manual de drenagem ultima versao

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PLANO DIRETOR DE DRENAGEM URBANA Manual de Drenagem Urbana

Volume VI

Instituto de Pesquisas Hidráulicas Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Setembro/2005

Plano Diretor de Drenagem Urbana

Prefeito

PREFEITURA MUNICIPAL DE PORTO ALEGRE José Fogaça

Vice-Prefeito

Eliseu Felippe dos Santos

Departamento de Esgotos Pluviais

Diretor Ernesto da Cruz Teixeira

Diretor da Divisão de Obras e Projetos Arq. Sérgio Luiz Duarte Zimmermann

Diretor da Divisão de Conservação Eng. Francisco José Ferreira Pinto

Equipe técnica de acompanhamento Eng. Magda V. Carmona Eng. Daniela Bemfica Eng. Marcus A. S. Cruz

Manual de drenagem urbana de Porto Alegre

Reitora Wrana Maria Panizzi

Instituto de Pesquisas Hidráulicas

Diretor Helio F. Saraiva Luiz Fernando de Abreu Cybis

Coordenador do projeto Carlos E. M. Tucci

Coordenador executivo Adolfo O. N. Villanueva

Equipe técnica Marcus A. S. Cruz Rutineia Tassi Fabio A. Arnez Daniel G. Allasia Marllus G. F. P. das Neves André L. L. da Silveira David da Motta Marques Francisco A. Bidone Joel A. Goldenfum Adalberto Meller

Estagiários Marcos V. Baldi Raquel Nunez Elvio Bernardi Simone Bernhardt

Plano Diretor de Drenagem Urbana

Este manual faz parte do Plano Diretor de Drenagem Urbana, desenvolvido para a
Fundamentos

APRESENTAÇÃO cidade de Porto Alegre. Esta é a segunda versão do manual, elaborado com base na Política de Controle da Drenagem Urbana descrita no volume 1 do referido Plano, denominado de

Considerando que a nova política de desenvolvimento da drenagem urbana modifica as práticas existentes, este manual é essencial para direcionar as novas condutas dos profissionais que atuam em drenagem e no planejamento de obras na cidade. Estas normas contribuirão para a redução das inundações e para a melhorara a qualidade ambiental. Os volumes do Plano Diretor de Drenagem Urbana desenvolvidos são os seguintes:

1. FUNDAMENTOS DO PLANO: trata dos elementos conceituais do PDDU, da regulamentação proposta e da visão de conjunto dos aspectos de drenagem urbana e controle de inundações da cidade. 2. MANUAL DE DRENAGEM URBANA: primeira versão do manual de drenagem urbana que apoia o planejamento e o projeto da drenagem urbana na cidade. 3. BACIA DO ARROIO DO MOINHO: apresenta o Plano de controle da drenagem urbana na bacia do Arroio do Moinho. 4. BACIA DO AREIA: apresenta o Plano de controle da drenagem urbana na bacia do

Areia. 5. BACIA DO TAMANDARÉ: apresenta o Plano de controle da drenagem urbana na bacia do Tamandaré. 6. REVISÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO DE INUNDAÇÃO DE PORTO ALEGRE: trata da revisão hidrológica do funcionamento do sistema de diques e estações de bombas de proteção de inundações da cidade de Porto Alegre. 7. BACIA DO ARROIO PASSO DAS PEDRAS: apresenta o Plano de controle da drenagem urbana nas bacias dos arroios Passo das Pedras e Mangueira. 8. BACIA DO ARROIO CAPIVARA: apresenta o Plano de controle da drenagem urbana na bacia do arroio Capivara. 9. BACIA DO ARROIO CAVALHADA: apresenta o Plano de controle da drenagem urbana na bacia do arroio Cavalhada.

Este volume, que corresponde ao Manual de Drenagem Urbana, deverá ser constantemente atualizado ao longo do tempo.

