JARDIM DE CHUVA: SISTEMA DE BIORRETENÇÃO COMO … · Ao meu padrinho e avô Ermiro Moisés de...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS

PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

TECNOLOGIA AMBIENTAL E RECURSOS HÍDRICOS

JARDIM DE CHUVA: SISTEMA DE BIORRETENÇÃO COMO

TÉCNICA COMPENSATÓRIA NO MANEJO DE ÁGUAS

PLUVIAIS URBANAS

Mestranda

Tássia dos Anjos Tenório de Melo

Orientador

Prof. Dr. Jaime Joaquim da Silva Pereira Cabral

Recife - PE

Agosto de 2011

TÁSSIA DOS ANJOS TENÓRIO DE MELO

Arquiteta e Urbanista, Universidade Federal de Alagoas, 2009

JARDIM DE CHUVA: SISTEMA DE BIORRETENÇÃO COMO

TÉCNICA COMPENSATÓRIA NO MANEJO DE ÁGUAS

PLUVIAIS URBANAS

Recife - PE

Agosto de 2011

Dissertação apresentada ao Programa de

Pós-Graduação em Engenharia Civil,

orientada pelo Prof. Dr. Jaime Joaquim

da Silva Pereira Cabral, como parte dos

requisitos para obtenção do grau de

Mestre em Engenharia Civil.

Catalogação na fonte

Bibliotecário Marcos Aurélio Soares da Silva, CRB-4 / 1175

M528j Melo, Tássia dos Anjos Tenório de.

Jardim da chuva: sistema de biorretenção como técnica

compensatória no manejo de águas pluviais urbanas / Tássia

dos Anjos Tenório de Melo. - Recife: O Autor, 2011.

xxii, 178 folhas, il., gráfs., tabs.

Orientador: Prof. Dr. Jaime Joaquim da Silva P. Cabral. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de

Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Civil, 2011.

Inclui Referências e Anexos.

1. Engenharia Civil. 2.Manejo de Águas Pluviais.

3.Técnica Compensatória. 4.Retenção. I.Cabral, Jaime Joaquim

da Silva P. (Orientador). II. Título.

UFPE

624 CDD (22. ed.) BCTG/2011-196

A minha família. Em especial ao meu

padrinho e avô Ermiro (in memorian) e,

minha querida e amada tia Kátia Lanuza

(in memorian).

AGRADECIMENTOS

A Deus.

A minha família, principalmente, a minha querida mãe, Sônia, por estar sempre presente na

minha caminhada, e ao meu pai, Ederson, pelas suas palavras de incentivo. Aos meus irmãos

pela compreensão e colaboração nos momentos mais difíceis.

Ao meu padrinho e avô Ermiro Moisés de Melo (in memorian), exemplo de bondade, carinho

e amizade; e minha tia Kátia Lanuza Gomes dos Anjos (in memorian), pelo exemplo de força,

luta e vida. Obrigada vô e tia-mãe por todos os ensinamentos e amor. Saudades eternas.

As minhas queridas avós Daniva, pelo acolhimento em seu lar, possibilitando minha formação

como Arquiteta e Urbanista e, Dulce, pelos momentos de tranquilidade, serenidade e conforto.

Ao professor Jaime Cabral, pela orientação, amizade e confiança depositada em mim para o

desenvolvimento deste trabalho.

Aos amigos especiais de sala e companheiros diários, Albert Einsten, por suas palavras de

incentivo e credibilidade; ao queridíssimo Arthur Coutinho, pela preocupação, dedicação,

auxílio e co-orientação em todos os momentos deste trabalho e; a Tatiane Veras, amiga

iluminada e sempre presente nesta jornada, principalmente nos momentos mais árduos.

Obrigada amigos, pelo maravilhoso convívio e aprendizado.

Aos colegas da Pós-Graduação em Engenharia Civil, pelo incentivo, colaboração e momentos

de descontração, principalmente a Júlio Brito, pela preocupação e cooperação nos trabalhos

de campo, principalmente na fase final deste trabalho.

Aos Amigos Rafaela Matos, Cléber Albuquerque, Roberto Omena e Fernanda Magalhães,

pela amizade, força e carinho.

Aos professores da Pós-Graduação pelos ensinamentos, colaboração e conhecimentos

transmitidos, os quais foram essenciais para o desenvolvimento desta pesquisa.

Ao DEN/UFPE (Departamento de Energia Nuclear), por disponibilizar o Laboratório de Solos

para a realização das análises de solo e, ao técnico do laboratório e amigo Cássio, pelos

incansáveis dias, inclusive sábados e domingos, dedicados ao desenvolvimento deste trabalho.

Aos professores componentes da banca avaliadora, Vladimir Caramori e Roberto Azevedo,

pelas críticas e sugestões apresentadas, as quais foram essenciais para o enriquecimento deste

trabalho.

A CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pela concessão

da bolsa de mestrado.

RESUMO


JARDIM DE CHUVA: SISTEMA DE BIORRETENÇÃO COMO TÉCNICA

COMPENSATÓRIA NO MANEJO DE ÁGUAS PLUVIAIS URBANAS

A drenagem urbana, antes conceituada no rápido escoamento das águas pluviais, tem-se

apresentado insustentável no meio urbano. Desse modo, não se trata mais de trabalhar esse

sistema isolado, mas sim, integrar todo o sistema das águas urbanas, realizando um manejo

eficaz e adequado desde o início do evento de precipitação. A partir disso, algumas

alternativas estão sendo desenvolvidas, a fim de compensar os impactos negativos que

ocorrem nas áreas urbanas, como alagamentos e inundações. Este trabalho apresenta um

estudo experimental de uma técnica ainda pouco difundida nacionalmente, o jardim de chuva.

Trata-se de um dispositivo do tipo controle na fonte, baseado no sistema de biorretenção e na

desconexão das áreas impermeáveis, que possui como principais funções a retenção,

infiltração e a filtração das águas advindas do escoamento urbano. Foi instalado um jardim de

chuva piloto na Universidade Federal de Pernambuco, para analisar seu desempenho em

relação às funções de retenção e infiltração e como estrutura capaz de armazenar água em seu

interior. O período de monitoramento foi dividido em duas etapas, onde foram selecionados

quatro eventos para análise. A primeira considerou somente a precipitação direta e, a segunda,

a soma da precipitação direta com os volumes advindos de uma área impermeável – telhado.

A função de retenção foi analisada a partir da capacidade do experimento reter o máximo de

água em sua superfície – charco, a fim de que os mesmos sejam retidos na própria fonte

geradora. Já a função de infiltração foi analisada comparando a capacidade de infiltração do

solo natural com o jardim de chuva, diante do comportamento dos eventos selecionados. Já a

função de armazenamento foi avaliada de acordo com as alturas da coluna d’água armazenada

no interior do experimento. A função de retenção se mostrou eficiente para os períodos de

precipitação direta, diferentemente do ocorrido quando se adiciona os volumes gerados pelo

escoamento superficial, o qual apresentou valores de extravasamento bastante elevados ,. Em

relação a função de infiltração, pode-se afirmar a eficiência do jardim de chuva piloto em

relação ao solo natural, devido as elevadas taxas de infiltração registradas nos ensaios de

infiltração realizados na superfície do experimento. Já na função de armazenamento, o

experimento apresentou resultados excelentes, onde mesmo que as águas se infiltrem com

dificuldade no solo abaixo do experimento, devido às condições de saturação, o jardim de

chuva é capaz de armazenar os volumes em seu interior. Enfim, o jardim de chuva instalado

mostrou-se eficiente e adequado como uma técnica compensatória para auxiliar no manejo

das águas pluviais, principalmente águas advindas de superfícies impermeáveis.

Palavras chave: manejo de águas pluviais, técnica compensatória, retenção, infiltração e

armazenamento.

ABSTRACT


RAIN GARDEN: BIORETENTION SYSTEM AS COMPENSATORY

TECHNIQUE IN THE URBAN STORMWATER MANAGEMENT

Urban drainage was formerly, conceived as the rapid runoff of rainwater, has had presenting

unsustainable in the urban environment. Thus, it is no longer working this isolated system, but

to integrate all urban water system, performing an effective and appropriate management

since the beginning of rainfall event. Some alternatives are being developed to compensate

the negative impacts that occur in urban areas, such as waterlogging and flooding. This paper

presents an experimental study of a technique still little known in Brazil, the rain garden. It is

a source control type device, based on a bioretention system and an a disconnection of

impervious areas. Rain garden has a main functions the retention, infiltration and filtration f

water coming from urban runoff. A pilot rain garden was installed at the Federal University of

Pernambuco, to analyze its performance about the functions of infiltration, retention and like

as structure capable to stocking water inside. The monitoring period was divided into two

stages, in which four events were selected for analysis. The first considered only the direct

precipitation and the second, the direct precipitation added to the volumes coming from an

impervious area – roof. The retention function was analyzed from the ability of the

experiment retains the maximum of the water on its surface – the pond, so that they will be

withheld at the generating source. The infiltration function was analyzed by comparing the

infiltration capacity of the natural soil with rain garden, at the behavior of the selected events.

The storage function was assessed according to the heights of the water column stored inside

the experiment. The retention showed efficient for the periods of precipitation directly,

differently what occurred when added the volumes by runoff, which presented overflow

values very high. Regarding the infiltration function, can affirm the efficiency of the pilot rain

garden about the natural soil, due to rates high at recorded infiltration at the infiltration tests

on the surface of the experiment. At the storage function, the experiment showed excellent

results, where even that water has difficult to infiltrate into the soil below the experiment, due

to saturation conditions, the rain garden is able to store the volumes inside. So, the rain garden

installed proved to be efficient and appropriate as compensatory technique to assist in the

rainwater management, especially for water that come from impervious surfaces.

Keywords: Rainwater management, compensatory technique, retention, infiltration and

storage

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Alterações nos hidrogramas de vazão decorrente do processo de urbanização não

planejado e do aumento das superfícies impermeáveis. Figura da autora. ................................. 7

Figura 2 – Consequências de uma urbanização não planejada. .................................................. 8

Figura 3 – Classificação das técnicas compensatórias para o manejo de águas pluviais. ........ 12

Figura 4 – Pavimento permeável de concreto ou asfalto poroso. Figura da autora. ................. 14

Figura 5 – Pavimento permeável de blocos de concreto vazados preenchidos com grama.

Figura da autora. ....................................................................................................................... 14

Figura 6 – Trincheira de infiltração. Figura da autora. ............................................................. 16

Figura 7 – Teto Verde. .............................................................................................................. 18

Figura 8 – Escoamento em coberta tradicional e em telhado verde. ........................................ 19

Figura 9 – Sistemas de biorretenção em vias e estacionamentos em Melbourne (Austrália). . 21

Figura 10 – Sistemas de biorretenção em praças e passeios em Melbourne (Austrália). ......... 21

Figura 11 – Curvas de capacidade e taxas de infiltração. ......................................................... 23

Figura 12 – Classificação das partículas do solo – ABNT, USDA e ISSC, respectivamente. . 24

Figura 13 – Medida de potencial gravitacional. ....................................................................... 27

Figura 14 – Medida de potencial de pressão, através do tubo piezométrico. ........................... 27

Figura 15 – Curva de retenção da água no solo. ....................................................................... 28

Figura 16 – Jardim de Chuva. ................................................................................................... 33

Figura 17 – Estrutura de um jardim de chuva mostrando as diversas camadas. ...................... 38

Figura 18 – Esquema do jardim de chuva mostrando a detenção (retenção) da água e posterior

liberação pelos drenos. Adaptado pela autora. ......................................................................... 39

Figura 19 – Esquema do jardim de chuva mostrando a recarga do aquífero e a combinação da

recarga do aquífero com a liberação parcial pelos drenos. Adaptado pela autora. ................... 39

Figura 20 – Representações dos jardins de chuva aplicados em alguns estudos. ..................... 41

Figura 21 – Localização da cidade de Recife. .......................................................................... 47

Figura 22 – Temperaturas históricas mensais e média anual de Recife. .................................. 48

Figura 23 – Precipitações históricas mensais e média anual de Recife. ................................... 48

Figura 24 – Localização do CTG e Galpão de Hidráulica no Campus da UFPE. .................... 50

Figura 25 – Localização do Jardim de Chuva Piloto em relação ao Galpão de Hidráulica. .... 50

Figura 26 – Planta de Coberta do Laboratório de Hidráulica destacando a área da superfície

impermeável em estudo. ........................................................................................................... 51

Figura 27 – Direção do escoamento superficial ....................................................................... 51

Figura 28 – Identificação de SN e SNJ. Medidas em centímetros. .......................................... 52

Figura 29 – Classificação textural dos solos proposto pela USDA. ......................................... 53

Figura 30 – Misturas; agitador mecânico; agitação manual e; monitoramento. ....................... 54

Figura 31 – Estufa para secagem das amostras e peneirador mecânico para solo. .................. 55

Figura 32 – Gráficos das frações das partículas em SN e SNJ. ................................................ 55

Figura 33 – Esquema do ensaio de infiltração. ......................................................................... 63

Figura 34 – Movimento da água saindo do jardim de chuva piloto e se infiltrando no solo

acordo com a 1º e 2º hipótese. .................................................................................................. 63

Figura 35 – Camadas do jardim de chuva piloto construído na área experimental em Recife. 66

Figura 36 – Etapas da construção do jardim de chuva piloto: areia, brita, geotêxtil e substrato

e cobertura vegetal. ................................................................................................................... 68

Figura 37 – Disposição da cobertura vegetal no jardim de chuva piloto. ................................ 68

Figura 38 – Pluviômetro registrado instalado próximo ai jardim de chuva piloto. .................. 69

Figura 39 – Dimensões da calha e calha já executada, antes de ser instalada no local. ........... 72

Figura 40 – Conjunto para captação das águas do telhado do Laboratório de Hidráulica da

UFPE. ....................................................................................................................................... 72

Figura 41 – Piezômetro. ........................................................................................................... 74

Figura 42 – Disposição dos tensiômetros em relação ao piezômetro. ...................................... 75

Figura 43 – Perfis do piezômetro e dos tensiômetros instalados a diversas profundidades no

jardim de chuva piloto e, modelo de tensiômetro utilizado. ..................................................... 75

Figura 44 – Equipamentos instalados para análise do movimento da água no jardim de chuva

piloto. ........................................................................................................................................ 76

Figura 45 – Precipitação pluviométrica monitorada na área de estudo experimental no período

de 11/04 a 11/07/11. ................................................................................................................. 79

Figura 46 – Precipitação diária e eventos selecionados – 11/04 a 01/06/11. ........................... 80

Figura 47 – Precipitação diária e eventos selecionados – 02/06 a 11/07/11. ........................... 81

Figura 48 – Ajuste da curva da taxa de infiltração a Equação de Horton. ............................... 82

Figura 49 – Localização dos pontos dos ensaios de infiltração na superfície do jardim de

chuva piloto. ............................................................................................................................. 84

Figura 50 – Distribuição da precipitação – 30/04/11. .............................................................. 85

Figura 51 – Precipitação, volumes precipitados e de retenção para o solo natural – 30/04/11.

.................................................................................................................................................. 86

Figura 52 – Infiltração no solo natural – 30/04/11. .................................................................. 87



.................................................................................................................................................. 89

Figura 55 – Infiltração no solo natural – 19/04/11. .................................................................. 90



.................................................................................................................................................. 92

Figura 58 – Infiltração para SN – 16/06/11. ............................................................................. 93

Figura 59 – Armazenamento – 16/06/11. ................................................................................. 94


Figura 61 – Retenção – 21/06/11. ............................................................................................. 97

Figura 62 – Infiltração – 21/06/11. ........................................................................................... 98

Figura 63 – Armazenamento – 21/06/11. ................................................................................. 99

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 – Limitações, vantagens e desvantagens dos pavimentos permeáveis. .................... 15

Quadro 2 – Vantagens e considerações da trincheira de infiltração. ........................................ 16

Quadro 3 – Vantagens e considerações do telhado verde. ....................................................... 19

Quadro 4 – Vantagens e considerações dos sistemas de biorretenção. .................................... 21

Quadro 5 – Aspectos gerais adotados no projeto do jardim de chuva. ..................................... 37

Quadro 6 – Custos de projeto do jardim de chuva, cinturão verde e pavimento permeável. ... 38

Quadro 7 – Quadro apresentando os processos que ocorrem no sistema de biorretenção. ...... 42

Quadro 8 – Quadro das pesquisas sobre filtração em jardins de chuva. .................................. 45

Quadro 9 – Valores do coeficiente de escoamento (C) baseado no tipo de superfície. ............ 62

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Tabela de classificação textural das camadas de SN e SNJ.................................... 55

Tabela 2 – SN – curva granulométrica das camadas do tipo Franco Argilo Arenoso. ............. 56

Tabela 3 – SN – curva granulométrica das camadas do tipo Franco Arenoso. ........................ 56

Tabela 4 – SN – curva granulométrica das camadas do tipo Franco. ....................................... 57

Tabela 5 – SNJ – curva granulométrica da camada do tipo Franco Argilo Arenoso. .............. 57

Tabela 6 – SNJ – curva granulométrica das camadas do tipo Franco Arenoso........................ 58

Tabela 7 – Cálculo da interpolação para determinar a altura da camada de brita. ................... 65

Tabela 8 – Alturas de brita para os tempos de retorno de 2, 5 e 10 anos. ................................ 65

Tabela 9 – Caracterização da cobertura vegetal ....................................................................... 68

Tabela 10 – Relações para dimensionamento da calha. ........................................................... 71

Tabela 11 – Descrição dos tensiômetros utilizados. ................................................................. 74

Tabela 12 – Parâmetros de ajustes da equação de Horton para o solo natural. ........................ 82

Tabela 13 – Tempos de infiltração e a taxa de infiltração no jardim de chuva piloto. ............. 84

Tabela 14 – Comparação da infiltração no solo natural e jardim de chuva piloto – 30/04/11 . 88

Tabela 15 – Comparação da infiltração no solo natural e jardim de chuva piloto – 19/04/11. 91


Tabela 17 – Relação entre a precipitação e níveis piezométricos – 16/06/11. ......................... 95

Tabela 18 – Relação entre a precipitação e os volumes armazenados – 16/06/11. .................. 95


Tabela 20 – Relação entre a precipitação e níveis piezométricos – 21/06/11. ....................... 100

Tabela 21 – Relação entre a precipitação e os volumes armazenados – 21/06/11. ................ 100

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 1 – Densidade das partículas ...................................................................................... 24

Equação 2 – Densidade do solo ................................................................................................ 25

Equação 3 – Porosidade do solo ............................................................................................... 25

Equação 4 – Condutividade hidráulica do solo ........................................................................ 25

Equação 5 – Umidade mássica ................................................................................................. 26

Equação 6 – Umidade Volumétrica .......................................................................................... 26

Equação 7 – Grau de saturação do solo .................................................................................... 28

Equação 8 – Equação de Darcy ................................................................................................ 29

Equação 9 – Equação de Darcy-Buckingham .......................................................................... 30

Equação 10 – Equação de Van Genuchten ............................................................................... 30

Equação 11 – Equação de Horton ............................................................................................ 31

Equação 12 – Equação do volume de infiltração ..................................................................... 32

Equação 13 – Equação do volume infiltrado ............................................................................ 32

Equação 14 – Porosidade Livre da água ................................................................................... 32

Equação 15 – Balanço Hídrico com tc insignificante ............................................................... 44

Equação 16 – Balanço Hídrico ................................................................................................. 44

Equação 17 – Equação de Richards .......................................................................................... 45

Equação 18 – Equações idf da FIDEM, 1979. ......................................................................... 60

Equação 19 – Equações idf de RAMOS & AZEVEDO, 2010. ................................................ 60

Equação 20 – Método Racional ................................................................................................ 61

Equação 21 – Equação do Volume de Entrada ........................................................................ 62

Equação 22 – Variação do volume no dispositivo baseado nos volumes de entrada e saída ... 63

Equação 23 – Volume de saída................................................................................................. 64

Equação 24 – Variação do volume no dispositivo baseado nos volumes de brita e areia ........ 64

Equação 25 – Altura de brita – 1º hipótese .............................................................................. 64



Equação 28 – Volume da PD. ................................................................................................... 70

Equação 29 – Volume da PDE. ................................................................................................ 70

Equação 30 – Equação de Manning. ........................................................................................ 71

Equação 31 – Equação de dimensionamento da calha. ............................................................ 71

Equação 32 – Potencial Matricial. ............................................................................................ 76

Equação 33 – Ajuste da Equação de Horton para o solo natural. ............................................. 82

Equação 34 – Ajuste da Equação de Horton para o solo natural. ............................................. 82

Equação 35 – Volume infiltrado para o solo natural. ............................................................... 83

LISTA DE SÍMBOLOS

Área molhada

Variação do armazenamento (volume)

A Área da superfície impermeável

ATELHADO Área do telhado

B Largura da base do jardim de chuva piloto

C Coeficiente de escoamento superficial

Cu Cobre

H Potencial matricial

HB Altura da camada de brita

HCHUVA Altura da chuva (lâmina precipitada)

i, I Intensidade de precipitação

If Taxa de infiltração final

Ii Taxa de infiltração inicial

It Taxa de infiltração no tempo

K Condutividade hidráulica

L Comprimento da base do jardim piloto

Lc Relação entre a área do jardim da chuva e área de superfície impermeável

P Precipitação

Pb Chumbo

Q Vazão

QIN Balanço total

QINFILTRATION Vazão de infiltração

QRAIN Vazão precipitada

QRUNOFF Vazão de extravasamento

QRUNON Vazão de entrada

RG Referência gravitacional

Rh Raio hidráulico

S Grau de saturação do solo

SR Saturação relativa do solo

T Tempo de Retorno

TN Nitrogênio total

TP Fósforo total

TSS Sólidos suspensos totais

VA Volume da fração líquida no solo

VENTRADA Volume de entrada

VPD Volume da precipitação direta

VPDE Volume da precipitação direta somada ao escoamento superficial do telhado

VS Volume da fração sólida no solo

VSAÍDA Volume de saída

VT Volume total de solo

VV Volume total de vazios no solo

Zn Zinco

Volume da lâmina infiltrada

Potencial gravitacional

Potencial de pressão

Altura de mercúrio

Altura da camada de areia

Profundidade do charco (depressão do jardim)

Logaritmo neperiano

Massa de fração líquida no solo

Massa da fração sólida no solo

Tempo de encharcamento do solo

Distância vertical

Potencial matricial do solo

Porosidade da areia

Porosidade da brita

Umidade residual

Umidade de saturação

Densidade das partículas

Densidade do solo

Porosidade do solo

Carga piezométrica (distância vertical)

q Densidade de fluxo ou velocidade de Darcy

t Variação de tempo

Incógnita para cálculo das dimensões da calha

Exponencial

Aceleração da gravidade

Permeabilidade intrínseca

Coeficiente de rugosidade

Parâmetros da Equação de Van Genuchten

Tempo

Umidade mássica

Parâmetro da Equação de Horton

Direções de fluxo tridimensionais

Porosidade livre da água

Umidade volumétrica

Viscosidade do fluido

Densidade do fluido

Potencial total de água no solo

Comprimento da coluna de solo

LISTA DE SIGLAS

ABNT/NBR Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASCE American Society of Civil Engineers

BMP’s Best Management Practices

CN Curva número

CTG Centro de Tecnologia e Geociências

DEN Departamento de Energia Nuclear

EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

EPA Environmental Protection Agency

FIDEM Fundação de Desenvolvimento Municipal

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

ISSC International Society of Soil Science

JCP Jardim de Chuva Piloto

LAMEPE/ITEP Laboratório de Meteorologia de Pernambuco do Instituto de Tecnologia de

Pernambuco

LID Low Impact Development

PD Precipitação Direta

PDDU Plano Diretor de Drenagem Urbana

PDE Precipitação Direta somado ao Escoamento superficial

RMR Região Metropolitana do Recife

SCS Soil Conservation Service

SN Solo Natural

SNJ Solo natural abaixo do jardim de chuva piloto

UFPE Universidade Federal de Pernambuco

USA The United States of America

USDA United States Department of Agriculture

WSUD Water Sensitive Urban Design

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS6

RESUMO7

ABSTRACT8

LISTA DE FIGURAS9

LISTA DE QUADROS12

LISTA DE TABELAS13

LISTA DE EQUAÇÕES14

LISTA DE SÍMBOLOS16

LISTA DE SIGLAS20

1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS .......................................................................................... 1

1.1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 1

1.2. OBJETIVOS .................................................................................................................... 4

1.2.1. Objetivo Geral ...................................................................................................... 4

1.2.2. Objetivos Específicos ........................................................................................... 4

2. EMBASAMENTO TEÓRICO E CONCEITUAL ............................................................. 5

2.1. ÁGUAS PLUVIAIS URBANAS .................................................................................... 5

2.1.1. Impactos da Urbanização...................................................................................... 6

2.1.2. Manejo de Águas Pluviais Urbanas ...................................................................... 9

2.2. TÉCNICAS COMPENSATÓRIAS .............................................................................. 11

2.2.1. Pavimento Permeável ......................................................................................... 13

2.2.2. Trincheira de Infiltração ..................................................................................... 15

2.2.3. Teto Verde .......................................................................................................... 17

2.2.4. Sistema de Biorretenção ..................................................................................... 19

2.3. MOVIMENTO DA ÁGUA NO SOLO ......................................................................... 22

2.3.1. Propriedades sólidas do solo .............................................................................. 23

2.3.2. Propriedades hídricas do solo ............................................................................. 25

2.3.3. Estado Saturado e a Equação de Darcy .............................................................. 29

2.3.4. Estado não saturado e a Equação de Darcy-Buckingham .................................. 29

2.3.5. Equação de Van Genuchten ................................................................................ 30

2.3.6. Equação de Horton ............................................................................................. 31

2.3.7. Propriedades gasosas do solo ............................................................................. 32

2.4. JARDIM DE CHUVA ................................................................................................... 33

2.4.1. Projeto ................................................................................................................. 35

2.4.2. Estrutura ............................................................................................................. 38

2.4.3. Funcionamento ................................................................................................... 41

Retenção ........................................................................................................................... 42

Infiltração ......................................................................................................................... 44

Filtração ........................................................................................................................... 45

3. MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................. 47

3.1. ÁREA DE ESTUDO ..................................................................................................... 47

3.1.1. Aspectos Gerais .................................................................................................. 47

3.1.2. Aspectos Locais .................................................................................................. 49

Drenagem natural ............................................................................................................ 51

Estudo do solo .................................................................................................................. 52

3.2. JARDIM DE CHUVA PILOTO ................................................................................... 58

3.2.1. Dimensionamento ............................................................................................... 58

Área .................................................................................................................................. 58

Estrutura ........................................................................................................................... 59

Intensidades de precipitação ............................................................................................ 59

Alturas de precipitação .................................................................................................... 61

Volumes de entrada .......................................................................................................... 61

Volumes de saída .............................................................................................................. 62

3.2.2. Instalação ............................................................................................................ 66

3.2.3. Monitoramento ................................................................................................... 69

Precipitação ..................................................................................................................... 69

Volume de entrada ............................................................................................................ 70

Água no solo ..................................................................................................................... 73

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................... 78

4.1. ESCOLHA DOS EVENTOS ........................................................................................ 79

4.2. PARÂMETROS DE INFILTRAÇÃO .......................................................................... 81

4.2.1. Solo Natural (SN) ............................................................................................... 81

4.2.2. Jardim de Chuva Piloto (JCP) ............................................................................ 83

4.3. EVENTO 1 – 30/04/11 .................................................................................................. 85

3.1. EVENTO 2– 19/04/11 ................................................................................................... 88

3.2. EVENTO 3 – 16/06/11 .................................................................................................. 91

3.3. EVENTO 4 – 21/06/11 .................................................................................................. 96

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................................... 101

5.1. CONCLUSÕES ........................................................................................................... 101

5.2. RECOMENDAÇÕES E SUGESTÕES ...................................................................... 102

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 104

APÊNDICE ............................................................................................................................ 109

Apêndice 1 – Intensidades de precipitação............................................................................. 109

Apêndice 2 – Alturas de precipitação ..................................................................................... 110

Apêndice 3 – Volumes de entrada .......................................................................................... 111

Apêndice 4 – Volumes de saída ............................................................................................. 112

Apêndice 5 – Altura de Brita .................................................................................................. 113

1

1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS

1.1. INTRODUÇÃO

De acordo com o IBGE (2011), a população brasileira aumentou 37,22% nos últimos 50

anos. Mais de 80% da população vive em áreas urbanas, sendo atraída, principalmente, pela

perspectiva de oportunidades de empregos e serviços, resultando no “inchaço” da maioria das

cidades brasileiras.

