APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA NO MEIO URBANO E

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRULICAS

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA DE RECURSOS HDRICOS E

SANEAMENTO AMBIENTAL

APROVEITAMENTO DE GUA DE CHUVA NO MEIO

URBANO E SEU EFEITO NA DRENAGEM PLUVIAL

Tese de Doutorado

Fernando Dornelles

Porto Alegre, abril de 2012.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRULICAS

APROVEITAMENTO DE GUA DE CHUVA

NO MEIO URBANO E SEU EFEITO NA DRENAGEM PLUVIAL

Fernando Dornelles

Orientador: Joel Avruch Goldenfum

Banca Examinadora:

Prof. Andr Luiz Lopes da Silveira (IPH/UFRGS)

Prof. Rutinia Tassi (UFSM)

Prof. Nilo de Oliveira Nascimento (UFMG)

Tese submetida ao Programa de Ps-Graduao em Recursos Hdricos e Saneamento

Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Sul como requisito parcial para a

obteno do ttulo de Doutor em Engenharia.

Abril de 2012

Apresentao

Este trabalho foi desenvolvido no Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos

Hdricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas Hidrulicas da Universidade Federal do

Rio Grande do Sul, sob a orientao do Professor Joel Avruch Goldenfum da Universidade Federal do

Rio Grande do Sul.

Agradeo ao povo brasileiro e, em espcfico, CAPES (Coordenao e Aperfeioamento de

Pessoal de Nvel Superior) por ter contemplado-me com a bolsa de estudo que possibilitou a concluso

de mais esta etapa da minha formao acadmica.

Igualmente, agradeo aos professores do IPH que transmitiram-me valiosos ensinamentos

durante meu doutorado na instituio, em especial ao meu orientador Joel Avruch Goldenfum.

Aos meus colegas de convivncia no IPH, exalto as boas e frutferas conversas que colaboraram

para a elaborao deste trabalho.

Resumo

O aproveitamento de gua de chuva no meio urbano vem ganhando interesse por parte da

sociedade devido aos benefcios que esta prtica proporciona, tais como: econmico, ambiental e

contra alagamentos urbanos. Este interesse pode ser percebido pelo surgimento de regulamentaes

governamentais e comercializao no mercado nacional de produtos especficos para a captao,

tratamento e armazenamento de gua.

Assim, quantificar os beneficios um ponto chave para que o aproveitamento de gua de chuva

torne-se popular no ambiente urbano. Dentre os benefcios mensurveis, a reduo de alagamentos

urbanos o menos abordado, e, com frequncia, para casos especficos, que no permitem a

transferncia dos resultados ou da metodologia de quantificao.

O presente trabalho teve como motivador a escassez de trabalhos que abordassem o efeito do

aproveitamento de gua de chuva na vazo da rede pluvial, que a princpio de sua concepo

metolgica careceu de um mtodo de dimensionamento que permitisse a obteno de ndices de

desempenho esperados para o sistema de aproveitamento de gua de chuva.

Foi proposta ento, uma metodologa de dimensionamento por meio de bacos, estes por sua

vez, foram criados a partir da tcnica de Monte Carlo para sries sintticas usadas na simulao de

balano de massa no reservatrio de gua de chuva para a obteno de ndices de desempenho em

funo do volume e da demanda estimada por gua no potvel. Os bacos foram produzidos para

todas as capitais brasileiras mais o distrito federal como forma de verificao da sua aplicabilidade

para os diversos regimes pluviomtricos existentes no Brasil.

A partir do mtodo de dimensionamento foi possvel estabelecer cenrios e premissas de projeto

de sistemas de aproveitamento de gua de chuva que, juntamente com dados observados de demandas

por gua para padres de habitao popular e de classe alta no municpio de Porto Alegre, forneceram

garantias de permanncia do volume de espera para reservatrios em lotes residenciais. Os volumes de

espera constituram a condio inicial para simulao hidrulica de bacias hipotticas com 10 e 25ha,

escala compatvel com a de loteamentos residenciais, porm para chuvas de projeto com durao

crtica para a escala das bacias urbanas de Porto Alegre (1h).

Os resultados da simulao apontaram para uma ineficcia na reduo do pico de vazo, sendo

observada apenas uma pequena reduo no volume do hidrograma, em que o caso de habitaes

padro popular apresentou os maiores descontos (~6% para 75% de garantia).

A ineficincia em reduo do pico de vazo na rede pluvial, para as caractersticas

pluviomtricas, de consumo e hidrolgicas das bacias urbanas de Porto Alegre pode ser explicada pelo

prprio propsito do aproveitamento de gua de chuva que o de apenas atender demanda de gua,

no garantindo volumes de espera suficientes para causar tal efeito no pico de vazo da rede pluvial.

Abstract

There is an increasing interest from the society in rainwater harvesting and use in urban areas,

due to the benefits that this practice provides, such as: economic, environmental and urban flooding

control. This interest may be perceived by the emergence of government regulations and increased

availability of specific products in the domestic market for the capture, processing and storage of

water.

Consequently, quantifying the benefits is a key element for allowing the use of rainwater to

become popular in the urban environment. Among the measurable benefits, the use of rainwater as a

contribution to the reduction of urban flooding is the least discussed; when available, the results are

often valid only for specific cases, do not allowing their generalization and application to different

scenarios and configurations.