Manual de drenagem urbana de Porto Alegre

1. Introdução1
1.1 Medidas de controle e impactos do crescimento urbano no sistema de drenagem1
1.2 Plano Diretor de Drenagem Urbana (PDDrU)2
1.3 Manual de Drenagem Urbana2
1.4 Organização do Manual3
2. Princípios do controle da drenagem urbana4
2.1 Impactos na drenagem urbana devidoà atual política de desenvolvimento4
2.1.1 Impactos nas áreas ribeirinhas5
2.1.2 Impactos devido à urbanização5
2.2 Limitações das atuais medidas de controle9
2.3 Princípios do controle da drenagem urbana9
3. Regulamentação12
3.1 Plano Diretor Desenvolvimento Urbano e Ambiental12
3.2 Decreto municipal14
4. Elementos conceituais15
4.1 Sistemas de drenagem15
4.2 Escoamento e condicionantes de projeto15
4.3 Risco e Incerteza16
4.4 Cenários de planejamento e alternativas de controle para projeto18
4.5 Projeto de drenagem urbana19
4.6 Alternativas de controle para a rede de drenagem pluvial20
5. Precipitação2
5.1 Conceitos2
5.2 Precipitação máxima pontual: IDF23
5.3 Distribuição espacial e coeficientes de abatimento24
5.4 Distribuição temporal26
5.4.1 Método dos Blocos Alternados ................................................................................................ 27
6. Controle da drenagem na fonte28
6.1 Dimensionamento da drenagem pluvial na fonte28

Plano Diretor de Drenagem Urbana

6.3 Infiltração e percolação30
6.3.1 Critérios para escolha das estruturas de infiltração ou percolação ......................................... 30
6.3.2 Parâmetros para o dimensionamento das estruturas de infiltração ou percolação ................. 37
6.3.3 Descrição e critérios de projeto para pavimentos permeáveis e sistemas de infiltração em
planos
6.3.4 Descrição e critérios de projeto para sistemas que infiltram na base e nas laterais ................ 48
6.4 Dispositivos de armazenamento64
6.4.1 Determinação da vazão máxima de saída do lote .................................................................... 68
6.4.2 Determinação do volume de armazenamento ......................................................................... 68
6.4.3 Determinação da altura disponível para armazenamento ...................................................... 68
6.4.4 Determinação da seção do descarregador de fundo ................................................................. 69
6.4.5 Dimensionamento do vertedor de excessos ............................................................................. 75
7. Microdrenagem79
7.1 Dados necessários79
7.2 Configuração da drenagem80
7.2.1 Critérios para o traçado da rede pluvial .................................................................................. 80
7.2.2 Componentes da rede hidráulica ............................................................................................. 81
7.2.3 Controle da vazão utilizando amortecimento ......................................................................... 81
7.2.4 Disposição dos componentes ................................................................................................... 83
7.3 Determinação da vazão de projeto para rede de micr

O principal objetivo do Plano Diretor de Drenagem Urbana é criar os mecanismos de gestão da infra-estrutura urbana, relacionados com o escoamento das águas pluviais, dos rios e arroios em áreas urbana. Este planejamento visa evitar perdas econômicas, melhorar as condições de saneamento e qualidade do meio ambiente da cidade, dentro de princípios econômicos, sociais e ambientais definidos pelo Plano Diretor de Desenvolvimento Urbano e Ambiental. O Plano Diretor de Drenagem Urbana (PDDrU) tem como principais produtos:

• Regulamentação dos novos empreendimentos;

• Planos de controle estrutural e não-estrutural para os impactos existentes nas bacias urbanas da cidade;

A Regulamentação consiste de um decreto municipal que estabeleça os critérios básicos para o desenvolvimento da drenagem urbana para novos empreendimentos na cidade. Esta regulamentação tem o objetivo de evitar que os impactos indesejáveis, devidos à implantação da edificação e parcelamento do solo com drenagem inadequada, sejam gerados na cidades.

O Plano de controle estabelece as alternativas de controle de cada bacia da cidade, reduzindo o risco de ocorrência de inundação na mesma. O Manual de Drenagem representa o documento que orienta a implementação dos projetos de drenagem na cidade.

1.3 Manual de Drenagem Urbana

Dentro dos estudos elaborados no Plano Diretor de Drenagem Urbana, foi desenvolvido um manual para orientar os profissionais que planejam e projetam a drenagem urbana, bem como as diretrizes para a ocupação de áreas ribeirinhas.

Os objetivos principais deste manual são as definições dos seguintes critérios:

• Variáveis hidrológicas dos projetos de drenagem urbana na cidade de Porto Alegre; • Alguns elementos hidráulicos;

• Aspectos de ocupação urbana relacionados com a drenagem urbana;

• Legislação e regulamentação associada;

• Critérios de avaliação e controle do impacto da qualidade da água.

