MICRODRENAGEM -COSANPA - 2013

A microdrenagem urbana é definida pelo sistema de condutos pluviais em nível de loteamento ou de rede primária urbana. De maneira sintética podemos afirmar que o sistema de microdrenagem (Figura 4) é o primeiro a entrar em contato com as águas de chuva após elas encontrarem o solo.

Figura 4 – Sistema de Microdrenagem (Tucci, 1995)

Em um sistema de microdrenagem, é possível identificar as seguintes estruturas:

- Meio-fio: elemento de pedra ou concreto colocado nos passeios de vias públicas paralelamente ao eixo da rua;

- Sarjetas: faixas da via paralelas ao meio-fio que com ele formam uma calha.

São destinadas a conduzir a água pluvial. Pode-se calcular a capacidade máxima da sarjeta de condução considerando a água escoando apenas por sua seção ou por toda calha da rua;

- Sarjetões: calhas formadas pelo próprio pavimento, localizadas nos cruzamentos das vias públicas e destinadas a direcionar a água pluvial que escoa pela sarjeta;

- Bocas-de-lobo: os dispositivos localizados em pontos estratégicos nas sarjetas para captar águas pluviais e direcioná-las às galerias. Essas estruturas são freqüentemente cobradas em concursos públicos.

Alguns critérios principais de projeto:

o Nos pontos mais baixos do sistema viário devem ser instaladas estruturas denominadas “bocas-de-lobo”;

o Tais estruturas devem ser colocadas de forma a não terem a sua capacidade de engolimento ultrapassadas, bem como respeitar a capacidade da sarjeta. Lembre-se que a vazão conduzida pela sarjeta aumenta durante o escoamento (pois recebe diversas “contribuições” laterais) até que haja uma boca-de-lobo que recolha toda essa água;

o Também as bocas-de-lobo não devem ser instaladas nos vértices das vias, de forma a facilitar a travessia de pedestres e para que não haja a convergência de torrentes.

As bocas-de-lobo podem ser bocas ou ralos de guias, ralos de sarjeta (grelhas), ou ralos combinados. Podem apresentar ainda depressão ou serem colocadas de forma simples ou múltipla (Figura 5).

- Tubos de ligações: são canalizações destinadas à conduzir a água proveniente das bocas-de-lobo até as galerias ou poços de visita;

- Galeria: canalizações públicas usadas para conduzir águas pluviais provenientes das bocas-de-lobo e das ligações privadas. Devem ser projetadas para funcionar à seção plena com a vazão de projeto (seção plena significa a tubulação integralmente coberta por água);

- Poço de visita: dispositivos localizados em pontos convenientes do sistema de galerias para permitirem mudança de direção, mudança de declividade, mudança de diâmetro e inspeção e limpeza das canalizações. Se a diferença entre a tubulação afluente e efluente for maior que 0,70m, o poço de visita será denominado poço de queda.

- Caixas de ligação: Função similar à do poço de visita, mas não permite visitação;

- Trecho: parte da galeria entre dois poços de visita;

- Estações de bombeamento e condutos forçados: conjunto de obras e equipamentos destinados a retirar água de um canal de drenagem, quando isso não for possível por gravidade.

Para o adequado dimensionamento dessas estruturas de transporte da água é o primeiro passo é a determinação da vazão máxima de projeto.

Temos que lembrar primeiramente que a precipitação (chuva) é um fenômeno aleatório. Por outro lado, a vazão em um instante de tempo qualquer, em determinada seção de uma calha condutora de água NÃO é aleatória e pode ser determinada em função de uma série de parâmetros, tais como: precipitação que no mesmo instante de tempo da vazão, precipitação em tempos antecedentes (chuvas nos dias anteriores), geologia, topografia, cobertura vegetal, estação do ano, contribuição subterrânea, obras no curso d’água, dentre outros.

O denominado “método racional” é bastante utilizado para determinar a vazão máxima de projeto para bacias pequenas (< 3 km2). Essa restrição quanto ao tamanho da bacia é devido ao fato de que, em bacias menores: (1) a chuva pode ser considerada uniformemente distribuída no tempo e no espaço e (2) o processo de amortecimento das vazões a montante é desprezível. Essas considerações podem ser consideradas condições de validade do método racional. Além disso, tal método tem como premissas (hipóteses aceitas como verdadeiras):

- A duração da precipitação máxima de projeto é igual ao “tempo de concentração” da bacia;

- Adota coeficiente único de perdas de água;

- Não avalia o volume de cheias e nem a distribuição temporal das vazões.

A vazão máxima é dada por:

Q=0,278.C.I.A, onde:

Q= vazão máxima estimada (m³/s);

C = coeficiente de perdas, adimensional;

I = intensidade da precipitação (mm/h);

A = área de contribuição (km²)

Além do método racional, a literatura especializada descreve dezenas de “fórmulas empíricas” (obtidas de experiências práticas). Podem ser de 2 tipos:

(a) vazões em função da área da bacia; ou (b) vazões em função da precipitação. Apenas para ilustrar, apresentamos as seguintes fórmulas:

• Tipo (a): Q = {[600/(A+10)]+1}.A, válida para A < 1000 km²;

• Tipo (b): Q = K.h.[(A^1,25) / (L^1,25)], onde Q = vazão com Tempo de Retorno – TR - de 100 anos; K varia de 310 (para áreas úmidas) a 40 (áreas áridas), h = precipitação de 1 dia com TR 100 anos.

