuição da chuva acumulada para 10 anos de tempo de recorrência no Distrito Federal ....................................................................................... 26

Figura 3 – Característica do descarregador de fundo ............................................. 32

Figura 4– Determinação de hc em um reservatório ................................................... 32

Lista de Tabelas

Tabela 1 Relação entre impactos e regulamentação ............................................. 10

Tabela 2 - Exemplos de regulação para a vazão máxima da drenagem urbana em alguns países ............................................................................................................... 13

Tabela 3 - Critérios para o dimensionamento dos volumes das estruturas de tratamento do escoamento. .......................................................................................... 16

Tabela 4 Valores de cidades brasileiras. ...................................................................... 17

Tabela 5 Valores de Cp .................................................................................................... 19

Tabela 6 Valores de área impermeável, volume e tempo de duração para o volume máximo. ................................................................................................................ 21

Tabela 7 Relação de duração das precipitações com relação do número de dias chuvosos. .................................................................................................................... 24

Tabela 8- Área da seção transversal dos descarregadores de fundo - circulares ............................................................................................................................................... 32

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1. ANTECEDENTES

O uso do solo urbano produz impactos importantes nos recursos hídricos de forma geral. A ocupação de uma bacia hidrográfica por ruas, passeios, telhados, entre outros impermeabiliza o solo e altera o ciclo hidrológico gerando impactos de:

Aumento do escoamento superficial e dos picos de enchentes; Aumento da velocidade do escoamento e erosão dos rios e superfícies,

aumentando os sedimentos e reduzem a capacidade de escoamento dos rios, contribuindo para as inundações;

Redução da qualidade da água dos rios devido a contaminação da lavagem das superfícies urbanas e do material sólido que transporta.

Este conjunto de impacto pode ser controlado por medidas preventivas por meio de mecanismos legais que induzam aos proprietários dos empreendimentos a desenvolverem medidas sustentáveis e não transferirem para toda a cidade os impactos gerados por estes empreendimentos.

O Plano Diretor de Drenagem Urbana do Distrito Federal elaborado recentemente pela Concremat Engenharia abordou o controle dos impactos da drenagem urbana e recomendou um conjunto de medidas não-estruturais, entre as quais a regulamentação para novos empreendimentos. Esta regulamenta estabelece quais devem ser os condicionantes para aprovação do empreendimento com relação a mitigar os impactos devido a urbanização na drenagem a jusante do empreendimento.

O Distrito Federal por meio da ADASA Agência de Regulação do Distrito Federal identificou na legislação que a regulação pode ser realizada por meio da outorga de lançamento de águas pluviais nos corpos d água. Os condicionantes da outorga e os instrumentos usados na regulação e uma proposta de regulação para este tipo de outorga são os resultados deste estudo.

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2. OBJETIVO

Para controlar os impactos no Distrito Federal, citados no capítulo anterior foi proposto pelo Plano de Drenagem Urbana do Distrito Federal, desenvolvido em 2009 pela Concremat Engenharia, que fossem estabelecidos critérios de aprovação de projetos de novos empreendimentos visando evitar estes impactos.

O objetivo deste relatório é de apresentar uma minuta de proposta da Resolução sobre a outorga de águas pluviais e sua justificativa técnica.

No capítulo seguinte é apresentada a minuta de resolução e no quarto capítulo todos os elementos técnicos que embasaram a resolução.

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3. CRITÉRIOS TÉCNICOS

3.1 IMPACTOS

O desenvolvimento urbano no Distrito Federal ao longo dos anos tem sido realizado com aumento excessivo das áreas impermeáveis devido a ruas, passeios, telhados, entre outros, que retiram a superfície verde permeável e introduzem cimento, asfalto e concreto que tornam as mesmas impermeáveis.

Quando a precipitação ocorre não ocorre infiltração e a água escoa por estas superfícies e são transportadas por sarjetas e bueiros e depois para condutos e canais, aumentando a velocidade do escoamento.

O ciclo hidrológico destas áreas urbanas é alterado com aumento do escoamento superficial, aumento das vazões máximas, redução da recarga dos aquíferos e da evapotranspiração. Na bacia hidrográfica urbana, este sistema é projetado para atender as condições de microdrenagem em algumas áreas, mas quando todo este volume chega ao mesmo tempo na macrodrenagem ocorrem as inundações, resultando em prejuízos econômicos, sociais e ambientais. De outro lado, o aumento da velocidade do escoamento produzido pelas áreas impermeáveis, condutos e canais produz erosão do solo e das margens dos rios, com aumento de sedimentos, que reduz a capacidade de escoamento dos rios, contribuindo com as inundações.

O escoamento superficial lava as superfícies urbanas contaminadas por material sólido e outros contaminantes de petróleo onde existem muitos metais, além de nutrientes. Este volume de poluição difusa escoa para os rios contaminando a sua qualidade da água. Quando os rios entram em período de estiagem, a contribuição subterrânea é reduzida devido a falta de recarga dos aquíferos, diminuindo ainda mais a capacidade de diluição e afetando o meio ambiente aquático. De certa forma, as áreas impermeáveis são como um usuário de recursos hídricos que toma água nas cheias e reduz a vazão das estiagens.

Em resumo, os principais impactos observados que ocorrem na drenagem urbana no Distrito Federal são os seguintes:

Aumento das áreas impermeáveis e da velocidade do escoamento tendo como resultado o aumento da vazão e a erosão do solo a jusante dos empreendimentos. Isto está sendo mais grave nas cidades próximas a Brasília, onde a densificação urbana é maior com maior área impermeável;

Aumento da produção de resíduos sólidos pela população, que se junta aos sedimentos gerados pelo aumento da velocidade. Este conjunto de sólidos

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reduz a capacidade de escoamento dos condutos e rios da rede de drenagem do Distrito federal;

Aumento da poluição difusa devido a lavagem das ruas. Esta poluição compromete os reservatórios como o lago Paranoá, onde já tem todo o esgoto coletado, mas a carga de pluvial limita o uso deste e outros mananciais para abastecimento pela contaminação de orgânicos e metais.

Redução da recarga dos aquíferos e diminuição da vazão dos rios durante a estiagem.

Atualmente, quando um novo projeto é implantado no Distrito Federal, nenhum destes impactos é controlado na regulação. Portanto, claramente está sendo transferido um ônus que é privado para o público.

3.2 MEDIDAS

3.2.1 Medidas de controle

As medidas de controle são realizadas:

Após os impactos com medidas estruturais, onde toda a sociedade paga pelos custos dos que impermeabilizaram e transferiram seu impacto para jusante; ou

Por medidas não-estruturais preventivas por meio da regulamentação das novas construções e outorga de lançamento de águas pluviais, como previsto no Distrito Federal.

A primeira alternativa leva a custos altos. Cruz e Tucci (2007) estimaram que o custo das medidas atuais é 600% superior ao de ações de controle no empreendimento com medidas sustentáveis, sem que o ônus seja transferido para o público, mas onerando o empreendedor que está implementado o seu uso do solo.

3.2.2 Mecanismo de regulação no Distrito Federal

O Plano Diretor de Drenagem Urbana previu o uso de medidas não-estruturais por meio da regulação da aprovação dos empreendimentos. O mecanismo encontrado pela ADASA – Agência de Regulação do Distrito Federal foi de condicionar os empreendimentos a outorga de lançamento de águas pluviais nos corpos d´água do Distrito Federal.

