drenagem urbana de Águas pluvias: estudo de...

Revista Científica do CEDS (ISSN 2447-0112) – Nº 6 – Jan/Jul-2017 Disponível em: http://www.undb.edu.br/ceds/revistadoceds/

¹Artigo apresentado ao Centro de Estudos em Desenvolvimento Sustentável – CEDS, da

Unidade de Ensino Superior Dom Bosco, São Luís – Maranhão, ano 2017

²Graduando do 10° Período do Curso de Engenharia Civil da Unidade de Ensino Superior Dom

Bosco-UNDB

³ Professor. Dr. Orientador

DRENAGEM URBANA DE ÁGUAS PLUVIAS: ESTUDO DE

MEDIDAS PARA DIMINUIR O PICO DE VAZÃO DA BACIA

HIDROGRÁFICA NA MA-201 NO 7 KM¹

Jackson S. Brusaca²

Prof. Dr. Claudemir G. Santana³

RESUMO: No período chuvoso muitas cidades sofrem com os alagamentos e enchentes, problemas oriundos da intervenção humana no meio ambiente. O crescimento urbano desordenado é um dos fatores que contribui com processo devido impermeabilização do solo, ocasionando a diminuição da infiltração da água no solo e, aumentando o escoamento superficial de águas oriundas das chuvas. Aplicação de pavimentos permeáveis e o uso de trincheiras de infiltração, ambas medidas visam aumentar a taxa de infiltração no solo, assim como as bacias de detenção que retém por tempo determinado o volume excedente de águas decorridos das enchente e alagamentos.

PALAVRAS-CHAVES: Pavimentos permeáveis; Trincheiras de infiltração;

Bacias de detenção.

INTRODUÇÃO

Com o surgimento do homem, nasceu também a necessidade de

interação deste com a natureza, até por uma questão de sobrevivência, pois

dela tiraria tudo que precisava, tanto para se alimentar, como para se proteger

de predadores. A princípio, os homens eram nômades, ou seja, não tinha local

fixo para instalar, sempre buscavam os melhores lugares que proporcionasse

abrigo seguro e alimentação; mas com o passar do tempo deixaram de ser

nômades e fixaram-se em locais para criarem seus animais e construírem seus

abrigos, assim surgiram as primeiras cidades. Ao longo dos séculos, as


cidades evoluíram bastante e junto dessa evolução, surgiram os problemas

urbanos, como principalmente os conhecidos atualmente, como falta de

infraestrutura e falta de saneamento básico.

Muitas cidades sofrem com problemas devido ao crescimento não

planejado, acarretando grandes transtornos para população. Essa falta de

infraestrutura está relacionada às condições básicas como ruas asfaltadas,

transporte coletivo e outros; a falta de saneamento básico, porém está

relacionada ao abastecimento de água tratada, coleta e tratamento de esgoto e

drenagem urbana. Assim, este trabalho deter-se-á na abordagem sobre

drenagem urbana e as consequências decorridas por falta de conservação e

manutenção dessas estruturas; além de apresentar estudo de medidas de

intervenção que objetivam a diminuição dos alagamentos resultantes de tais

problemas.

Neste trabalho foi realizado um estudo de caso sobre os constantes

alagamentos no trecho no quilômetro 7 da rodovia estadual MA-201, mais

conhecida como estrada de Ribamar, no bairro Vila Kiola, esta rodovia tem um

papel fundamental pois liga o Município de São Luís aos municípios de São

José de Ribamar e Paço do Lumiar. Mas apresenta vários trechos com

problema de drenagem.

A priori para estudar os alagamentos desta rodovia que se encontrar

dentro da bacia hidrográfica do Rio Paciência, foi preciso estudar e entender a

dinâmica hidrológica desta bacia hidrográfica através de dados como series

históricas dos índices pluviométricos; sendo possível calcular os parâmetros

hidrológicos como: precipitações mínimas, médias e máximas; escolha do

tempo de retorno, cálculo do tempo de concentração da bacia, construir o

gráfico de intensidade, duração e frequência-IDF das precipitações. Através do

levantamento topográfico foi possível obter a delimitação e a área bacia

hidrográfica; além da declividade do terreno. De posse dessas informações foi

calculada a vazão máxima da bacia utilizando o método racional. Pois esta

pesquisa tem como objetivo principal propor medidas de intervenção visando a

diminuição dos alagamentos no trecho do quilômetro 7 da rodovia estadual MA-

201. Através de medidas de intervenção alternativa que aumente a taxa de

infiltração das águas das chuvas, diminuindo assim o pico de vazão da bacia

hidrográfica do Rio Paciência.


1 REFERENCIAL TEÓRICO

1.1 Bacia Hidrográfica

As bacias hidrográficas são ambientes fundamentais para a

dinâmica da vida, sendo um cenário importante para desenvolvimento de vários

estudos. No decorrer do tempo, vários estudiosos atribuíram conceitos para

definir bacia hidrográfica, sendo assim, temos:

“Bacia Hidrográfica é definida como um conjunto de terras drenadas por um rio e seus afluentes, formada nas regiões mais altas do relevo por divisores de água, onde as águas das chuvas, ou escoam superficialmente formando os riachos e rios, ou infiltram no solo para formação de nascentes e do lençol freático. As águas superficiais escoam para as partes mais baixas do terreno, formando riachos e rios, sendo que as cabeceiras são formadas por riachos que brotam em terrenos íngremes das serras e montanhas e à medida que as águas dos riachos descem, juntam-se a outros riachos, aumentando o volume e formando os primeiros rios, esses pequenos rios continuam seus trajetos recebendo água de outros tributários, formando rios maiores até desembocarem no oceano” (BARRELLA apud TEODOR; FULLER, 2007,p. 138).