Esse crescimento urbano e a expansão acelerada, na maioria das vezes, de maneira não

planejada, não ocorrem nas mesmas proporções quando se comparado à abrangência e

eficiência dos serviços de infraestrutura de águas das cidades. Isso compromete e

sobrecarrega os sistemas de infraestruturas existentes, como o abastecimento de água,

esgotamento sanitário, drenagem urbana (águas pluviais) e resíduos sólidos.

Um dos sistemas mais afetados é o da drenagem urbana. A preocupação com a interação

entre o crescimento acelerado das cidades e as águas no meio urbano faz com que esse

sistema seja um dos principais ator e vítima dos muitos problemas que ocorrem no meio

urbano.

O intenso processo de urbanização e a ineficiência do acompanhamento dos sistemas de

infraestrutura, principalmente esgotamento sanitário, fazem com que as galerias de águas

pluviais não cumpram sua função de corredores de águas de chuva, mas sim, de extensas

galerias de esgoto a céu aberto.

Outro problema ligado às águas no meio urbano é a substituição de áreas sem

revestimentos por extensas áreas impermeáveis. A impermeabilização das superfícies resulta

em significativas mudanças na dinâmica do sistema de drenagem, como a sobrecarga no

sistema atual e o aumento no volume e velocidade do escoamento superficial. Esse fator

proporciona maiores ocorrências de alagamentos e cheias, devido à elevação dos picos das

descargas, comprometendo assim a população, deixando-a vulnerável a riscos materiais e

humanos.

Além dos aspectos sociais, há também o envolvimento com os aspectos ambientais,

como a poluição visual, proporcionada pelo acúmulo de resíduos nos canais, sarjetas e bocas

de lobo e; o comprometimento da biota local, pelas ligações entre canais poluídos e rios, por

2

exemplo. Outros problemas relacionados às águas no meio urbano e a crescente urbanização

são as alterações no ciclo hidrológico, a redução no abastecimento das águas subterrâneas e o

comprometimento da qualidade das águas.

Dessa maneira, os reflexos do processo intenso de urbanização sobre o meio ambiente

urbano têm evidenciado os limites das soluções tradicionais de drenagem urbana. Os sistemas

tradicionais são pouco flexíveis e adaptáveis as mudanças de uso do solo, frequentes em

processos de urbanização.

Esses sistemas não suportam o crescente volume de água escoado nas ruas e vias,

ocasionando assim, a sobrecarga no sistema existente. Revelam-se onerosos e de rápida

obsolescência, requerendo pesados investimentos do setor público em reconstrução e

manutenção, principalmente em espaços já consolidados (NASCIMENTO & BAPTISTA,

2009).

Assim, o conceito dos sistemas de drenagem urbana tradicionais, relacionados à prática

do rápido escoamento das águas pluviais, têm se mostrado insustentáveis quando inseridos na

realidade atual de muitas cidades. Além disso, o custo de medidas que minimizem impactos

locais, que muitas vezes não solucionam os problemas, é muito alto, chegando a custar dez

vezes mais do que o processo de amortecimento na origem das inundações (PARKINSON et

al, 2003).

Pômpeo (2000) ressalta que é preciso considerar três aspectos para uma adequada

articulação entre drenagem urbana e o crescimento urbano: econômico, social e ecológico. A

partir disso é que algum modelo, estrutura ou proposta se tornará suficientemente eficaz,

implicando em resultados multisetoriais positivos.

A partir dessa idéia, o planejamento da drenagem urbana passa a ser pensado de

maneira sustentável, através de um manejo adequado das águas em meio urbano, resgatando

seu ciclo e fluxo naturais e convivendo de maneira harmoniosa e pacífica com a população.

Algumas alternativas estão sendo desenvolvidas, visando preservar os mecanismos

naturais de escoamento, diminuindo as vazões a jusante, maximizando o controle de

escoamento na fonte e mitigando os impactos ambientais. Essas alternativas são chamadas de

técnicas compensatórias em drenagem urbana, as quais se baseiam em processos de

armazenamento, detenção, retenção, interceptação, evapotranspiração e infiltração das águas

pluviais (NASCIMENTO & BAPTISTA, 2009).

Pavimento permeável, trincheiras de infiltração e tetos verde são alguns dos dispositivos

que auxiliam no manejo sustentável das águas pluviais, onde o processo é realizado na escala

do lote, evitando assim, a transferência de volumes e excessos para ruas e vias.

3

Outra técnica que visa compensar os efeitos negativos da drenagem urbana atual é o

jardim de chuva (rain garden). É um sistema de biorretenção que auxilia na retenção,

infiltração e tratamento das águas advindas de superfícies impermeáveis, os quais são muito

utilizados em cidades de países desenvolvidos como Haddam, Seattle e Portland (Estados

Unidos) e Melbourne (Austrália), como uma ferramenta no manejo das águas pluviais

urbanas. Apesar da utilização dos jardins de chuva ser uma boa alternativa para auxiliar a

drenagem urbana, não há muitos estudos nacionais que analisem a eficiência desse sistema.

Assim, este trabalho apresenta um estudo experimental referente às funções de retenção

e infiltração de um jardim de chuva instalado em Recife, avaliando seu desempenho como

técnica compensatória no manejo das águas pluviais. O dispositivo instalado também é

avaliado como estrutura de armazenamento das águas infiltradas, inserindo neste estudo, uma

nova função para o jardim de chuva.

Primeiramente é realizada uma revisão sobre os principais temas envolvidos neste

trabalho. Abordaram-se questões referentes às águas pluviais urbanas, enfocando aspectos da

drenagem urbana, do processo de urbanização e do manejo de águas pluviais urbanas. É

apresentada também a definição de técnicas compensatórias, bem como sua utilização e

alguns exemplos, como pavimento permeável, trincheira de infiltração, teto verde e sistemas

de biorretenção.

Uma abordagem relevante no tocante às temáticas deste trabalho e a questão do

movimento da água no solo, abrangendo as propriedades inerentes a ele, bem como as

equações que representam e quantificam tais propriedades. Como encerramento desse

primeiro capítulo do trabalho, é apresentada uma revisão acerca de jardins de chuva,

englobando questões de projeto, estruturais e funcionais desse dispositivo.

No capítulo posterior são abordados os procedimentos metodológicos necessários ao

cumprimento dos objetivos deste trabalho, descrevendo a área de estudo e os materiais e

métodos utilizados. São descritas as etapas de montagem de um jardim de chuva piloto, bem

como os procedimentos realizados em laboratório e o monitoramento das variáveis inerentes

ao trabalho, como precipitação e níveis piezométricos.

Após o levantamento e monitoramento realizado, são apresentados os resultados e

discussões acerca do desempenho das funções de retenção, infiltração e armazenamento do

jardim de chuva piloto. E por fim, é realizada uma abordagem geral desta pesquisa,

apresentando também recomendações e sugestões, a fim de serem acatadas para o

desenvolvimento de trabalhos futuros.

4

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. Objetivo Geral

Avaliar a eficiência do Jardim de Chuva como técnica compensatória no manejo das

águas pluviais urbanas, através do seu comportamento em relação às funções de retenção,

infiltração e armazenamento.

1.2.2. Objetivos Específicos

- Analisar as dimensões adotadas no jardim de chuva piloto, a partir da função de

retenção;

- Analisar o jardim de chuva piloto como dispositivo de infiltração da água no solo,

comparando o comportamento das águas pluviais em solo natural e na superfície do

dispositivo;

- Avaliar o desempenho da estrutura de armazenamento do jardim de chuva piloto;

- Avaliar o jardim de chuva piloto como dispositivo de amortecimento dos volumes

produzidos no próprio lote – in situ, a fim de garantir um adequado manejo das águas pluviais

urbanas.

5

2. EMBASAMENTO TEÓRICO E CONCEITUAL

2.1. ÁGUAS PLUVIAIS URBANAS

O movimento das águas em meio urbano ocorreu a partir da necessidade de

sobrevivência do homem. Não bastando à ocupação de pequenos povoados próximos a cursos

d’água, o homem criou novos caminhos para as águas, trazendo-as para seu convívio,

proporcionando conforto, bem estar, desenvolvimento e crescimento populacional e urbano.

Logo se percebeu que a água utilizada para abastecimento humano após seu uso,

precisaria ser descartada. Essa água de menor qualidade e imprópria para consumo – esgoto,

também estava inserida no processo de circulação das águas em meio urbano, juntamente com

a água de boa qualidade advinda dos corpos d’água.

Os esgotos eram lançados a jusante dos mesmos corpos d’água de onde era retirada a

água para consumo humano, quando não, eram lançados em vias públicas, ocasionando assim,

a proliferação de vetores e doenças. Essa problemática ganhava maiores proporções em

períodos chuvosos, onde o aumento do volume das águas que circulavam nas ruas

proporcionava alagamentos e maiores riscos à saúde humana.

Dessa maneira, buscou-se eliminar as águas usadas, sujas e empoçadas através da rápida

evacuação das mesmas, por meio de canalizações subterrâneas que as conduziam para longe

das cidades. Essa etapa da drenagem das águas urbanas, iniciada na Europa no final do século

XIX, caracterizou a 1º fase da drenagem urbana, conhecida como fase higienista ou

sanitarista.

A preocupação dos sanitaristas da época com a saúde pública foi essencial para que a

concepção de drenagem urbana, “fazer escoar”, fosse fortemente empregada. Ou seja, o

objetivo era retirar, mandar para longe todas as águas que não servissem mais, através de um

sistema único de canalização (SILVEIRA, 1998).

No início do século XX, o mecanismo de rápida evacuação ainda se mantinha. Porém,

alguns conceitos e estudos foram desenvolvidos, a fim de racionalizar e normatizar cálculos

hidrológicos utilizados no dimensionamento de canalizações, redes e obras hidráulicas no

geral (SILVEIRA, 1998).

Segundo Tucci (2009), foi nessa época que surgiram os primeiros modelos hidrológicos

de transformação chuva-vazão, caracterizando a 2º fase da drenagem urbana, denominada de

6

racionalização ou de normatização da drenagem urbana. Esses modelos, a exemplo do

Método Racional, foram desenvolvidos para solucionar problemas de drenagem urbana sem

modificar o uso do solo. Introduziram-se também, as primeiras idéias sobre o amortecimento

quantitativo do volume de água drenado e sobre o controle da qualidade das águas.

Apesar dos avanços em estudos para a drenagem, a concepção higienista ainda estava

intrínseca nos projetos e soluções aplicadas. Assim, com o desenvolvimento, expansão e

proximidade das cidades, gerou-se o chamado ciclo de poluição, onde cidades a montante

transferiam seus esgotos às cidades de jusante (TUCCI, 2006).

A partir de então, o sistema de drenagem começou a entrar em crise. À medida que as

cidades cresciam, as superfícies impermeáveis adquiriam maiores áreas, intensificando o

escoamento e a poluição das águas superficiais e sobrecarregando o sistema de drenagem

existente. A solução hidráulica para o problema aconteceu com o aumento das canalizações.

Porém essa ação não obteve êxito, devido aos altos custos de implantação e manutenção do

sistema.

Segundo Silveira (1998), os conceitos baseados na rápida evacuação e na racionalização

foram dando lugar a abordagens ecológicas e novos avanços tecnológicos, caracterizando a 3º

fase da drenagem urbana, conhecida como fase sustentável da drenagem urbana. De acordo

com essa nova concepção, atuar sobre o problema não era suficiente.

Nessa terceira fase era necessário agir preventivamente sobre as causas dos problemas,

onde as relações interdisciplinares ganhavam mais enfoque, a fim de obter resultados

eficientes no meio urbano, de maneira mais harmoniosa e ambientalmente sustentável.

Atualmente essa concepção vem ganhando maiores proporções e espaço no setor

técnico-científico, buscando soluções que visem a melhoria no gerenciamento da

infraestrutura urbana, associada à reorganização e ocupação dos espaços, potencializando os

mecanismos naturais de escoamento e caminho das águas.

2.1.1. Impactos da Urbanização

A população brasileira aumentou expressivamente desde 1970, contabilizando,

atualmente, 190.755.799 de habitantes. Desse total, 84,35% vive em áreas urbanas e 15,65%

em áreas rurais (IBGE, 2011).

Essa crescente urbanização gerou um quadro caótico em muitas cidades, por não

possuírem uma infraestrutura adequada para suportar essa elevada taxa populacional. Isso

ocorre pela falta de um planejamento integrado entre as infraestruturas que compõem a

7

cidade, profissionais especializados e legislações vigentes, principalmente nos âmbitos urbano

e ambiental.

Os processos de urbanização que ocorrem sobre as bacias hidrográficas geram uma forte

pressão espacial sobre sua área de abrangência, tornando-a cada vez mais vulnerável às

modificações de uso e ocupação do solo. Essa vulnerabilidade ocorre principalmente pelo

avanço das áreas impermeáveis em detrimento das superfícies naturais, gerando o problema

das cheias urbanas, alagamentos e inundações.

A Figura 1 apresenta os efeitos do processo de urbanização não planejado e do aumento

da impermeabilização no hidrograma de vazão. Esses efeitos são o aumento dos picos de

vazão; a diminuição no tempo dos hidrogramas, antecipando os picos de vazões e; o aumento

na velocidade do escoamento superficial.

Figura 1 – Alterações nos hidrogramas de vazão decorrente do processo de urbanização não

planejado e do aumento das superfícies impermeáveis. Figura da autora.

Uma sequência de impactos é gerada por esse processo, os quais alteram

significativamente o espaço e qualidade urbana e ambiental. Esses impactos englobam desde

questões ambientais, como o comprometimento dos recursos hídricos, quanto questões

sociais, como as ocupações em áreas ambientalmente frágeis – várzeas, morros, vales e áreas

ribeirinhas (Figura 2).

Nesse contexto, um dos sistemas de infraestrutura mais comprometido é o de água –

saneamento básico. Esse sistema integra as águas de abastecimento, englobando sua qualidade

e quantidade; o esgotamento sanitário, composto por redes coletoras, estação de tratamento e

destinação final de efluentes; o sistema de drenagem urbana, somadas a áreas de infiltração,

retenção, acumulação e transportes das águas pluviais; e o sistema de coleta, transporte e

destinação final de resíduos sólidos (RIGHETTO et al, 2009).

TEMPO

PROCESSO DE URBANIZAÇÃO NÃO PLANEJADO

AUMENTO DA IMPERMEABILIZAÇÃO

VA

ZÃ

O

8

Figura 2 – Consequências de uma urbanização não planejada.

Fonte – Modificado de Tucci, 2009.

O sistema de drenagem urbana torna-se bastante vulnerável a essas alterações de

cobertura do solo, desencadeando uma diversidade de impactos que ocorrem sobre a

população e o meio em que vive. Os principais problemas associados a esse sistema são:

Sobrecarga no sistema de drenagem existente – tanto pelo aumento do volume

escoado, quanto pela carga de esgotos e resíduos sólidos recebidos;

Maior frequência de alagamentos e inundações – potencializados pela

impermeabilização do solo e canalização de rios urbanos e canais;

Deterioração da qualidade das águas – pela falta e/ou ineficiência no tratamento

de esgotos, principalmente domésticos e industriais;

Desastres naturais – pelo transbordamento de canais, inadequado uso e

ocupação do solo, processos erosivos e produção de sedimentos;

Alterações na paisagem – mudança física no ambiente e poluição visual;

Interferência na saúde pública – maior proliferação de vetores e doenças, devido

à poluição nos sistemas de drenagem urbana, principalmente em canais.

As águas que antes retornavam ao ciclo hidrológico, principalmente, pelos processos de

infiltração e evapotranspiração, agora escoam aceleradamente e com maior volume por

telhados, calçadas, ruas, condutos e canais.

URBANIZAÇÃO

Densidade populacional

Aumento do volume de águas

servidas

Problemas com a qualidade das

águas e controle da poluição

Aumento na demanda por

água

Crise no sistema de

abastecimento de água

Número de construções

Aumento do escoamento superficial

Sobrecarga no sistema de drenagem existente

Ocupações irregulares -

várzeas, áreas ribeirinhas

Alagamentos e inundações

9

Nesses cenários, a rápida ocupação dos espaços não procura compreender como solo,

água e plantas estão integradas à natureza, buscando mitigar os efeitos adversos da introdução

de superfícies impermeáveis.

Dependendo do nível de desenvolvimento e da metodologia de planejamento aplicada, o

volume escoado pelas superfícies impermeáveis pode representar 50% ou mais do volume

precipitado (PRINCE GEORGE’S COUNTY, 2007).

Um fator preocupante decorrente da impermeabilização das superfícies é a qualidade

das águas do escoamento pluvial. Os gases e partículas poluentes que ficam na atmosfera e

sobre as superfícies urbanas são carreados junto com as águas precipitadas e do escoamento

superficial.

Segundo Tucci (2006), as águas pluviais não são mais consideradas limpas como

conceituadas anteriormente, devido a quantidade de material suspenso e metais pesados

encontrados na drenagem pluvial, ar e materiais depositados sobre as superfícies

impermeáveis. Essa carga poluente é considerada superior à encontrada nos esgotos in natura,

nos primeiros 25 mm de chuva (first flush), concentrando assim, 95% da carga poluente.

Alguns dos poluentes associados às águas do escoamento superficial são materiais em

suspensão; materiais orgânicos – biodegradação e bactérias; hidrocarbonetos e metais pesados

– poluentes hidrogenados, fosforados e tóxicos; e poluentes microbiológicos – coliformes

fecais (CHEBBO apud SOUZA, 2002; GAUTIER apud SOUZA, 2002).

2.1.2. Manejo de Águas Pluviais Urbanas

Os diversos problemas envolvendo as águas pluviais em meio urbano, consequentes de

um processo de urbanização, na maioria das vezes mal planejado, distribuem-se ao longo das

cidades através do desenho natural das linhas de escoamento, relevo local e grau de

impermeabilização das superfícies. Assim, a partir dos constantes problemas ocorridos nas

cidades, principalmente alagamentos e inundações, a conscientização da integração ambiental

do espaço urbano passou a ganhar mais enfoque.

De acordo com a Lei Federal nº 11.445/2007, o manejo das águas pluviais engloba

todas as atividades, infraestruturas e instalações operacionais de drenagem urbana de águas

pluviais, de transporte, detenção ou retenção para o amortecimento de vazões de cheias,

tratamento e disposição final das águas pluviais drenadas nas áreas urbanas. O manejo deve

estar presente em todas as áreas urbanas, enquadrar-se adequadamente à saúde pública e à

segurança da vida e do patrimônio público e privado e, integrar-se com os demais serviços de

10

saneamento básico – abastecimento de água, esgotamento sanitário, limpeza urbana e manejo

de resíduos sólidos.

Diferentemente das soluções convencionais para as águas urbanas, que buscam algum

tipo de controle do volume escoado no ponto mais a jusante de todo o sistema (end-of-pipe

control), atuando sobre os hidrogramas gerados, e não sobre a causa; a metodologia aplicada

no manejo das águas pluviais urbanas, atua sobre as causas dos problemas, buscando o

equilíbrio entre o homem e o ambiente em que está inserido, através da interação entre os

variados sistemas que compõem essa relação.

De acordo com Righetto et al (2009), as vazões de cheia produzidas na bacia

hidrográfica ou localmente no espaço podem ser significantemente alteradas a partir de um

manejo das águas urbanas, através de medidas de controle dos deflúvios ou de pequenas

estruturas de controle nas fontes geradores. Associadas a essas medidas, devem ser realizados

estudos e pesquisas visando ações e soluções que harmonizem o desenvolvimento espacial

com a infraestrutura urbana existente.

Uma peça fundamental para um manejo adequado das águas pluviais é o Plano Diretor

de Drenagem Urbana (PDDU). Esse mecanismo visa um planejamento coerente dos deflúvios

superficiais no espaço urbano a partir da ocupação e crescimento urbano, minimizando ou

eliminando os prejuízos econômicos e ambientais (RIGHETTO et al, 2009).

Outra concepção de desenvolvimento tem sido empregada, principalmente nos países

desenvolvidos, recebendo denominações como LID (Low Impact Development), nos Estados

Unidos, ou WSUD (Water Sensitive Urban Design), na Austrália (TUCCI, 2006).

O desenvolvimento de baixo impacto (LID) é uma estratégia de manejo de águas

pluviais que visa a conservação das características naturais locais existentes, integrando o

desenvolvimento urbano com dispositivos de controle das águas pluviais em pequena escala

no lote, a fim de imitar as condições hidrológicas naturais, mantendo as taxas de escoamento

em níveis de pré-desenvolvimento. Ou seja, através da instalação de dispositivos de retenção e

infiltração, os volumes gerados são controlados no próprio lote, evitando a transferência desse

volume para jusante (HINMAN, 2005; PRINCE GEORGE’S COUNTY, 2007).

O desenvolvimento de baixo impacto maximiza a infiltração da água no solo, através da

minimização ou desconexão das superfícies impermeáveis; cria zonas de transição e

biorretenção, garantindo o armazenamento e infiltração das águas, preserva a flora existente,

não suprimindo nenhuma vegetação e; aumenta as taxas dos processos do ciclo hidrológico,

como a evapotranspiração e, diminui outras taxas, como o escoamento superficial.

O uso de técnicas propostas pelo desenvolvimento de baixo impacto (LID) potencializa

o manejo sustentável das águas urbanas, minimizando os impactos advindos do escoamento

11

superficial. Além disso, auxilia na infraestrutura local, devido aos dispositivos instalados,

garantindo um suporte ao sistema de drenagem existente e valorizando a área de instalação,

pelos benefícios ambientais, estéticos e econômicos.

2.2. TÉCNICAS COMPENSATÓRIAS

Com o crescente processo de urbanização e o consequente aumento das superfícies

impermeáveis, os padrões de escoamentos naturais são significantemente alterados. Os

processos de infiltração, evapotranspiração e retenção das águas são reduzidos, enquanto os

deflúvios superficiais, principalmente a jusante, aumentam rapidamente.

O manejo das águas pluviais urbanas tem como objetivo aliar a melhoria da qualidade

de vida, através de um planejamento integrado e sustentável do homem e meio ambiente.

Nesse contexto, novas alternativas estão sendo desenvolvidas para dar suporte ao sistema de

drenagem urbana existente.

Essas alternativas são chamadas de técnicas compensatórias, ambientais ou sistemas não

convencionais para a drenagem urbana tem como objetivos minimizar os efeitos da

urbanização, diminuir a geração dos volumes de escoamento e vazões a jusante, maximizar o

controle na fonte, resgatar os processos envolvidos no ciclo hidrológico e potencializar o

controle da qualidade das águas e a recarga de aquíferos.

As técnicas compensatórias são classificadas em medidas não estruturais e estruturais.

As medidas não estruturais utilizam meios naturais na redução do escoamento, não

englobando obras civis, mas sim questões sociais, onde a participação popular é fundamental

para um bom desempenho dessas medidas. Já as medidas estruturais envolvem obras de

engenharia destinadas a minimizar os volumes gerados, destinando-se a armazenar e reter as

águas escoadas superficialmente, permitindo o controle quali-quantitativo das vazões geradas

(Figura 3) (NASCIMENTO & BAPTISTA, 2009; RIGHETTO et al, 2009; ROY-POIRIER et

al, 2010).