Para definição desta regulação o Plano Diretor de Drenagem Urbana identificou os principais impactos, experiência e apresentou uma proposta de regulação que está sendo revista e justificada neste documento.

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3.2.3 Critérios para controle dos impactos

Os principais impactos e meios de controle são os seguintes: Recarga do Aquífero: as áreas impermeáveis reduzem a infiltração e a recarga natural dos aquíferos. Nestas condições, o lençol freático diminui e os rios urbanos reduzem seu escoamento de estiagem. A gestão deve procurar manter o volume anual de recarga do aquífero da bacia na situação de pré-desenvolvimento, através da captura e infiltração do escoamento. Qualidade da Água: as superfícies urbanas ficam poluídas por depósito da contaminação aérea e resíduos sólidos. Esta contaminação é transportada para os rios pela chuva, contaminando o rio, principalmente no início das chuvas. A gestão visa o tratamento da qualidade da água, considerando os diferentes tipos de poluentes observados na qualidade da água pluvial. Erosão e Sedimentação Urbana: devido ao aumento de velocidade do escoamento e superfícies desprotegidas ocorre um forte aumento dos sedimentos nos rios urbanos e erosão de margens. A gestão tem o objetivo de evitar a erosão e a sedimentação dos rios naturais à jusante dos desenvolvimentos, devido à aceleração do escoamento das áreas impermeáveis e dos condutos. Inundação na Macrodrenagem Urbana: devido ao aumento do escoamento superficial e aceleração do escoamento a capacidade da macrodrenagem é insuficiente e passam a ocorrer inundações. O objetivo principal da gestão é prevenir os danos das inundações no sistema de drenagem (incluindo a rede de condutos e os cursos d’água urbanos, naturais ou não) e na infra-estrutura urbana a jusante por medidas preventivas junto aos novos empreendimentos. Este controle exige a manutenção da vazão de pico de pré-desenvolvimento num evento de projeto com risco (10 a 25 anos de tempo de duração e duração de 24 horas) semelhante ao usado para projetar pontes, sistemas de drenagem urbana e canais abertos de macrodrenagem nas cidades.

Na tabela 1 é apresentada a relação entre os efeitos, impactos, objetivos de controle dos impactos, qual a ação principal e o tipo de regulamentação que tem sido utilizada para este controle. Estas são as medidas internacionais consolidadas sobre o assunto, que se aplicam a regulamentação no Distrito Federal.

3.2.4 Experiências

Recarga Para definição do volume de recarga (infiltração) os métodos se baseiam no tipo

de solo, volume anual de precipitação e na porcentagem de área impermeável do local. Utilizando o grupo hidrológico do solo, o volume de recarga por unidade de área (m3/ha) pode ser estimado como (STATE OF MASSACHUSETTS, 1997; STATE OF VERMONT, 2002; STATE OF CONNECTICUT, 2004; STATE OF MARYLAND, 2000):

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Tabela 1 Relação entre impactos e regulamentação

Efeito Impactos Objetivo Ação Regulamentação

Redução da Recarga do

Aquífero

Diminuição do lençol freático e

da vazão de base

Manter os níveis anuais médios de recarga e a vazão de base.

Recuperar a Infiltração na

área desenvolvida

Garantir a recarga média anual de acordo com os tipos de solo da

região

Redução da Qualidade da

água dos corpos hídricos

Aumento da carga de

poluentes na água pela

lavagem das superfícies

urbanizadas

Reduzir a 80% a carga de

poluentes na qualidade da

água devido a eventos pluviais

Tratar o volume dos

sólidos suspensos das

superfícies urbanas

Armazenar o volume inicial da

chuva por 24 horas.

Aumento da Erosão e

assoreamento

Erosão das superfícies e

leito dos canais devido ao

aumento da velocidade

Reduzir a velocidade e

energia do escoamento

Restringir a vazão e dissipar a energia.

O controle é realizado

armazenamento de eventos frequentes

Inundação da Drenagem

Urbana

Inundação na drenagem

urbana devido ao aumento da

vazão.

Manter a vazão de pico menor

ou igual a natural

Com infiltração ou armazenar na

área desenvolvida

Evento de cheia com tempo de

retorno de 10 a 25 anos de 24 horas.

Vra = 10 . R. (AI/100) (1)

onde: R (mm) é a recarga do aqüífero e AI (%) é a área impermeável no caso de novos desenvolvimentos e o aumento da área impermeável para locais que estejam sendo novamente ocupados. O valor de R pode ser definido em função da recarga natural na região com base no tipo de solo (SCS).

O volume também pode ser estabelecido como uma porcentagem do volume total de uma chuva de projeto. No estado de Wisconsin (STATE OF WISCONSIN, 2000), por exemplo, 10 a 25% do volume da chuva de 2 anos de tempo de retorno e 24 horas de duração deve ser infiltrada, dependendo do tipo e uso (% de áreas impermeáveis) do solo. Para alcançar a meta de recarga podem ser utilizadas medidas de controle

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como trincheiras de infiltração, valos gramados, pavimentos permeáveis e também de técnicas de planejamento do local (LID/BSD/CD). Os reservatórios não são os dispositivos mais apropriados para a recarga do aquífero, pois normalmente são projetados com fundos impermeáveis ou tem sua capacidade de infiltração no solo significativamente reduzida devido à acumulação do sedimento fino (STATE OF CONNECTICUT, 2004).

Qualidade da água

Algumas metas devem ser traçadas para caracterizar este objetivo. A prática americana através da EPA identificou que, tratando uma parcela dos sólidos suspensos totais (SST) do escoamento pluvial, o objetivo de reduzir a carga anual do escoamento em 80% é atingido (USEPA, 1993a). Os SST foram escolhidos como parâmetro indicador da eficiência do tratamento devido à (STATE OF GEORGIA, 2001):

Grandes partes dos poluentes são removidas com os SST e suas taxas de remoção são proporcionais aos dos SST;

Os sedimentos e boa parte dos poluentes do escoamento pluvial se encontram aderidos aos SST;

O nível de remoção de 80% dos SST é geralmente atingido com o uso de dispositivos bem dimensionados e que possuem manutenção adequada.

A definição do volume a ser tratado para alcançar a meta de tratamento pode ser estabelecida com base em um valor limite de precipitação ou um tempo de retorno para essa precipitação. Três metodologias têm sido usadas:

(a) USEPA: A regulação adotada pela EPA estabelece que, tratando o escoamento pluvial correspondente à chuva de 2 anos de tempo de retorno e duração de 24 horas, a meta de redução dos poluentes é atingida (USEPA, 1993a);

(b) Fenômeno “first flush”: essa metodologia se baseia na suposição de que a maior parte da carga dos poluentes do escoamento pluvial (80% segundo Gupta e Saul, 1996) está contido nos 20% (DELETIC, 1998) a 30% (GUPTA & SAUL, 1996) iniciais do volume total escoado. Nas regulações americanas esse valor corresponde, em média, ao escoamento gerado pelos primeiros 12,7 ou 25,4mm do evento de chuva (STATE OF CONNECTICUT, 2004), que deve ser tratado para alcançar a meta de remoção de poluentes;

(c) “Regra dos 90%”: Admite que capturando e tratando o escoamento associado a 90% dos eventos de chuva que ocorrem anualmente (que transportam cerca de 90% da carga anual de poluentes) a meta de remoção de poluentes é alcançada (STATE OF NEW YORK, 2003; STATE OF MARYLAND, 2000; STATE OF VERMONT, 2002 e STATE OF MINNESOTA, 2005). Na maioria dos estados americanos esse valor é correspondente a, aproximadamente, 25,4 mm de chuva, em concordância com a metodologia anterior.