Este manual orienta, mas não obriga a utilização dos critérios aqui estabelecidos. Os únicos elementos limitantes são os da legislação pertinente. Cabe ao projetista desenvolver seus projetos dentro do conhecimento existente sobre o assunto, do qual este manual é apenas uma parte.

Manual de drenagem urbana de Porto Alegre

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1.4 Organização do Manual de Drenagem

No segundo capítulo deste manual é apresentada a política de controle da drenagem urbana adotada na cidade de Porto Alegre, iniciando pela identificação dos impactos, limitação das atuais medidas de controle, princípios das medidas de controle desenvolvidas neste plano e as estratégias de ação dentro do mesmo.

No terceiro capítulo é apresentada a regulamentação relacionada com a drenagem urbana.

No quarto capítulo são apresentados os elementos conceituais básicos sobre drenagem urbana. No capítulo seguinte são apresentadas as precipitações características da cidade, com a definição das equações correspondentes. Nos capítulos seis, sete e oito, são apresentados os critérios de dimensionamento e medidas de controle da drenagem urbana na fonte, microdrenagem e macrodrenagem, respectivamente.

A drenagem na fonte corresponde à drenagem do empreendimento dentro de parcelamento existente. A microdrenagem envolve a drenagem de novos parcelamentos, enquanto a macrodrenagem corresponde ao projeto de drenagem de áreas significativas ( > 1 km2) da cidade com vários coletores.

O Manual de Drenagem não esgota o assunto, mas procura antecipar elementos que possam apresentar dificuldades na definição de projeto dentro da concepção do Plano Diretor.

Plano Diretor de Drenagem Urbana

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2. Princípios do controle da drenagem urbana

O planejamento urbano, embora envolva fundamentos interdisciplinares, na prática é realizado dentro de um âmbito mais restrito do conhecimento. O planejamento da ocupação do espaço urbano no Brasil, através do Plano Diretor de Desenvolvimento Urbano e Ambiental não tem considerado aspectos de drenagem urbana e qualidade da água, que trazem grandes transtornos e custos para a sociedade e para o ambiente. Neste capítulo são apresentados:

• os impactos devido às políticas anteriores de desenvolvimento da drenagem urbana no Brasil, baseadas na transferência do fluxo ao longo da cidade;

• os princípios da nova política de controle da drenagem implementada através do Plano Diretor de Drenagem Urbana (PDDU);

• e a estratégia adotada dentro do Plano para atingir as metas de um desenvolvimento urbano sustentável.

2.1 Impactos na drenagem urbana

As inundações em áreas urbanas resultam de dois processos, que podem ocorrer isoladamente ou de forma integrada:

• áreas ribeirinhas: os rios geralmente possuem dois leitos: o leito menor, onde a água escoa na maior parte do tempo; e o leito maior, que é inundado em média a cada 2 anos. O impacto devido à inundação ocorre quando a população ocupa o leito maior do rio, ficando sujeita à enchentes;

• devido à urbanização: ocupação do solo, com conseqüente impermeabilização das superfícies e implementação de rede de drenagem, faz com que aumentem a magnitude das inundações, bem como a sua freqüência. O desenvolvimento urbano pode também produzir obstruções ao escoamento como aterros, pontes, drenagens inadequadas, entupimentos em condutos e assoreamento;

A política na drenagem urbana, que prioriza a simples transferência de escoamento, e a falta de controle da ocupação das áreas ribeirinhas têm produzido impactos significativos que são os seguintes:

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• aumento das vazões máximas (em até 7 vezes, Leopold (1968)) devido à ampliação da capacidade de escoamento de condutos e canais, para comportar os acréscimos de vazão gerados pela impermeabilização das superfícies;

• aumento da produção de sedimentos devido à desproteção das superfícies e a produção de resíduos sólidos (lixo);

• deterioração da qualidade da água superficial e subterrânea devido a lavagem das ruas, transporte de material sólido, contaminação de aqüíferos e as ligações clandestinas de esgoto cloacal e pluvial;

• danos materiais e humanos para a população que ocupa as áreas ribeirinhas sujeitas às inundações;

• impactos que ocorrem devido à forma desorganizada como a infra-estrutura urbana é implantada, podendo ser citadas: pontes e taludes de estradas que obstruem o escoamento; redução de seção do escoamento por aterros; deposição e obstrução de rios, canais e condutos por lixo e sedimentos; projetos e obras de drenagem inadequadas.