Vê-se que a definição de bacia hidrográfica trata de áreas banhadas

por um rio principal e seus afluentes, composta por divisores de água que

alimentam o canal principal, ou infiltram no solo. Estas áreas são importantes

para o desenvolvimento de vários estudos, sendo o estudo hidrológico

fundamental para o dimensionamento de todos os empreendimentos de

natureza hidráulica, as características hidrológicas de uma bacia hidrográfica

são resultados dos aspectos geomorfológicas da bacia, tais como: forma,

relevo, área, geologia, rede de drenagem, solo, tipo da cobertura vegetal. Na

Figura 01 está representado os principais elementos de uma bacia hidrográfica.


Figura 01- Principais elementos de uma bacia hidrográfica

Fonte: IEIJ (2017).

É possível identificar na figura os elementos genéricos para qualquer

bacia hidrográfica tais, como: afluentes, nascentes, lençol freático, divisores de

águas, foz do rio, leito principal entre outros.

1.2 Conceito de Hidrologia

Os dados hidrológicos de uma bacia hidrográfica são essenciais

para qualquer construção hidráulica, sejam elas de pequeno, médio ou grande

porte. Esses dados estão relacionados diretamente com a eficiência e

segurança da construção. Portanto, torna-se fundamental conhecer todas as

características da bacia hidrográfica em estudo para o correto

dimensionamento da obra que se quer construir.

Segundo Jabôr, (2014, p. 15) “A Hidrologia é a ciência trata da água

da terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedades físicas,

químicas e suas relações com o meio ambiente, incluindo suas relações com a

vida”. Logo, tem-se a necessidade do completo entendimento desses

mecanismos hidrológico. O mesmo autor afirma que “A hidrologia hoje é uma

ciência básica cujo conhecimento é imprescindível ao engenheiro, ao

agrônomo, ao ecologista, ao geógrafo, ao geofísico e muitos outros

profissionais”. Jabôr (2014, p. 16) apresenta o ciclo hidrológico apresenta

quatro etapas, descritas abaixo:

Precipitações atmosféricas: chuvas, granizo, neve, orvalho;


Escoamento Subterrâneo: infiltração, água subterrâneas;

Escoamentos Superficiais: córregos, rios e lagos;

Evaporação: na superfície das águas e no solo transpiração;

Durante o ciclo natural da água esta passa por processos físicos de

evapotranspiração dos solos, rios, mares, lagos, plantas, e depois se condensa

e precipita-se em forma de chuva, neve ou granizo.

A forma de precipitação que mais interessa neste trabalho é a

chuva. Segundo Wilken (1978, p.2) “É o resultado do resfriamento de uma

massa de ar ao expandir-se, quando se eleva a temperatura, aumentando

gradativamente a umidade relativa da massa de ar, atingindo a saturação

poderá iniciar-se a formação de nuvens ou mesmo a precipitação”. Conheceras

características dessas chuvas tais, como: intensidade, duração e frequência

são essenciais para o correto dimensionamento de qualquer obra de natureza

hidráulica e, fundamentais para calcular parâmetros como tempo de

concentração, tempo de retorno, chuva de projeto, vazão da bacia hidrográfica

entre outros.

1.3 Tempo de Concentração

Para Jabôr (2014, p. 42). “o tempo de concentração é o intervalo de

tempo entre o início da precipitação e o instante em que toda a bacia contribui

para a vazão na seção de estudo”. Segundo Tomaz (2002, p. 105). “É o

tempo necessário que uma gota de chuva caída no ponto mais distante

percorra todo o percurso até atingir o local de estudo.”

Assim, o tempo de concentração pode ser maior ou menor, se a

bacia em estudo for muito urbanizada, tendo taxas elevadas de

impermeabilização dos solos, provavelmente o tempo de concentração será

menor, aumentando a probabilidade de alagamentos. Em bacias que

apresentam ainda sua cobertura vegetal preservada, o tempo de concentração

será bem maior, diminuindo a possibilidades de enchentes e alagamentos.

Existem diversas fórmulas para calcular o tempo de concentração de

uma bacia hidrográfica, a escolha vai depender do método adotado para o


cálculo de vazão e de características da bacia hidrográficas, tais como: área e

forma da bacia, declividade, cobertura vegetal, grau de impermeabilização do

solo. Estes fatores influenciam diretamente no resultados dos cálculos do

tempo de concentração. Essa escolha é bastante complexa devido aos

inúmeros condicionantes envolvidos, para o DNIT essa dificuldade está

relacionada á variedade de rugosidade e a cobertura vegetal das superfícies

estudadas. Assim, logo merece grande atenção na sua análise, pois essa

escolha influencia significativamente no resultado da descarga de projeto

(DNIT, 2005, p.80).