Segundo Canholi (2005), as técnicas compensatórias de controle na fonte (in situ)

geralmente são inseridas próximas aos locais de geração de deflúvios e diferem do conceito

tradicional de canalização, por aumentarem as taxas de retenção e infiltração das águas,

retardando seus volume e fluxo nas superfícies impermeáveis, no sistema de drenagem

existente e nos corpos d’água. O objetivo é reduzir os picos das vazões veiculadas para a rede

de drenagem, para que a urbanização proposta não amplie os picos naturais de escoamento, ou

intensifique os anteriores.

12

Figura 3 – Classificação das técnicas compensatórias para o manejo de águas pluviais.

Fonte – Modificado de Nascimento & Baptista, 2009; Righetto et al, 2009; Roy-Poirier et al,

2010.

As técnicas compensatórias se inserem no conceito de Best Management Practices

(BMP’s), prevendo soluções para o desenvolvimento urbano baseado no princípio de que as

áreas alteradas tenham um comportamento similar às condições hidrológicas de pré-

desenvolvimento. Essas boas práticas de manejo (BMP’s) baseiam-se na minimização do

escoamento superficial, dos níveis de erosão e de poluição das águas do escoamento

superficial, visando menores investimentos para a mitigação de impactos a jusante e,

principalmente, proporcionando a integração com as questões intrínsecas ao uso racional do

espaço urbano.

O objeto deste trabalho é a aplicação de um dispositivo de controle no lote. Assim,

algumas técnicas compensatórias inseridas nesta classificação são apresentadas, por

compartilharem dos mesmos princípios: retenção, infiltração e armazenamento.

Retenção é a captura das águas pluviais através de dispositivos, onde os volumes retidos

podem ser ou não, direcionados aos sistemas de drenagem existentes. As águas retidas podem

TÉCNICAS COMPENSATÓRIAS

ESTRUTURAIS

Controle na fonte

Localizado

- Telhado verde

- Microrreservatório

- Poço de infiltração

- Sistema de biorretenção

Linear

- Trincheira de infiltração

- Vala de detenção

- Vala de infiltração

- Pavimento Permeável

- Áreas úmidas lineares

Controle centralizado

- Bacias de detenção

- Bacias de retenção

- Bacias de infiltração

- Áreas úmidas artificiais

NÃO ESTRUTURAIS

- Planejamento e regulação do uso do solo

- Participação popular e educação ambiental

- Recuperação de matas ciliares - parques lineares

- Não conexão ou desconexão de áreas impermeáveis

- Uso de revestimento rugoso em vias e canais

- Manejo de materiais e produtos químicos

-Manutenção dos dispositivos existentes

13

retornar ao ciclo hidrológico através dos processos de interceptação vegetal,

evapotranspiração e infiltração, ou podem ter outra finalidade, como o reuso.

Infiltração é o movimento da água da superfície para o interior do solo, distribuindo-se

através de seus poros pelo processo de percolação. Os dispositivos baseados na infiltração

permitem a evacuação das águas pluviais, controlam os fluxos de água e contribuem para a

recarga dos aquíferos.

Segundo Moura et al (2009), a capacidade hidráulico-operacional dos dispositivos

baseados no princípio de infiltração depende da capacidade de infiltração do solo, da camada

drenante e das condições de umidade do solo. O conhecimento da condutividade hidráulica do

solo natural abaixo do dispositivo é essencial para que o processo de infiltração e percolação

sejam contínuos. Valores de condutividades entre 10-8

m/s e 10-5

m/s são recomendadas para

esses dispositivos, e em solos acima de 10-2

m/s devem ser tomadas precauções para evitar

que poluentes e finos atravessem as camadas mais profundas.

O armazenamento, como o próprio nome já diz, propõe o armazenamento das águas

infiltradas no interior do próprio dispositivo. Essa função pode ser utilizada, principalmente

em áreas onde o tipo de solo abaixo do dispositivo tenha uma baixa capacidade de infiltração.

2.2.1. Pavimento Permeável

Pavimentos permeáveis são dispositivos que auxiliam a infiltração do deflúvio,

desempenhando também a função de reservatório, por possibilitarem o armazenamento de

águas em seu interior. Utilizando-se blocos de concreto pré-moldados em sua concepção, os

pavimentos possuem variados formatos, possibilitando sua aplicação em passeios, calçadas e

estacionamentos, por não suportarem cargas de veículos pesados.

É formado por um revestimento poroso (bloco vazados, concreto ou asfalto poroso), por

uma camada de agregado fino (areia), um geotêxtil e uma camada de agregado graúdo

(material granular). Alguns esquemas de estruturação dos pavimentos permeáveis são

apresentados nas Figuras 4 e 5, utilizando na superfície dos dispositivos, concreto ou asfalto

poroso, e blocos de concreto vazados com preenchimento de grama, respectivamente.

14

Figura 4 – Pavimento permeável de concreto ou asfalto poroso. Figura da autora.

Figura 5 – Pavimento permeável de blocos de concreto vazados preenchidos com grama.

Figura da autora.

A disposição estrutural varia de acordo com o objetivo de cada projeto. Por exemplo, se

um pavimento é instalado em uma área propensa a geração de poluentes que podem ser

carreados pelo escoamento, então sua estrutura será montada com mais segurança, utilizando

camadas adicionais de geotêxtil ou de areia, garantindo maior eficiência na filtração das águas

e na prevenção dos transportes de poluentes. Já em relação ao volume armazenado, esse pode

ser infiltrado para o subsolo, garantindo a recarga do aquífero, ou coletado por tubulações de

drenagem e direcionado a reservatórios, propondo o seu reuso.

Em relação ao dimensionamento da estrutura do pavimento permeável, a camada com

material granular deve ser grande o suficiente para suportar o volume de armazenamento. É a

CONCRETO OU ASFALTO POROSO

FILTRO GRANULAR

GEOTÊXTIL

MATERIAL GRANULAR

SOLO NATURAL

BLOCO DE CONCRETO VAZADO COM GRAMA

FILTRO GRANULAR

GEOTÊXTIL

MATERIAL GRANULAR

SOLO NATURAL

FILTRO DE AREIA FINA

15

camada de material granular que determina a capacidade de armazenamento do sistema. É

importante a determinação da taxa de infiltração do local abaixo do dispositivo, para que o

processo de infiltração seja mantido (CRUZ et al, 1999).

Os pavimentos permeáveis apresentam algumas limitações para sua implantação.

Algumas estão relacionadas ao desempenho do dispositivo quanto à infiltração, considerando

questões referentes à proximidade do nível do lençol freático e da permeabilidade do solo

natural (URBONAS & STAHRE, 1993; ARAÚJO et al, 2000) (Quadro 1).

Quadro 1 – Limitações, vantagens e desvantagens dos pavimentos permeáveis.

LIMITAÇÕES VANTAGENS DESVANTAGENS

Volume de escoamento

Redução dos volumes escoados Possível preenchimento dos vazios

por resíduos de escoamento Aumento do tempo de resposta da

bacia

Infiltração Recarga do aquífero

Limita-se ao elevado nível do lençol

freático

Baixo desempenho pelas más

condições de permeabilidade do solo

Construção Baixo custo Elevadas declividades dificultam a

infiltração Facilidade na construção

Manutenção Jatos de água facilitam a

manutenção superficial

Necessita de manutenção superficial

regularmente

Possibilidade de colmatação

2.2.2. Trincheira de Infiltração

São dispositivos projetados ao longo de superfícies impermeáveis destinados a receber

os volumes de escoamento gerado nessas áreas. São constituídas por valetas onde as

dimensões de comprimento são superiores as de largura, caracterizando assim a linearidade do

sistema. Por ser uma técnica baseada nos princípios de infiltração e percolação das águas,

também são denominadas de trincheiras de percolação ou trincheiras drenantes (OHNUMA

JUNIOR, 2008).

A trincheira é preenchida por material granular – brita, seixos rolados, o qual é

protegido e separado do solo por um geotêxtil, a fim de evitar a entrada de partículas finas e

elementos contaminantes (SOUZA, 2002). Caso o local da implantação do dispositivo seja

passível de poluição e contaminantes em excesso – área industriais, pode-se adicionar à

estrutura, uma camada de areia abaixo do material granular, reforçando a segurança das águas

subterrâneas e do solo (Figura 6).

16

Figura 6 – Trincheira de infiltração. Figura da autora.

Em países desenvolvidos, a trincheira de infiltração é um dispositivo avaliado, não só

por ser uma boa prática no manejo, mas sim por ser um ótimo instrumento na remoção de

poluentes, devido ao seu princípio construtivo – material granular, geotêxtil e filtro de areia.

Maniquiz et al (2010) analisaram o desempenho de uma trincheira de infiltração em

relação a remoção de poluentes. A trincheira foi projetada com 68,8 m de comprimento e 2,5

m de largura e instalada ao longo de uma estrada na cidade de Yong-in (Corea do Sul). O

estudo constatou resultados eficientes e satisfatórios quanto a remoção de poluentes,

apresentando taxas de remoção de 89% para sólidos totais e 90% para metais pesados –

chumbo e zinco, considerados os principais poluentes contidos nas águas do escoamento

superficial.

Apesar de minimizarem os volumes de escoamento e garantirem uma eficiente remoção

de poluentes, há pontos que devem ser considerados na instalação desse sistema, a exemplo

da distância em relação ao lençol freático. Essas considerações tornam-se relevantes na

implantação do dispositivo, a fim de evitar problemas posteriores no sistema e na área

instalada (Quadro 2).

Quadro 2 – Vantagens e considerações da trincheira de infiltração.

VANTAGENS CONSIDERAÇÕES

Redução das vazões de pico de escoamento a

jusante

Profundidade mínima sazonal do lençol freático e da

camada impermeável de 1,20 m de profundidade

Recarga do aquífero Possibilidade de poluição do lençol subterrâneo

Baixo custo Manutenção regular – evitar colmatação

Facilidade na construção Limita-se a elevadas declividades, devido a

dificuldade de infiltração

MATERIAL GRANULAR

GEOTÊXTIL

FILTRO DE AREIA

POÇO DE OBSERVAÇÃO

SOLO NATURAL

SUPERFÍCIE IMPERMEÁVEL

17

2.2.3. Teto Verde

Conhecidos também como telhados verdes, eco telhados, coberturas vivas, telhados

plantados e telhados vegetados, esse tipo de estrutura é bastante difundida em países

desenvolvidos como a Alemanha, proporcionando variados benefícios econômicos e

ambientais.

Por serem utilizados em grandes escalas, esses dispositivos são alternativas promissoras

na economia de energia, proporcionando a termorregulação de ambientes, amenizando as

temperaturas internas e diminuindo os gastos com dispositivos de controle de temperatura.

Em relação aos ganhos ambientais, por ser um dispositivo de controle na fonte, o telhado

verde colabora no manejo das águas pluviais, controlando a geração do escoamento através da

retenção das águas e resgatando processos do ciclo hidrológico como a evapotranspiração

(SNODGRASS & McINTYRE, 2010).

As coberturas vegetadas têm por objetivo minimizar os picos de vazão e fluxo gerados

pelo escoamento superficial, minimizando a produção do volume na fonte; melhorar o

conforto urbano e ambiental, amenizando as temperaturas de ambientes internos e ilhas de

calor; e recuperar os processos do ciclo hidrológico, reduzidos pelo aumento das superfícies

impermeáveis.

Os telhados verdes não são uma simples estrutura de jardim sobre laje. São compostos

pelas seguintes camadas: 1. impermeabilizante – impede a infiltração de água na laje; 2.

protetora – prevenção de danos sobre a laje; 3. drenante – regula a retenção e drenagem das

águas; 4. filtrante (opcional) – formado por geotêxteis ou membranas filtrantes que impedem

a passagem de substratos e finos para a camada drenante; 5. substrato – base de nutrientes

para a camada vegetada; 6. cobertura vegetal – utilização de plantas nativas e rústicas (Figura

7).

Os telhados verdes são classificados em duas categorias, de acordo com sua

manutenção, em intensivo e extensivo. O sistema intensivo possibilita uma variação no tipo e

porte da vegetação – desde gramíneas até árvores, necessitando assim, de uma camada mais

profunda de substrato (maior que 20 cm, geralmente), tornado esse tipo de cobertura mais

pesada, custosa e de manutenção constante. Já os sistemas extensivos não necessitam de

muita manutenção, pois utilizam uma cobertura vegetal mais leve, de menor porte e

adaptáveis ao clima local (MACIVOR & LUNDHOLM, 2010).

18

Figura 7 – Teto Verde.

Simmons et al (2008) realizaram um estudo comparativo entre tetos verde e

convencionais em Austin (Texas), analisando seus desempenhos em relação as funções

térmica e hidrológica. Em relação ao desempenho térmico, os tetos verde apresentaram

amplitude amortecida e uma diferença no pico de temperatura entre 1 e 3 h mais tarde do que

os telhados convencionais. Já no comportamento hidrológico, os resultados mostraram uma

variação no desempenho dos telhados verdes, de acordo com o evento ocorrido.

Mesmo com essas variações na capacidade de retenção dos dispositivos instalados, os

tetos verde são eficientes quanto a minimização dos volumes produzidos. Isso porque os

processos de infiltração e evapotranspiração são intensificados e o de escoamento superficial

reduzido (Figura 8). No Quadro 3 são apresentadas as vantagens e algumas considerações

relevantes para um eficiente desempenho desse dispositivo.

LAJE

IMPERMEABILIZANTE

PROTETORA

DRENANTE

FILTRANTE

SUBSTRATO

COBERTURA VEGETAL

19

Figura 8 – Escoamento em coberta tradicional e em telhado verde.

Fonte – Cunha, 2004.

Quadro 3 – Vantagens e considerações do telhado verde.


Manejo das águas no lote – controle do

escoamento Inclinação mínima entre 3 e 4%

Termorregulação

As camadas impermeabilizante e protetora

devem ser bem elaboradas – evitar

degradação da laje

Mitigação das ilhas de calor Utilizar plantas adaptáveis ao clima local

Valorização imobiliária e paisagística No substrato, a decomposição biológica e a

compactação da capa deverão ser mínimas

2.2.4. Sistema de Biorretenção

Sistemas de biorretenção são áreas escavadas e preenchidas com uma mistura de solo de

alta permeabilidade e material orgânico. Tendem a proporcionar a máxima infiltração das

águas escoadas e o crescimento vegetativo, controlando a quantidade e qualidade das águas

advindas do escoamento superficial, através das propriedades químicas, biológicas e físicas

das plantas, microorganismos e solo compõem o sistema (TROWSDALE & SIMCOCK,

2011).

Muitos dos processos envolvidos no sistema de biorretenção contribuem no

desenvolvimento de atividades como agricultura, através da transformação de poluentes em

nutrientes, e no meio urbano, no resgate do ciclo natural das águas pelos processos de

infiltração e evapotranspiração.

A biorretenção tende a imitar as condições hidrológicas naturais associadas ao

tratamento das águas e ao controle de volumes escoados superficialmente. Os sistemas não

20

controlam 100% da qualidade e quantidade, mas potencializam os valores para que se tornem

positivos (ROY-POIRIER et al, 2010).

Davis et al (2009) fizeram uma revisão de vários estudos mostrando o desempenho

positivo dos sistemas de biorretenção na remoção de poluentes. Os principais poluentes e suas

respectivas taxas de remoção apresentados foram: sólidos suspensos, 54 – 59%; fósforo, 70 –

85%; nitrogênio, 55 – 65%, metais pesados – cobre, zinco, chumbo, taxas superiores a 74%;

óleos e graxas, taxas superiores a 96% e; bactérias patogênicas, 70 – 91%.

Os sistemas de biorretenção proporcionam benefícios ambientais aos moradores, criam

habitat para animais, promovem a conservação de plantas, melhoram a qualidade do ar,

amenizam as ilhas de calor, encorajam a administração ambiental e valorizam as propriedades

em torno de 20%, devido aos benefícios estéticos (PRINCE GEORGE’S COUNTY, 2007).

Esses dispositivos podem ser implantados em vários locais, pois se integram muito bem

ao ambiente através de suas propostas de design e pela cobertura vegetal que pode ser

diversificada e adaptável às condições de qualquer localidade. Na implantação desses

sistemas, deve-se considerar o tipo de solo, vegetação existente, fluxo de drenagem e

atividades exercidas.

Prince George’s County (2007) classifica os sistemas de biorretenção de acordo com

sua área de aplicabilidade espacial em comercial/industrial e residencial/social. Nas áreas

comercial/industrial os dispositivos de biorretenção geralmente são locados onde há limitação

de espaços destinados às áreas verdes e, o projetista tem a difícil função de implantar um

sistema eficiente de manejo das águas superficiais. São instalados em áreas lineares,

ocupando larguras limitadas e comprimentos extensos como em estacionamento, vias e

estradas, funcionando como uma proteção para que o escoamento superficial não se acumule

e se espalhe sobre essas grandes áreas impermeáveis (Figura 9).

Já na área residencial/social, a disposição dos dispositivos é mais localizada e

destinadas a coletar águas de áreas específicas e pontuais, maximizando a drenagem em

pequenas áreas. Nessa classificação estão inseridos os jardins de chuva, que são sistemas de

fácil manuseio e inserção, por utilizarem uma composição de flores e plantas nativas em uma

depressão natural no ambiente, locados em praças e em lotes residenciais; e os fossos de

arbustos e árvores, que são sistemas de ajardinamento locados em depressões ou estruturas

projetadas para armazenamento, locados em pequenos canteiros e passeios públicos, ligados

ao sistema de drenagem existente (Figura 10).

21

Figura 9 – Sistemas de biorretenção em vias e estacionamentos em Melbourne (Austrália).

Fonte – WSUD, 1999 e 2004.

Figura 10 – Sistemas de biorretenção em praças e passeios em Melbourne (Austrália).

Fonte – WSUD, 2005.

O Quadro 4 apresenta algumas considerações relevantes para a implantação de um

sistema de biorretenção, assim como vantagens de sua utilização.

Quadro 4 – Vantagens e considerações dos sistemas de biorretenção.


Manejo das águas no lote – controle do

escoamento

Dimensionamento baseado na

porcentagem da área impermeável

Remoção de poluentes Evitar a colmatação

Mitigação das ilhas de calor Cuidado com as raízes

Vasta aplicabilidade e boa aceitação pela

população

Utilizar plantas nativas e de fácil

manuseio

22

2.3. MOVIMENTO DA ÁGUA NO SOLO

O movimento da água no solo ocorre de maneiras e direções variadas, seja pela água

existente no solo (águas subterrâneas), ou pelas águas infiltradas no solo, advindas das

precipitações.

Infiltração é o processo em que a água da superfície passa para o interior do solo,

através da interface solo-atmosfera. Esse movimento depende da disponibilidade hídrica

superficial, da natureza do solo (tipo, estrutura e textura) e suas condições (estado da

superfície).

Após a precipitação, o solo tende a ficar saturado na zona mais superficial, devido ao

movimento lento que ocorre no interior do solo, caracterizando um perfil, no qual o teor de

umidade decresce com a profundidade. Essa quantidade de água que atravessa uma

determinada área de solo por unidade de tempo é denominada de taxa de infiltração

(LIBARDI, 2005; TUCCI, 2009).

A taxa de infiltração está diretamente relacionada com a capacidade do solo em

absorver água pela sua superfície. Essa habilidade é denominada de capacidade de infiltração

e ocorre quando há disponibilidade de água superficialmente, em termo de lâmina por tempo

(BRANDÃO et al, 2006).

Segundo Tucci (2009), se a intensidade de um evento é menor ou igual a capacidade de

infiltração do solo, então toda água precipitada é infiltrada, sendo a taxa de infiltração

máxima para essas condições. Caso a intensidade do evento seja maior que a capacidade de

infiltração do solo, então a taxa de infiltração decresce com o tempo devido ao umedecimento

do solo e, atinge um valor mínimo e estável, produzindo assim escoamento na superfície do

terreno (Figura 11).

Brandão et al (2006) classificam o movimento da água no solo em quatro camadas: 1.

zona saturada – área imediatamente abaixo da superfície do solo; 2. zona de transição – região

de rápido decréscimo do conteúdo de água; 3. zona de transmissão – local onde a água é

transmitida com variações muito pequenas em seu conteúdo, porém sua espessura pode

aumentar constantemente com a aplicação de água e; 4. zona de umedecimento – região de

grande redução do conteúdo de água à medida que a profundidade aumenta.

23

Figura 11 – Curvas de capacidade e taxas de infiltração.

Fonte – Modificado de Tucci, 2009.

Alguns autores adicionam outra camada para descrever o movimento de água no solo

denominada de frente de molhamento. É caracterizada como uma área onde ocorre uma

variação brusca no conteúdo de água, representando o limite de sua penetração no solo

(LIBARDI, 2005).

O solo é dividido em três frações – sólida, líquida e gasosa. A fração sólida é

representada pela matriz do solo (conjunto das partículas de areia, silte e argila); a fração

líquida é uma solução aquosa de sais minerais e substâncias orgânicas, representada aqui

como água e; a fração gasosa é constituída pelo ar do solo ou da atmosfera do solo.

2.3.1. Propriedades sólidas do solo

Para a instalação de um dispositivo de infiltração como o jardim de chuva, é essencial o

estudo do solo local, pois o processo de passagem da água da superfície para o interior do

sistema, bem como sua redistribuição no solo, depende diretamente de suas características e

propriedades físicas, químicas e mineralógicas.

Segundo Reichardt & Timm (2004) o solo é formado por minerais e material orgânico,

os quais caracterizam a textura do solo (tamanho das partículas) e, sua granulometria

(porcentagem de silte, areia e argila). A textura e a granulometria do solo compõem a

estrutura do solo e, o processo para determinar o tamanho e a fração das partículas é

denominado de análise mecânica ou textural do solo.

Tax

a d

e In

filt

raçã

o (

mm

/h)

Tempo (h)

Inte

nsi

dad

e d

e P

reci

pit

ação

(m

m/h

)

Lâmina infiltrada Lâmina escoada

24

As partículas são classificadas de acordo com seu diâmetro. As classificações mais

usuais são as propostas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT/NBR

6502/95), pelo United States Departament of Agriculture (USDA) e, pela International

Society of Soil Science (ISSC) (Figura 12).

Figura 12 – Classificação das partículas do solo – ABNT, USDA e ISSC, respectivamente.

A união e disposição das partículas formam agregados, os quais se distribuem

aleatoriamente no solo gerando espaços entre si denominados poros. Os poros são

classificados de acordo com o tamanho de seu diâmetro: macroporo – diâmetro maior que 100

m; mesoporo – diâmetro entre 30 e 100 m e; microporo – diâmetro menor que 30 m

(LIBARDI, 2005).

As variações nos tamanhos e disposições dos poros no solo interferem diretamente no

seu comportamento, influenciando na circulação de ar no solo (aeração), no manejo agrícola,

na penetração e crescimento das raízes e, principalmente no processo de infiltração das águas.

Esses arranjos entre os poros e as partículas contidas no solo são referenciados na fração

sólida do solo, através de algumas relações do tipo massa-volume e solo-água. As relações do

tipo massa-volume são a densidade das partículas ( ) – relaciona a massa que o volume de

um determinado corpo possui, excluindo-se a quantidade de poros existente (Equação 1); a

densidade do solo ( – relaciona a massa que o volume de um determinado corpo possui,

incluindo os espaços porosos existentes em seu interior (Equação 2) e; a porosidade do solo

( – relaciona a quantidade de poros com o volume total de solo (Equação 3).

Equação 1 – Densidade das partículas

(Equação 1)

25

Onde: é a densidade das partículas (kg.m-3

), é a massa da fração sólida (kg) e, é o

volume da fração sólida no solo (m3).

(Equação 2)

Equação 2 – Densidade do solo

Onde: é a densidade do solo (kg.m-3

), é a massa da fração sólida (kg) e, é o volume

total de solo (m3).

(Equação 3)

Equação 3 – Porosidade do solo

Onde: é a porosidade do solo (%), é o volume de vazios contidos no solo (m3) e, é o

volume total do solo (m3).

No que se refere às relações do tipo solo-água, a principal relação é a condutividade

hidráulica (K), que corresponde a capacidade do solo conduzir água através de seus poros

(Equação 4). Quanto mais grossa a textura do material utilizado, maior será o valor de K, ou

seja, o líquido será conduzido mais facilmente, que em um material de textura mais fina,

devido a quantidade e distribuição dos poros no solo.

(Equação 4)

Equação 4 – Condutividade hidráulica do solo

Onde: é a condutividade hidráulica do solo (m.s-1

), é a permeabilidade intrínseca (m²), a

qual depende do arranjo geométrico das partículas e da umidade, é a densidade do fluido –

água (kg.m-3

), é a aceleração da gravidade (m.s-2

) e, é a viscosidade dinâmica do fluido

(kg.m-1

.s-1

).

2.3.2. Propriedades hídricas do solo

Inicialmente, as propriedades básicas que quantificam a fração líquida em determinado

solo são o conteúdo de água à base de massa ou de peso e o conteúdo de água à base de

volume.

O conteúdo à base de massa é conhecido como umidade mássica ( ) e é a razão entre a

massa de água contida em uma determinada massa de solo (Equação 5). Já o conteúdo de

26

água à base de volume, pode ser denominado de umidade volumétrica ( ), e expressa o

volume de água contido no volume total do solo, ou, pode ser representada através da relação

entre umidade gravimétrica e a densidade do solo (Equação 6).

(Equação 5)

Equação 5 – Umidade mássica

Onde: representa a umidade mássica (kg.kg-1

), é a massa da fração líquida contida em

um solo (kg) e, é a massa de solo (kg).

ou

(Equação 6)

Equação 6 – Umidade Volumétrica

Onde: é a umidade volumétrica (m³.m-3

), é o volume total de água contido no solo (m³)

e, é o volume total de solo (m³).

O processo de retenção da água pelo solo é realizado por dois processos: através de

microporos – onde o líquido é impulsionado por forças, denominadas capilares, que o

deslocará para uma determinada área; ou pelo processo de adsorção – onde o líquido fica

retido nas superfícies das partículas do solo por forças denominadas de forças de adsorção. As

forças capilares e de adsorção formam as forças mátricas do solo, o qual origina o potencial

matricial no solo.