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Os métodos anteriores foram estabelecidos porque se verificou que a carga poluente é resultado de eventos pequenos e frequentes ao longo do ano (SCHUELER, 1987; USEPA, 1993b). Portanto, tratando e infiltrando a maioria dos eventos frequentes, a carga sobre o sistema fluvial diminui. Erosão e Sedimentação

Para reduzir a erosão sobre os leitos de escoamentos pode-se utilizar: Redução do volume de escoamento ou da velocidade pela infiltração; Dissipação da energia através do aumento da rugosidade; Amortecimento do escoamento com volume de água para redução da

velocidade; e Restrição da vazão máxima de saída do empreendimento.

Normalmente o controle nas regulações é obtido através do armazenamento e restrição da vazão máxima de saída do lote ou loteamento. Vários critérios para o estabelecimento de uma vazão máxima admissível têm sido propostos. O critério mais comum para proteção do córrego consiste no controle da vazão de pós-desenvolvimento de 2 anos de período de retorno e 24 h de duração ao nível de pré-desenvolvimento. Esse critério baseia-se na consideração de que a vazão de pico à calha cheia tem de 1 a 2 anos de tempo de retorno (LEOPOLD, 1994). Pesquisas recentes indicam que essa metodologia não protege adequadamente os córregos a jusante e pode, ao contrário, contribuir para o aumento da erosão pela exposição das margens a vazões de grande potencial erosivo por uma longa duração (McRAE, 1993; BROWN & CARACO, 2001).

A prática atualmente recomendada nas regulações é: (a) controle da vazão de pós-ocupação de 2 anos de tempo de retorno e 24h de duração à: (i) 50% da vazão de pré-desenvolvimento de 2 anos e 24h; (ii)vazão de 1 ano e 24h; (b) armazenamento e liberação gradual do volume gerado pelo evento de 1 ano e 24h, em um período de 24 horas ou mais, para que sejam controladas as velocidades erosivas no canal durante a passagem da cheia; (c) avaliação detalhada em campo e modelagem hidrológica e hidráulica do curso d’água para determinar o potencial erosivo das cheias e vulnerabilidade do material das margens à erosão. É o método adotado em Ontário no Canadá (BROWN & CARACO, 2001).

Embora as alternativas anteriores possam ser efetivas na proteção do canal, do

ponto de vista operacional existem sérias limitações na aplicação da regulação. Para locais com área impermeável menor que 2 ha, por exemplo, o tamanho dos orifícios da tomada de água necessários para cumprir a regulação tornam-se muito pequenos, e ficam sujeitos ao entupimento (STATE OF CONNECTICUT, 2005). Para contornar esse problema esta regulação de proteção do canal não é exigida nos seguintes casos: (a)

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o volume total relacionado à proteção do canal é recarregado para o aquífero; (b) locais com área menor ou igual 2 ha de área impermeável; (c) locais que descarregam em rios de quarta ordem, lagos, estuários e que tenham área menor que 5% da área da bacia a montante do desenvolvimento.

Inundações na Macrodrenagem

Este controle exige a manutenção da vazão de pico de pré-desenvolvimento num evento de projeto com risco (10 a 25 anos de tempo de duração e duração de 24 horas) semelhante ao usado para projetar pontes, sistemas de drenagem urbana e canais abertos de macrodrenagem nas cidades.

A vazão de pré-desenvolvimento é a vazão máxima que ocorreria na área do risco escolhido durante uma chuva de 24 horas. É utilizado um hidrograma resultante do hietograma de projeto, com a distribuição temporal de 24 horas. Para pequenas áreas (<200 ha) é possível utilizar o Método Racional. A vazão por unidade de área qn (l.s-1.ha-1 ) fica:

qn = 2,78 C.I (3)

onde: C é o coeficiente de escoamento e I a intensidade da precipitação em mm/h. A escolha do valor de I depende da duração de chuva escolhida, que varia com o tempo de concentração da área. No caso de utilizar-se 24 horas, este valor seria muito baixo e irreal, pois não se procura a vazão máxima diária para o risco, mas a vazão máxima durante a parte intensa da chuva dentro do dia.

A definição da duração depende do controle estabelecido considerando as seguintes situações: (a) quando o controle é somente quantitativo a duração deve ser pequena para evitar volumes e custos altos; (b) quando os controles envolvem qualidade da água e erosão a duração deve ser alta para manter a água por mais tempo no reservatório, evitando estes impactos. Em Porto Alegre (controle quantitativo, item “a” acima) a duração adotada foi de 1 h e o coeficiente de escoamento igual a 0,15, resultando em uma vazão de pré-dimensionamento de 20,8 l/s.ha-1. A tabela 6.2 apresenta exemplos de regulações em termos de vazão por unidade de área para alguns locais nos EUA, França e Canadá. Medidas de Controle

A principal medida associada à manutenção da vazão às condições prévias tem sido o armazenamento através de reservatórios (detenções e retenções).

Tabela 2 - Exemplos de regulação para a vazão máxima da drenagem urbana em alguns países

Local Regulação1

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Local Regulação1 Condado de Wayne – EUA

(WAYNE, 2005)

- A > 2,02 ha – q=10,5 para TR=100 - A < 2,02 ha – q=10,5 para TR=10

Oak Creek – EUA (OAK CREEK, 2005)

- q=10,5 para TR=2 e td=24 - q=28 para TR=100 e td=24

Seattle EUA (SEATLE, 2002)

- A < 465 m2: q=14 para TR=25 e q=10,5 para TR=2 - A > 465 m2: q=35 para TR=100, q=14 para TR=25 e q=10,5

para TR=2 Condado de Adams – EUA

(ADAMS, 2005)

Dependente do grupo de solo dominante (A,B ou C,D) - q= 4,9, 9,1 e 11,9 para TR=5 - q=35, 59,5 e 70 para TR=100

Condado de Gratiot – EUA

(GRATIOT, 2005)

A vazão de pré-desenvolvimento deve ser a menor das três opções:

a) q=10,5; b) vazão calculada pelo método racional com TR=10; c) porcentagem da área do local em relação à área total do distrito, multiplicado pela capacidade da rede ou

córrego. Lille Metropole

França (LILLE, 2004) - A < 2 ha= 4 - A > 2ha = 2

Poissy França (POISSY, 2005)

- q= 4 a 5, dependendo da região da cidade

Ville de Ruaudin França (SARTHE,

2003) - q=5 para TR=20

Metchosin - Canadá

(METCHOSIN, 2003)

De acordo com o tipo de solo do local para TR=2: - Rocha < 500mm de solo – q=15;

- Solos > 500mm de silte e argila – q=12; - Solos > 500mm de areia, cascalho e silte – q=6;

- Solos > 500mm de areia e cascalho – q=1.