Para Canholi (2014, p. 115) “outro cuidado que se deve ter ao

determinar o tempo de concentração de bacias urbanas é levar em

consideração que a maioria dos métodos de cálculos existente foram

desenvolvidos a partir de observações e medições experimentais em bacias

rurais.” Assim, por exemplo, quanto mais impermeável for o terreno, menor o

tempo de concentração, o que provavelmente aumentará a chance de

alagamento. Para tanto, ao calcularmos o tempo de concentração deve-se

levar em consideração características como (JABÔR, 2014, p.42):

A forma da Bacia hidrográfica;

A mais adaptável á região de interesse da rodovia;

Se é área urbana ou rural;

A declividade do talvegue, a natural do solo, e recobrimento

vegetal e etc;

Por ser determinado por fórmulas empíricas e ser influenciado pelas

características física da bacia citadas acima, o cálculo do tempo de

concentração apresenta grandes variações, assim:

“Existem uma grande quantidade de fórmulas que fornecem o valor do tempo de concentração [...] a dispersão de resultados entre elas pode ser muito grande, por exemplo, para uma mesma bacia urbana, as diversas fórmulas mostraram valores variando entre 9 a 36 minutos e as vazões de pico para um tempo de retorno de 25 anos, entre 3,3 a 1,8 m³.”( TUCCI,1993, p. 816).


Percebe-se o quanto deve ser criterioso a escolha do tempo de

concentração, haja vista, que usando as diferentes fórmulas para uma mesma

bacia, resultam em valores totalmente divergentes.

1.4 Tempo de Retorno

Toda obra de Engenharia tem uma vida útil de trabalho e

funcionalidade, período de tempo que a obra deve atender as necessidades

para qual foi projetada. Para obras hidráulicas, como: pontes, barragens e de

sistemas de drenagem, um dos critérios de segurança e durabilidade é a

escolha do tempo de recorrência, ou período de recorrência ou tempo retorno,

sendo o intervalo médio em anos que pode ocorrer ou ser superada uma chuva

de determinada intensidade (JABÔR, 2014, p.34).

Período de retorno (T) é o período de tempo médio que determinado

evento hidrológico é igualado ou superado pelo menos uma vez. Segundo

(RIGHETO apud TOMAZ,1998) “É um parâmetro fundamental para a avaliação

e projeto de sistemas hídricos, como reservatórios, canais, vertedores, bueiros,

galerias de águas pluviais, etc”

Esse tempo de retorno significa que num intervalo de tempo,

geralmente em anos, será considerada a maior das precipitações, a qual será

considerada nos cálculos dos projetos, por exemplo, um período de retorno de

25 anos, significa que para uma precipitação de uma determinada intensidade

pode ser igualada ou superada. Segundo (DNIT, 2005, p. 19) “deve ser

considerado ainda que, quanto maior o tempo de recorrência, mais volumoso

será o caudal e, consequentemente, mais onerosa a reconstrução ou

reparação”

“Para obra de Engenharia, a segurança e a durabilidade frequentemente se associam a um tempo de recorrência, cujo significado se refere ao espaço de tempo em anos onde provavelmente ocorrerá um fenômeno de grande magnitude, pelo menos uma vez. No caso dos dispositivos de drenagem, este tempo diz respeito a enchentes de projeto que orientarão o dimensionamento, de modo que a estrutura indicada resista a essas enchentes sem risco de superação, resultando desta forma a designação usual de descarga de projeto” (DNIT, loc. cit.)


O tempo de retorno é escolhido visando á segurança da estrutura

hídrica construída, sendo o inverso da probabilidade de uma chuva de

determinada intensidade ser igualada ou superada em um ano. Desta forma,

quanto maior o tempo de retorno menor a probabilidade de uma determinada

chuva ser superada, ou seja, menores são as chances de ocorrerem uma

chuva de maior intensidade que colocaria a estrutura em risco de romper.

1.5 Chuva de Projeto

É definida como chuva máxima e apresenta características

específicas adotadas nos projetos de obras hidráulicas, essas características

são definidas a partir de uma série histórica de precipitações do local que se

estuda. Segundo Canholi (2014, p. 96). “A chuva de projeto deve ser

representativa de muitos eventos registrados e que tenha as características de

intensidade, volume e duração de uma tormenta de mesma frequência.”

“Quando se dimensiona uma obra de reservação a partir de uma determinada precipitação de projeto, espera-se que, em média, sua capacidade, assim definida, sirva para proteger a bacia contra eventos de mesma recorrência desta precipitação. Neste caso é importante assumir implicitamente algumas hipóteses, tais como: a tormenta de projeto tem um volume equivalente ao da chuva observada com a mesma recorrência; a distribuição temporal da chuva adotada é representativa de uma tormenta ocorrida; o reservatório deve está vazio; e a chuva é considerada uniformemente distribuída na bacia”.(CANHOLI, 2014, p. 96).

A chuva de projeto, nem sempre é a precipitação média e nem

máxima da bacia hidrográfica, pois estar relacionada estritamente com o tempo

de retorno adotado para a obra hidráulica que se pretende construir.