2.1.1 Impactos nas áreas ribeirinhas

As inundações ocorrem, principalmente, pelo processo natural, no qual o rio ocupa o seu leito maior, de acordo com os eventos chuvosos extremos (em média com tempo de retorno superior a dois anos). Este tipo de inundação ocorre normalmente em bacias grandes (>500 km2), sendo decorrência de processo natural do ciclo hidrológico. Os impactos sobre a população são causados principalmente pela ocupação inadequada do espaço urbano. Essas condições ocorrem, em geral, devido às seguintes ações:

• como no Plano Diretor de Desenvolvimento Urbano e Ambiental, da quase totalidade das cidades brasileiras, não existe nenhuma restrição quanto ao loteamento de áreas com risco de inundação, a seqüência de anos sem inundações é razão suficiente para que empresários loteiem áreas inadequadas;

• invasão de áreas ribeirinhas, que pertencem ao poder público, pela população de baixa renda;

• ocupação de áreas de médio risco, que são atingidas com freqüência menor, mas que quando o são, provocam prejuízos significativos.

Os principais impactos sobre a população são:

• prejuízos de perdas materiais e humanas; • interrupção da atividade econômica

O desenvolvimento urbano modifica a cobertura vegetal, provocando vários efeitos que alteram os componentes do ciclo hidrológico natural. Com a urbanização, a cobertura da bacia é alterada para pavimentos impermeáveis e são introduzidos condutos para escoamento pluvial, gerando as seguintes modificações no referido ciclo:

• Redução da infiltração no solo;

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• O volume que deixa de infiltrar fica na superfície, aumentando o escoamento superficial.

Além disso, como foram construídos condutos para o esgotamento das águas pluviais, é reduzido o tempo de deslocamento com velocidades maiores. Desta forma as vazões máximas também aumentam, antecipando seus picos no tempo (figura 2.1);

• Com a redução da infiltração, há uma redução do nível do lençol freático por falta de alimentação (principalmente quando a área urbana é muito extensa), reduzindo o escoamento subterrâneo. Em alguns casos, as redes de abastecimento de água e de esgotamento cloacal possuem vazamentos que podem alimentar o aqüíferos, tendo efeito inverso do mencionado, no entanto, podem levar à contaminação do mesmo;

• Devido a substituição da cobertura natural ocorre uma redução da evapotranspiração das folhagens e do solo, já que a superfície urbana não retém água como a cobertura vegetal.

Na figura 2.1 são caracterizadas as alterações no uso do solo devido a urbanização e seu efeito sobre o hidrograma e nos níveis de inundação.

¾ Impacto Ambiental sobre o ecossistema aquático

Com o desenvolvimento urbano, vários elementos antrópicos são introduzidos na bacia hidrográfica e passam a atuar sobre o ambiente. Alguns dos principais problemas são discutidos a seguir:

a) Aumento da Temperatura: As superfícies impermeáveis absorvem parte da energia solar, aumentando a temperatura ambiente, produzindo ilhas de calor na parte central dos centros urbanos, onde predomina o concreto e o asfalto. O asfalto, devido a sua cor, absorve mais energia que as superfícies naturais, e o concreto, à medida que a sua superfície envelhece, tende a escurecer e aumentar a absorção de radiação solar.

para agravar as enchentes urbanas

O aumento da absorção de radiação solar por parte da superfície aumenta a emissão de radiação térmica de volta para o ambiente, gerando o calor. O aumento de temperatura também cria condições de movimento de ar ascendente que pode criar de aumento de precipitação. Silveira (1997) mostra que a região central de Porto Alegre apresenta maior índice pluviométrico que a sua periferia, atribuindo essa tendência à urbanização. Como na área urbana as precipitações críticas mais intensas são as de baixa duração, esta condição contribui b)Aumento de Sedimentos e Material Sólido: Durante o desenvolvimento urbano, o aumento dos sedimentos produzidos na bacia hidrográfica é significativo, devido às construções, limpeza de terrenos para novos loteamentos, construção de ruas, avenidas e rodovias entre outras causas. Na figura 2.2 pode-se observar a tendência de produção de sedimentos de uma bacia nos seus diferentes estágios de desenvolvimento.