O potencial mátrico ou matricial é a combinação dos trabalhos que ocorrem entre a água

e a matriz do solo, principalmente as de adsorção e capilaridade1. Descreve a contribuição das

forças de retenção da água no solo, associando-as com as interfaces líquido-ar e sólido-

líquido. Elas dependem diretamente da quantidade de água no solo, pois quanto menor o

conteúdo de água em seu interior, maior será a energia necessária para movimentar a água no

solo, ou seja, as intensidades das forças intrínsecas ao potencial matricial são inversamente

proporcionais ao conteúdo de água no solo. O potencial matricial é formado pelos potenciais

gravitacional e de pressão (LIBARDI, 2005).

O potencial gravitacional ( ) representa a distância que um corpo está em relação ao

plano horizontal da Terra (referência gravitacional – RG), em determinado momento. Ele

expressa a distância vertical ( ) de um ponto à RG, então, caso o corpo esteja acima de RG, o

1 Capilaridade: é a propriedade da fração líquida do solo em subir em tubos finos, através das forças de sucção

existente devido à pressão atmosférica dentro do tubo.

27

potencial é positivo (+ m de água) e, caso o corpo esteja abaixo de RG, o potencial é

negativo (- m de água) (Figura 13).

Figura 13 – Medida de potencial gravitacional.

Fonte – Modificado de Libardi, 2005.

O potencial de pressão ( ) é obtido pela altura equivalente de pressão, ou seja, .

No caso do aquífero livre ou freático, quando submetido à pressão atmosférica, o potencial de

pressão corresponde a distância vertical de um ponto no interior do solo à superfície do

líquido, ou seja, representa a altura da coluna de água contida em um perfil de solo, podendo

ser denominado também de carga hidráulica. Esse potencial é medido através da inserção de

um piezômetro no interior poroso o solo, o qual em contato com o líquido indicará seu valor

(Figura 14).

Figura 14 – Medida de potencial de pressão, através do tubo piezométrico.

Fonte – Modificado de Libardi, 2005.

ÁGUA NO SOLO

= h m DE ÁGUA

PONTO NO SOLO

PIEZÔMETRO

NÍVEL DO LENÇOL

NÍVEL DO SOLO

Patm

A

C

B

RG

28

A principal relação que ocorre entre a fração líquida e o solo é representada pela curva

de retenção ou curva característica de água no solo. Ela relaciona o teor de umidade ( ) ou de

água no solo, com o potencial matricial do solo ( ), e depende diretamente do arranjo e das

dimensões dos poros. Na Figura 15, têm-se as curvas de retenção de um solo arenoso e

argiloso, apresentando que o grau de saturação do arenoso é menor que a do argiloso

(REICHARDT & TIMM, 2004; TUCCI, 2009).

Figura 15 – Curva de retenção da água no solo.

Fonte – Modificado de Reichardt & Timm, 2004.

Outra importante propriedade hídrica do solo é o seu grau de saturação (S) ou saturação

relativa (SR). Ele relaciona a quantidade de espaços vazios do solo com a água contida em seu

interior (Equação 7). Quando uma amostra de solo possui seus poros totalmente preenchidos

por água, pode-se afirmar que o solo está saturado, ou seja, o grau de saturação do solo é de

100% e, quando o solo está seco seu grau de saturação é de 0%.

(Equação 7)

Equação 7 – Grau de saturação do solo

Onde: é o grau de saturação do solo (%), é a umidade volumétrica (m³.m-3

), é a

porosidade do solo (m³.m-3

).

O conhecimento do grau de saturação de um solo é relevante no processo de entrada de

água da atmosfera para o interior do solo, pois quanto maior o grau de saturação do solo,

menor será a passagem de água. Dessa maneira, a porosidade do solo é considerada uma

SOLO ARENOSO

SOLO ARGILOSO

0 S S

m

29

relevante propriedade no processo de infiltração, sendo por esse motivo, estudada em seus

diferentes estados: saturado e não saturado.

2.3.3. Estado Saturado e a Equação de Darcy

Como dito anteriormente, saturação do solo é o estado em que os poros existentes em

seu interior se encontram totalmente preenchidos por água em um determinado tempo. Alguns

pesquisadores desenvolveram equações para quantificar o movimento de água no solo,

considerando que o mesmo se encontra nas condições saturadas.

Henry Darcy, em 1866, foi o primeiro a quantificar o fluxo de água no meio poroso

saturado sob condições isotérmicas do solo. Ele considerou que o movimento da água no solo

ocorre somente em uma direção, sendo, portanto escalar. A equação proposta depende de uma

constante de proporcionalidade – a condutividade hidráulica (K), da taxa de variação do

potencial total de água no solo ( ), representado pela soma dos potenciais matricial e

gravitacional e, do comprimento da coluna de solo ( ) (Equação 8).

(Equação 8)

Equação 8 – Equação de Darcy

Onde: é a densidade de fluxo ou velocidade de Darcy (m.s-1

), é a condutividade

hidráulica do solo (m.s-1

), é o potencial total de água no solo (m) e, o comprimento da

coluna de solo (m).

Essa relação recebe o nome de densidade de fluxo ou velocidade de Darcy (q), e nesse

caso, para solos saturados, esse fluxo ocorre somente em uma direção. A equação de Darcy só

é válida caso haja diferença de potencial, onde o movimento ocorre do local de maior

potencial para o de menor potencial, possuindo assim um potencial decrescente, o que

justifica o sinal negativo da equação.

2.3.4. Estado não saturado e a Equação de Darcy-Buckingham

Denomina-se estado de não saturação do solo quando os poros existentes em seu

interior se encontram preenchidos tanto por água quanto por ar. Apesar da importância do

estudo do movimento de água em solos saturados, a maioria dos movimentos consequente dos

processos de precipitação e infiltração, ocorrem nas condições não saturadas.

30

A equação matemática que quantifica o movimento de água sob condições não

saturadas foi adaptada, em 1907, a partir da equação de Darcy, e foi denominada de equação

de Darcy-Buckingham (Equação 9).

(Equação 9)

Equação 9 – Equação de Darcy-Buckingham

Onde: significa que a condutividade hidráulica é em função da umidade volumétrica e

o sinal indica que o movimento ocorre de onde há maior potencial para o de menor potencial

(mm.s-1

), é o potencial total de água no solo (m), e, e as direções de fluxo

tridimensionais (m).

2.3.5. Equação de Van Genuchten

As Equações de Darcy (1986) e Darcy-Buckingham (1907) utilizam a condutividade

hidráulica como medida base para quantificar o movimento de água em solos saturados e não

saturados, respectivamente. Porém, o conhecimento dessa medida, seja em sua determinação

realizada em laboratório ou em campo, tem gerado alguns fatores limitantes como custo,

tempo e resultados sujeitos a hipóteses simplificadoras. Outras metodologias têm sido

desenvolvidas para calcular teoricamente a condutividade hidráulica, a partir de outras

propriedades do meio poroso (LIBARDI, 2005).

Van Genuchten, em 1980, utilizou dados da curva de retenção de água no solo como

parâmetros de ajuste em uma equação que quantifica o movimento de água no solo a variadas

profundidades. Essa equação é baseada em propriedades que são determinadas mais

facilmente, como a umidade e o potencial matricial (Equação 10).

(Equação 10)

Equação 10 – Equação de Van Genuchten

z

y

x

Direcionamento dos

fluxos no solo

31

Onde: é a umidade volumétrica, é a umidade volumétrica saturada, é a umidade

volumétrica residual, é o potencial matricial e, , e são constantes empíricas.

Os valores das unidades da equação podem ser determinados em laboratório, através das

características texturais do solo (umidade) e, em campo, pelo monitoramento de equipamentos

como tensiômetros (potencial matricial). Diferentemente, as constantes empíricas ( e ) da

equação são de difícil determinação, sendo necessário o uso de modelos matemáticos para

predição de seus valores (LOYOLA & PREVEDELLO, 2003; MELLO et al, 2005).

2.3.6. Equação de Horton

Outro modelo utilizado para quantificar a infiltração foi proposto por Horton em 1939.

A partir de seus experimentos de campo, ele determinou uma equação que demonstra o

decréscimo da infiltração ao longo do tempo, de modo que a precipitação seja sempre superior

à capacidade de infiltração do solo (TUCCI, 2009).

Os resultados das análises experimentais de Horton são expressos pela equação Equação

11, a qual quantifica a lâmina infiltrada em um determinado tempo:

. (Equação 11)

Equação 11 – Equação de Horton

Onde: é a taxa de infiltração no tempo (mm/h), é a taxa de infiltração final (mm/h), é a

taxa de infiltração inicial (mm/h), é o tempo desde o início da saturação do solo (h), é o

exponencial e, é o parâmetro de ajuste da equação ( ).

Quando a intensidade da precipitação é menor que a capacidade de infiltração inicial do

solo ( ), a taxa de infiltração é a própria intensidade de precipitação. Caso a intensidade

precipitada se iguale ou supere a taxa de infiltração inicial ( ), a lâmina infiltrada é

calculada pela equação Equação 11.

Através da taxa de infiltração obtida a partir de ensaios de infiltração, é possível realizar

um ajuste matemático na equação de Horton, para determinar os parâmetros e dados da

equação ( , e ). Conhecendo esses parâmetros, pode-se encontrar o tempo de

encharcamento do solo ( ), tomando como base um valor de precipitação já conhecido

(Equação 12).

32

(Equação 12)

Equação 12 – Equação do volume de infiltração

Onde: é o tempo de encharcamento (h), é a taxa de infiltração no tempo (mm/h), é a

taxa de infiltração final (mm/h), é a taxa de infiltração inicial (mm/h), é o parâmetro de

ajuste da equação ( ) e, é o logaritmo neperiano.

Adotando o tempo de encharcamento, pode-se determinar o volume infiltrado aplicando

diretamente a equação da infiltração acumulada (Equação 13), a qual é obtida através da

integral da taxa de infiltração.

(Equação 13)

Equação 13 – Equação do volume infiltrado

Onde: é o valor da lâmina infiltrada (mm), é o tempo de encharcamento do solo (h),

é a taxa de infiltração final (mm/h), é a taxa de infiltração inicial (mm/h), é o

exponencial e, é o parâmetro de ajuste da equação ( ).

2.3.7. Propriedades gasosas do solo

A principal propriedade que caracteriza a fração sólida do solo é a porosidade do solo,

como já exposto na abordagem das propriedades hídricas do solo. Quando os poros do solo

não são ocupados por água, são preenchidos pelo ar do solo. Essa porção gasosa do solo é

denominada de porosidade livre de água ( ), e expressa a diferença entre a porosidade ( ) e a

umidade do solo ( ) (Equação 14)

(Equação 14)

Equação 14 – Porosidade Livre da água

Essa porosidade é expressa em m³ de ar m3 de solo e, em solos saturados seu valor é

zero, pois a umidade é igual a porosidade ( ), já em solos secos seu valor é igual a

porosidade do solo ( ).

Os principais gases que compõem a fração gasosa do solo são o oxigênio (O2),

consumido por microorganismos e pelas plantas através de seus sistemas radiculares e, o gás

carbônico (CO2), liberado pelos processos metabólicos que ocorrem no solo.

33

O principal processo que ocorre na fração gasosa do solo é a aeração, que corresponde

as variações da porosidade livre da água. Após intensos períodos chuvosos o solo fica

inundado, ocasionando uma queda nas taxas de oxigênio no solo, caracterizando um solo mal

aerado; já quando os solos estão bem secos, encontram-se bem aerados, porém a falta de água

é prejudicial ao desenvolvimento das plantas (REICHARDT & TIMM, 2004).

2.4. JARDIM DE CHUVA

Os jardins de chuva (rain garden) são dispositivos de drenagem do tipo controle na

fonte, baseados no sistema de biorretenção, montados em depressões rasas na paisagem e

cobertas por uma camada de cobertura vegetal, funcionando como estrutura de retenção,

infiltração e tratamento das águas advindas, principalmente, do escoamento superficial

(Figura 16).

Os jardins de chuva são os sistemas de biorretenção mais conhecidos e difundidos,

principalmente em países desenvolvidos como Estados Unidos e Austrália. Esses dispositivos

são aplicados, devido ao seu desempenho na redução e remoção natural de poluentes advindos

das águas superficiais. São passíveis de análises em campo e laboratório, facilitando assim

estudos em menor escala e com maior detalhamento, tanto no monitoramento de dados,

quanto no controle dos resultados (DAVIS, et al, 2009).

Figura 16 – Jardim de Chuva.

Fonte – Prince George’s County, 2007.

34

Li & Zhao (2008) descrevem o jardim de chuva como uma estrutura hidrológica

funcional na paisagem, de baixo investimento e manutenção simplificada, no qual através do

sistema solo-planta-atmosfera e processos de infiltração, retenção e adsorção, purificam e

absorvem as águas pluviais de pequenas áreas, reduzindo o volume escoado e protegendo a

qualidade das águas subterrâneas.

São caracterizados como instrumento de gestão, por proporcionar a retenção do

escoamento superficial, a recarga subterrânea e o tratamento de poluentes. Geralmente

valorizam a desconexão de áreas impermeáveis, dirigindo as águas para si, contribuindo no

manejo das águas pluviais em meio urbano e proporcionando benefícios ambientais,

ecológicos, paisagísticos e econômicos (DIETZ E CLAUSEN, 2006; ARAVENA &

DUSSAILLANT, 2009).

De acordo com Dunnett & Clayden (2007), foi a partir de 1980 que os jardins de chuva

começaram a ser implantados em extensas áreas residenciais do estado de Maryland (USA),

no intuito de prevenir e minimizar os impactos negativos advindos do escoamento superficial,

criar habitat para animais como pássaros e, amenizar a sensação de desconforto proporcionada

pelas ilhas de calor nas cidades.

Os jardins de chuva possuem as seguintes vantagens em relação aos projetos

tradicionais de drenagem urbana (MUTHANNA et al, 2008; LI & ZHAO, 2008):

Redução do volume de escoamento e da taxa de pico dos hidrogramas de

maneira sustentável – devido à retenção e armazenamento do volume escoado na

superfície do sistema;

Recarga das águas subterrâneas e restabelecimento do fluxo de base – devido ao

processo de infiltração e redistribuição;

Amenizar os efeitos erosivos ocasionados pelo escoamento superficial;

Intensificam os processos do ciclo hidrológico, principalmente a infiltração e

evapotranspiração;

Melhora a qualidade das águas – pela retenção e remoção de poluentes e redução

no transporte de contaminantes carreados pelas águas pluviais;

Menor custo de implantação e manutenção – por não utilizar tubulações

tradicionais, mas sim, adotar materiais alternativos e menos onerosos para

composição do sistema, como brita e areia.

Maior aceitabilidade pela população – pelos benefícios estéticos, paisagísticos e

ambientais;

35

Auxilia no equilíbrio urbano-ambiental das cidades – por ser uma alternativa de

controle na fonte e pela prevenção de impactos.

A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA – United States

Environmental Protection Agency) incentiva, através de políticas ambientais, a utilização de

jardins de chuva em áreas residenciais, para promover a infiltração das águas pluviais. Já em

áreas industriais e comerciais, é aconselhável um pré-tratamento ou a não infiltração das

águas escoadas, a fim de proteger as águas subterrâneas de possíveis poluentes (DAVIS, et al,

2009).

Em Pequim (China), o uso dos jardins de chuva é destinado a captação do escoamento

pluvial de pequenas áreas, principalmente telhados, reduzindo assim o volume escoado em

vias públicas, controlando a taxa de pico e a qualidade das águas superficiais urbanas. Os

benefícios proporcionados pelos jardins são potencializados, porque em determinadas áreas de

Pequim os jardins de chuva são combinados com outras técnicas compensatórias, como o

pavimento permeável e trincheiras de infiltração (LI et al, 2010).

Em um sistema de biorretenção como o jardim de chuva, devem-se considerar duas

questões importantes: o controle da quantidade de água escoada, através das suas depressões e

cotas mais baixas, facilitando a captação e retenção da água e; a melhoria da qualidade das

águas retidas, através da remoção de poluentes e a associação de nutrientes advindos do

escoamento superficial (DUNNETT & CLAYDEN, 2007).

Essas questões estão relacionadas a variados aspectos, os quais devem ser integrados e

atualizados. Projeto e implantação do sistema, camadas do jardim de chuva (layers),

funcionamento do sistema e, efeitos desses sistemas na área instalada, são alguns dos aspectos

que devem ser considerados para que o sistema de biorretenção cumpra suas funções

positivamente como técnica compensatória no manejo das águas pluviais.

2.4.1. Projeto

Apesar do jardim de chuva ser uma técnica compensatória bem disseminada em alguns

países desenvolvidos, esse sistema de biorretenção é relativamente novo. Integrado ao

conceito de boas práticas de manejo (BMP), essa técnica encontra várias dificuldades na sua

aplicabilidade, principalmente em locais onde a cultura de escoamento ainda se baseia em

sistemas tradicionais de drenagem urbana.

Essa abordagem tem originado o aumento de inúmeras questões acerca de critérios de

projeto, objetivos e procedimentos para implantação do jardim de chuva. Os sistemas de

36

biorretenção foram originalmente desenvolvidos como medidas de controle da qualidade da

água para locais com área entre 4.000 – 12.000 m². Porém, as questões de projeto, não se

restringiram apenas a melhoria da qualidade da água, enfocando também a redução dos

volumes de escoamento gerados, levando a sua aplicabilidade em áreas menores e mais

pontuais (DAVIS et al, 2009).

Variadas metodologias de projeto foram desenvolvidas, as quais variam de acordo com

a escala do experimento, características locais e área de implantação. Em relação à escala, o

projeto pode ser realizado pontualmente, coletando águas de pequenas áreas superficiais,

como telhados; ou mais abrangente, recolhendo águas de grandes superfícies impermeáveis,

como rodovias.

Winston et al (2010) consideram os jardins de chuva sistemas ideais para serem

implantados em áreas residenciais, principalmente quintais, onde os sistemas são

dimensionados justamente para receber volumes de calçadas e telhados.

Em alguns estudos, o tamanho dos jardins de chuva é destinado a pequenas áreas, sendo

dimensionados através de uma proporção de 5% a 20% da superfície impermeável

(CHRISTENSEN & SCHMIDT, 2008). Na Nova Zelândia, o tamanho adotado para o jardim

da chuva, geralmente é de 5% a 10% das áreas impermeáveis (LI & ZHAO, 2008).

Para Muthanna et al (2008), o projeto do jardim de chuva foi definido para receber um

volume de escoamento de uma superfície de 20 m². A área do jardim foi de 0,96m²,

aproximadamente 5% do total da área impermeável. A adoção desse dimensionamento teve

relação direta com o objetivo do trabalho – examinar o comportamento hidrológico do jardim

de chuva no inverno, analisando a infiltração, tempo de detenção e redução do fluxo;

possibilitando um monitoramento mais eficiente do sistema, devido às pequenas proporções

adotadas.

No que se refere às características locais, deve-se considerar aspectos como os índices

pluviométricos, estudo do solo e topografia, a fim de conhecer o comportamento dos eventos,

as condições hidráulicas do solo e o caminho das águas no meio urbano. São importantes

visitas in loco, para determinar, da maneira mais adequada e eficiente, os caminhos de fluxo

no local e evitar ou minimizar eventuais custos adicionais por qualquer falha decorrente do

desenho de projeto (WINSTON et al, 2010).

Davis et al (2009) consideram que as especificações de critérios projetuais devem

priorizar o estudo do solo, principalmente sua permeabilidade; considerações sobre as

variações de nível do lençol subterrâneo, por se mostrar uma limitação projetual quando alto.

Winston et al (2010) propõem uma metodologia de projeto baseada no tempo de

infiltração das águas em solo natural, denominada de taxa de drenagem. Nesse método, cava-

37

se uma abertura no terreno a uma profundidade de 1 m abaixo do fundo do jardim de chuva,

em seguida essa abertura é preenchida com um volume conhecido de água, então é

contabilizado o tempo de infiltração da água. Algumas distâncias mínimas aproximadas2 que

o jardim deve ter em relação a algumas infra-estruturas existentes: 3,00 m de poços e

fundações de casa e, 7,50 m de fossas sépticas.

O conhecimento da área de implantação na determinação de critérios de projeto considera

a tipologia do uso e ocupação do solo, identificando quais atividades são desenvolvidas na

região, quais são passíveis à poluição e, o levantamento dos sistemas e infra-estruturas

existentes.

Li et al (2010) afirmam que os parâmetros mais adequados de projeto são a profundidade

da camada do aquífero, a permeabilidade do solo e a área das superfícies impermeáveis. No

estudo realizado em Pequim (China), os autores identificaram os principais parâmetros,

fatores influentes e metodologias de projeto aplicadas ao jardim de chuva (Quadro 5).

Quadro 5 – Aspectos gerais adotados no projeto do jardim de chuva.

Fonte – Modificado de Li et al, 2010.

PARÂMETROS

DE PROJETO

FATORES

INFLUENTES

OBJETIVOS

PRINCIPAIS

MÉTODOS DE

PROJETOS

CONDIÇÕES DE

APLICABILIDADE

Profundidade do

aquífero

Coeficiente de

permeabilidade

da camada

vegetada

Infiltração

Eventos

de precipitação

Maior quantidade de

retenção e redução de

fluxo

Profundidade da

camada

vegetada

Coeficiente

de escoamento

superficial

Redução de

fluxo

Chuva de

projeto

Baixa taxa de áreas

verdes

Proporção em

relação às áreas

impermeáveis

Intensidade de

precipitação

Filtração das

águas

escoadas

Análise

de balanço

hídrico

Altas exigências de

qualidade de água e

ambiental

Prince George’s County (2007) apresenta uma proposta de projeto baseado no Método da

Curva-Número (CN), criado pelo Soil Conservation Service (SCS), nos Estados Unidos. Essa

metodologia se baseia na determinação de uma vazão de projeto, a partir da disponibilidade

de dados existentes. Geralmente são utilizados dados de chuva diária, a fim de estimar o

escoamento superficial para um dia. Geralmente os valores de CN são tabelados de acordo

com o tipo de uso do solo na área da bacia, seja rural, urbana ou suburbana.

Apesar dos avanços nos estudos sobre o dimensionamento de jardins de chuva, ainda não

existe um padrão ou modelo de projeto mais adequado, sendo necessário um maior estudo

acerca dessas metodologias ou do desenvolvimento de novos modelos metodológicos, a fim

de gerar mais critérios e parâmetros de projeto.

2 Essas medidas foram calculadas a partir da unidade pés (ft), sendo 1ft = 0,3048m. Ressalta-se também que

deverão ser adotadas medidas iguais ou superiores às estipuladas.

38

Outra questão importante no projeto do jardim de chuva é seu custo. Li et al (2010),

apresentam uma tabela de custos baseada no Departamento de Engenharia de Construções de

Pequim, comparando alguns valores envolvidos nos projetos de biorretenção, cinturão verde e

pavimento permeável (Quadro 6).

Quadro 6 – Custos de projeto do jardim de chuva, cinturão verde e pavimento permeável.

Fonte – Modificado de Li et al, 2010.

ITEM INVESTIMENTO

INICIAL (R$/m²)

CICLO DE

VIDA (anos)

MANUTENÇÃO E

OPERAÇÃO ANUAL (R$/m²)

Jardim de Chuva 159,00 20 2,00

Cinturão verde 9,80 20 1,75

Pavimento Permeável 29,40 20 1,50

2.4.2. Estrutura

Segundo Dunnett & Clayden (2007), geralmente, a estrutura de um jardim de chuva é

composta por seis camadas, como apresentado na Figura 17.

Figura 17 – Estrutura de um jardim de chuva mostrando as diversas camadas.

Fonte – Dunnett e Clayden, 2007.

6. COBERTURA VEGETAL

5. PROCESSOS DA ADUBAÇÃO

OU SUBSTRATO

1. ARMAZENAMENTO E RECARGA

2. TRANSFERÊNCIAÇÃO

4. DRENANTE

3. FILTRANTE

39

Iniciando de baixo para cima, a primeira camada é de armazenamento e recarga. Neste

local a água infiltrada por ser destinada a três fins: armazenamento, recarga subterrânea e

sistema combinado.

O armazenamento é realizado através de um dreno que é ligado diretamente a um

reservatório externo ao jardim, onde a água pode ser reutilizada (Figura 18). De acordo com

Winston et al. (2010), os drenos ajudam no escoamento e secagem da água do sistema em

eventos contínuos, evitando a sobrecarga de armazenamento dentro do sistema.

Figura 18 – Esquema do jardim de chuva mostrando a detenção (retenção) da água e posterior

liberação pelos drenos. Adaptado pela autora.

Já a recarga subterrânea é feita diretamente após o processo de infiltração e

redistribuição da água na estrutura interna do jardim, com o objetivo de alimentar o aquífero e

o fluxo de base. Já o sistema combinado, é o arranjo entre o armazenamento e a recarga,

visando estimular tanto a reservação das águas, quanto o abastecimento subterrâneo (Figura

19).

Figura 19 – Esquema do jardim de chuva mostrando a recarga do aquífero e a combinação da

recarga do aquífero com a liberação parcial pelos drenos. Adaptado pela autora.

40

A segunda camada, denominada de transferência, é formada por brita ou cascalhos onde

a água é temporariamente abrigada antes de ser destinada ao armazenamento ou

reabastecimento do lençol. A terceira camada é denominada de filtrante e, é constituída por

uma geomembrana ou geotêxtil (bidim), destinado a retenção de finos carreados com as águas

infiltradas do sistema.

A quarta camada, drenante, é formada em sua maioria por areia para estimular a

infiltração e redistribuição da água no solo. A quinta camada é denominada de adubação, por

ser o local onde se concentram todos os nutrientes que darão suporte a cobertura vegetal

utilizada.

A sexta e última camada é formada pela cobertura vegetal do jardim. A utilização de

plantas rasteiras, arbustivas e, principalmente, de espécies nativas, por se adaptarem melhor a

região onde o jardim de chuva será instalado, são as plantas mais indicadas para esta camada.

Alguns estudos representam essas duas camadas como uma única (adubação + cobertura

vegetal), composta por uma mistura de solo, o qual estimula a infiltração e a filtração das

águas, ao mesmo tempo em que fornece subsídios ao desenvolvimento da cobertura vegetada.