Exemplificando, se para construção de uma pequena ponte for adotado os

tempos retornos 50, 100 e 200 anos respectivamente. Analisando as séries

históricas das precipitações da bacia hidrográfica, definindo as frequências e

probabilidade dessas precipitações, será encontrada uma chuva de certa

intensidade para cada período de retorno adotado, sendo essa chuva definida

como de projeto.

1.6 Métodos Para Cálculos da Vazão de Pico de Uma Bacia Hidrográfica


O cálculo da vazão de pico de uma bacia hidrográfica é o passo

fundamental para o início de qualquer projeto, é através desse cálculo que se

tem uma estimativa do volume de água escoada na bacia em estudo. Uma

forma simples de compreender essa dinâmica é através da construção do

hidrograma da bacia hidrográfica, que é a representação gráfica da variação da

vazão pela variação tempo. Segundo (LINSLEY; KOHLER; PAULHUS apud

TOMAZ 1982), o hidrograma unitário mostra de forma gráfica as características

da bacia e sua tendência a apresentar pontos de alagamentos ou enchentes,

sendo típico para cada bacia.

Segundo Tucci (1995, p. 144) “o hidrograma unitário é a

representação gráfica de uma chuva efetiva unitária, por exemplo, uma chuva

de 1mm ou 1 cm, por isso o método é chamado de Hidrograma Unitário”. Essa

teoria considera que a precipitação efetiva e unitária tem intensidade constante

ao longo de sua duração e distribui-se uniformemente sobre toda a área de

drenagem. Para Canholi (2014, p.119) “Existem diversos processos para a

obtenção de hidrogramas unitários sintéticos, entre eles podemos destacar:

método racional, do Soil Conservation Service, santa barbará, da convolução

continua, e CUHP- colorado Urban Hydrograph”. Mas neste trabalho iremos

destacar somente os métodos mais usados, a saber: o método racional e do

soil conservation service-SCS.

1.6.1 Método Racional

Esse método é o mais usado devido sua facilidade nos cálculos, pois

relaciona a descarga máxima, com a intensidade das precipitações e com a

área bacia, geralmente é indicada para bacias pequenas e tempo de

concentração menor inferior a 20 minutos. (CANHOLI, 2014, p.119).

“O método racional tem sido usado de preferência para bacias de pequena área, mas nada indica que não possa ser aplicada a bacias maiores, como usualmente é usado em projetos rodoviários em outros países. Naturalmente, para bacias maiores torna-se necessário corrigir as precipitações através do fator de redução para a área, uma vez que a distribuição na superfície da bacia não uniforme e por isso é denominado normalmente como fator de distribuição. [...]Para estabelecer o valor da descarga por esse


método, admite-se que a precipitação sobre a área é constante e uniformemente distribuída sobre a superfície da bacia, de qualquer forma o método racional define apenas a descarga máxima e não a forma completa do hidrogramas requerido para alguns casos” (DNIT, 2005, p 123).

Porém, existem divergências entre os estudiosos da hidrologia,

sobre a diferenciação entre pequenas, médias e grandes bacias hidrográficas

(TOMAZ, 2002, p.4). Isso porque esse conceito não está relacionado somente

ao tamanho, mas também ao comportamento e reação da bacia diante das

precipitações, pois nem sempre uma grande precipitação gera uma grande

vazão, basta observar a reação de uma bacia rural e uma urbana de mesmo

tamanho, ambas reagirão de forma deferente.

Na Figura 02, apresentada o gráfico do hidrograma triangular

unitário do método racional, onde o escoamento triangular tc é o tempo de

escoamento máximo e 2tc o tempo total de escoamento.

Figura 02- hidrograma unitário

Fonte: (TOMAZ, 2002, p. 4)

Este método Racional é indicado para pequenas bacias

hidrográficas e para tanto, deve-se considerar que toda a bacia contribui com o

escoamento superficial, que chuva é distribuída uniformemente sobre toda a

área da bacia e todas as perdas estão incorporadas ao coeficiente de

escoamento superficial. Logo, o tempo de duração da tormenta deve ser igual

ou exceder ao tempo de concentração da bacia.

1.6.2 Método do Soil Conservation Service-SCS


O método do SCS (Soil Conservation Service) é mais conhecido e

aplicado nos Estados Unidos. É utilizado principalmente para áreas de bacias

que variam de 3km² a 250km² (TOMAZ, 2002, p.406). O método do SCS

especifica um hidrograma unitário adimensional e foi desenvolvido por Victor

Mockus em 1985 (CANHOLI, 2014, p. 120). Neste método a intensidade da

chuva efetiva é constante e uniforme durante a tormenta que produz o

hidrograma unitário.

“A sua forma representa a média de um grande número de hidrogramas unitários de bacias de diferentes tamanhos e situações geográficas diferentes, dividindo as ordenadas do hidrograma unitário pela sua descarga máxima e as abcissas pelo tempo de ponta Tp, resulta o hidrograma adimensional, cujo o ponto de inflexão no ramo de descida é 1,70 Tp após a chuva unitária e a igual a 5 Tp. [...] o tempo de concentração da bacia é igual ao tempo entre o fim da chuva e o ponto de inflexão do ramo descendente do hidrograma unitário.” (DNIT, 2005, p. 95)

Na figura 03, está representado graficamente o hidrograma do

método SCS e suas principais características tais, como: tempo de ascensão,

tempo de concentração, tempo de retardamento e volume escoado, além das

fórmulas para o cálculo dessas variáveis.