Sechelt – Canadá (SECHELT, 2004)

- A < 2 ha – q=5 - Para áreas maiores o distrito exige o cálculo da vazão por

um método detalhado 1 A=área do empreendimento, q=vazão por unidade de área l/(s.ha); TR=tempo de retorno (anos); td=tempo de duração da chuva de projeto(horas).

Em regulamentações mais atuais, é incentivado o uso de infiltração através dos

manuais das cidades como: (a) desconexão de áreas impermeáveis com os pluviais, fazendo a água transitar por planos de infiltração; (b) incentivos para uso de trincheiras, valos e pavimentos permeáveis. No entanto, deve-se considerar que áreas

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que possuem importante contaminação superficial não devem ser infiltradas antes do tratamento da água.

As experiências identificadas são: EUA: A USEPA em conjunto com os Estados (através dos manuais) sugere os volumes para recarga, qualidade da água, erosão, drenagem urbana e para eventos extremos. Isto foi destacado acima e na tabela 3. Reino Unido: De acordo com Faulkner (1999) não há nenhuma política formal publicada no Reino Unido com relação às estruturas de amortecimento. Várias metodologias são utilizadas para determinação da máxima vazão permitida à rede (chamada de greenfield runnoff), adotada como a vazão de pré-ocupação da área. Algumas regiões prepararam notas de orientação regionais de padrões e métodos a serem adotados. Apenas a região do Tâmisa possui uma política de dimensionamento de estruturas de armazenamento publicada pela Agência Ambiental. Os critérios são semelhantes aos americanos. Austrália: A Austrália tem usado reservatórios de detenção especialmente nas cidades mais populosas do leste, como Sydney, Melbourne, Brisbane, Newcastle, Wollongong e Canberra (SCOTT et al., 1999; O’LOUGHLIN et al., 1998). Devido à limitação de espaço nas áreas próximas ao centro da cidade, surgiram como alternativa aos grandes reservatórios os OSDs (On-Site Stormwater Detention), inicialmente na forma de tanques de detenção em residências, áreas comerciais ou industriais (O’LOUGHLIN, 1995).

Segundo O’Loughlin et al. (1995) a resposta inicial à aplicação dos OSDs (On site Detention, detenção local) foi negativa, pelo custo adicional da estrutura, complexidade e falta de eficiência da manutenção. Em regiões densamente urbanizadas ou com solos pouco permeáveis, os OSDs aparecem como a melhor alternativa. Nos últimos anos, com o aparecimento do conceito de WSUD (Water Sensitive Urban Design) têm sido usadas técnicas híbridas OSD/WSUD, que promovem a utilização conjunta dos OSDs com dispositivos que permitem o reuso da água da chuva (COOMBES, 2004) e/ou infiltração do escoamento no solo (BEECHAM, 2004).

Os problemas encontrados com os OSD na prática foram: (a) falta de conhecimento técnico por parte dos engenheiros; (b) manutenção. Still e Bewsher (1995) apud O’Loughlin et al. (1998) citam: problemas de projeto como volumes inadequados, material orgânico e limpeza, dificuldade de acesso, entre outros.

A utilização das OSDs para controle do escoamento é regulada na Austrália em termos de “descargas permissíveis” (Permissible Site Discharge - PSDs) e do “armazenamento necessário” (Site Storage Requirements - SSRs). A limitação da vazão na estrutura é feita através do orifício de saída.

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Tabela 3 - Critérios para o dimensionamento dos volumes das estruturas de tratamento do escoamento.

Estado Qualidade Erosão TR1 Inundação

TR1

New York (STATE OF NEW YORK, 2003)

90% dos eventos ou de 20 a 30mm

1 ano 10 anos

Maryland (STATE OF MARYLAND, 2000)

90% dos eventos Região Oeste=23mm e

Leste=25mm 1 ano 10 anos

Georgia (STATE OF GEORGIA, 2001)

85% dos eventos ou 30mm 1 ano 25 anos

Vermont (STATE OF VERMONT, 2002)

90% dos eventos ou 23mm 1 ano 10 anos

Wisconsin (STATE OF WISCONSIN, 2000 )

2 anos e 24h, 32 a 38mm 2 anos 10 anos

Virginia (STATE OF VIRGINIA, 1999)

13mm 1 ano 10 anos

Connecticut (STATE OF CONNECTICUT, 2004 )

25mm ou 90% dos eventos 50% de 2 anos

ou 1 ano 10, 25 e 100

anos

Maine (STATE OF MAINE, 2006)

25mm das áreas impermeáveis e 10mm das

áreas permeáveis 2 anos 10 e 25 anos

Massachusetts (STATE OF MASSACHUSETTS, 1997)

25mm para áreas criticas e 13mm para as demais

2 anos 10 anos

Minnesota (STATE OF MINNESOTA, 2005)

25mm ou 90% dos eventos 1 ano 10 anos

1 Para uma chuva de projeto com tempo de duração de 24 horas. De modo geral o valor das PSDs e SSRs nas municipalidades australianas

varia entre 80 a 300 l/s.ha e 200 a 550 m³/ha (NICHOLAS, 1995), respectivamente. O tempo de retorno geralmente adotado é de 100 anos. O diâmetro mínimo do orifício de saída dos OSD é limitado em 25 mm, para evitar entupimentos das estruturas. Deve ainda existir uma proteção interna de grade. A profundidade máxima admissível para os tanques enterrados é 60 cm.

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Brasil: No Brasil a abordagem tradicional para a solução/prevenção dos problemas de drenagem urbana nas cidades tem sido baseada no principio higienista do início do século passado. Somente a partir da década de 90 o uso de técnicas alternativas conhecidas como BMPs (“Best Management Practices”, Praticas da melhor gestão) começaram a ser introduzidas. Entre essas técnicas, o armazenamento através de bacias ou reservatórios de detenção tem sido a mais utilizada. Belo Horizonte: No Plano Diretor Urbano de Belo Horizonte de 1996 foi prevista a adoção de áreas permeáveis de acordo com a zona da cidade (como na maioria das cidades). Foi previsto um artigo que permite ao proprietário substituir a área permeável por um reservatório na relação de 30 l para cada 1 m² impermeabilizado (equivale a 300 m3/há). Foi prevista uma exceção, em que a viabilidade da construção do reservatório dependia de um parecer de um engenheiro. Na prática, observou-se que o proprietário construía a área impermeável e depois obtinha um parecer do engenheiro inviabilizando o reservatório. Desta forma, nenhum reservatório foi construído. Mesmo que o reservatório fosse construído não resolveria o problema, pois o restante da superfície continuaria impermeável e o aumento da vazão ocorreria. São Paulo: A legislação de São Paulo estabelece a construção de reservatório para lotes acima de 500 m2, mas também não estabelece uma vazão limite para entrada na rede pública. Porto Alegre: decreto de controle da drenagem urbana baseado no princípio de controle na vazão de saída e não no uso obrigatório de reservatório. O uso do controle da vazão de saída permite ao usuário maior grau de liberdade para a escolha do controle. A experiência de Porto Alegre tem sido de sucesso desde 2001, com cumprimento da legislação e redução de potenciais impactos. A tabela 4 resume alguns indicadores de cidades brasileiras incluindo o Distrito Federal. Tabela 4 Valores de cidades brasileiras.