A seleção da mistura do solo e a profundidade determinada devem considerar os

diferentes objetivos do sistema e parâmetros como: capacidade para suportar e sustentar a

vegetação selecionada, para infiltrar as águas retidas na superfície e para remover os

poluentes existentes.

As proporções adotadas para a mistura de solo são variantes. Davis et al (2009)

apresentam uma mistura utilizando 20% de matéria orgânica, 30% de solo natural e 50% de

areia. Já Prince Goerge’s County, 2007, cita que no estado de Delaware (USA) o solo é

composto por 1/3 de areia, 1/3 de turfa material de origem vegetal e 1/3 de palha desfiada e,

na Carolina do Norte (USA), a proporção adotada é de 85 – 88% de areia, 8 – 12% de uma

mistura de silte e argila e 3 – 5% de matéria orgânica.

Segundo Davis et al (2009), os benefícios da vegetação no sistema de biorretenção são

grandes, porém difíceis de quantificar. Teoricamente, as plantas influenciam o sistema de

inúmeras maneiras: promovem a permeabilidade do solo, desviam ou retardam os fluxos de

escoamento, e filtram os sedimentos e poluentes, através do processo de fitorremediação.

As plantas, além de proporcionar a valorização estética e ecológica, melhoram a

estrutura do solo e potencializam a capacidade de infiltração, devido a formação de

macroporos no solo (ARAVENA & DUSSAILLANT, 2009).

O uso de gramas como sendo o único tipo de vegetação utilizada pode gerar muitos

problemas no desenvolvimento do sistema, por solicitar um maior tempo de permeabilidade,

devido a compactação do solo, além de reduzir o potencial de remoção de poluentes. Assim

41

como não há um modelo metodológico único de projeto, também não há uma estrutura de

camadas padrão.

O jardim de chuva de Dussaillant et al (2004) por exemplo, é formado por quatro

camadas: subsolo urbano sem espessura definida (por ser um estudo em laboratório), uma

geomembrana (filtrante), uma camada de 70cm de areia (drenante) e, por último, uma camada

de mistura de 50 cm de espessura, formada por 60% de areia e 40% de matéria orgânica

(adubação + cobertura vegetal).

Já Aravena & Dussaillant (2009) criaram um jardim com apenas duas camadas, uma de

1,5 m de espessura, constituída somente por areia (drenante) e, outra camada de 50 cm de

espessura formada por 50% de areia e 50% de composto orgânico (adubação +cobertura

vegetal) (Figura 20).

Figura 20 – Representações dos jardins de chuva aplicados em alguns estudos.

2.4.3. Funcionamento

O sistema engloba processos químicos, biológicos e físicos, os quais ocorrem devido às

propriedades das plantas e dos microorganismos presentes na matéria orgânica e no solo

(PRINCE GEORGE’S COUNTY, 2007).

Os processos que ocorrem na natureza são os mesmos que acontecem em pequena

escala no jardim de chuva. Eles dependem do desenho, estrutura e condições do local de

instalação, o que pode intensificar ou não, os processos que ocorrem no jardim. Os principais

processos que ocorrem são apresentados no Quadro 7, de acordo com sua origem em

químicos, biológicos e físicos.

Entre todos esses processos envolvidos no jardim de chuva, os que mais se estudam no

âmbito científico são a retenção, infiltração e filtração. Isso devido aos principais objetivos

MISTURA

AREIA

GEOMEMBRANA

SOLO URBANO

MISTURA

AREIA

42

aos qual o sistema é projetado: controle da qualidade e quantidade das águas advindas do

escoamento superficial.

Quadro 7 – Quadro apresentando os processos que ocorrem no sistema de biorretenção.

Fonte – Modificado de Prince George's County, 2007.

CLASSE PROCESSO DESCRIÇÃO

QUÍMICOS

Absorção A água é absorvida pelos espaços entre as partículas de solo e tomada pelas

raízes, fungos e microorganismos presentes no solo

Adsorção É a atração iônica de líquidos, gases ou substâncias dissolvidas para as

superfícies sólidas

Degradação É a perda de componentes químicos por microorganismos presentes no solo

Desnitrificação Transformação de nitratos e outras substâncias em gás nitrogênio.

Fitorremediação Remover ou tornar os contaminantes do solo e da água inofensivos.

Nitrificação Íons de amônia são convertidos em nitritos e depois convertidos em

nitratos, no qual pode ser assimilado pelas plantas.

Volatização Conversão de uma substância para uma forma de vapor volátil

BIOLÓGICOS

Assimiliação As plantas retêm os nutrientes que auxiliam nos processos biológicos e no

seu próprio crescimento

Decomposição É a perda de componentes orgânicos pela fauna do solo e fungos

Filtração Partículas são filtradas através das plantas e do solo

Transpiração Vapor d’água liberado pelas plantas

FÍSICOS

Atenuação

térmica

É a variação de temperatura que ocorre devido a infiltração das águas no

solo

Colmatação

Deposição de partículas na superfície e nos interstícios do meio poroso,

podendo ocasionar o entupimento dos poros do solo por partículas maiores

e formando uma camada de algas ou bactérias, dificultando a passagem da

águas para as camadas mais profundas do solo.

Evaporação Transferência de água para atmosfera, intensificada pelas plantas e pelo

solo exposto

Fixação Partículas são fixadas na superfície do sistema, auxiliando no pré-

tratamento antes de chegar à camada intermediária

Infiltração Passagem da água da superfície para camadas de solo mais profundas

Interceptação Captura das águas da chuva ou de escoamento pelas plantas ou solo

Retenção As plantas podem reter parte do escoamento das águas, através de suas

raízes, porte ou distribuição no espaço.

Retenção

Os sistemas de retenção são projetados para captar, reter, retardar e minimizar ou evitar

os impactos advindos do escoamento superficial sobre o sistema de drenagem e a população.

Nessa etapa as águas são conservadas sobre a superfície do jardim, o qual deve ter área

suficiente para que a lâmina d’água se distribua uniformemente. Esse volume de água

armazenado volta ao ciclo hidrológico através dos processos de evapotranspiração e

infiltração.

A evapotranspiração é um importante processo que ocorre no sistema de biorretenção,

onde a água retida retorna ao ciclo hidrológico através da evaporação da água do solo e pela

transpiração da cobertura vegetal.

43

Segundo Prince George's County (2007), 90% das águas retidas pelas plantas retorna à

atmosfera em forma de vapor d’água. A intensidade com que ocorre esse processo depende de

algumas variáveis como condições meteorológicas e iniciais do solo.

Alguns estudos consideram a taxa de evapotranspiração insignificante, devido as

pequenas proporções de área adotadas em jardins de chuva (DUSSAILLANT et al, 2004). Já

Davis et al (2009) mostraram que a evapotranspiração associada ao processo de infiltração

pode atenuar entre 50 e 90% do fluxo de entrada de água no sistema, considerando as

condições do solo local, tipo e profundidade do sistema e as configurações de drenagem do

sistema.

A função de retenção tem relação direta com a estrutura do jardim, principalmente com

a área e a profundidade da depressão, representada pela distância entre a superfície do jardim

em relação ao nível do terreno local. Essa depressão é denominada de charco (pond), e tem

como objetivo evitar a transferência das águas retidas para fora dos limites do sistema.

Quanto maior a profundidade da depressão da superfície do jardim de chuva, maior será

a lâmina d’água que poderá ser acumulada no dispositivo e, quanto maior sua área, melhor

será a distribuição dessa lâmina d’água sobre sua superfície.

A função de retenção engloba aspectos relacionados a detenção das águas e o tempo de

concentração. Há uma correlação positiva entre esses dois fatores e a temperatura local.

Quanto maior a temperatura, mais seco estará o solo e a cobertura vegetada, o que estimula a

detenção através das plantas – pelo efeito da evapotranspiração e, a redução do tempo de

concentração, pelo estado de secura do solo (MUTHANNA et al, 2008).

Alguns modelos computacionais são utilizados para analisar o desempenho do jardim de

chuva. MIKE SHE é um avançado programa para modelagem hidrológica que inclui um

conjunto de ferramentas de pré e pós-processamento. Engloba um grupo de soluções simples,

técnicas e flexíveis para processos hidrológicos como a evapotranspiração, escoamento

superficial e fluxo de águas subterrâneas (DHI, 2008).

Christensen & Schmidt (2008) aplicaram esse modelo em jardins de chuva instalados

aleatoriamente na cidade de Madison (Wisconsin/USA). Os sistemas foram projetados para

receber apenas o escoamento superficial dos telhados das casas, sendo adotadas proporções

para o dimensionamento de 15%, 36%, 50%, 65%, 86% e 100% dessas áreas impermeáveis.

O desempenho dos sistemas foi avaliado a partir de seis conjuntos de cenários hipotéticos, sob

condições variáveis de intensidade e duração dos eventos. O modelo resultou em uma

significativa redução do volume total de escoamento superficial de 50% para taxas menores

que 10% e, uma queda no fluxo de pico de 60% para 10%.

44

Outro aspecto relevante que envolve a função de retenção é o balanço hídrico que

ocorre no sistema. Dussaillant et al (2004) apresentaram duas formulações para o cálculo do

balanço de água no charco do jardim de chuva.

Assumindo que a chuva e o escoamento são uniformemente distribuídos na superfície

do jardim de chuva, utiliza-se a Equação 15 para representar o balanço no jardim de chuva. Se

assumir que o tempo de concentração e transporte do escoamento é insignificante, ou seja,

poucos minutos, e o volume de entrada também é distribuído homogeneamente sobre a

superfície do sistema, o cálculo total de água no jardim pode ser expresso pela equação

Equação 16.

(Equação 15)

Equação 15 – Balanço Hídrico com tc insignificante

(Equação 16)

Equação 16 – Balanço Hídrico

Onde: representa a área do jardim (L²), é a profundidade do charco (L), é a vazão

precipitada (L³/T), é a vazão de entrada (L³/T), é a vazão de infiltração

(L³/T), é a vazão de extravasamento, caso ocorra (L³/T), é o balanço total no

jardim de chuva (L³/T) e, é a relação entre a área do jardim da chuva e a área da superfície

impermeável, de onde recebe o escoamento.

Infiltração

A combinação da diminuição da recarga e o aumento do bombeamento das águas

subterrâneas têm abaixado os níveis dos lençóis nas cidades e nos arredores de áreas urbanas,

principalmente áreas em expansão. Assim, a prática da infiltração – recarga subterrânea e a

conservação do fluxo de base, é a chave para reversão desse quadro, evitando a necessidade

de grandes obras estruturais a elevados custos (ARAVENA & DUSSAILLANT, 2009).

Li et al (2010) citam um exemplo ocorrido no ano de 1999 em Pequim (China). O nível

do lençol freático sofreu uma diminuição de 2 m, o que provocou uma série de problemas

ambientais, como uma baixa no nível do solo local.

Dussaillant et al (2004) desenvolveram um modelo numérico, RECHARGE, que simula

de maneira contínua a relação entra as águas de superfície e o fluxo de água subterrâneo. Esse

45

estudo mostrou que é possível obter altas taxas de recarga, adotando um dimensionamento

equivalente a 10 – 20% da área de contribuição de áreas impermeáveis.

O modelo é baseado na Equação de Richard (Equação 17), onde as propriedades

hidráulicas do solo podem ser determinadas pela Equação de van Genuchten (10) e a

infiltração, estimada pela equação de Darcy-Buckingham (9):

(Equação 17)

Equação 17 – Equação de Richards

Outros modelos computacionais são utilizados para analisar o comportamento

hidrológico do jardim de chuva, e fornecer critérios de projeto para sua implementação em

diferentes tipos de clima, solos e cenários, como o UNSAT-H e Hydrus-1D e 2D (ARAVENA

& DUSSAILLANT, 2009).

Filtração

A função de filtração no jardim de chuva é bastante abordada, devido a sua capacidade

na retenção e remoção de poluentes carreados pelo escoamento superficial, proporcionando a

melhoria da qualidade das águas infiltradas, a segurança dos aquíferos e a proteção ambiental.

Segundo Davis et al (2009), os principais poluentes removidos são os sólidos suspensos

totais, nitrogênio total, fósforo total e zinco. Metais pesados também podem ser removidos

com apenas 20 cm de espessura do solo médio – solo misturado.

Prince George’s County (2007) apresenta o resultado de algumas pesquisas sobre a

remoção de poluentes através dos jardins de chuva (Quadro 8).

Quadro 8 – Quadro das pesquisas sobre filtração em jardins de chuva.

Fonte – Prince George’s County, 2007.

PARÂMETROS % REMOVIDO FONTE (S)

TSS 97 Hsieh & Davis, 2005; UNHSC, 2006; Ermillio &Traver, 2006

TP 35 – 65 Davis et al., 2006; Hunt et al., 2006; Ermillio, 2005

TN 33 – 66 NHSC, 2006; Hunt et al., 2006; Sharkey, 2006; Davis et al., 2006

Cu 36 – 93 Ermillio, 2005; Davis et al., 2006

Pb 24 – 99 Ermillio, 2005; Davis et al., 2006

Zn 31 – 99 UNHSC, 2006; Ermillio, 2005

Óleo 99 UNHSC, 2006; Hong et al., 2006

Bactérias 70 Hunt et al., 2006

46

Trowsdale & Simcock (2011), implantaram um sistema de biorretenção em uma área

industrial na Nova Zelândia, para avaliar o balanço da concentração de poluentes no sistema.

Eles constataram a eficiência do sistema na remoção de poluentes, resultando a diminuição

das concentrações de chumbo (de 11 g/L para 1 g/L), sólidos suspensos totais ( de 375

mg/L para 42 mg/L) e zinco (de 355 g/L para 24 g/L).

Para que o sistema desempenhe uma ação positiva em relação à filtração das águas, é

necessário realizar uma manutenção adequada e periódica no jardim de chuva. Não há um

procedimento padrão para manutenção, sendo assim, variante de acordo com as

peculiaridades de cada localidade. A manutenção é realizada, principalmente, para evitar ou

minimizar os danos gerados pelo processo de colmatação.

Algumas sugestões gerais de manutenção são a remoção de pedregulhos, folhas, lixos;

remoção de detritos que adentram o sistema pelo volume de entrada, principalmente na

superfície do jardim de chuva, para que as taxas de infiltração sejam mantidas; remoção dos

sedimentos depositados perto da entrada do sistema, para que as características do sistema não

sejam comprometidas (Davis et al, 2009).

47

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. ÁREA DE ESTUDO

3.1.1. Aspectos Gerais

A cidade de Recife, em Pernambuco (Figura 21), sofre constantemente com os

importunos consequentes de eventos chuvosos, mesmo ocorrendo em pequenas intensidades.

Alagamentos, transbordamento de canais urbanos e extensos engarrafamentos são apenas

alguns impactos das chuvas na cidade.

Figura 21 – Localização da cidade de Recife.

A planície do Recife está localizada um pouco acima do nível do mar (2 a 10 m), e em

algumas áreas seus níveis são equivalentes aos níveis das marés de sizija, o que dificulta o

escoamento natural das águas em épocas chuvosas. Além disso, a cidade é rodeada por

morros, o que proporciona o acúmulo de água em seu interior.

Os problemas se intensificam devido ao aumento de áreas impermeáveis em detrimento

de áreas livres e permeáveis; a precariedade do sistema de micro e macrodrenagem, pela falta

de manutenção, fiscalização e educação da população, existindo muitos dispositivos

quebrados, entupidos, cobertos (tapados) e com uma carga excessiva de resíduos sólidos e;

pelas ocupações irregulares às margens de corpos d’água e de encostas e morros,

minimizando a infiltração das águas e aumentando o volume e velocidade de escoamento.

48

De acordo com a classificação climática de Köppen, Recife possui um clima tropical

quente e úmido do tipo As. A temperatura média histórica anual do município é de 23,9°C

(Figura 22), sendo os meses de junho a outubro, os que apresentam temperaturas abaixo da

média.

A média histórica anual acumulada, de 2.254 mm (LAMEPE/ITEP). Os meses de maio

a julho apresentam os eventos de maior intensidade, justificados pelo declínio gradual da

temperatura ocorrido nas estações de outono e inverno (Figura 23).

Figura 22 – Temperaturas históricas mensais e média anual de Recife.

Fonte – LAMEPE, 2011. Adaptado pela autora.

Figura 23 – Precipitações históricas mensais e média anual de Recife.

Fonte – LAMEPE, 2011. Adaptado pela autora.

2020,5

2121,5

2222,5

2323,5

2424,5

2525,5

26

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

0

50

100

150

200

250

300

350

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

49

3.1.2. Aspectos Locais

Considerando as recomendações e limitações sobre a instalação de dispositivos de

infiltração (taxa de infiltração, tipo de solo, dentre outros), o local da instalação do jardim de

chuva piloto foi escolhido para amortecer picos de vazões locais a partir de uma área

impermeável determinada, na qual o volume de entrada podia ser definido.

Mesmo que as condições de solo, e permeabilidade local não fossem 100% favoráveis

ao processo de infiltração, a estrutura do jardim de chuva também foi projetada para

armazenar parte do volume de entrada no interior de sua estrutura.

Alguns locais dentro do Campus da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)

foram previamente selecionados como áreas passíveis à instalação do dispositivo. A

dificuldade de acesso a algumas áreas, a insegurança para os equipamentos necessários no

monitoramento, a dificuldade em coletar águas escoadas superficialmente, o encontro com

outras infra-estruturas (tubulações de esgoto e água) e o planejamento e expansão de projetos

da UFPE (novos blocos e novos centros de estudo), foram alguns dos fatores limitantes para a

escolha do local.

Dessa maneira, o jardim piloto foi locado no Centro de Tecnologia e Geociências da

UFPE (CTG). O CTG é formado por vários galpões, incluindo o Galpão de Hidráulica, ponto

de referência para a locação do jardim de chuva. Nessa área não há projeções de futuras

instalações e nem coincide com alguma infra-estrutura instalada3. A área garante a segurança

dos equipamentos e a quantificação do volume de entrada a partir de uma superfície

impermeável determinada (Figura 24).

O jardim piloto está localizado ao lado do Galpão de Hidráulica, o qual coleta um

volume de entrada advindo de parte de seu telhado, onde essa fração equivale a uma área de

aproximadamente 74,8 m² (Figura 25 e 26).

3 De acordo com as análises dos projetos de infra-estrutura disponibilizados pela Prefeitura Universitária da

Universidade Federal de Pernambuco.

50

Figura 24 – Localização do CTG e Galpão de Hidráulica no Campus da UFPE.

Fonte – Google Earth, 2011. Adaptado pela autora.

Figura 25 – Localização do Jardim de Chuva Piloto em relação ao Galpão de Hidráulica.

CENTRO DE CONVENÇÕES

AV. DOS REITORES

CENTRO DE ARTES E

COMUNICAÇÃO

CTG

GALPÃO DE HIDRÁULICA

51

Figura 26 – Planta de Coberta do Laboratório de Hidráulica destacando a área da superfície

impermeável em estudo.

Drenagem natural

Em relação a drenagem local, esta área não apresenta tendências para alagamentos, de

acordo com a análise das plantas das curvas de níveis da UFPE disponíveis na Prefeitura

Universitária. A Figura 27 apresenta, esquematicamente, o direcionamento do escoamento em

relação às cotas, as quais decrescem de acordo com o distanciamento do local de implantação

do dispositivo.

Figura 27 – Direção do escoamento superficial

DIREÇÃO DO ESC. SUPERFICIAL JARDIM DE CHUVA CURVAS DE NÍVEL

CONSTRUÇÕES EXISTENTES GALPÃO DE HIDRÁULICA

52

Estudo do solo

Como dito anteriormente, em estudos de sistemas de infiltração como o jardim de chuva

é relevante a análise do solo local. Relembrando que, mesmo que as taxas de infiltração

recomendadas para esses sistemas não se enquadrem no recomendável, o jardim também foi

projetado para desempenhar a função de estrutura de armazenamento temporário das águas

recolhidas. Foram realizadas duas campanhas de coleta dos solos locais, uma no solo natural –

SN, e outra no solo natural abaixo da estrutura do jardim de chuva piloto– SNJ (Figura 28).

Nessa classificação são determinadas a porcentagem de ocorrência das partículas de

areia, silte e argila, de acordo com o diagrama triangular das classes texturais proposta pelo

USDA (Figura 29).

Figura 28 – Identificação de SN e SNJ. Medidas em centímetros.

As coletas em SNJ não foram realizadas abaixo do experimento, para evitar alterações

na estrutura do solo, possibilitando a interferência no movimento natural da água. Dessa

maneira, as amostras foram coletadas a uma distância de 5 m do jardim piloto, considerando o

mesmo perfil estrutural.

Para SN foram coletadas dez amostras a cada 10 cm de profundidade, já para SNJ foram

coletadas seis amostras, sendo três retiradas a 10 cm de profundidade (1,00; 1,10 e 1,20 m),

três a cada 20 cm (1,40; 1,60 e 1,80 m) e, uma a 1,90 m.

NÍVEL DO SOLO

SN

SNJ

10

0

10

0

53

Figura 29 – Classificação textural dos solos proposto pela USDA.

A caracterização dos solos foi realizada no laboratório do Departamento de Energia

Nuclear da UFPE (DEN/UFPE), através do método de sedimentação e peneiramento

propostos pela ABNT/NBR 7181/84.

Através do processo de sedimentação foram determinadas as frações de finos (partículas

menores que 0,075 mm). Nesta etapa, 70 g de cada amostra de solo foi misturada à 125 ml de

calgom4 e, agitadas mecanicamente durante 15 min. Em seguida, foram transferidas para uma

proveta e complementadas com água destilada até atingir o volume de 1 litro. Após serem

agitadas manualmente quinze vezes, as amostras foram submetidas ao método proposto por

Bouyoucos, em 1926.

Nesse método, as amostras foram monitoradas com o auxílio de um densímetro, onde o

material em suspensão (silte e argila) fornece determinada densidade ao líquido, de acordo

com os tempos de leitura e temperatura. Os tempos a que o método foi submetido foram de

30, 60, 120, 240, 480, 900, 3600, 7200, 14400, 28800 e 86400 s (Figura 30).

4 Calgom: solução formada por hexametafosfato de sódio e água destilada, o qual desempenha a função de

dispersar as partículas de solo.

54

Figura 30 – Misturas; agitador mecânico; agitação manual e; monitoramento.

Pelo processo de peneiramento foram determinadas a porcentagem de partículas

maiores que 0,075 mm. Nesta etapa, as misturas utilizadas no processo de sedimentação

foram lavadas em uma peneira com malha de fundo de 0,053 mm, para que os finos existentes

nas amostram fossem removidos. Em seguida, as amostras foram postas para secar em uma

estufa e então, colocadas em um peneirador mecânico de solos durante 15 min. Neste

equipamento, várias peneiras são empilhadas e presas a uma base vibratória do próprio

equipamento. As malhas das peneiras utilizadas foram de 1,00; 0,5; 0,25; 0,106 e 0,053 mm

(Figura 31).

A classificação textural geral dos perfis foi baseada nas porcentagens totais de argila,

silte e areia, englobando todo o conjunto de camadas analisadas. O SN foi classificado como

Franco Argilo Arenoso e, o SNJ como Franco Arenoso (Figura 32).

Detalhando cada camada de SN e SNJ, a granulometria das partículas foi apresentada

através da curva granulométrica característica para cada camada. As curvas não foram

dispostas nos mesmos eixos, para evitar dificuldades na visualização. Sendo assim, dispostas

em conjunto de acordo com a classificação textural em que se enquadram.

55

Figura 31 – Estufa para secagem das amostras e peneirador mecânico para solo.

Figura 32 – Gráficos das frações das partículas em SN e SNJ.

A Tabela 1 apresenta de maneira sucinta a classificação de cada camada de acordo com

o solo. Já a curva granulométrica e a porcentagem das partículas constituintes em cada

camada são apresentadas nas Tabelas 2, 3, 4, 5 e 6.

Tabela 1 – Tabela de classificação textural das camadas de SN e SNJ.

SN SNJ

Camadas (cm) Classificação Camadas (cm) Classificação

0-10 Franco Argilo Arenoso 100 Franco Arenoso

10-20 Franco Argilo Arenoso 100-110 Franco Argilo Arenoso

20-30 Franco Arenoso 110-120 Franco Arenoso



50-60 Franco 160-180 Franco Arenoso

60-70 Franco 180-190 Franco Arenoso

70-80 Franco

80-90 Franco

90-100 Franco

20%

28%

52%17%

18%

65%

AREIA SILTE ARGILA

SN SNJ

56

Tabela 2 – SN – curva granulométrica das camadas do tipo Franco Argilo Arenoso.

Camadas

(cm)

Argila Silte

Areia

muito fina fina média grossa muito

grosa

0,002 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2

0-10 26,96 14,08 0,93 13,83 17,53 18,43 7,52

10-20 28,14 15,07 1,29 13,67 18,17 18,62 5,23

Tabela 3 – SN – curva granulométrica das camadas do tipo Franco Arenoso.

Camada (cm) Argila Silte

Areia

muito fina fina média grossa muito grosa

0.002 0.05 0.1 0.25 0.5 1 2

20-30 17,58 18,46 1,05 14,91 20,44 18,10 6,91

30-40 17,58 25,26 1,00 19,10 16,23 11,20 4,55

40-50 16,41 28,99 2,58 26,37 15,40 8,85 3,95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,0 0,1 1,0 10,0

Po

rcen

tag

em

acu

mu

lad

a

Diâmetro das Partículas (mm)

SN - Franco Argilo Arenoso

0-10

10-20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,0 0,1 1,0 10,0

Po

rcen

tag

em

acu

mu

lad

a


SN - Franco Arenoso

20-30

30-40

57

Tabela 4 – SN – curva granulométrica das camadas do tipo Franco.