Figura 03- hidrograma do método Soil Conservation Service-SCS

Fonte:( TOMAZ,2002, p. 408)

Sendo:


ta= tempo de ascensão;

tp= tempo de retardamento;

tc=tempo de concentração;

Vesc=volume do escoamento superficial;

tb=base do triangulo;

D= duração da chuva;

1.7 Medidas de Intervenção

As enchentes e os alagamentos são resultados de vários fatores

como a má ocupação e uso do solo e, para amenizar as consequências desses

eventos, existem várias intervenções que podem ser realizadas. Para Canholi

(2014. p 35) “as principais estão relacionadas com a detenção dos

escoamentos superficiais, cuja finalidade principal é reduzir o pico de vazão por

meio do amortecimento conveniente das ondas de cheias, obtidas pelo

armazenamento de parte do volume escoado”.

Segundo (NAKAZONE, 2005, p. 61) Apresenta os princípios de

funcionamento do mecanismo de armazenamento e infiltração; além de mostrar

os benefícios desses dois princípios, como descritos abaixo:

“O armazenamento: promovem a redução do pico das enchentes, através do amortecimento das ondas de cheias pela retenção temporária dos volumes escoados em dispositivos que propiciam acúmulo de água, sem entretanto, na maioria dos casos, reduzir o volume do escoamento superficial, rotineiramente são constituídos por reservatórios que podem ser criados nos mais diversos lugares, com tamanhos e formatos diferentes e constituídos dos variados materiais. A infiltração: promovem a redução dos volumes escoados utilizando dispositivos que criam e facilitam a disposição das águas pluviais no solo, através da utilização de fluxos subterrâneos que ao mesmo tempo armazenam e retardam o escoamento superficial e incrementam a recarga dos lençóis freáticos, podendo, dependendo das condições locais e da intensidade das chuvas, eliminar totalmente o escoamento superficial. Esses dispositivos conseguem ser promulgados em qualquer lugar que possibilite o contato da água com o solo, podendo até mesmo ser constituído pela manutenção da própria permeabilidade da camada superficial do solo”. (NAKAZONE, 2005, p. 61)

Segundo Tomaz (2002, p. 11), “Para o controle de enchentes

existem métodos convencionais e não-convencionais. Os canais, galerias de


águas pluviais são exemplo de obras convencionais”. A detenção das águas de

chuvas em pavimentos porosos, cobertura em telhado plano, detenção em

lotes, são métodos não convencionais, este trabalho visa exatamente a

diminuição do volume escoado. Para tanto, após os estudos será proposta uma

intervenção no trecho escolhido para análise, a fim de diminuir o pico de vazão

da bacia hidrográfica.

1.7.1 Pavimentos permeáveis e pavimentos porosos

Segundo (BUTLER; DAVIES apud LILIANE, 2011), “Entende-se por

pavimento permeável aquele cujo material de fabricação não é

necessariamente poroso, mas que permite a penetração da água entre eles”;

ou seja, a penetração da água ocorre entre os blocos do pavimento, que

podem estar preenchidos por gramas ou outro material que permita essa

infiltração. Já o pavimento poroso, são estruturas que permitem a penetração

da água pelos seus poros (BUTLER; DAVIES apud LILIANE, 2011). “Eles são

constituídos normalmente de concreto ou asfalto convencionais, dos quais

foram retiradas as partículas mais finas, podendo ser construídos sobre

camadas permeáveis, geralmente bases de material granular” (CANHOLI, 2014

p. 48).

Geralmente o material utilizado para construção de pavimentos

permeáveis são blocos de concreto Portland-CBP e concreto asfáltico-CPA.

Segundo (ARAÚJO; GOLDENFUM; TUCCI apud NAKAZONE 2005, p. 69),

apresenta as principais vantagens na utilização dessas estruturas.

“As principais vantagens dos pavimentos permeáveis são a redução ou eliminação das redes de drenagem, preservação do equilíbrio natural das condições hídricas locais, controle das descargas de pico e do volume do escoamento superficial, remoção de poluentes e criação de superfícies mais segura para dirigir, como desvantagens, apresentam um alto risco de entupimento, a necessidade de inspeções regulares e um possível risco de contaminação das águas subterrâneas, além de problemas decorrentes da falta de controle na construção e manutenção, que podem comprometer o desempenho do mesmo”. (ARAÚJO; GOLDENFUM; TUCCI apud NAKAZONE, 2005, p. 69)

Diante dessas informações vê-se uma boa alternativa a utilização de

pavimentos permeáveis na área em estudo visando o aumento da infiltração


das águas das chuvas e consequentemente a diminuição dos alagamentos no

trecho para análise.

1.7.2 Bacias de Detenção e Retenção

São estruturas que objetivam o armazenamento do volume

excedente de águas das chuvas e têm como objetivo principal, “diminuir o pico

das enchentes, por meio do amortecimento das ondas de cheia, obtida pela

redução do volume escoado, entretanto a utilização dessas obras pode ser

associada a outros usos, como recreação e lazer” (CANHOLI, 2014, p.35). A

seguir o mesmo autor apresenta as principais finalidades da instalação de

bacias de detenção e retenção.