Cidade Limite de aplicação Vazão máxima permissível

l/(s.ha) (PSD)

Volume máximo

m3/ha1

São Paulo Lotes > 500 m2 Sem limites 90

Porto Alegre Lotes > 600 m2 20,8 415

Campo Grande Lotes > 600 m2 28,3 585

Distrito Federal Empreendimento 24,4 470,5

1 – volume exigido para 100% de área impermeável sem compensações internas ao empreendimento

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3.3 ESTIMATIVA DOS CRITÉRIOS DE CONTROLE PARA O DISTRITO FEDERAL

3.3.1 Quantidade de água

O critério utilizado para controle do impacto devido ao aumento de vazão máxima nos empreendimentos é o de manter a vazão de pré-desenvolvimento para o tempo de retorno de 10 anos.

A metodologia de estimativa de vazão varia com a magnitude das bacias e o investimento em custos de estudo hidrológico. Portanto, foi proposto no Plano Diretor de Drenagem Urbana e revisado aqui que os critérios de controle se baseiem no seguinte:

Empreendimentos com área menor ou igual a 2 hectares;

Empreendimentos com área superior a 2 hectares.

Os empreendimentos podem ser sub-divididos para se classificarem no primeiro grupo desde que integrem bacias diferentes.

EMPREENDIMENTOS COM ÁREA MENOR OU IGUAL A 2 HA. Vazão máxima permissível

Para pequenas áreas (< 200 ha) é possível utilizar o método Racional. A vazão por unidade de área (l.s-1.ha-1) fica

qn = 2,78 C. I (4)

onde C é o coeficiente de escoamento e I a intensidade da precipitação em mm/h.

Intensidade da chuva e sua duração: A Intensidade da chuva é obtida da curva da cidade desenvolvida no Plano Diretor de Drenagem do Distrito Federal.

A escolha do valor da intensidade da chuva no método racional depende da duração de chuva escolhida, que varia com o tempo de concentração da área. A definição da duração, sem que outros controles sejam estabelecidos, (qualidade da água e erosão) é importante, pois ao se escolher uma duração muito pequena, a vazão pré-existente pode ser alta para pequenas áreas, impactando a jusante. Caso fosse escolhida uma duração muito alta a restrição seria muito alta, fazendo com que os volumes de controle sejam muito altos com custos desnecessariamente altos. Além disso, a vazão resultante seria pequena e os condutos com diâmetro pequeno poderiam produzir entupimento. Numa área urbana a duração que pode gerar a vazão máxima para as maiores bacias dificilmente são superiores a 3 horas. Para áreas menores são de até 15 minutos. O valor proposto é de 1 hora, que procura identificar

19

um tempo compatível com áreas de até 200 ha, onde o limite está no tempo de concentração da ordem da maior área.

Coeficiente de escoamento: O coeficiente de escoamento pode ser obtido das tabelas utilizadas por diferentes entidades, inclusive a NOVACAP no Distrito Federal. Este coeficiente deve retratar as condições de pré-desenvolvimento, ou seja, de condições naturais. A equação do coeficiente pode ser expressa de forma genérica por

C = Cp + (Ci-Cp) Ai (5)

onde Cp é o coeficiente de escoamento para áreas permeáveis e Ci é o coeficiente de escoamento para área impermeável, geralmente adotado em 0,95 e Ai a área impermeável. O valor desejado para um determinado local é o o valor de Cp, que representa as condições naturais de infiltração da área. Na tabela 5 são apresentados valores de Cp estimados com base em diferentes fontes.

O valor do coeficiente de escoamento para condições naturais no Distrito Federal foi adotado igual a 0,15 em face do seguinte:

Valor adequado para evitar diâmetros muito pequenos em propriedades menores, onde acabaria entupindo e produzindo problemas e não uma solução;

A necessidade de padronizar um valor único para o Distrito Federal, sem prejuízo de sub ou superestimar para a drenagem urbana;

Condições regionais de tipo de solo em condições de geração de escoamento.

Tabela 5 Valores de Cp

Fonte Cp

Grama (solo arenoso) ASCE, 1969 0,05 a 0,20 Grama (solo pesado) ASCE, 1969 0,13 a 0,35 Matas, parques e campos de esporte, Wilken, 1978 0,05 – 0,20 Equação Schueller (USA, 44 bacias) 0,051

Equação Urbonas et al (1990)(USA, 60 bacias) 0,041

Equação Tucci (Brasil, 11 bacias) 0,0471

Usando Soil Conservation Service 0,025 a 0,31 1 estes valores estão subestimados porque utilizam eventos, que não retrata todo

o hidrograma.

Vazão de pré-desenvolvimento: Considerando os parâmetros adotados:

1. Para o Distrito Federal Intensidade de precipitação de 1h e 10 anos é obtida da IDF desenvolvida para o Distrito Federal, que é a seguinte:

20

884,0

207,0

)11(.70,1574

tTI (6)

onde T é o tempo de retorno em anos, t é a duração em minutos e I é a intensidade em mm/h. Neste caso, para 10 anos e duração de 1 h, resulta I = 58,6 mm/h

2. Adotando um coeficiente de escoamento de 0,15 para áreas de pré-desenvolvimento a vazão específica de pré-desenvolvimento (equação 4) fica

qp = 2,78 x 0,15 x 58,6

qp = 24,4 l.s-1.ha-1 (7)

Volume para manter a vazão máxima permissível

O volume de controle para pequenas áreas urbanas (< 2 km2) pode ser estimado com base na seguinte equação (Tucci, 2002):

V = (Qu – Qn)t.k

onde V é o volume em m3; Qn é a vazão de pré-desenvolvimento em m3/s; Qu é a vazão resultado do desenvolvimento urbano em m3/s ; t é duração em minutos e k = 60 para conversão de unidades.

A vazão devido ao desenvolvimento urbano é 24,4 l/(s.km2 e a equação do coeficiente de escoamento de pós desenvolvimento é obtida da equação 5 com Cp =0,15 e Ci = 0,95. Transformando a equação para volume por unidade de área (m3/ha) resulta

tIAiAV ].4,24).8,015,0.(78,2.[06,0

(8)

onde t é a duração em minutos, C é o coeficiente de escoamento e I a intensidade da chuva em mm/h é obtida da equação 6; Ai é a proporção de área impermeável (valores entre 0 e 1).

O volume máximo é obtido derivando a equação 8 com relação a duração t de chuva e igualando a zero. A duração que produz o volume máximo é

bw

stt r

)( (9)

onde w =Ai8,2603,5

2

; s= 94,83, r= 0,53 e b= 11.

O valor de t é obtido por iteração e substituído na equação 8 para obter o volume. A equação é dependente da área impermeável.

21

Os volumes por unidade de área em função da área impermeável para o tempo de retorno de 10 anos são obtidos e apresentados na tabela 6.

Tabela 6 Valores de área impermeável, volume e tempo de duração para o volume

máximo.