Camadas

(cm)

Argila Silte

Areia

muito

fina fina média grossa muito grosa

0,002 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2

50-60 15,24 37,20 2,58 17,08 13,63 7,02 3,14

60-70 17,58 34,08 6,93 21,26 9,05 2,48 0,57

70-80 17,58 35,03 6,79 20,87 8,10 1,62 0,70

80-90 19,93 37,13 7,32 20,17 4,41 0,71 0,25

90-100 17,58 36,16 10,04 20,38 4,57 0,80 0,21

Tabela 5 – SNJ – curva granulométrica da camada do tipo Franco Argilo Arenoso.

Camadas

(cm)

Argila Silte

Areia


grosa

0,002 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2

110 21,10 20,46 8,75 32,83 9,20 0,57 0,02

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,0 0,1 1,0 10,0

Po

rcen

tag

em

acu

mu

lad

a


SN - Franco

50-60

60-70

70-80

80-90

90-100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10

Po

rcen

tag

em

acu

mu

lad

a


SNJ - Franco Argilo Arenoso

110

58

Tabela 6 – SNJ – curva granulométrica das camadas do tipo Franco Arenoso.

Camadas

(cm)

Argila Silte

Areia


grosa

0,002 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2

100 19,93 26,22 9,25 27,06 8,78 0,94 0,14

120 18,75 16,34 6,77 38,99 11,60 0,61 0,05

140 16,41 17,11 6,29 32,77 15,48 3,27 0,70

160 16,41 16,75 5,84 44,80 19,57 2,24 0,21

180 12,89 14,00 5,89 35,20 21,86 2,80 0,21

190 14,06 16,93 8,86 37,66 10,38 1,20 0,18

3.2. JARDIM DE CHUVA PILOTO

3.2.1. Dimensionamento

O dimensionamento do jardim piloto pode ser dividido em duas partes: área e estrutura.

Na área foram determinadas as dimensões planas do jardim, ou seja, sua metragem quadrada e

seu formato; já na estrutura foi estudado o perfil do experimento, ou seja, o dimensionamento

das camadas internas do jardim piloto.

Área

De acordo com as informações expostas, o dimensionamento de um jardim de chuva

pode ser realizado de variadas maneiras. Neste trabalho foi adotada uma porcentagem mínima

da área impermeável para o dimensionamento do jardim de chuva piloto.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 0,0 0,1 1,0 10,0

Po

rcen

tag

em

acu

mu

lad

a


SNJ - Franco Arenoso

100

120

140

160

180

190

59

A área total do telhado é de 74,8 m² e, considerando 5% dessa área, o jardim de chuva

piloto deveria ter uma área de 3,74 m². Para efeitos de cálculo e regularidade no desenho do

dispositivo, a área adotada foi de 4 m², representando 5,34% da área impermeável.

Foi adotado um desenho baseado na forma quadrada, sendo 2 m cada parede do

experimento. Essa área é considerada pequena se comparada com outras técnicas

compensatórias como o telhado verde ou trincheira de infiltração.

O entorno da área de estudo não causa nenhuma obstrução sobre o jardim piloto, mesmo

com a existência de uma árvore de grande porte na área (Mangueira). Isso possibilitou a livre

precipitação sobre o jardim e a recepção do volume advindo do telhado sem obstruções de

qualquer construção existente.

Estrutura

A composição da estrutura da estrutura do jardim piloto foi baseado na camada de

armazenamento, ou seja, da camada de brita. Essa medida foi determinada por uma sequência

de etapas de cálculo: intensidades de precipitação, alturas de precipitação, volumes de

entrada, volumes de saída e altura da camada de brita.

Após todas essas etapas é apresentado o perfil do jardim de chuva piloto, ou seja, as

camadas que o compõe, especificando os materiais utilizados e suas respectivas alturas.

Intensidades de precipitação

Intensidade de precipitação é a altura precipitada por unidade de tempo e, seu valor é

determinado através da relação intensidade-duração-frequência, denominada também de

equação idf. A equação que determina essa intensidade varia de acordo com a localidade, pois

depende de parâmetros empíricos locais, do tempo de retorno do dispositivo a ser implantado

e da duração de uma chuva de projeto (TUCCI, 2009).

Algumas equações idf foram determinadas para a Região Metropolitana de Recife

(RMR), destacando a da Fundação de Desenvolvimento Municipal (FIDEM). Essa equação

foi baseada em registros pluviográficos das estações de Curado e Olinda, bairro e cidade

vizinha de Recife, respectivamente (Equação 18). Os registros que basearam essas equações

da FIDEM resultam em 25 anos de dados, sendo 10 anos do posto de Curado e 15 anos do

posto de Olinda, datados até 1976 (FIDEM, 1979).

(Equação 18)

60

Equação 18 – Equações idf da FIDEM, 1979.

Onde: é período de retorno (anos), é a duração da chuva (min) e, e são as

intensidades de chuva (mm/h), adotando a intensidade máxima entre e .

Outra equação idf para a RMR foi proposta por Ramos & Azevedo (2010). Essa

equação utilizou dados do posto localizado no Aeroporto Internacional dos Guararapes em

Recife. Essa equação foi baseada em um período de 40 anos de dados, 1968 – 2007,

apresentando poucos erros e falhas em seus registros (Equação 19).

(Equação 19)

Equação 19 – Equações idf de RAMOS & AZEVEDO, 2010.

Onde: é período de retorno (anos), é a duração da chuva (min).

Para a determinação da intensidade neste trabalho, utilizou-se a equação idf proposta

por Ramos & Azevedo (2010), devido ao período considerável de registros – 40 anos; por

utilizar um posto instalado em Recife e, trabalhar com dados mais recentes, até 2007, onde as

mudanças no clima e regime de chuva são mais atuais.

O tempo de retorno e a duração da chuva de projeto (t) adotados foram de 5 anos e 15

min, respectivamente, valores esses, apropriados para projetos de microdrenagem (TUCCI,

2009).

Apesar da escolha dos tempos de retorno e de projeto terem sidos escolhidos, o cálculo

da intensidade foi realizado adotando diferentes tempos de retorno (2, 5 e 10 anos) e tempos

de duração da chuva de projeto, a fim de comparar os variados resultados de altura de brita.

As durações de chuva utilizadas na equação idf foram baseadas no teste de infiltração

realizado na superfície do solo natural, como parâmetro de pré-dimensionamento. O Apêndice

1 apresenta a relação entre os tempos dos testes de infiltração, resultando em diferentes

intensidades para os tempos de retorno de 2, 5 e 10 anos.

61

Alturas de precipitação

Segundo Tucci (2009), altura de precipitação é a espessura média da lâmina de água

precipitada em determinada região, considerando que essa água não infiltre, não evapore e

não escoe para áreas de menor cota.

Após a determinação das intensidades para os variados tempos de retorno e de duração

da chuva de projeto, foram determinadas as alturas de precipitação através do produto das

intensidades pelos seus respectivos tempos em horas como apresentado no Apêndice 2.

Volumes de entrada

Os volumes de entrada foram determinados a partir do Método Racional (Equação 20).

Esse método é aplicado a bacias pequenas, com área inferior ou igual a 2 km², e tem como

finalidade transformar a intensidade de precipitação (mm/h) em vazão (m³/s).

De acordo com Tucci (2009), para validar essa metodologia de transformação da

precipitação em vazão, deve-se considerar a duração da precipitação intensa de projeto igual

ao tempo de concentração e não considerar o volume de cheia e a distribuição temporal das

vazões.

Equação 20 – Método Racional

(Equação 20)

Onde: representa a vazão máxima (m³/s), é o coeficiente de escoamento, é a intensidade

da precipitação (mm/h) e, é a área da bacia (m²).

O valor do coeficiente de escoamento é tabelado e, pode ser baseado no tipo de

superfície, a exemplo de tipo de pavimento e cobertura vegetal, ou baseado no tipo de

ocupação, a exemplo de área comercial, industrial e residencial. Para este trabalho, foi

utilizada a tabela da American Society of Civil Engineers (ASCE, 1969), baseando os valores

de C de acordo com o tipo de superfície (Quadro 9).

De acordo com o quadro exposto, os valores para a cobertura do tipo telhado se

enquadram entre 0,75 – 0,95. O valor esperado (0,85), geralmente é o valor recomendado em

cálculos, sendo assim, o valor adotado neste trabalho para o coeficiente de escoamento. Já as

outras unidades, intensidade e área, são representadas pelos valores de intensidades

anteriormente calculadas e, pela área do telhado (74,8 m²).

62

Quadro 9 – Valores do coeficiente de escoamento (C) baseado no tipo de superfície.

Fonte – Adaptado de ASCE, 1969.

SUPERFÍCIE CONSIDERAÇÕES

INTERVALO VALOR ESPERADO

Pavimento

asfalto 0,70 – 0,95 0,83

concreto 0,80 – 0,95 0,88

calçadas 0,75 – 0,85 0,80

telhado 0,75 – 0,95 0,85

Cobertura: grama,

arenoso

plano (2%) 0,05 – 0,10 0,08

médio (2 a 7%) 0,10 – 0,15 0,13

alta (7%) 0,15 – 0,20 0,18

Grama, solo pesado

plano (2%) 0,13 – 0,17 0,15

médio (2 a 7%) 0,18 – 0,22 0,20

declividade alta (7%) 0,25 – 0,35 0,30

O resultado obtido por esse método fornece valores em m³/s (vazão), porém para

calcular o volume de entrada em litros foi utilizada a Equação 21, onde o resultado do volume

de entrada em m³ foi transformado em litros. Os volumes de entrada, em litros, são

apresentados no Apêndice 3.

(Equação 21)

Equação 21 – Equação do Volume de Entrada

Onde: é o volume de entrada (m³), representa a vazão máxima (m³/s) e, é o tempo (s).

Volumes de saída

O volume de saída da camada de brita corresponde a quantidade de água que sai do

jardim de chuva e se infiltra no solo logo abaixo da estrutura. Sua determinação tem como

base a lâmina d’água acumulada, de acordo com o teste de infiltração e, o comportamento das

águas infiltradas no dispositivo.

Pelo ensaio de infiltração o valor total da lâmina acumulada foi de 13,58 cm,

considerando uma lâmina adicionada de 100 ml a cada tempo do ensaio e, um anel simples de

diâmetro de 15 cm (Figura 33). Já o volume total é o produto da lâmina acumulada pela área

do dispositivo (4 m²), resultando em um volume de saída de 543,25 L (Apêndice 4).

Em relação ao comportamento das águas infiltradas, foram adotadas duas hipóteses de

movimento. A primeira considera que o processo de infiltração ocorre somente na direção

vertical, sem perdas de água pelas paredes do dispositivo e; a segunda hipótese considera as

direções vertical e horizontal. Na direção horizontal, considerou-se que o movimento se inicia

na metade da camada de armazenamento.

63

Figura 33 – Esquema do ensaio de infiltração.

Para a composição do jardim de chuva piloto foi prevista uma camada de areia entre a

camada de brita e o solo natural, a qual desempenha a função de filtro natural no sistema

(Figura 34)

Figura 34 – Movimento da água saindo do jardim de chuva piloto e se infiltrando no solo

acordo com a 1º e 2º hipótese.

O volume na camada de armazenamento é obtido pela diferença entre o volume que

entra e o que sai do sistema (Equação 22).

(Equação 22)

Equação 22 – Variação do volume no dispositivo baseado nos volumes de entrada e saída

Onde: é o volume de armazenamento (L), é o volume de entrada

(L) e, é o volume de saída (L).

64

O volume de saída é representado pelo produto da infiltração acumulada pela área de

base do dispositivo (Equação 23).

(Equação 23)

Equação 23 – Volume de saída

Onde: é o volume de saída (L), é a área de infiltração e, é a

infiltração acumulada.

A variação no armazenamento pode ser expressa pela soma dos volumes armazenados

na camada de brita e areia (Equação 24).

(Equação 24)

Equação 24 – Variação do volume no dispositivo baseado nos volumes de brita e areia

Onde: é o volume de armazenamento (m³), e são as dimensões de

largura e comprimento da base do dispositivo (m), é a altura da camada de brita (m), é

a altura da camada de areia (m), e são as porosidades da brita e da areia,

respectivamente.

Assim, combinando as Equações 20 e 24, a altura da camada de brita para a 1 hipótese é

determinada pela Equação 25, já para a 2º hipótese, utiliza-se a Equação 26.

(Equação 25)

Equação 25 – Altura de brita – 1º hipótese

(Equação 26)


Onde: é a altura de brita (m), é o coeficiente de escoamento, é a intensidade da

precipitação (mm/h), é o tempo do teste de infiltração (s), é a área da bacia (m²). e são

as dimensões de largura e comprimento da base do dispositivo (m), é a infiltração

acumulada, é a altura da camada de areia (m), e são as porosidades da brita e da

areia, respectivamente.

O ensaio de infiltração realizado não fornece dados no tempo de 15 min, sendo os

tempos mais próximos de 14 min e 20 s e 20 min e 16 s (Apêndice 5). Dessa maneira, foi

65

realizada uma interpolação entre esses tempos e suas respectivas alturas de brita de acordo

com a Tabela 7 e a Equação 27. Os resultados da interpolação são apresentados na Tabela 8.

Tabela 7 – Cálculo da interpolação para determinar a altura da camada de brita.

TEMPO ALTURA DE BRITA

(s) H

I tI HI

II tII HII

III tIII HIII

(Equação 27)


Onde: é a altura da camada de brita para o tempo desejado (m), é a altura de brita do

tempo anterior (m), é a altura de brita do tempo posterior (m), é o tempo equivalente a

altura de brita que se deseja determinar (s) e, e são os tempos anterior e posterior,

respectivamente (s).

Tabela 8 – Alturas de brita para os tempos de retorno de 2, 5 e 10 anos.

TEMPO (t) 1º HIPÓTESE (H) 2º HIPÓTESE(H)

(min:s) (s) H2 H5 H10 H2 H5 H10

I 14:20 860 0,60 0,68 0,75 0,56 0,63 0,69

II 15:00 900 0,62 0,70 0,77 0,58 0,65 0,71

III 20:16 1216 0,77 0,87 0,95 0,71 0,80 0,88

Comparando os resultados, nota-se uma aproximação nos valores das alturas de brita em

ambas as hipóteses.

No processo de colmatação, os poros existentes no sistema, tem seus espaços

preenchidos pelo acúmulo de partículas finas ou agregados carreados junto com a água

infiltrada. Esse processo proporciona o entupimento dos poros existentes, mesmo com uma

manutenção do dispositivo realizada adequadamente. Isso pode reduzir o desempenho

hidráulico do sistema e comprometer a vida útil do dispositivo, devido a alteração no

movimento da água no solo e de algumas funções como a condutividade hidráulica (SOUZA,

2002.

Foi adotado o tempo de retorno escolhido anteriormente, 5 anos. Comparando as alturas

de brita das hipóteses, nota-se que há uma diferença de apenas 5 cm em relação aos valores

calculados, sendo 0,70 m para a 1º hipótese e, 0,65 m para a 2º hipótese.

66

A camada de brita foi determinada não só para potencializar o movimento da água no

sistema, mas também para armazenar as águas infiltradas em caso de chuvas muito intensas

ou, caso o solo abaixo da estrutura esteja no estado saturado.

Dessa maneira, a altura de brita adotada foi a determinada na 1º hipótese. Assim,

considerando que o tempo de duração da chuva de projeto foi de 15 min, o tempo de retorno

de 5 anos e que o movimento da água ocorre somente na direção vertical, a altura da camada

de brita foi de 0,70 m (70 cm).

Apesar de ter sido adotada a 1º hipótese no jardim de chuva piloto, para os casos reais,

uma boa sugestão é considerar o escoamento só horizontal, visto que no horizontal pode

ocorrer a colmatação.

3.2.2. Instalação

A estruturação do jardim de chuva piloto foi baseada na união de conceitos e métodos

estruturais referentes a outras técnicas compensatórias e, baseado principalmente, na literatura

sobre os jardins de chuva.

Os jardins de chuva apresentam uma disposição de camadas que tendem a suprir suas

funções de retenção, infiltração e filtração da maneira mais eficiente. Já a maioria das técnicas

compensatórias descritas neste trabalho, baseiam-se em um perfil que, além de minimizar o

escoamento superficial e melhorar a qualidade das águas, o dispositivo armazena determinado

volume de água em seu próprio interior.

Assim, a composição das camadas do jardim de chuva deste trabalho une o princípio de

retenção, próprio dos sistemas de biorretenção; a concepção de estrutura de armazenamento

interno, através da utilização de uma camada de brita, muito comum em técnicas

compensatórias e; o processo de infiltração, inerente a ambos.

O jardim de chuva piloto é composto por cinco camadas distribuídas em uma

profundidade de 1 m (Figura 35).

Figura 35 – Camadas do jardim de chuva piloto construído na área experimental em Recife.

67

1. Areia – 10 cm –filtro natural para as águas infiltradas no sistema, antecipando seu

movimento no solo natural;

2. Brita – 70 cm – facilita o movimento da água no sistema e desempenha a função de

reservatório para as águas infiltradas no dispositivo. A brita utilizada é do tipo 19 e

apresenta uma porosidade de 52%;

3. Geotêxtil – geomembrana para retenção de finos e filtração primária das águas;

4. Substrato – 10 cm – mistura composta por terra preta e húmus de minhoca,

colocadas na mesma proporção (1:1);

5. Cobertura vegetal – disposta no local para retenção da água, devido a diferença de

altura em relação à superfície do solo – charco. Foram utilizadas as plantas

popularmente conhecidas como Ixoria Vermelha (Ixora chinensis) e Íris Amarela

(Iris pseudacorus), por serem adaptáveis às condições climáticas locais (Figura 36).

A escolha da cobertura vegetal também foi definida com base na utilização popular

dessas plantas em jardins, cercas vivas e canteiros públicos em Recife. Além disso, são

plantas que necessitam de podas, quando necessário e; seu custo é relativamente baixo, R$

1,50 reais cada muda, apresentando também aspecto positivo no custo-benefício (Tabela 9).

A Figura 37 apresenta a distribuição das plantas no jardim piloto. Os espaçamentos

adotados são baseados nas distâncias mínimas exigidas para o desenvolvimento e crescimento

de tais plantas, 15 cm. Como observado, não há plantas no centro do jardim, devido à

disposição dos equipamentos de monitoramento no solo – tensiômetros e piezômetro; e na

parte superior do jardim, por ser o caminho de acesso do tubo de entrada ao experimento.

5.COBERTURA VEGETAL

4.SUBSTRATO

3.GEOTÊXTIL

2.CAMADA DE BRITA

1.CAMADA DE AREIA

SOLO NATURAL

68

Figura 36 – Etapas da construção do jardim de chuva piloto: areia, brita, geotêxtil e substrato

e cobertura vegetal.

Tabela 9 – Caracterização da cobertura vegetal

Fonte: Mello, 2001.

COBERTURA VEGETAL

Nome Popular Ixora Vermelha Íris Amarela

Nome Científico Ixora chinesis Iris pseudacorus

Família Rubiáceas Iridaceae

Origem Ásia Europa, Ásia e África

Características Sol pleno Sol pleno e meia sombra

Rústica com floração vermelha Rústica com floração amarela

Figura 37 – Disposição da cobertura vegetal no jardim de chuva piloto.

69

Na superfície do jardim de chuva piloto há um desnível de 10 cm em relação à

superfície do solo natural. Esse desnível é denominado de charco e corresponde a área para a

retenção das águas no dispositivo. Assim, o volume máximo que o sistema pode reter em sua

superfície é de 400 L.

3.2.3. Monitoramento

Precipitação

Para quantificar a precipitação no período da pesquisa foi instalado um pluviômetro

registrador do tipo Data Logging Rain Gauge, Onset Part No: RG3 or RG3-M da HOBO,

realizando medições de 0,254 mm de precipitação a cada basculada, e adotando uma

discretização de intervalo de tempo de 10 min. Foi instalado a uma distância de 1,50 m do

solo e 2,80 m do jardim piloto, livre de qualquer obstrução e, fornecendo dados a partir de

11/04/2011 (Figura 38).

Figura 38 – Pluviômetro registrado instalado próximo ai jardim de chuva piloto.

70

Volume de entrada

A quantificação do volume de entrada no experimento foi dividida em duas etapas. A

primeira é o volume advindo da precipitação direta (PD) e, a segunda é a soma da

precipitação direta com o volume produzido no escoamento superficial do telhado (PDE).

Cada etapa condiz com um tempo de monitoramento do experimento, sendo de

11/04/2011 até 01/06/2011 para PD e, 02/06/2011 até 11/07/2011 para PDE.

Os volumes produzidos pela PD e PDE foram quantificados através das Equações 28 e

29, respectivamente.

(Equação 28)

Equação 28 – Volume da PD.

(Equação 29)

Equação 29 – Volume da PDE.

Onde: é o volume da PD, são as alturas das lâminas precipitadas, é a

área do jardim de chuva piloto (4 m²), é o volume da PDE e, é a área da

superfície impermeável (74,8 m²).

Para direcionar as águas do telhado ao jardim de chuva piloto, foi instalado um conjunto

de captação das águas superficiais, para evitar perdas de água na descida da calha existente,

devido ao efeito do vento. O conjunto é formado por uma calha metálica abaixo da calha de

concreto existente e um tubo de queda direcionado ao dispositivo.

71

O dimensionamento da calha foi baseada em uma vazão de entrada calculada através do

Método racional (Equação 20), considerando o tempo de duração da chuva de projeto de 15

min, o Tr de 5 anos e uma intensidade de 120,39 mm/h, de acordo com a Equação 19 proposta

por (RAMOS & AZEVEDO, 2010).

A partir da determinação dessa vazão de entrada foram determinados os comprimentos

da calha, com base na equação proposta por Manning em 1889 (Equação 30). Essa equação

considera que o escoamento ocorre de maneira permanente e uniforme, onde a profundidade

da água, a área molhada da seção transversal e a velocidade da água são constantes

(BAPTISTA et al, 2001).

(Equação 30)

Equação 30 – Equação de Manning.

Onde: é a vazão (m³/s) , é área molhada (m²), é o raio hidráulico (m), é a

declividade (m/m) e, é o coeficiente de rugosidade.

Para a geometria da calha, foi adotado um formato retangular, devido a praticidade na

determinação de suas dimensões. Foi adotada a incógnita para representar a altura das

paredes da calha e, para a base. Adotando essas nomenclaturas, tornou-se possível a

utilização de e da equação de Manning e, assim determinar as dimensões da calha

(Tabela 10).

Substituindo as relações na Equação de Manning, pode-se determinar a incógnita

através da Equação 31.

Tabela 10 – Relações para dimensionamento da calha.

Área Molhada (A) Perímetro Molhado (Pm) Raio Hidráulico (Rh)

(Equação 31)

Equação 31 – Equação de dimensionamento da calha.

Onde: é a incógnita para as dimensões da calha (m), é a vazão (m³/s), é o coeficiente de

rugosidade e, é a declividade (m/m).

72

Os valores da vazão e da declividade são 2,128 x 10-3

m³/s e 0,005, respectivamente. Os

valores do coeficiente de rugosidade são tabelados e, de acordo com Porto (1998), para calhas

metálicas lisas, do tipo alumínio, o valor de é de 0,011. Foram obtidas as dimensões de

altura e de base da calha de 4,54 cm e 9,08 cm, respectivamente.

A fim de evitar perdas por extravasamento de água acima da calha, devido a velocidade

ou excesso de escoamento, uma das paredes da calha foi aumentada e, as dimensões foram

adaptadas. A Figura 39 apresenta as dimensões e a calha finalizada.

Figura 39 – Dimensões da calha e calha já executada, antes de ser instalada no local.

Em relação à tubulação da ligação calha-jardim, o projeto inicial previa sua instalação

na direção vertical. Dessa maneira, as perdas de velocidade e o aumento da turbulência no

movimento das águas seriam minimizados, pela descida direta da calha.

Porém, diante da dificuldade na fixação vertical da tubulação, devido a distância em

relação a parede do galpão, a tubulação foi disposta a 45º para que a mesma fosse fixada na

parede. O ângulo adotado minimiza a exposição da tubulação ao sol, conservando o material

(plástico pvc), e garantindo mais estabilidade ao conjunto, pela diminuição do efeito dos

ventos Figura 40.

Figura 40 – Conjunto para captação das águas do telhado do Laboratório de Hidráulica da

UFPE.

73

Na saída da tubulação de ligação para o experimento existe um espaçamento de 40 cm

que possibilita a comunicação entre o conjunto de captação e o jardim de chuva piloto. Nesse

local não há nenhuma planta, justamente para evitar que a mesma sofra com o excesso e

velocidade da descida da água. Sendo assim, foi colocado na superfície do jardim piloto um

conjunto de brita coberto com uma tela, para evitar a erosão e possíveis danos ao dispositivo,

devido ao movimento e a velocidade de entrada das águas escoadas superficialmente.

Água no solo

Neste tópico a proposta para a análise do movimento da água foi, inicialmente,

raciocinado de duas maneiras. A primeira corresponde a quantidade de água que se infiltra no

sistema e, a segunda, o seu movimento no solo natural abaixo da estrutura (SNJ).

Devido a problemas técnicos ocorridos nos equipamentos de monitoramento envolvidos

e questões externas a pesquisa, não foi possível a análise do movimento da água no SNJ.

Apesar disso, os métodos e equipamentos utilizados para tal análise, são aqui descritos, a fim

de fornecer subsídios técnicos para trabalhos futuros.

A quantificação da água que se infiltra no sistema é realizada através de um sensor de

nível automático da Solinst Levelogger, Modelo 3001, colocado no fundo do jardim de chuva

CALHA

TUBO DE QUEDA

TUBO DE ENTRADA

JARDIM DE CHUVA

PILOTO

74

piloto. Esse equipamento possibilita o monitoramento do nível de água no sistema a cada

minuto.

Os dados fornecidos por esse equipamento possibilitaram a avaliação do jardim de

chuva piloto como dispositivo capaz de armazenar as águas advindas da infiltração no

sistema, de acordo com a ocorrência e variação das precipitações.

O acesso do sensor de nível ao sistema foi realizado através de um piezômetro. Esse

equipamento é constituído por um tubo de PVC revestido por uma tela e um geotêxtil,

evitando que finos carreados pela água infiltrada penetrem no tubo, ocasionando alterações

nas leituras da coluna d’água ou danos ao equipamento (Figura 41).