“Bacia de retenção são reservatórios de superfície que sempre contêm um volume substancial de água permanente para servir a finalidades recreativas, paisagísticas ou até para abastecimento de água ou outras funções. Já as bacias de detenção, são reservatórios que durante o período de estiagem apresentam-se secas, mas projetadas para reter águas superficiais apenas durante e após as chuvas” (CANHOLI, 2014. p 71).

A seguir é apresentada a diferença entre os princípios de

funcionalidade dos reservatórios, sendo os mais usados os reservatórios de

detenção e retenção.

“Retenção: quando o escoamento é armazenado por longos períodos e não descarregado a jusante durante o evento que o gerou, permanecendo com uma lâmina de água que pode ser utilizada para fins diversos de abastecimento não potável, infiltração local ou paisagístico; Detenção: quando o armazenamento é de curto prazo, normalmente inferior a 24 horas, suficiente apenas para controlar o efeito das cheias a jusante, com vazão de saída inferior ao de entrada e volume efluente igual ao afluente podendo fora dos eventos de cheias, ser utilizados para fins recreativos; Condução: quando o armazenamento é feito de forma transitória, no próprio sistema de drenagem, com utilização de velocidades baixas de escoamento e seções mais amplas;” (NAKAZONE, 2005, p. 61)

Segundo Tomaz (2002, p. 11) “Na aplicação de bacias de detenção,

assim como, qualquer obra de engenharia devemos primeiramente estimar o


volume, as dimensões, os benefícios, os custos e a viabilidade técnica e

financeira da obra”. Desta forma:

“Reservatório de detenção ou piscinão é um reservatório aberto ou fechado que tem por função regular a vazão de saída num valor desejado, de maneira a atenuar os efeitos a jusante da vazão de entrada. Existem também os reservatórios de retenção que têm a função de regularizar a vazão de saída num valor desejado, mas retêm a água um tempo maior que os reservatórios de detenção. [...] Uma maneira prática de se resolver os problemas de enchentes é a construção de reservatório de detenção. O reservatório de detenção reterá a água por um certo tempo evitando os picos de enchentes. As águas pluviais podem escoar para fora do reservatório de detenção por gravidade ou bombas centrífugas” (TOMAZ, p.12. 2002).

A retenção do volume precipitado é por tempo determinado, sendo

que o mesmo voltará ao sistema de drenagem por gravidade ou com a

utilização de sistemas eletromecânicos usando bombas centrífugas. No

período de estiagem, essa área destinada à bacia de detenção por ser usada

como área de lazer, como um campo de futebol, por exemplo. Além de

apresentam várias vantagens, como as citadas por WANIELISTA (1990);

TUCCI (1999); PAKINSON (2003); O´LOUGHLIN (1995); CRUZ; ARAÚJO;

SOUZA (1999) apud NAKAZONE, 2005, p. 100.

“Prevenir impactos adversos do desenvolvimento pela restauração do armazenamento natural perdido; diminuir problemas de inundação localizada; reduzir as vazões máximas de inundação à jusante; reduzir os custos dos sistemas de drenagem à jusante, através da redução das dimensões do sistema de drenagem; controlar problemas de erosão em pequenos tributários através da redução das vazões; aumentar o tempo de resposta do escoamento superficial; melhorar e criar base para controle da qualidade da água; incentivar o reuso e a recarga de aquíferos; melhorar a qualidade paisagística através do aumento de áreas verdes e parques; criar oportunidade de recreação à comunidade; possibilitar a implantação em áreas públicas, tais como praças, parques e quadras; atender características locais com regras simples e efetivas desenvolvidas com base em estudos de modelos, como por exemplo, taxas ou volumes de armazenamento por unidade de área”. (WANIELISTA (1990); TUCCI (1999); PAKINSON (2003); O´LOUGHLIN (1995); CRUZ; ARAÚJO; SOUZA (1999) apud NAKAZONE, 2005, p. 100).

As vantagens apresentadas acima indicam uma excelente

alternativa para amenizar os problemas relacionados aos alagamentos e

enchentes, pois essas estruturas têm capacidade de armazenar grande volume

de águas decorrente de chuvas intensas no período chuvoso.


1.7.3 Trincheiras de infiltração

Segundo Canholi (2014, p. 44) “As trincheiras de infiltração são

feitas a partir do preenchimento com meio granular de uma pequena vala para

a infiltração e detenção do escoamento superficial, apresentam geralmente

largura e profundidade de 1m a 2m e comprimento variável”. As trincheiras

devem ser revestidas com manta geotêxtis com permeabilidade maior que a do

solo, para evitar o fenômeno de piping, seu preenchimento geralmente é feito

material granular com diâmetro aproximado de 40 a 60mm, que resulta em uma

maior porosidade. (Idem, 2014, p. 44).

Figura 04- Trincheira de Infiltração

Fonte: (SOUZA e GOLDENFUM apud NAKAZONE, 1999, p. 75)

Segundo Tomaz (2016, p.14) apresenta os principais critérios

técnicos para instalação de trincheira de infiltração.