As principais conseqüências ambientais da produção de sedimentos são as seguintes:

• assoreamento das seções da drenagem, com redução da capacidade de escoamento de condutos, rios e lagos urbanos. A lagoa da Pampulha é um exemplo de um lago urbano que tem sido assoreado. O arroio Dilúvio em Porto Alegre, devido a sua largura e pequena profundidade, durante as estiagens, tem depositado no canal a produção de sedimentos da bacia e criado vegetação, reduzindo a capacidade de escoamento durante as enchentes;

• transporte de poluentes agregados ao sedimento, que contaminam as águas pluviais.

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Figura 2.1 Características das alterações de uma área rural para urbana (Schueler, 1987)

À medida que a bacia é urbanizada, e a densificação consolidada, a produção de sedimentos pode reduzir (figura 2.2) , mas um outro problema aparece, que é a produção de

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- 8 - lixo. O lixo obstrui ainda mais as redes de drenagem e cria condições ambientais ainda piores. Esse problema somente é minimizado com a adequada freqüência da coleta, educação da população e multas pesadas.

Figura 2.2 Variação da produção de sedimentos em decorrência do desenvolvimento urbano (Dawdy, 1967) c) Qualidade da Água Pluvial: A qualidade da água do pluvial não é melhor que a do efluente de um tratamento secundário. A quantidade de material suspenso na drenagem pluvial é superior à encontrada no esgoto in natura, sendo que esse volume é mais significativo no início das enchentes.

Os esgotos podem ser combinados (cloacal e pluvial num mesmo conduto) ou separados ( rede pluvial e cloacal separadas). No Brasil, a maioria das redes é do segundo tipo; sendo que somente em áreas antigas de algumas cidades ainda existem sistemas combinados. Atualmente, devido à falta de capacidade financeira para ampliação da rede de cloacal, algumas prefeituras têm permitido o uso da rede pluvial para transporte do cloacal. Isso pode ser uma solução inadequada à medida que esse esgoto não é tratado, além de inviabilizar algumas soluções de controle quantitativo do pluvial.

A qualidade da água que escoa na rede pluvial depende de vários fatores: da limpeza urbana e sua freqüência; da intensidade da precipitação, sua distribuição temporal e espacial; da época do ano; e do tipo de uso da área urbana. Os principais indicadores da qualidade da água são os parâmetros que caracterizam a poluição orgânica e a quantidade de metais.

d) Contaminação de aqüíferos: As principais condições de contaminação dos aqüíferos urbanos ocorrem devido aos fatos a seguir mencionados: - Aterros sanitários contaminam as águas subterrâneas pelo processo natural de precipitação e infiltração. Portanto, deve-se evitar que sejam construídos aterros sanitários em áreas de recarga além de procurar escolher as áreas com baixa permeabilidade. Os efeitos da contaminação nas águas subterrâneas devem ser examinados quando é realizada a escolha do local do aterro;

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- Grande parte das cidades brasileiras utilizam fossas sépticas como destino final do esgoto. Esse efluente tende a contaminar a parte superior do aqüífero. Esta contaminação pode comprometer o abastecimento de água urbana quando existe comunicação entre diferentes camadas dos aqüíferos através de percolação e de perfuração inadequada dos poços artesianos; - A rede de condutos de pluviais pode contaminar o solo através de perdas de volume no seu transporte e até por entupimento de trechos da rede que pressionam a água contaminada para fora do sistema de condutos.

2.2 Limitações de algumas medidas de controle

As limitações das medidas de controle, freqüentemente usadas no Brasil, baseadas na transferência de escoamento para controle das inundações urbanas, são caracterizadas a seguir.

¾ Drenagem urbana

que não resolvem o problema, apenas o transferem

A canalização de arroios, rios urbanos ou uso de galerias para transportar rapidamente o escoamento para jusante, priorizando o aumento da capacidade de escoamento de algumas seções, não consideraram os impactos que são transferidos. Este processo produz a ampliação da vazão máxima com duplo prejuízo, fazendo com que haja necessidade de novas construções,

Mesmo considerando que a solução escolhida deva ser a canalização (r

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