Figura 41 – Piezômetro.

Para analisar o movimento da água no solo natural foram instalados sete tensiômetros

abaixo do jardim de chuva piloto. Foram dispostos no centro do jardim, a uma distância de 30

cm em torno do piezômetro e, inseridos a diferentes profundidades do solo natural (Tabela 11

e Figuras 42 e 43).

Tabela 11 – Descrição dos tensiômetros utilizados.

TENSIÔMETROS

Identificação Altura (m) Profundidade (m)

T01 1,25 1,10

75

T02 2,15 2,00

T03 1,55 1,40

T04 1,75 1,60

T05 1,95 1,80

T06 1,35 1,20

T07 1,15 1,00

Figura 42 – Disposição dos tensiômetros em relação ao piezômetro.

Figura 43 – Perfis do piezômetro e dos tensiômetros instalados a diversas profundidades no

jardim de chuva piloto e, modelo de tensiômetro utilizado.

TUBO DE

ENTRADA

TENSIÔMETROS

PIEZÔMETRO

76

Através desses equipamentos são determinados os potenciais matriciais baseados nas

alturas de mercúrio medidas em um fino tubo circular (capilar ou vacuômetro) instalado em

uma régua linimétrica. As leituras das alturas de mercúrio foram previstas para serem

realizadas diariamente, fornecendo os valores dos potenciais matriciais do solo através da

Equação 32. Quanto maior a leitura de mercúrio, mais seco estará o solo.

(Equação 32)

Equação 32 – Potencial Matricial.

Onde: é o potencial matricial do solo em determinada profundidade (cmH2O), é a

leitura da altura de mercúrio na régua (cmHg), é o valor da altura entre o solo e a cubeta de

mercúrio e (cm), é a profundidade do tensiômetro (cm).

A Figura 44 apresenta o conjunto dos equipamentos instalados no experimento para

análise da quantidade e movimento da água no solo.

Figura 44 – Equipamentos instalados para análise do movimento da água no jardim de

chuva piloto.

SOLO NATURAL

77

PIEZÔMETRO BRITA + TELA CAPILARES

TUBO DE

ENTRADA TENSIÔMETROS RÉGUA LINIMÉTRICA

DE MERCÚRIO

78

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Este capítulo do trabalho apresenta a avaliação da eficiência do jardim de chuva piloto,

a partir da análise dos dados obtidos pelos equipamentos e comportamento do dispositivo.

A análise foi realizada considerando os principais eventos ocorridos no período desta

pesquisa, 11/04 a 11/07/2011. A escolha dos eventos está relacionada com a origem do

volume de entrada no experimento, se advindo somente da precipitação direta (PD), ou da

soma da precipitação direta com os volumes produzidos pelas áreas impermeáveis (PDE).

Assim, foram escolhidos os principais eventos de maior precipitação diária. A análise

desses eventos foi realizada de maneira minuciosa, relacionando a distribuição da precipitação

ao longo do dia, a fim de avaliar o desempenho do jardim de chuva piloto diante das funções

de retenção, infiltração e armazenamento.

Na função de retenção foram comparados os volumes precipitados e os retidos no

charco do dispositivo. O volume máximo que pode ser acumulado no rebaixamento da

superfície do jardim de chuva piloto é de 400L, considerando que não há infiltração na

estrutura (camadas), ou seja, o dispositivo encontra-se no estado saturado.

A infiltração foi avaliada, a partir da comparação entre o comportamento das águas

precipitadas no solo natural (SN), e na superfície do jardim de chuva piloto (JCP), como

adotado no estudo de Jenkins et al. (2010). Para tal, foi utilizada a equação proposta por

Horton (Equação 11), por ser utilizada em várias literaturas, apresentando uma validação

positiva para medir a quantidade de água infiltrada. Através da equação foi possível estimar o

tempo de encharcamento do solo5, e os volumes infiltrados e escoados superficialmente em

cada evento.

No tocante ao armazenamento, foi avaliado o desempenho do jardim de chuva piloto

como estrutura capaz de armazenar as águas no interior do experimento. Essa função foi

avaliada através do monitoramento da altura da coluna d’água no piezômetro instalado dentro

do sistema, mas especificamente nos 70 cm de camada de brita.

O volume total que a área da camada de brita pode comportar é de 2800 L (2,8 m³).

Porém, considerando a porosidade de 52%, relativo a brita do tipo 19, o volume máximo de

água que pode ser armazenado no sistema é, em média, 1400 L.

5 Tempo de encharcamento: tempo que o solo atinge a saturação e, inicia-se o escoamento superficial. É

representado graficamente pelo momento em que a reta da intensidade de precipitação se encontra com a curva

da taxa de infiltração.

79

A função de armazenamento não foi analisada para os eventos ocorridos no período de

PD. O monitoramento dos níveis d’água na camada de brita só iniciou a partir de 02/06/2011,

devido à tardia aquisição do equipamento de medição.

4.1. ESCOLHA DOS EVENTOS

A escolha dos eventos foi baseada na série de precipitações ocorrida no período de

11/04 a 11/07 (Figura 45). Foram selecionados os quatro eventos com maiores valores de

precipitação, sendo dois considerando somente a precipitação direta sobre o jardim de chuva

piloto (PD) e, dois considerando a precipitação direta sobre o jardim somada a precipitação

sobre a superfície impermeável – telhado (PDE).

Figura 45 – Precipitação pluviométrica monitorada na área de estudo experimental no período

de 11/04 a 11/07/11.

O primeiro período de análise foi de 11/04 a 01/06, correspondente à PD. O primeiro

evento selecionado é o de maior precipitação, ocorrido no dia 30/04/2011, correspondendo a

uma altura de 112,01 mm, já o segundo ocorreu no dia 19/04/2011, com uma precipitação de

0

20

40

60

80

100

120

11

/04

/11

14

/04

/11

17

/04

/11

20

/04

/11

23

/04

/11

26

/04

/11

29

/04

/11

02

/05

/11

05

/05

/11

08

/05

/11

11

/05

/11

14

/05

/11

17

/05

/11

20

/05

/11

23

/05

/11

26

/05

/11

29

/05

/11

01

/06

/11

04

/06

/11

07

/06

/11

10

/06

/11

13

/06

/11

16

/06

/11

19

/06

/11

22

/06

/11

25

/06

/11

28

/06

/11

01

/07

/11

04

/07

/11

07

/07

/11

10

/07

/11

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Monitoramento Diário

Precipitação - 11/04 a 11/07

80

98,29 mm. A Figura 46 apresenta os valores máximos diário de precipitação, e em destaque

os dois eventos selecionados.

Figura 46 – Precipitação diária e eventos selecionados – 11/04 a 01/06/11.

O segundo período de análise foi de 02/06 a 11/07, correspondente à PDE. O primeiro

evento selecionado ocorreu no dia 16/06/2011 e, corresponde a uma altura de precipitação de

72,89 mm, já o segundo ocorreu no dia 21/06/2011, com uma precipitação de 56,13 mm. A

Figura 47 apresenta os valores máximos diário de precipitação, e em destaque os dois eventos

selecionados.

0

20

40

60

80

100

120

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

11

/04

/11

14

/04

/11

17

/04

/11

20

/04

/11

23

/04

/11

26

/04

/11

29

/04

/11

02

/05

/11

05

/05

/11

08

/05

/11

11

/05

/11

14

/05

/11

17

/05

/11

20

/05

/11

23

/05

/11

26

/05

/11

29

/05

/11

01

/06

/11

Eve

nto

s se

leci

on

ado

s (m

m)

Pre

cip

itaç

ão M

áxim

a D

iári

a (m

m)

Eventos PD - 11/04 a 01/06

Precipitação Diária 30/04/11 19/04/11

81

Figura 47 – Precipitação diária e eventos selecionados – 02/06 a 11/07/11.

4.2. PARÂMETROS DE INFILTRAÇÃO

Antes da avaliação do jardim de chuva piloto em relação aos eventos selecionados, é

necessária a determinação dos valores e parâmetros utilizados nos processos de infiltração,

principalmente em relação a Equação de Horton (Equação 11).

Essa equação não pôde ser aplicada ao jardim de chuva piloto, devido a variabilidade

nos valores das taxas de infiltração, observados na análise dos dados obtidos em campo após a

realização de três ensaios de infiltração.

4.2.1. Solo Natural (SN)

A partir dos dados obtidos nas curvas da taxa de infiltração do solo natural, foram

realizados ajustes nessa curva, a partir do modelo de Horton, a fim de determinar os

parâmetros ( , e ), e dados da equação (Figura 48).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

10

20

30

40

50

60

70

800

2/0

6/1

1

04

/06

/11

06

/06

/11

08

/06

/11

10

/06

/11

12

/06

/11

14

/06

/11

16

/06

/11

18

/06

/11

20

/06

/11

22

/06

/11

24

/06

/11

26

/06

/11

28

/06

/11

30

/06

/11

02

/07

/11

04

/07

/11

06

/07

/11

08

/07

/11

10

/07

/11

Eve

nto

s Se

leci

on

ado

s (m

m)

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)Eventos PDE - 02/06 a 11/07

Precipitação Máxima Diária 16/06/11 21/06/11

82

Figura 48 – Ajuste da curva da taxa de infiltração a Equação de Horton.

Para o solo natural, o ajuste realizado apresentou um bom desempenho, o qual pode ser

comprovado pelo valor do coeficiente de determinação R² de 0,975. Os valores dos

parâmetros e a equação ajustada são apresentados na Tabela 12 e pela Equação 33.

Tabela 12 – Parâmetros de ajustes da equação de Horton para o solo natural.

PARÂMETROS PARA SN

(mm/h) (mm/h) x (h-1

)

1487,94 28,49 65,90

(Equação 33)

Equação 33 – Ajuste da Equação de Horton para o solo natural.

Com o conhecimento desses parâmetros é possível determinar o tempo em que se inicia

o escoamento superficial (tempo de encharcamento do solo) (Equação 34).

(Equação 34)

Equação 34 – Ajuste da Equação de Horton para o solo natural.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Taxa

de

infi

ltra

ção

(m

m/h

)

Tempo (h)

Ajuste a Equação de Horton

Observado Ajustado

83

O tempo de encharcamento ( ) é aplicado na equação dos volumes infiltrados,

quantificando assim, os volumes infiltrados e precipitados em cada evento.

Dessa maneira, a Equação 35 que quantifica o volume infiltrado no solo natural.

(Equação 35)

Equação 35 – Volume infiltrado para o solo natural.

A partir do conhecimento da lâmina infiltrada, o volume escoado superficialmente é

determinado pela diferença entre o volume precipitado e o infiltrado.

4.2.2. Jardim de Chuva Piloto (JCP)

Os dois ensaios de infiltração realizados na superfície do jardim de chuva piloto

apresentaram uma grande variabilidade nas taxas de infiltração.

No estudo realizado por Jenkins et al. (2010), as taxas de infiltração de dois jardins de

chuva instalados em diferentes locais, também apresentaram uma variabilidade em suas taxas

de infiltração.

Emerson & Traver (2008) afirmam que essas variações não são incomuns, mesmo que

os ensaios sejam realizados pouco distantes entre si. A diversidade na composição do solo

manipulado (substrato) pode criar caminhos preferenciais em determinados pontos do

experimento, por estar sujeito a influências externas, como a acumulação de materiais, que

podem ser carreados pelo escoamento superficial e se concentrar em um local específico sobre

a superfície do jardim de chuva.

Os ensaios foram realizados próximo ao meio dia (I) e no final da tarde (II), adotou-se o

método do infiltrômetro de anel simples, adotando um volume constante de 100 ml, e um

cilindro de diâmetro de 7,5 cm. Os ensaios cessaram no trecho em que a taxa de infiltração

tornou-se constante A Tabela 13, apresenta a variabilidade das taxas de infiltração de acordo

com o intervalo das medições e, a Figura 49, a localização dos pontos do ensaio no jardim de

chuva piloto.

84

Tabela 13 – Tempos de infiltração e a taxa de infiltração no jardim de chuva piloto.

ENSAIOS

I II

t Lâmina inserida

(mm)

Taxa de

Infiltração

(mm/h) t

Lâmina inserida

(mm)

Taxa de

Infiltração

(mm/h)

480 22,64 169,77 150 22,64 543,25

485 22,64 168,02 150 22,64 543,25

470 22,64 173,38 170 22,64 479,34

455 22,64 179,09 185 22,64 440,47

450 22,64 181,08 145 22,64 561,98

445 22,64 183,12 200 22,64 407,44

455 22,64 179,09 205 22,64 397,50

440 22,64 185,20 230 22,64 354,29

440 22,64 185,20 210 22,64 388,03

440 22,64 185,20 210 22,64 388,03

445 22,64 183,12 210 22,64 388,03

MÉDIA 179,30 MÉDIA 444,69

Figura 49 – Localização dos pontos dos ensaios de infiltração na superfície do jardim de

chuva piloto.

A média da umidade do solo do jardim, medida em laboratório, foi de 31%. Já a média

da taxa de infiltração de 312,00 mm/h Dessa maneira, pode-se afirmar que, mesmo que o solo

esteja em condições úmidas, o jardim de chuva mantém uma taxa de infiltração

consideravelmente elevada. Futuramente, podem-se realizar outros ensaios e análises da

função de infiltração, baseadas no estado seco da superfície do jardim.

85

4.3. EVENTO 1 – 30/04/11

O evento ocorrido no dia 30/04/2011 apresentou uma altura de precipitação diária

acumulada de 112,01 mm, revelando-se o evento de maior precipitação para o período de PD.

A distribuição da precipitação e a variação da temperatura ao longo do dia são apresentadas

graficamente na Figura 50. Avaliando sua distribuição ao longo do dia, observa-se que a

precipitação ocorreu de maneira descontínua, sendo as maiores alturas ocorridas no início e

final do dia.

Figura 50 – Distribuição da precipitação – 30/04/11.

Analisando, inicialmente, o desempenho do jardim piloto em relação a função de

retenção, pode-se observar que houve um volume diário de 448,04 L. Esse valor ultrapassa o

volume máximo que pode ser retido na superfície do jardim de chuva piloto, porém com as

elevadas taxas de infiltração do dispositivo todo o volume que entra no sistema foi infiltrado

(Figura 51).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

00

:00

01

:00

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:00

10

:00

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:00

20

:00

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:00

22

:00

23

:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Evento 1 - 30/04

Precipitação Horária (mm)

86


Na função de infiltração, foram escolhidos dois horários de maior precipitação

analisados individualmente e em conjunto considerando a precipitação acumulada dessas

horas. O valor das precipitações e seus respectivos horários são os seguintes:

I. 34,04 mm 00:00 – 01:00 h;

II. 27,94 mm 22:00 – 23:00 h;

III. 70,10 mm 22:00 às 00:00 h (01/05/11).

A Figura 52 apresenta graficamente o comportamento dessas precipitações para a curva

da taxa de infiltração do solo natural.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

3000

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

00

:00

01

:00

02

:00

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:00

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:00

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:00

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:00

10

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19

:00

20

:00

21

:00

22

:00

23

:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Vo

lum

e (

L)Retenção - 30/04

Volume PD (L) Precipitação (mm) Volume acumulado (L) Retenção no charco (L)

87

Figura 52 – Infiltração no solo natural – 30/04/11.

Na ocorrência I, observa-se que parte da precipitação se infiltrou e parte escoou

superficialmente. Aplicando as equações ajustadas para o solo natrural, tem-se que, o tempo

de encharcamento do solo ocorreu em 0,08 h (5,07 min), e o valor das lâminas infiltrada e

escoada são de 24,47 mm e 9,57 mm, respectivamente.

A ocorrência II já apresenta um perfil diferenciado, onde o valor da precipitação (27,94

mm) foi menor do que a capacidade mínima de infiltração do solo (28,49 mm). Dessa

maneira, toda a lâmina precipitada foi infiltrada no solo.

A ocorrência III abrange as duas últimas horas do dia, correspondendo a uma

precipitação acumulada de 70,10 mm, em um intervalo de duas horas. Analisando o gráfico

dessa ocorrência, observa-se que a precipitação é maior do que a capacidade de infiltração de

SN. Assim, o tempo de encharcamento foi de 0,08 h (4,92 min) e, as lâminas infiltradas e

escoadas foram de 24,38 mm e 45,72 mm, respectivamente.

Em relação ao jardim de chuva piloto, em todas as ocorrências todo o volume

precipitado foi infiltrado. Na Tabela 14 são comparados os resultados obtidos no solo natural

e no jardim de chuva piloto.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Inte

nsi

dad

e d

e p

reci

pit

ação

(m

m/h

)

Taxa

de

Infi

ltra

ção

(m

m/h

)

Tempo (h)

Infiltração - 30/04

Taxa Ajustada I (00:00 - 01:00 h) II (22:00 - 23:00 h) III (22:00 - 00:00 h)

88

Tabela 14 – Comparação da infiltração no solo natural e jardim de chuva piloto – 30/04/11

INFILTRAÇÃO – 30/04/11

Precipitação

(mm)

Intervalo

de tempo

(h)

Intensidade

(mm/h) Superfície

Tempo de

encharcamento

(min)

Lâmina

Infiltrada

(mm)

Lâmina

Escoada

Superficial

(mm)

I (00:00 – 01:00 h)

34,04 1 34,04 SN 5,07 24,47 9,57

JCP - 34,04 0

II (22:00 - 23:00 h)

27,94 1 27,94 SN - 27,94 0

JCP - 27,94 0

III (22:00 – 00:00 h)

70,10 2 35,05 SN 4,92 24,38 45,72

JCP - 70,10 0

3.1. EVENTO 2– 19/04/11

O evento ocorrido no dia 19/04/2011 apresentou uma altura de precipitação diária

acumulada de 98,29 mm. A distribuição da precipitação e a variação da temperatura ao longo

do dia são apresentadas graficamente na Figura 53. Observando o gráfico, nota-se que a

precipitação se concentrou em um período de aproximadamente cinco horas, sendo as duas

primeiras as de maior precipitação.

Avaliando o comportamento desse evento no tocante à retenção, pode-se afirmar que

não houve extravasamento na estrutura do jardim. O volume máximo diário produzido foi de

393,192 L, não superando o volume máximo de retenção no charco, considerando que o

jardim piloto está totalmente encharcado (Figura 54).

Em relação a infiltração, foram selecionadas as ocorrências da primeira hora de

precipitação; da segunda hora, considerando a precipitação antecedente e; a precipitação total

acumulada do dia. Os valores das precipitações e os horários escolhidos foram os seguintes:

I. 37,85 mm 03:00 – 04:00 h;

II. 76,20 mm 03:00 - 05:00h;

III. 98,30 mm Diária.

89



0

10

20

30

40

50

60

00

:00

01

:00

02

:00

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:00

10

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20

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:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)Evento 2 - 19/04


0

20

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120

140

160

180

2000

100

200

300

400

500

600

00

:00

01

:00

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:00

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:00

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:00

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:00

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:00

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:00

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:00

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:00

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:00

13

:00

14

:00

15

:00

16

:00

17

:00

18

:00

19

:00

20

:00

21

:00

22

:00

23

:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Vo

lum

e (

L)

Retenção - 19/04

Volume PD (L) Precipitação (mm) Volume acumulado (L) Retenção no charco (L)

90

A Figura 55 apresenta o comportamento dessas ocorrências em relação à taxa de

infiltração para o solo natural, onde em todos os casos houve escoamento superficial. Na

ocorrência I, o tempo de encharcamento do solo natural ocorreu em 0,08 h (4,60 min), e os

valores das lâminas infiltrada e escoada são de 24,19 mm e 13,66 mm, respectivamente.

Figura 55 – Infiltração no solo natural – 19/04/11.

Já na ocorrência II, a infiltração é analisada considerando a precipitação da hora

antecedente, acumulando um total de 76,20 mm. Nesse caso, o tempo de encharcamento é de

0,08 h (4,57 min,) e os volumes infiltrados e escoados superficialmente são 24,17 mm e 52,03

mm, respectivamente.

Na ocorrência III, considerando o valor da precipitação total diária de 98,30 mm, não

houve escoamento superficial no solo natural, pois todo o volume precipitado foi infiltrado ao

longo do dia. O mesmo ocorreu no jardim de chuva piloto para as três ocorrências, como pode

ser observado na Tabela 15.

0

10

20

30

40

50

60

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Inte

nsi

dad

e d

e P

reci

pit

ação

(m

m/h

)

Taxa

de

Infi

ltra

ção

(m

m/h

)

Tempo (h)

Infiltração- 19/04

Taxa Ajustada I (03:00 - 04:00 h) II (03:00 - 05:00 h) III (Diária)

91

Tabela 15 – Comparação da infiltração no solo natural e jardim de chuva piloto – 19/04/11.


Precipitação

(mm)

Intervalo

de tempo

(h)

Intensidade

(mm/h) Superfície

Tempo de

encharcamento

(min)

Lâmina

Infiltrada

(mm)

Lâmina

Escoada

Superficial

(mm)

I (03:00 – 04:00 h)

37,85 1 37,85 SN 4,60 24,19 13,66

JCP - 37,85 0

II (03:00 - 05:00 h)

76,20 2 38,10 SN 4,57 24,17 52,03

JCP - 76,20 0

III (Diária)

98,30 24 4,09 SN - 98,30 0

JCP - 98,30 0

3.2. EVENTO 3 – 16/06/11

O evento ocorrido no dia 16/06/2011 apresentou uma altura de precipitação diária de

78,89 mm, sendo o evento de maior precipitação no período de PDE.

A distribuição da precipitação ao longo do dia é apresentada graficamente na Figura 56.

Avaliando sua distribuição ao longo do dia, pode-se considerar que sua distribuição ocorreu

de maneira variada, tendo nas últimas horas do dia os maiores valores de precipitação.

Avaliando o comportamento do jardim piloto em relação à função de retenção, observa-

se que os volumes produzidos neste evento são bastante elevados se comparados aos eventos

avaliados anteriormente, devido a adição dos volumes gerados pelo telhado (Figura 57).

O valor do volume diário acumulado de 5205,65 L, não foi expresso no gráfico, como

realizado até então nas figuras anteriores. Por ser um valor bastante elevado, sua inserção no

gráfico dificultaria a leitura das outras variáveis representadas na figura.

Considerando, inicialmente, somente os volumes da PD, observa-se que o valor

acumulado no dia (291,60 L), representou 72,9% da capacidade máxima que a superfície do

dispositivo pode reter.

Porém, ao adicionar o volume produzido pela superfície impermeável (4914,05 L), há

um grande aumento no volume de entrada, superando, aproximadamente, dez vezes mais o

volume máximo de retenção no jardim de chuva piloto. Apesar disso, considerando a função

de infiltração, todo o volume de entrada foi retido e infiltrado no decorrer do dia.

92



Em relação à função de infiltração, foram analisados os seguintes valores de

precipitação para análise:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

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00

:00

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:00

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20

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22

:00

23

:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)Evento 3 - 16/06

Precipitação Diária (mm)

0

10

20

30

40

50

600

200

400

600

800

1000

1200

1400

00

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18

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19

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20

:00

21

:00

22

:00

23

:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Vo

lum

e (

L)

Retenção - 16/06

Volume PDE (L) Precipitação (mm) Retenção no charco (L)

93

I. 25,91 mm 17:00 – 20:00h;

II. 51,31 mm 17:00 – 23:00 h;


A Figura 58 apresenta graficamente o comportamento dessas precipitações selecionadas

em relação a curva da taxa de infiltração no solo natural. Nota-se que em todas as ocorrências

não há escoamento superficial no solo natural, assim como no jardim de chuva piloto (Tabela

16).

Figura 58 – Infiltração para SN – 16/06/11.

O comportamento das águas dentro da camada de brita pode ser observado na Figura

59, apresentando uma proporcionalidade entre a elevação das alturas da coluna d’água e o

comportamento da precipitação ao longo do dia.

0

10

20

30

40

50

60

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Inte

nsi

dad

e d

e P

reci

pit

ação

(m

m/h

)

Taxa

de

Infi

ltra

ção

(m

m/h

)

Tempo (h)



94



Precipitação

(mm)

Intervalo

de tempo

(h)

Intensidade

(mm/h) Superfície

Tempo de

encharcamento

(min)

Lâmina

Infiltrada

(mm)

Lâmina

Escoada

Superficial

(mm)

I (17:00 – 20:00 h)

25,91 3 8,64 SN - 25,91 0

JCP - 25,91 0

II (17:00 - 23:00 h)

51,31 6 8,55 SN - 51,31 0

JCP - 51,31 0

III (Diária)

72,90 24 3,04 SN - 72,90 0

JCP - 72,90 0

Figura 59 – Armazenamento – 16/06/11.

Analisando o início do gráfico, observa-se uma elevação do nível d’água às 05:00 h,

ficando praticamente constante até às 08:00 h, onde decresce de acordo com a diminuição das

precipitações nas horas anteriores.

Em seguida, nota-se uma oscilação nos valores dos níveis piezométricos até às 16:00 h.

A partir desse horário, a altura da coluna d’água aumenta à medida que a lâmina precipitada

também se eleva, atingindo o nível máximo de 30,15 cm.

A Tabela 17 apresenta a relação entre a precipitação ocorrida e os valores dos níveis

piezométricos distribuídos ao longo do dia 16/06.

0

5

10

15

20

25

30

35

4020

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

00

:00

01

:00

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:00

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:00

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:00

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:00

07

:00

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:00

10

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:00

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:00

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:00

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:00

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:00

17

:00

18

:00

19

:00

20

:00

21

:00

22

:00

23

:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Nív

el p

iezo

mé

tric

o (

cm)

Precipitação (mm) Nível Máximo Nível Mínimo

95

Tabela 17 – Relação entre a precipitação e níveis piezométricos – 16/06/11.

PRECIPITAÇÃO x NÍVEIS PIEZOMÉTRICOS

Hora Precipit.

(mm)

Precipit.

acumulada

(mm)

Níveis (cm) Hora

Precipit.

(mm)

Precipit.

acumulada

(mm)

Níveis (cm)

Máx. Mín. Máx. Mín.