“Recomenda-se que a percolação mínima do solo adjacente seja maior ou igual a 15mm/h e menor ou igual a 60mm/h; A profundidade máxima da trincheira sobre rocha ou o lençol freático é de 1,20m; O geosintético a ser assentado na trincheira deverá ser repassado no mínimo uns 30cm;A profundidade da trincheira de infiltração deve ser ajustada para que o tempo máximo de drenagem do volume de runoff seja de 48h, com o mínimo de tempo de 24h; As pedras britadas a serem usadas geralmente é usada pedra britada nº3; A trincheira de infiltração somente deve ser construída quando a área contribuinte estiver estabilizada; A trincheira de infiltração deve ficar no mínimo 6,00m de uma construção; no caso de tubos perfurados, a declividade mínima dos mesmos deve ser de 0,5%; os tubos


perfurados deverão ter diâmetros maiores que 100mm; á montante da trincheira de infiltração, podemos fazer uma faixa de filtro gramada para remover as partículas de diâmetros grandes; deve-se construir uma berma à jusante da trincheira de infiltração com objetivo de se formar uma pequena lagoa sobre a trincheira para assim, aumentar a infiltração”. (TOMAZ, 2016, p.14)

Assim, deve-se seguir todos esses requisitos para que as

trincheiras de infiltração desempenha a função para a qual foi construída.

2 METODOLOGIA

Está pesquisa tem por objetivo estudar, entender e aplicar medidas que

promovam a diminuição do pico de vazão da bacia hidrográfica do Rio

Paciências, visando amenizar os alagamentos do trecho do quilômetro 7 km da

Rodovia Estadual MA-201. Esta pesquisa, quanto a sua natureza, classifica-se

como aplicada, pois propõem medidas para serem aplicadas; quanto ao

procedimento se constitui num estudo de caso, apresentado caráter

exploratória, pois busca entender os princípios e os fatores que agravam o

problema de alagamentos e procura propor aplicação de medidas para

amenizar as consequências desses acontecimentos no trecho em estudo.

A pesquisa bibliográfica é uma etapa fundamental e foi realizada

através do levantamento informações abordada em monografias, teses, livros,

projetos, revistas técnicas, manuais técnicos emitidos por órgãos como o DNIT

e artigos científicos publicados em eventos.

Este trabalho foi desenvolvido obedecendo todos os parâmetros

acadêmicos e científicos e desenvolveu-se da seguinte forma: coletou-se os

dados pluviométricos da bacia hidrográfica do Rio Paciências, através do site

da ANA- Agência Nacional da Água, o levantamento topográfico da área em

estudo para a delimitação da bacia, foram obtidos através dos sites do ZEE-

Zoneamento Ecológico-Econômico do Maranhão, Earth esplorere da Empresa

Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), informações sobre a Rodovia

Estadual MA-201 e do sistema de drenagem desta rodovia na Secretaria de

Infraestrutura do Maranhão-SINFRA.

2.1 ESTUDO DE CASO


Foi escolhido como local de pesquisa o quilômetro 7 da Rodovia

Estadual MA-201, mais conhecida como estrada de Ribamar, que tem a

importante função de ligar o município de São Luís aos município de Paço do

Lumiar e São José de Ribamar. Estende-se por vários quilômetros, tendo início

na forquilha e término no centro da cidade de São José Ribamar. Esta rodovia

apresenta vários pontos de alagamentos, num pequeno trecho de 7 km, por

exemplo; têm-se dois pontos críticos.

O primeiro é no local de encontro entre a rodovia MA-201 e no rio

paciência, rio que dá nome à bacia hidrográfica, que no período chuvoso fica

intransponível devido aos alagamentos. O segundo ponto crítico é no local

escolhido para o estudo de caso, Esse trecho estudado é uma área delimitada

por grandes construções, como: vários condomínios residenciais, áreas

comerciais e shopping, conforme a figura 05.

Figura 05- Área de estudo na rodovia estadual MA-201

Fonte: Google Maps (2017) adaptado pelo autor.

Essa região em estudo, conforme pesquisas realizadas pelo IBGE-

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, cujos resultados são

apresentados nas tabelas 01 e 02, mostram um crescimento populacional e

urbano muito acelerado nos últimos anos, sendo notável o surgimento de

várias construções. Esse crescimento nem sempre é acompanhado de

planejamento, acarretando vários problemas estruturais para a cidade, entre


eles, destacamos os relacionados aos fatores que aceleram a problemática do

sistema de drenagem da região, como: desmatamento das matas ciliares,

trazendo como resultado o assoreamento do rio paciência; aumento na taxa de

impermeabilização dos solos da bacia hidrográfica devido a urbanização,

ocasionando a diminuição da taxa de infiltração das águas no solo e

aumentando o escoamento superficial; aumento na produção lixo, que através

da poluição difusa causa o entupimento e assoreamento do sistema de

drenagem, todos esses fatores agravam e contribuem para os alagamentos do

trecho em estudo.

Tabela 01- crescimento populacional do Município de São José de Ribamar- Censos 1991, 2000 e 2010

Fonte: IBGE, 2016.