A literatura preconiza que as estruturas de microdrenagem podem ser projetadas para o escoamento de vazões de 2 a 10 anos de Tempo de Retorno (TR), também chamada de Tempo de Recorrência.

O Tempo de Retorno é um conceito importante e que deve ser bem entendido. A definição mais completa e comumente aceita é: Tempo de Retorno é o intervalo médio de anos, dentro do qual, um evento hidrológico (por exemplo, uma cheia de magnitude Q0) é igualado ou superado em média uma vez, em um ano qualquer. Se P é a probabilidade desse evento ocorrer ou ser superado em um ano qualquer, tem-se a relação T = 1 / P.

Algumas pessoas acham que se uma vazão com tempo de retorno de 10 anos (TR 10 anos) ocorre HOJE, isto significa dizer que outra vazão igual ou maior SOMENTE ocorrerá daqui a mais 10 anos... Isto NÃO é verdade pessoal!!!

Temos que entender que o conceito de tempo de recorrência é ESTATÍSTICO e,  portanto, há um erro implícito nos valores calculados, pois os mesmos são tomados com base em uma amostra histórica limitada. O erro é tão maior quanto mais limitado for o nosso histórico medido.

Por exemplo, em projetos do setor elétrico, temos que as vazões medidas mais antigas (e confiáveis) datam do final da década de 20. Ou seja, nosso histórico de vazões no país possui extensão máxima inferior a 90 anos. Então como é possível que o vertedouro de uma usina hidrelétrica seja projetado para vazões de TR 10.000 anos se nenhum ser humano registrou uma vazão medida há 10.000 anos atrás? Ora, porque a vazão é determinada com base em uma fórmula que considera a probabilidade de ocorrência da vazão, mas que não dá certeza nenhuma de que ela de fato irá ocorrer.

E se, por exemplo, tivéssemos uma amostra limitada de 1.000 vazões diárias medidas e quiséssemos saber qual seria o tempo de retorno associado a uma vazão de, digamos, 10 m³/s ? Para termos uma estimativa VÁLIDA APENAS PARA A AMOSTRA SELECIONADA bastaria contarmos quantos elementos são iguais ou superiores aos 10 m³/s e dividirmos pelo tamanho total da amostra (1.000) teríamos uma “frequência” (F) com que esse evento excepcional ocorreu. Por exemplo, se 25 vazões foram superiores a 10 m³/s, F= 25/1.000 = 0,025, ou 2,5%. Dessa forma, teríamos que TR = 1/F = 1/0,025 = 40 anos.

Para amostras muito grandes, digamos, com 30 anos de dados de vazões diárias, ou seja, uma amostra com 10.950 elementos ( = 30 anos x 365 dias/ano), podemos supor que a “amostra” é representativa em relação à “população” de dados (a “população” no caso seria toda e qualquer vazão diária possível de ocorrer). Logo, a freqüência (F) com que o evento ocorre na amostra

pode ser tomada como a probabilidade (P) desse evento ocorrer para qualquer situação possível e, portanto, temos a fórmula já mencionada: TR = 1/P.

Mas porque é necessário calcular uma vazão máxima associada a um tempo de retorno?

Ora, convenhamos que para os não-engenheiros o conceito de Tempo de Retorno é bem mais compreensível do que toda aquelas conversa sobre “amostra”, “população”, “probabilidade” etc., certo?

É muito mais fácil convencer um tomador de decisão (um Secretário de Obras, um Prefeito, um Governador, um Ministro de Estado) de que um determinado sistema de drenagem projetado irá resistir a cheias que ocorrerão, em média, a cada 5 anos, mas que a cada 10 anos, por exemplo, o sistema pode falhar e então haverá inundações que trarão prejuízos à população. Bem, perfeito...
Então porque não projetar e construir logo todo o sistema de drenagem para resistir uma vazão de tempo de retorno de 100 anos, 1.000 anos, 10.000 anos, 1.000.000.000 de anos???
A resposta é simples, quanto maior a cheia de projeto, maior devem ser as dimensões da sarjeta, da boca-de-lobo, das canalizações... Eventualmente pode ser inviável tecnicamente ter uma dessas estruturas com grandes dimensões...
Imagine por exemplo uma sarjeta para escoar uma vazão infinita, mas que ocupe metade do espaço da rua para isso!!! No entanto, maior impeditivo provavelmente não será uma questão de ordem técnica, mas sim o CUSTO do sistema para levar essa vazão em segurança para longe da cidade!
É muito comum se trabalhar com mais de uma alternativa quando são elaborados estudos de viabilidade técnica e econômica de projetos. Pode-se, por exemplo, realizar uma avaliação expedita (sem muito rigor, simplificada), cotejando os custos de sistemas para atender a vazões de TRs 2, 5 ou 10 anos e os prejuízos advindos de enchentes para cada uma das alternativas. Como regra geral, em regiões onde a ocupação humana é menos densa, onde uma eventual cheia não atinja indústrias, casa comerciais, residências, os tempos de retorno adotados podem ser menores (2 a 5 anos para microdrenagem). Por outro lado, em situações onde haja grande densidade de pessoas, com possibilidade real de prejuízos diversos à população, são adotados TRs maiores (da ordem de 10 anos).