00:00 0,00 00,00 22,30 22,21 12:00 1,27 11,68 23,40 22,28

01:00 00,00 00,00 22,21 22,16 13:00 1,01 12,70 23,32 23,11

02:00 00,00 00,00 22,14 22,13 14:00 0,76 13,46 23,1 23,04

03:00 00,00 0,000 22,13 22,10 15:00 2,79 16,25 23,50 23,00

04:00 2,54 2,54 22,19 22,12 16:00 0,25 16,51 23,52 23,45

05:00 3,55 6,09 22,20 22,12 17:00 6,09 22,60 24,03 23,45

06:00 0,76 6,85 30,15 22,19 18:00 11,43 34,03 30,15 24,03

07:00 0,25 7,11 23,36 23,24 19:00 8,38 42,41 27,00 25,80

08:00 00,00 7,11 23,24 22,31 20:00 4,57 46,99 27,87 27,00

09:00 1,27 8,38 22,34 22,33 21:00 7,62 54,61 27,49 27,25

10:00 00,00 8,38 22,91 22,27 22:00 13,20 67,81 30,15 27,51

11:00 2,03 10,41 22,30 22,24 23:00 5,08 72,89 30,14 29,06

Em relação ao volume d’água armazenado no interior da estrutura, pode-se afirmar que

o valor máximo armazenado para este evento é de 603,12 L. A Tabela 18 apresenta os

volumes armazenados e sua variação de acordo com a precipitação acumulada neste evento.

Os valores de volume referente às precipitações iniciais de 0 mm, são os volumes já existentes

no interior do dispositivo, advindos das precipitações antecedentes.

Tabela 18 – Relação entre a precipitação e os volumes armazenados – 16/06/11.

PRECIPITAÇÃO x VOLUMES ARMAZENADOS

Hora

Precipitação

Acumulada

(mm)

Volumes

Armazenados

(L)

Hora

Precipitação

Acumulada

(mm)

Volumes

Armazenados

(L)

00:00 00,00 446,04 12:00 11,68 468,16

01:00 00,00 444,36 13:00 12,70 466,48

02:00 00,00 442,96 14:00 13,46 462,00

03:00 00,00 442,68 15:00 16,25 470,12

04:00 2,54 443,52 16:00 16,51 470,40

05:00 6,09 444,08 17:00 22,60 480,76

06:00 6,85 468,16 18:00 34,03 514,36

07:00 7,11 467,32 19:00 42,41 540,12

08:00 7,11 464,80 20:00 46,99 557,48

09:00 8,38 446,88 21:00 54,61 549,92

10:00 8,38 458,36 22:00 67,81 603,12

11:00 10,41 446,04 23:00 72,89 602,84

96

3.3. EVENTO 4 – 21/06/11

O evento ocorrido no dia 21/06/2011 apresentou uma altura de precipitação diária de

56,13 mm, tendo sua distribuição variante ao longo do dia como apresentado na Figura 60.


No tocante a função de retenção, os volumes de entrada no jardim piloto superaram o

volume máximo de 400 L (Figura 61). O volume total foi de 4008,53 L (4,008 m³), sendo

224,53 L produzido por PD e, 3783,00 L gerado por PDE.

Analisando o volume de entrada para PD, seu volume acumulado não provoca

extravasamento no charco do jardim de chuva piloto, representando 56,13% do volume

máximo de retenção. Adicionando os volumes gerados pelo telhado, o valor de entrada passa

a ser, aproximadamente, dez vezes maior do que a capacidade máxima de retenção na

superfície do dispositivo. Porém, devido as altas taxas de infiltração na superfície do jardim

de chuva piloto, todo o volume de entrada foi retido e posteriormente infiltrado no

dispositivo.

0

2

4

6

8

10

12

14

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18

20

00

:00

01

:00

02

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10

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:00

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:00

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21

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22

:00

23

:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Evento 4 - 21/06


97

Figura 61 – Retenção – 21/06/11.

Para análise do desempenho do jardim piloto em relação a infiltração das águas, foram

selecionados as seguintes ocorrências:

I. 37,08 mm 00:00 – 11:00h;

II. 11,18 mm 13:00 – 15:00 h;


A Figura 62 apresenta graficamente o comportamento dessas precipitações selecionadas

em relação a curva da taxa de infiltração no solo natural. Nota-se que em todas as ocorrências

não há escoamento superficial no solo natural, assim como no jardim de chuva piloto (Tabela

19).

O comportamento do jardim piloto em relação ao armazenamento de água no interior da

camada de brita para este evento pode ser observado na Figura 63. Observando o gráfico,

nota-se que os valores dos níveis, tanto seu aumento quanto decréscimo, acompanharam a

variação da precipitação ao longo do dia.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

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100

200

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400

500

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700

800

900

1000

00

:00

01

:00

02

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:00

10

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:00

20

:00

21

:00

22

:00

23

:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Vo

lum

e (

L)Retenção - 21/06

Volume PDE (L) Precipitação (mm) Retenção no charco (L)

98

Figura 62 – Infiltração – 21/06/11.



Precipitação

(mm)

Intervalo

de tempo

(h)

Intensidade

(mm/h) Superfície

Tempo de

encharcamento

(min)

Lâmina

Infiltrada

(mm)

Lâmina

Escoada

Superficial

(mm)

I (00:00 – 11:00 h)

37,08 10 3,71 SN - 37,08 0

JCP - 37,08 0

II (13:00 - 15:00 h)

11,18 2 5,59 SN - 11,18 0

JCP - 11,18 0

III (Diária)

56,13 24 2,34 SN - 56,13 0

JCP - 56,13 0

0

10

20

30

40

50

60

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Inte

nsi

dad

e d

e P

reci

pit

ação

(m

m/h

)

Taxa

de

Infi

ltra

ção

(m

m/h

)

Tempo (h)



99

Figura 63 – Armazenamento – 21/06/11.

Analisando o início do gráfico, observa-se uma elevação crescente na altura da coluna

d’água, à medida que a precipitação aumenta. Às 08:00h é registrado um ponto de queda no

nível, devido a diminuição da lâmina precipitada nas últimas horas, ao mesmo tempo que

registra o início do aumento do nível da coluna d’água, identificando o nível máximo de 26,89

cm no interior da estrutura.

Nas horas seguintes é registrado mais um ponto de queda, onde a elevação do nível é

retomada de maneira mais discreta. Na sequência ocorre o decaimento do nível d’água devido

ao intervalo de precipitação no dia, seguido de um pequeno aumento da altura da coluna

d’água. A Tabela 20 apresenta os valores precipitados e dos níveis piezométricos distribuídos

ao longo do dia 21/06.

Em relação ao volume d’água armazenado no interior da estrutura, o valor máximo

armazenado no interior da camada de brita para este evento é de 537,88 L. a Tabela 21

apresenta os volumes produzidos de acordo com a precipitação acumulada no dia. Os volumes

iniciais foram acumulados das precipitações anteriores.

0

5

10

15

20

25

30

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:00

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:00

20

:00

21

:00

22

:00

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:00

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

Nív

el p

iezo

mé

tric

o (

cm)

Precipitação (mm) Nível Máximo Nível Mínimo

100

Tabela 20 – Relação entre a precipitação e níveis piezométricos – 21/06/11.

PRECIPITAÇÃO x NÍVEIS PIEZOMÉTRICOS

Hora Precipit.

(mm)

Precipit.

acumulada

(mm)

Nível (cm) Hora

Precipit.

(mm)

Precipit.

acumulada

(mm)

Nível (cm)

Máx. Mín. Máx. Mín.

00:00 2,79 2,79 22,26 22,21 12:00 0,25 37,33 26,01 25,38

01:00 0,00 2,79 22,21 22,12 13:00 7,36 44,70 25,53 25,13

02:00 3,81 6,60 23,36 22,14 14:00 3,55 48,26 25,98 25,55

03:00 3,30 9,90 23,92 23,39 15:00 0,00 48,26 25,90 25,46

04:00 1,77 11,68 23,98 23,91 16:00 00,00 48,26 25,45 24,97

05:00 7,87 19,55 24,64 23,95 17:00 00,00 48,26 24,97 24,57

06:00 1,01 20,57 25,17 24,66 18:00 00,00 48,26 24,57 24,23

07:00 0,50 21,08 25,07 24,72 19:00 00,00 48,26 24,22 23,94

08:00 3,04 24,13 24,71 24,47 20:00 0,25 48,51 23,94 23,68

09:00 9,65 33,78 26,48 24,50 21:00 1,27 49,78 23,68 23,45

10:00 3,30 37,08 26,89 26,48 22:00 0,76 50,54 23,45 22,37

11:00 0,00 37,08 26,68 26,02 23:00 5,58 56,13 23,87 22,41

Tabela 21 – Relação entre a precipitação e os volumes armazenados – 21/06/11.

PRECIPITAÇÃO x VOLUMES ARMAZENADOS

Hora

Precipitação

acumulada

(mm)

Volumes

Armazenados

(L)

Hora Precipitação

acumulada (mm)

Volumes

Armazenados

(L)

00:00 2,79 445.2 12:00 37,33 520.24

01:00 2,79 444.36 13:00 44,70 510.72

02:00 6,60 467.32 14:00 48,26 519.68

03:00 9,90 478.52 15:00 48,26 518

04:00 11,68 479.64 16:00 48,26 509.04

05:00 19,55 492.8 17:00 48,26 499.52

06:00 20,57 503.44 18:00 48,26 491.4

07:00 21,08 501.48 19:00 48,26 484.4

08:00 24,13 494.2 20:00 48,51 478.8

09:00 33,78 529.76 21:00 49,78 473.76

10:00 37,08 537.88 22:00 50,54 469

11:00 37,08 533.68 23:00 56,13 477.4

101

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

5.1. CONCLUSÕES

O desenvolvimento de técnicas e alternativas que auxiliem no manejo das águas

pluviais de maneira eficiente e sustentável, é essencial para a melhoria da qualidade urbano

ambiental das cidades e de vida da população. Isso porque essas alternativas minimizam os

efeitos negativos ocasionados, principalmente, pelo sistema de drenagem urbana, devido ao

processo de urbanização e a consequente substituição de áreas permeáveis por extensas áreas

impermeáveis.

Assim, esse trabalho introduziu no Brasil uma técnica compensatória inovadora, jardim

de chuva, o qual apresentou resultados satisfatórios para a cidade de Recife. Dessa maneira,

esse dispositivo pode-se tornar uma potencial solução para o desenvolvimento de cidades

sustentáveis, minimizando os efeitos inoportunos de um processo de urbanização não

planejado e, contribuindo para a restauração de ecossistemas urbanos

Utilizado como dispositivo de auxílio no manejo das águas pluviais urbanas, o

experimento foi avaliado neste trabalho a partir da análise de suas funções de retenção,

infiltração e armazenamento.

A função de retenção se mostrou eficiente para os volumes advindos da precipitação

direta (PD), diferentemente do ocorrido para os volumes da precipitação direta somados ao da

superfície impermeável (PDE), o qual apresentou valores de extravasamento bastante

elevados. Assim, o dimensionamento do jardim de chuva piloto baseado na taxa mínima de

5% da área impermeável, como proposto por alguns autores (CHRISTENSEN & SCHMIDT,

2008; LI & ZHAO, 2008; MUTHANNA et al ,2008), não se adequou ao caso estudado.

Além disso, o dimensionamento mínimo não fornece informações em relação ao

desnível do charco. Porém, analisando o desnível de 10 cm adotado neste trabalho, essa altura

foi adequada para os volumes advindos de PD, já para os volumes de PDE, o desnível não foi

suficiente.

Após as comparações do comportamento do SN e JCP em relação ao processo de

infiltração, pode-se afirmar a eficiência do jardim de chuva piloto como dispositivo auxiliador

dessa função, devido a suas elevadas taxas de infiltração (312,00 mm/h), mesmo submetido a

uma condição inicial de umidade do solo (31%).

102

Analisando as camadas componentes do jardim de chuva piloto, pode-se afirmar que

houve um comportamento diferenciado entre elas. A camada de brita utilizada como estrutura

para o armazenamento das águas pluviais infiltradas no sistema comportou-se de maneira

adequada, garantindo a detenção temporária dos volumes infiltrados, como observado nas

variações dos níveis piezométricos, ou seja, para uma maior precipitação ocorreu uma maior

elevação dos níveis.

No tocante a cobertura vegetal, enquanto as mudas de Íris Amarela se adaptaram bem

ao jardim piloto, apresentando uma floração e crescimento satisfatórios no tempo, as mudas

de Ixória Vermelhas não mostraram um desenvolvimento proporcional. Esse fator pode estar

relacionado à espessura de 10 cm da camada de substrato adotada no experimento, a qual não

se enquadra nas recomendações propostas na literatura, onde o valor mínimo para o substrato

deve ser entre 25 e 30 cm, a fim de atender as necessidades das plantas (HSIEH & DAVIS,

2005).

O nível do lençol freático foi observado na semana de coleta de solos. Considerando a

precipitação acumulada de 187,19 mm, ocorrida na semana da coleta, o nível mínimo do

lençol freático foi de 1,80 m de profundidade. A distância entre o jardim piloto e o nível do

lençol freático foi de, no mínimo, 80 cm e, não foi abordado o grau de interferência do nível

do lençol em relação ao desempenho do sistema.

Diante da avaliação das funções de retenção, infiltração e armazenamento, pode-se

constatar que o jardim de chuva piloto atingiu as perspectivas quanto ao amortecimento dos

volumes produzidos pela superfície impermeável adotada. Dessa maneira, o jardim de chuva

mostra-se como uma excelente alternativa no manejo das águas pluviais urbanas, comprovado

pelo seu desempenho hidráulico e hidrológico.

5.2. RECOMENDAÇÕES E SUGESTÕES

Estudos sobre a eficiência e viabilidade da introdução de novos dispositivos que

auxiliem a drenagem existente são fundamentais para minimizar os problemas urbanos

advindos das chuvas, intensificados pelas condições precárias e ineficientes dos dispositivos

de drenagem urbana atual e pelo crescente aumento de área impermeáveis.

O conhecimento dos valores históricos dos eventos chuvosos possibilita compreender

como esses se comportam e se distribuem ao longo do tempo em determinada localidade. Esse

fator pode ser determinante no projeto de um jardim de chuva, associando os meses de

maiores intensidades de precipitação com as áreas impermeáveis.

103

A relação a função de retenção, é necessário o desenvolvimento de novos estudos que

analise a relação entre o dimensionamento mínimo e o charco, a fim de fornecer critérios e

parâmetros de projeto, principalmente para um adequado e eficiente dimensionamento do

dispositivo.

Em relação a infiltração, estudos sobre o comportamento das águas no solo abaixo do

jardim de chuva podem fornecer subsídios e parâmetros de projeto referentes a camada de

armazenamento e a distância mínima ao nível do lençol freático.

A estrutura do jardim de chuva é composta por diferentes camadas, as quais podem ser

suprimidas ou variar em espessura, dependendo dos objetivos aos qual o sistema foi

projetado. É necessário o desenvolvimento e aprofundamento de estudos e análises que

mostrem as vantagens e desvantagens das diferentes estruturas dos jardins de chuva,

considerando materiais utilizados, composição do substrato e espessura das camadas.

O uso de jardins de chuva como técnica compensatória no manejo de águas pluviais

urbanas ainda mostra-se carente de informações e parâmetros relacionados ao seu

desempenho, principalmente nacionalmente.

São necessários maiores avanços referentes a estudos sobre esse dispositivo,

principalmente por se mostrar uma alternativa aplicável a pequenas e grandes áreas, como

quintais, calçadas, canteiros, praças e estacionamentos. Além disso, a aceitabilidade perante a

população é maior, se comparado com outras técnicas compensatórias como bacias de

detenção, retenção e trincheira de infiltração, devido aos benefícios estéticos e de melhoria na

qualidade urbano ambiental que os jardins de chuva proporcionam para as cidades.

Para que essa concepção mude é necessário, principalmente a integração do conhecimento

advindo de inúmeras disciplinas como hidrologia e hidráulica, fluxo de água na superfície e

subsolo, ciência do solo, horticultura, paisagismo, meio ambiente e planejamento urbano.

Consequentemente, o desenvolvimento de ações, alternativas e orientações para esse tipo

de tecnologia requer a aproximação, engajamento, quebra de paradigmas e interesse dos

profissionais envolvidos, atores públicos e privados e, principalmente a população.

104

REFERÊNCIAS

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APÊNDICE

Apêndice 1 – Intensidades de precipitação

Intensidades de precipitação determinada a partir dos tempos do ensaio de infiltração

realizados na superfície do solo natural e, baseadas na Equação idf de Ramos & Azevedo

(2010).

TR (anos) 2 5 10

Tempo (h:min:ss) t (min) i2(mm/h) i5(mm/h) i10(mm/h)

1 00:00:00 0,00 146,70 162,62 175,79

2 00:00:16 0,26 145,28 161,04 174,09

3 00:01:47 1,78 137,75 152,70 165,07

4 00:04:44 4,73 125,39 139,00 150,26

5 00:09:04 9,06 111,20 123,26 133,25

6 00:14:20 14,33 98,17 108,82 117,63

7 00:20:16 20,26 87,08 96,52 104,35

8 00:27:01 27,01 77,47 85,87 92,83

9 00:34:43 34,71 69,06 76,55 82,76

10 00:42:56 42,93 62,10 68,84 74,42

11 00:52:25 52,41 55,81 61,87 66,88

12 01:02:10 62,16 50,69 56,19 60,74

13 01:11:47 71,78 46,58 51,63 55,82

14 01:22:10 82,16 42,92 47,57 51,43

15 01:32:58 92,96 39,74 44,05 47,62

16 01:43:30 103,50 37,12 41,15 44,48

17 01:53:36 113,60 34,95 38,74 41,88

18 02:05:00 125,00 32,82 36,38 39,33

19 02:16:36 136,60 30,94 34,30 37,08

20 02:27:15 147,25 29,42 32,61 35,25

21 02:39:45 159,75 27,83 30,85 33,35

22 02:51:40 171,66 26,49 29,37 31,75

23 03:04:05 184,08 25,25 27,99 30,25

24 03:16:40 196,66 24,11 26,73 28,89

110

Apêndice 2 – Alturas de precipitação

As alturas de precipitação foram determinadas a partir do produto das intensidades calculadas

pelos seus respectivos tempos de infiltração em horas. O conhecimento da altura da

precipitação auxilia na quantificação do volume de entrada.

TR (anos) 2 5 10

Tempo (h:min:ss) t (h) h2 (mm) h5 (mm) h10 (mm)

1 00:00:00 0 0 0 0

2 00:00:16 0,004 0,64 0,71 0,77

3 00:01:47 0,02 4,09 4,53 4,90

4 00:04:44 0,07 9,89 10,96 11,85

5 00:09:04 0,15 16,80 18,62 20,13

6 00:14:20 0,23 23,45 25,99 28,10

7 00:20:16 0,33 29,41 32,60 35,24

8 00:27:01 0,45 34,88 38,66 41,80

9 00:34:43 0,57 39,96 44,29 47,88

10 00:42:56 0,71 44,44 49,26 53,25

11 00:52:25 0,87 48,76 54,05 58,43

12 01:02:10 1,03 52,52 58,22 62,93

13 01:11:47 1,19 55,73 61,78 66,78

14 01:22:10 1,36 58,77 65,15 70,43

15 01:32:58 1,54 61,58 68,26 73,79

16 01:43:30 1,72 64,03 70,98 76,73

17 01:53:36 1,89 66,18 73,35 79,30

18 02:05:00 2,08 68,39 75,81 81,95

19 02:16:36 2,27 70,45 78,09 84,42

20 02:27:15 2,45 72,20 80,04 86,52

21 02:39:45 2,66 74,12 82,16 88,81

22 02:51:40 2,86 75,81 84,04 90,85

23 03:04:05 3,06 77,47 85,87 92,83

24 03:16:40 3,27 79,05 87,62 94,72

111

Apêndice 3 – Volumes de entrada

A determinação dos volumes de entrada é essencial para o cálculo da estrutura de

armazenamento, visto que mesmo que as águas não se infiltrem no solo abaixo do dispositivo,

elas tendem a se armazenar dentro da estrutura.

TR (anos) 2 5 10

Tempo (h:min:ss) Tempo (ss) Ve2 (L) Ve5 (L) Ve10 (L)

1 00:00:00 0 0 0 0

2 00:00:16 16 41.05 45.51 49.20

3 00:01:47 107 260.33 288.57 311.95

4 00:04:44 284 628.97 697.20 753.69

5 00:09:04 544 1068.38 1184.27 1280.23

6 00:14:20 860 1491.08 1652.83 1786.75

7 00:20:16 1216 1870.18 2073.06 2241.03

8 00:27:01 1621 2217.86 2458.46 2657.66

9 00:34:43 2083 2540.79 2816.42 3044.62

10 00:42:56 2576 2825.52 3132.04 3385.81

11 00:52:25 3145 3100.24 3436.56 3715.01

12 01:02:10 3730 3339.42 3701.68 4001.61

13 01:11:47 4307 3543.61 3928.03 4246.30

14 01:22:10 4930 3737.21 4142.63 4478.29

15 01:32:58 5578 3915.57 4340.34 4692.01

16 01:43:30 6210 4071.61 4513.30 4878.99

17 01:53:36 6816 4207.74 4664.20 5042.12

18 02:05:00 7500 4348.30 4820.01 5210.55

19 02:16:36 8196 4479.44 4965.37 5367.69

20 02:27:15 8835 4590.94 5088.97 5501.30

21 02:39:45 9585 4712.56 5223.78 5647.04

22 02:51:40 10300 4820.51 5343.44 5776.40

23 03:04:05 11045 4925.82 5460.19 5902.60

24 03:16:40 11800 5026.06 5571.29 6022.71

112

Apêndice 4 – Volumes de saída

Através dos volumes de saída é possível determinar as alturas de brita para os vários tempos

do ensaio e de retorno. Sua determinação foi possível através da lâmina acumulada do ensaio

(13,58 cm), e da área do dispositivo (4 m²).

Volume (cm³) Tempo (h:min:ss) Lâmina (mm) Lac (cm) Vsaída (L)

1 100 00:00:00 0,56 0,56 22,63

2 100 00:00:16 0,56 1,13 45,27

3 100 00:01:47 0,56 1,69 67,9

4 100 00:04:44 0,56 2,26 90,54

5 100 00:09:04 0,56 2,82 113,17

6 100 00:14:20 0,56 3,39 135,81

7 100 00:20:16 0,56 3,96 158,44

8 100 00:27:01 0,56 4,52 181,08

9 100 00:34:43 0,56 5,09 203,71

10 100 00:42:56 0,56 5,65 226,35

11 100 00:52:25 0,56 6,22 248,98

12 100 01:02:10 0,56 6,79 271,62

13 100 01:11:47 0,56 7,35 294,25

14 100 01:22:10 0,56 7,92 316,89

15 100 01:32:58 0,56 8,48 339,53

16 100 01:43:30 0,56 9,05 362,16

17 100 01:53:36 0,56 9,62 384,80

18 100 02:05:00 0,56 10,18 407,43

19 100 02:16:36 0,56 10,75 430,07

20 100 02:27:15 0,56 11,31 452,70

21 100 02:39:45 0,56 11,88 475,34

22 100 02:51:40 0,56 12,44 497,97

23 100 03:04:05 0,56 13,01 520,61

24 100 03:16:40 0,56 13,58 543,24

13,58

(cm)

543,25

(L)

0,1358

(m)

0,54325

(m³)

113

Apêndice 5 – Altura de Brita

As alturas de brita foram determinadas considerando duas hipóteses de movimento da água na

estrutura: somente movimento vertical (1º hipótese) e, movimento vertical e horizontal (2º

hipótese).

1° HIPÓTESE 2° HIPÓTESE

Tempo

(h:min:ss) H2 H5 H10

Tempo

(h:min:ss) H2 H5 H10

00:00:00 -0.06 -0.06 -0.06 00:00:00 -0.06 -0.06 -0.06

00:00:16 -0.05 -0.05 -0.05 00:00:16 -0.05 -0.05 -0.05

00:01:47 0.04 0.06 0.07 00:01:47 0.04 0.05 0.06

00:04:44 0.21 0.24 0.27 00:04:44 0.20 0.23 0.26

00:09:04 0.41 0.47 0.51 00:09:04 0.38 0.44 0.48

00:14:20 0.60 0.68 0.75 00:14:20 0.56 0.63 0.69

00:20:16 0.77 0.87 0.95 00:20:16 0.71 0.80 0.88

00:27:01 0.93 1.05 1.14 00:27:01 0.85 0.95 1.04

00:34:43 1.08 1.21 1.32 00:34:43 0.97 1.09 1.19

00:42:56 1.20 1.35 1.47 00:42:56 1.07 1.21 1.32

00:52:25 1.32 1.48 1.62 00:52:25 1.17 1.32 1.43

01:02:10 1.43 1.60 1.75 01:02:10 1.25 1.40 1.53

01:11:47 1.51 1.70 1.85 01:11:47 1.31 1.48 1.61

01:22:10 1.60 1.79 1.95 01:22:10 1.37 1.54 1.68

01:32:58 1.67 1.88 2.04 01:32:58 1.42 1.60 1.74

01:43:30 1.74 1.95 2.12 01:43:30 1.46 1.64 1.79

01:53:36 1.79 2.01 2.19 01:53:36 1.49 1.68 1.83

02:05:00 1.85 2.07 2.26 02:05:00 1.53 1.72 1.87

02:16:36 1.90 2.13 2.33 02:16:36 1.56 1.75 1.91

02:27:15 1.94 2.18 2.38 02:27:15 1.58 1.77 1.94

02:39:45 1.99 2.23 2.44 02:39:45 1.60 1.80 1.97

02:51:40 2.03 2.28 2.49 02:51:40 1.62 1.82 1.99

03:04:05 2.07 2.33 2.54 03:04:05 1.64 1.84 2.01

03:16:40 2.11 2.37 2.59 03:16:40 1.65 1.86 2.03

Obs.: Alturas de brita em metros.

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