Área impermeável Ai (%)

Duração Minutos

Volume m3

5 34,4 44,42 10 38,8 62,40 15 43,1 81,41 20 47,2 101,25 25 51,1 121,80 30 55,0 142,95 35 58,7 164,63 40 62,4 186,79 45 66,0 209,37 50 69,5 232,35 55 73,0 255,68 60 76,5 279,3 65 80,0 303,30 70 83,0 327,54 75 86,6 352,05 80 89,9 376,81 85 93,2 401,80 90 96,5 427,02 95 99,7 452,44

100 102,9 478,07

Foi ajustada uma reta a estes valores obtendo-se

AIAV .5,470 (10)

onde V/A é o volume dividido pela área de contribuição em m3/ha; AI é a proporção de área impermeável (entre 0 e 1). Esta equação foi obtida com R2=0,9972. Veja o ajuste na figura 1. Para a área impermeável em %, resulta:

AIAV .705,4

(11)

22

EMPREENDIMENTOS MAIORES QUE 2 HA

Para estes empreendimentos será necessário elaborar um estudo hidrológico para determinação do volume e os dispositivos de saída do reservatório que controlem a vazão de pico para a vazão de pré-desenvolvido apresentada na equação 4.

Os condicionantes fundamentais deste estudo são:

Uso de modelo hidrológico de transformação de precipitação em vazão com pelo menos o método do hidrograma para geração do escoamento de entrada no reservatório;

A duração da chuva de projeto deve ser no mínimo de 24 horas, com a distribuição temporal da chuva estabelecida dentro de critérios de maximização do pico. Neste caso, o critério da duração chuva igual ao tempo de concentração não pode ser utilizado;

A área impermeável deve ser estabelecida de acordo com as áreas impermeáveis previstas no projeto;

O manual de drenagem elaborado para o Distrito Federal apresenta orientação técnica sobre modelos que podem ser utilizados para estimativa dos hidrograma e para amortecimento do escoamento em reservatório, considerando que a vazão máxima de saída não pode ultrapassar a vazão máxima de pré-desenvolvimento.

O modelo deve contemplar as retenções da primeira parte da chuva correspondente ao escoamento superficial gerado por 22,5 mm de chuva para garantir a qualidade da água pluvial como é apresentado no item seguinte. Portanto, a simulação deve demonstrar o atendimento da retenção da primeira parte da chuva por 24 horas e o amortecimento para a vazão de pr-e-desenvolvimento.

3.3.2 Qualidade da água

A contaminação da água pluvial ocorre pela lavagem das superfícies e o transporte de sólidos. Grande parte dos poluentes está agregada aos sedimentos. Reduzindo os sedimentos é possível reduzir os poluentes pluviais.

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A regulação sobre qualidade da água visa o tratamento da qualidade da água pluvial para evitar a poluição e a vida dos sistemas aquáticos. O objetivo é o tratamento da qualidade considerando os diferentes tipos de poluentes observados na qualidade da água pluvial.

Figura 1 Ajuste dos valores a equação de volume

Grande parte da poluição que vem na água pluvial é recolhida na primeira parte da chuva. Esta parcela da chuva varia desde 12,5 mm a 40 mm dependendo das condições e frequência. Neste caso o importante é o número de eventos por ano e a quantidade de volume retido em cada evento (parte inicial da chuva) para retenção. Retendo este volume no reservatório, os sedimentos e poluentes existentes no volume se depositam e reduzem para jusante a carga existente na água. Portanto, existem dois fatores relacionados com este problema. O volume de água retido, relacionado com a chuva inicial e o tempo que este volume deverá ficar na retenção.

Algumas metas devem ser traçadas para caracterizar o objetivo de retirada do poluente das águas pluviais. A prática americana através da EPA identificou que tratando uma parcela dos sólidos suspensos do escoamento pluvial tem o objetivo de reduzir a carga em 80% do escoamento pluvial é atingida (U.S.EPA, 1993). Esta meta pode ser atingida retendo uma parcela da chuva inicial do maior número de eventos do ano. Isto pode ser obtido retendo um valore específico de chuva (representativo do maior número de eventos) ou um valor relacionado com um determinado risco.

A regulação adotada pela EPA estabelece que tratando o escoamento pluvial gerado pela precipitação correspondente a 2 anos de tempo de retorno e duração de 24 horas esta meta é atingida. Outros autores mostraram que tempos de retorno menor que este a meta pode ser atingida (Roesner, 1991e Pitt,1989).

0

100

200

300

400

500

600

0 20 40 60 80 100 120

volu

me

em m

3

área impermeável, %

24

A carga poluente é resultado de eventos pequenos e frequentes ao longo do ano. Portanto, tratando a maioria dos eventos frequentes, a carga sobre o sistema fluvial diminui. Infiltrando o escoamento de áreas não poluentes, reduzem de forma significativa a quantidade de volume necessária e a poluição para jusante.

Este volume por unidade de área (m3/ha) para este tipo de controle é estimado com base na precipitação de 1 dia pela seguinte expressão no seguinte:

V /A ( m3/ha) = 10.C. Pi (12)

onde: Pi é a precipitação em mm/dia utilizada na regulação. Este é o valor adotado na regulação, segundo valores citados acima; e C é o coeficiente de escoamento que pode ser estimado C = 0,15+0,80Ai, sendo Ai a parcela da bacia de áreas impermeáveis (valor entre 0 e 1). Este é o cenário de pequenas áreas onde o método racional se aplica. Para áreas maiores pode-se utilizar o método do SCS, entre outros.

Para definir o critério utilizou-se a chuva com duração de 90%, ou seja, 90% das chuvas no local são menores ou iguais a determinada. Desta forma prioriza-se a frequência dos eventos.

Analisando as chuvas do posto de código 01547008 em Brasília, com 34 anos de dados, foram estimados os valores de probabilidade da precipitação dos dias chuvosos serem menores ou iguais aos valores apresentados (tabela 6). Isto indica, por exemplo, que em 95% do tempo as precipitações diárias são menores que 22,5 mm.

Considerando que Brasília possui seis meses sem chuva, as probabilidades ficam tendenciosas, pois se sabe que em seis meses não chove. Sendo assim obteve-se a probabilidade dos dias chuvosos, também apresentado na tabela 7. Considerando as análises apresentadas acima se recomenda utilizar a precipitação de 22,5 mm, onde as precipitações da cidade são menores ou iguais a este valor em 95% para os valores anuais e 90% para o período chuvoso.

Tabela 7 Relação de duração das precipitações com relação do número de dias chuvosos.

% da chuva menor ou igual

Precipitação

anual

mm

Precipitação

Período chuvoso

Mm

95 22,5 32,4

90 13,0 22,5

85 7,4 16,8

25

Substituindo os valores conhecidos na equação 12, resulta em

vqa = 33,8 + 180.Ai (13)

sendo vqa (m3/ha) e Ai a área impermeável entre 0 e 1. Esta equação mostra que mesmo com uma área impermeável nula é necessário um pequeno volume (39,3 m3/ha) para o escoamento superficial resultante do balanço da infiltração da área. Para uma área totalmente impermeável o volume sobre para 248,8 m3/ha.

Para esvaziar este volume em 24 horas a vazão de saída dos dispositivos para este volume é estimada em

Qs = vqa.A/86,4 (14)

onde Qs é obtido em l/s; A é a área de drenagem em ha.