Tabela 02- crescimento populacional do Município de Paço do Lumiar- Censos 1991, 2000 e 2010.

Fonte: IBGE, 2016.

Nas imagens 06 e 07 abaixo ratificam esse crescimento urbano na

região da realização desse estudo de caso, essas imagens mostram a

diferença na cobertura vegetal nos anos 2004 e 2016.

POPULAÇÃOPOPULAÇÃO

ANO (1991)

% DO TOTAL

(1991)

POPULAÇÃO

ANO (2000)

% DO

TOTAL

(2000)

POPULAÇÃO

ANO 2010

% DO

TOTAL

(2010)

POPULAÇÃO

ANO 2016

POPULAÇÃO TOTAL 75.174 100 119.263 100 163.045 100 176.008

POPULAÇÃO MASCULINA 37.089 49,34 58.060 48,68 78.683 48,26

POPULAÇÃO FEMININA 38.085 50,56 61.203 51,32 84.362 51,74

POPULAÇÃO URBANA 26.044 34,64 40.280 33,77 37.709 23,13 x

POPULAÇÃO RURAL 49.130 65,36 78.983 66,23 125.336 76,87

POPULAÇÃOPOPULAÇÃO

ANO (1991)

% DO TOTAL

(1991)

POPULAÇÃO

ANO (2000)

% DO

TOTAL

(2000)

POPULAÇÃO

ANO 2010

% DO

TOTAL

(2010)

POPULAÇÃO

ANO 2016

POPULAÇÃO TOTAL 45.456 100 76.950 100 105.121 100 119.915

POPULAÇÃO MASCULINA 21.897 48,17 37.305 48,48 50.910 48,43

POPULAÇÃO FEMININA 23.559 51,83 39.645 51,52 54.211 51,57

POPULAÇÃO URBANA 1.147 2.52 1.188 1.54 78.811 74.97 x

POPULAÇÃO RURAL 44.309 97.48 75.762 98.46 26.310 25.03


Figura 06- Cobertura vegetal da área do estudo de caso- ano 2004.

Fonte: Google maps (2017) adaptado pelo autor

Figura 07-Cobertura vegetal da área do estudo de caso- ano 2016.

FONTE: Google maps (2017) adaptado pelo autor

É notável que no ano de 2004, a cobertura vegetal era expressiva

e, certamente os alagamentos naquele trecho eram pouco frequentes, mas

devido ao crescimento urbano, deu lugar a muitas construções, resultando na

impermeabilização dos solos e sem dúvidas aumentando as ocorrências de

alagamentos.

CONCLUSÃO

As medidas de intervenção alternativas estudadas nesta pesquisa

visam a diminuição do pico de vazão da bacia hidrográfica do Rio Paciências e

baseiam-se no principio da infiltração e armazenamento das águas pluviais,


foram estudadas medidas como: aplicação de pavimentos permeáveis, uso de

trincheiras de infiltração e construção de bacias/reservatórios de detenção.

Dentre medidas estudadas, observou-se há restrições relacionadas

á sua aplicação, pois são indicados somente para estacionamentos, passeios

públicos e onde há baixo tráfego de veículos, pois apresenta baixa capacidade

de suporte e limitações devido a declividade do terreno que deve ser baixa, a

taxa de permeabilização do solo deve ser de no mínimo 7 mm/h e a

profundidade do lençol freático deve está relativamente profundo para que não

haja contaminação do mesmo.

Quanto às bacias de detenção, apresentam vantagens, tais como:

grande capacidade de armazenamento, o que sem dúvidas diminuiria

significativamente os constantes alagamentos no trecho estudado. Apresenta

tempo de vida útil maior, associado a um tempo de retorno maior; além de, no

período de estiagem essas estruturas servirem de área de lazer para a

comunidade podendo servir como campo de futebol, por exemplo. Entretanto,

as desvantagens estão relacionadas á sua manutenção; haja vista, os

mecanismos usados para o retorno do volume d’água armazenado durante as

chuvas para o sistema de drenagem da área, pois caso seja utilizado o sistema

eletromecânicos de bombas hidráulicas, deve-se ter uma constante

preocupação na operação e manutenção das mesmas. O acumulo de

sedimentos é outra desvantagem, provoca o assoreamento e fazendo a bacia

de detenção perder capacidade de armazenamento.

As trincheiras de infiltração, também apresentam as mesmas

vantagens dos pavimentos permeáveis, com o mesmo princípio de

funcionamento que é a infiltração das águas no solo, e são indicadas para

pequenas áreas como estacionamentos, passeios públicos, lotes e outros.Mas

as desvantagens dessas estruturas estão relacionadas á carência de estudos

de longo prazo sobre seu funcionamento, outro ponto negativo é a

predisposição a colmatação, diminuição da eficiência do sistema de infiltração

durante o período chuvoso por causa da saturação do solo. Entretanto, o uso

trincheiras de infiltração mostra-se mais indicados para o local da realização

deste estudo de caso, devido a fatores como: necessidade de menor área para

implantação dessas estruturas, pois são estruturas de menor dimensões,

manutenção relativamente baixa, possibilidade maior de infiltração,permitindo a


diminuição do escoamento superficial e, sem duvidas diminuindo os

alagamentos.

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