A questão resultante é se a regulação de quantidade e qualidade devem se somar ou a qualidade da água estaria embutida na quantidade. Na figura 2 podem-se observar os volumes de quantidade e qualidade da água de acordo com a área impermeável. Observa-se que esta diferença é pequena para áreas impermeáveis pequena, aumentando a diferença com a área impermeável. Pode-se observar também na tabela 6 que as durações que produzem os volumes máximos para cada área impermeável são de 30 minutos a cerca de 1hora e meia. Portanto são eventos rápidos e não de duração longa. Analisando a chuva de 10 anos e uma distribuição temporal desfavorável (figura 2) onde a parte principal da chuva de 1hora se concentra no final das 24 horas. Este é o cenário das condições críticas, pois o solo já está saturado. Utilizando a chuva de qualidade da água que é 22,5 mm, observa-se que o reservatório de qualidade estaria cheio quando chegasse a parte crítica da chuva. Isto leva a conclusão que a soma dos dois volumes são necessária se o uso de controle for somente o volume.

0

20

40

60

80

100

120

1 6 11 16 21

prec

ipita

ção

acum

ulad

a, m

m

horas

26

Figura 2 Distribuição da chuva acumulada para 10 anos de tempo de recorrência no Distrito Federal

3.3.2 Erosão e sedimentação

Os tipos de sólidos produzidos nas áreas urbanas são:

Devido aos sedimentos gerados pela erosão do solo;

Sólidos gerados pela população que não é coletado pelo sistema de limpeza urbana.

Esta regulação trata da erosão do solo. Toda a bacia hidrográfica gera sedimentos devido ao efeito da energia a chuva sobre o solo que produz os sedimentos e transporta pelo sistema de drenagem. Outra parcela dos sedimentos pode ser gerada pela erosão das margens dos rios. Quando a velocidade do escoamento é inferior a capacidade de transporte os sedimentos se depositam nos condutos e canais obstruindo o escoamento.

Quando ocorre o desenvolvimento a erosão do solo aumenta quando:

Os novos loteamentos são abertos e é retirada a cobertura do solo permitindo maior erosão;

Canteiros de obras tendem a aumentar a erosão falta de proteção das superfícies e transporte de material usado na construção;

Aumento da velocidade de novos desenvolvimentos criando condições de erosão para jusante.

Os critérios utilizados para controle da qualidade da água atendem também as restrições relacionadas com a erosão a jusante dos empreendimentos. No caso dos dois primeiros itens acima, é necessário desenvolver um manual para construção civil e normas de construção para minimizar este impacto. Este manual é aplicado e fiscalizado pela entidade concessionária de Drenagem Urbana.

Incentivos do uso de infiltração

As medidas sustentáveis que permitem reduzir o volume para jusante, recuperar a recarga e reduzir a carga de poluentes é a infiltração. No entanto, é uma prática pouco conhecida no mercado e enfrenta resistência devido aos cuidados que devem ser adotados para a manutenção das áreas e preservação dos espaços.

Para incentivar o uso de áreas permeáveis foram adotados os seguintes critérios para redução dos volumes correspondentes de armazenamentos para quantidade e qualidade da água:

27

A: As áreas impermeáveis que drenarem para uma área gramada ou com vegetação terão sua área impermeável reduzida no cálculo do volume em 80% se a área que recebe a drenagem não possui drenagem e uma relação entre áreas Ap/Ai ≥ 0,2. (Ap é a área permeável e Ai a área impermeável). Esta relação poderia ser desconsiderada se o solicitante provar que pode acumular a chuva de 10 anos na área em função de sua profundidade.

B: O mesmo caso anterior, mas com drenagem a redução passa a ser de 40% da área impermeável no cálculo do volume.

C: Aplicação de pavimentos permeáveis (blocos vazados com preenchimento de areia ou grama, asfalto poroso, concreto poroso) – reduzir em 60% a área que utiliza estes pavimentos;

D: Aplicação de trincheiras de infiltração – reduzir em 80% as áreas drenadas para as

trincheiras.

A escolha dos percentuais acima é analisado considerando o seguinte:

Nas áreas gramadas estima-se que o coeficiente de escoamento é de 15%. No caso com drenagem o acumulo de uma quantidade de água maior que o normal levou o fator de escoamento superficial a 0,6, ou seja, uma redução de 40% da área impermeável (e na consequente vazão).

No caso de área gramada com drenagem adotou-se um fator de escoamento de 0,2 para levar em conta a ineficiência de alguns sistemas que podem gerar escoamento pelo acumulo de água no gramado;

No caso dos pavimentos permeáveis, apesar dos experimentos mostrarem eficiência alta de 95%, adotou-se o valor de 60% devido a redução de eficiência com o tempo por problemas de manutenção;

No caso das trincheiras adotou-se uma eficiência maior de 80% devido a tendência de maior eficiência destes dispositivos nos solos brasileiros. Estes valores devem ser revistos ao longo do tempo com base em estudos

específicos de eficiência a ser contratado pelo concessionário o ADASA, visando o aprimoramento da regulação.

3.4 CRITÉRIOS TÉCNICOS DE PARA AVALIAÇÃO DA REGULAÇÃO

I. Vazão máxima

Como foi detalhado da proposta da legislação o objetivo principal é de manter a vazão do empreendimento menor ou igual a vazão natural precedente para o risco de 10 anos. A vazão específica obtida para a cidade é de 24,4 L/(s.ha). Para calcular a vazão máxima de saída do loteamento ou da área em desenvolvimento o

28

parágrafo 1 indica que basta multiplicar a área do terreno em hectares para obter a vazão máxima.

Exemplo 1: considere um empreendimento numa área de 10 ha.

Utilizando a regulação que estabelece 24,2 L/(s.ha). A vazão máxima é

Q = 24,4 x 10 = 244, L/s

A verificação por parte da ADASA sobre o projeto será realizada na ligação entre a drenagem do empreendimento e a rede pública.

As orientações são as seguintes:

A. A vazão máxima será a soma do seguinte:

Qmx = Qcond + Qcanal + Qsuper (1)

Onde Qmx é a vazão máxima determinada como no item I. Este valor é obtido pela soma das ligações da drenagem para a rede pública por: condutos (Qcond); Vazão por canal (Qcanal); e/ou superficial (Qsuper). Esta última é a parte do empreendimento que drenar diretamente para ruas públicas.

Portanto, a soma de todos deve ser menor ou igual a Qmx. A vazão máxima correspondente a cada um dos componentes segue a seguinte orientação:

(a) vazão máxima de condutos: Limitado por um valor de Qmx, o conduto correspondente deverá ter um diâmetro correspondente a esta vazão, utilizando-se a equação de Manning quando não existir carga na canalização a montante. A aproximação para o conduto comercial mais próximo se dará sempre a favor da segurança, ou seja diminuindo a vazão.

(b) Vazão máxima de canais: Caso a conexão entre o empreendimento e a rede pública seja um canal a vazão do canal que chega na rede pública, para seu valor de projeto (sem extravasamento, com chuva de 10 anos de tempo de recorrência) deve ser menor ou igual a Qmx ou dentro da soma da equação 1.

(c) vazão superficial: a vazão superficial é estimada com base na área que contribui diretamente para a área pública. Caso a área contribui diretamente e não é possível amortecer ou infiltrar este volume é compensado nos demais e sua vazão é estimada por

Qsuper = 24,4. A. (1+5,33Ai) (2)

onde Qsuper é a vazão da área de contribuição direta em L/s; A é a área em hectares da contribuição direta; Ai é a área impermeável da contribuição direta entre 0 e 1.

29

No final a soma dos componentes não pode ultrapassar Qmx. Caso ocorra num dos componentes, devem-se compensar nos demais.

Exemplo 2: Considere que o empreendimento tem um total de 95% da área drenando por condutos para a rede pública e área de impermeabilização desta área de contribuição dos condutos de 70%. A área de contribuição direta tem 80% de área impermeável.

A área de contribuição direta tem uma vazão máxima que não é possível controlar com condutos e com vazão estimada de

Qcond = 24,4 x 10 x 0,05 x (1 + 5,33 x 0,8) = 63,9 L/s.

Portanto, a vazão máxima do conduto deve ser

Qmx = Qcond + Qsuper = 244 = Qcond + 63,9 e

Qcond = 180,1 L/s

II. Volume

Não é obrigatório o uso de reservatórios, mas a lei orienta o uso para compensar o aumento do escoamento dentro do empreendimento ou a sua redução com uso de pavimentos alternativos. Caso não seja realizados de acordo com a norma o prejuízo será para o empreendimento, já que a entrada da rede pública está resguardado pela dimensões dos condutos e dos outros dispositivos.

Na fiscalização a ADASA deve-se ater a este particular. O restante é responsabilidade técnica do empreendedor sobre o seu cliente.

Segundo orientação da lei o volume do reservatório é

AIAV 705,4 (2)

sendo A = área total do empreendimento em hectares, Ai a área impermeável entre 0 e 1. Este volume foi calculado para uma vazão de saída correspondente a 24,4 L/(s.ha). Para valores diferentes deste (como no caso de redução pela contribuição direta) use proporcionalidade. Para um valor modificado correspondente a uma alteração percentual da vazão de saída de k. O volume fica

kAI

AV 705,4

(3)

Exemplo 3: calcule o volume do exemplo 2

Portanto houve uma redução da vazão de

K = 180,1 / 244 = 0,74

30

O volume final fica

V = 4,705 x 70 x 9,5 / 0,74 = 4230 m3.

Para uma detenção de 2 m de profundidade representa cerca de 2150 m2 de área, representando 2,15 % da área.

IV. Orientação para abatimento da área impermeável no cálculo do volume

Quando são utilizados os dispositivos da lei que reduzem as áreas impermeáveis das áreas de acordo com o uso de pavimentos impermeáveis, drenagem para jardins e etc. A forma de cálculo é a seguinte

A

AIjxAjrAI

)1(

onde AI é a área impermeável de toda o empreendimento AIj é a área impermeável da parte j, Aj é a área desta parte j da propriedade, multiplicado pelo complemento do seu fator de redução ( r) de acordo com a norma. O somatório é dividido pela Área Total A.

Exemplo 4: Considerando que 4 hectares de telhados e passeios serão drenados para gramados sem drenagem, permitindo um abatimento de 80% da sua área impermeável. Neste caso r = 0,2.

AI = [4,5 x 0,7 (área existente que continuará com 70% de área impermeável) + (1-0,8) x 100x 4,0 (área impermeável com redução)]/9,5

AI = 0,416

Recalculando o volume fica

V = 4,705 x 41,6 x 9,5 = 2.516 m3 no segundo caso.

A área é reduzida para 1.258 m2

V. Orientação para estimativa da seção de ligação com a rede pública. V.1 No caso da ligação for um canal ou conduto onde o reservatório a montante não possui carga sobre o conduto ou canal o cálculo da área é obtido pela equação de Manning

AR2/3 = .

/

Onde A é a área da seção de escoamento, R o raio hidráulico; n coeficiente de rugosidade de Manning; S é a declividade de fundo do canal ou conduto. Para um conduto deseja-se determinar o diâmetro que fica

31

D =0,768(푄푚푥.푛) /

푆 /

Exemplo 5: Considerando um conduto com rugosidade de 0,015 e declividade de 5m por km. Calcule o diâmetro.

D= 0,768 x (0,180 x 0,015)3/8

0,013/16 = 0,20 m

V.2 Quando o reservatório está conectado diretamente com conduto de saída e existe carga deve-se considerar a seguintes alternativas

O descarregado de fundo deve ser instalado no reservatório de forma a permitir a liberação gradual da água armazenada. Deve-se instalar o descarregador junto ao fundo do reservatório, evitando assim o acúmulo de água no interior da estrutura. Recomenda-se ainda, que para não haver obstrução do descarregador, seja colocada uma grade antes do mesmo.

Dependendo do tipo de descarregador utilizado, ele pode funcionar como um orifício, ou seja, uma simples abertura na parede lateral do reservatório; ou como um bocal, onde existe um tubo que faz a drenagem para fora da estrutura. Em casos onde o reservatório é fechado, e utiliza-se um vertedor de emergência, em geral utiliza-se um orifício, que faz uma passagem para a segunda câmara, que serve para a inspeção e limpeza. Na figura 3 são apresentadas as situações onde o descarregador funciona como orifício (3 a) e como bocal (3 b); na figura 3 c é apresentado o modelo com câmara de inspeção.

(a) – O descarregador é um orifício

(b) – O descarregador é um bocal

32

(c) – O descarregador é um orifício – com câmara de inspeção

Figura 3 – Característica do descarregador de fundo

Para determinar a área da seção transversal do descarregador de fundo a equação de orifício é a seguinte

ch

.37,0 pdQcA

Para o caso de um bocal.

ch

.45,0 pdQcA

onde: Qpd: vazão de pré-desenvolvimento, determinada com a equação 6.27 (m3/s) ; hc: diferença entre o nível máximo da água e o ponto médio da abertura da seção de saída (m) - conforme figura 4; Ac: área da seção transversal do descarregador (m2).

Figura 4– Determinação de hc em um reservatório

Tabela 8- Área da seção transversal dos descarregadores de fundo – circulares

33

Área (m2) Diâmetro comercial (mm)

0,00049 25 0,00071 30 0,00080 32 0,00126 40 0,00196 50 0,00283 60 0,00785 100 0,01766 150 0,03140 200 0,07065 300 0,12560 400 0,19625 500 0,28260 600 0,38465 700 0,50240 800

Pode-se também determinar o diâmetro do descarregador de fundo diretamente para o caso de um bocal

ch

pdQ.76,0D

ou para o caso de um orifício.

ch

pdQ.69,0D

onde o diâmetro é dado em m.

Caso a área da seção transversal tenha resultado menor que 0,00049 (m2) ou o diâmetros menor que 25 mm, usar o diâmetro mínimo de 25 mm, ou seção transversal com esta área. Para valores maiores, aproxime sempre para o diâmetro superior.

Recomenda-se que seja utilizado o maior tamanho (diâmetro, área) possível obtido no dimensionamento do descarregador, evitando, por exemplo, a utilização de dois descarregadores. Esta medida evitará possíveis entupimentos da estrutura.

34

VI. Calculo do volume de qualidade da água

O volume de qualidade da água deve ser acrescido ao volume de controle de vazão máxima utilizando a equação 13 e a vazão de saída deve ser menor ou igual a vazão da equação 14.

Exemplo 6: Para o problema anterior o volume é calculado por

Vqa = [33,8 + 1,80 Ai (%)). 9.5 = (33,8 + 1,80 x 41,6]. 9,5 = 1032,46 m3

Qs = V/86,4 = 1032,46/86,4 = 12 L/s.

O dispositivo de saída deve permitir no máximo 12 L/s no período de 24 horas.

O volume total será de 1.258 (quantidade) + 1032,46 (qualidade) = 2 290,46 m3

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