The present work was motivated by the scarcity of studies that addressed the effect of the use of

rainwater in the reduction of urban runoff, and the lack of design methods that could allow the

estimation of performance indicators for the rainwater harvesting and use systems.

A graphical design method (using abacuses) is proposed. Abaci were created from the

application of the Monte Carlo technique, applied to synthetic series used in the mass balance

simulation of rainwater reservoirs, to obtain performance indices as function of the volume and the

estimated demand for non-potable water. The abaci were produced for all Brazilian capitals and also

the Federal District, in order to verify their applicability to different rainfall regimes existing in Brazil.

The use of the graphical design method allowed creating different scenarios and assumptions for

designing systems for rainwater use. The combination of these scenarios with observed data of water

demand, applied to two different urbanization patterns (low income dwellings and upper class

habitation), in the municipality of Porto Alegre, allowed the assessment of the probability of different

retention volumes for reservoirs in residential lots. The expected volumes constituted the initial

condition for hydraulic simulation of hypothetical watersheds with 10 and 25ha, scale compatible with

the residential subdivisions of urban catchments in Porto Alegre, using critical rain durations (1h).

The simulation results implied an ineffectiveness in reducing the peak flow, as only a small

reduction in the volume of the hydrograph was obatained, with the higher reduction (~ 6% to 75%

guarantee) observed for the low-income dwellings.

The inefficiency in reducing the peak flow for the rainfall and consumption Porto Alegre

characteristics, as well the hydrological characteristics of their urban watersheds, can be explained by

the purpose of the rainwater harvesting that is the only meet the demand for water, not ensuring

sufficient available volume to cause such effect on the peak flow in the conducts.

Sumrio 1 Introduo .......................................................................................................................................... 1

1.1 Contextualizao do Tema ............................................................................................................ 1

1.2 Objetivos ....................................................................................................................................... 3

2 Aproveitamento da gua de Chuva ................................................................................................... 4

2.1 Uso de gua de Chuva ................................................................................................................. 4

2.1.1 Histrico .................................................................................................................................. 4

2.1.2 Cenrio Atual ........................................................................................................................... 5

2.1.3 Benefcios: Econmicos, Ambientais e Drenagem Pluvial ................................................... 8

2.1.4 Restries Implementao ...................................................................................................16

2.2 Sistemas de Aproveitamento de gua de Chuva .........................................................................20

2.2.1 Descrio Geral.......................................................................................................................20

2.2.2 rea de Captao de gua de Chuva .....................................................................................22

2.2.3 Conduo para Armazenamento e Pr-tratamento .................................................................24

2.2.4 Armazenamento ......................................................................................................................26

2.2.5 Usos e Demandas ....................................................................................................................27

2.3 Regulamentaes: Leis, Normas e Decretos ................................................................................29

2.3.1 A Regulamentao do Aproveitamento de gua de Chuva ...................................................29

2.3.2 Exemplos de Regulamentao Implantada no Brasil ..............................................................30

2.3.3 Exemplos de Regulamentao Implantada em Outros Pases ................................................33

2.4 Aspectos Qualitativos ..................................................................................................................34

2.4.1 Qualidade da gua em Sistemas de Aproveitamento de Chuva .............................................34

2.4.2 Tratamento da gua de Chuva Armazenada ..........................................................................35

2.5 Mtodos Correntes de Dimensionamento do Reservatrio de Armazenamento ..........................36

2.5.1 Mtodos Prticos ....................................................................................................................36

2.5.2 Mtodo Estatstico ..................................................................................................................37

2.5.3 Mtodos de Simulao ............................................................................................................37

2.5.4 Seleo do Mtodo de Dimensionamento ...............................................................................39

2.6 Recontextualizao com o Tema de Pesquisa e Organizao do Trabalho .................................39

3 Metodologia ......................................................................................................................................41

3.1 Descrio Geral ............................................................................................................................41

3.2 bacos de Dimensionamento para as Capitais Estaduais do Brasil ............................................42

3.2.1 Seleo dos Dados Pluviomtricos .........................................................................................42

3.2.2 Sries Sintticas de Precipitao .............................................................................................43

3.2.3 Simulao do Reservatrio de Aproveitamento de gua de Chuva .......................................53

3.2.4 Mtodo de Monte Carlo ..........................................................................................................53

3.2.5 Gerao dos bacos para Dimensionamento de Reservatrio de Aproveitamento de gua de Chuva ..............................................................................................................................................55

3.3 Efeito do Aproveitamento de gua de Chuva na Rede de Drenagem Pluvial .............................57

3.3.1 Estratgia para Quantificao do Efeito na Rede de Drenagem Pluvial .................................57

3.3.2 Demanda de gua em Porto Alegre .......................................................................................58

3.3.3 Sries Sintticas de Demanda .................................................................................................62

3.3.4 Lotes e Blocos de Lotes e Bacias Hipotticas ........................................................................63

3.3.5 Dimensionamento dos Reservatrios ......................................................................................66

3.3.6 Curvas de Permanncia do Volume de Espera .......................................................................66

3.3.7 Simulao Hidrolgica/Hidrulica .........................................................................................67

4 Resultados e Produtos .......................................................................................................................73

4.1 bacos para Dimensionamento do Reservatrio para Aproveitamento de gua de Chuva ........73

4.1.1 Anlise de qualidade das sries sintticas ...............................................................................73

4.1.2 Fichas para Dimensionamento do Reservatrio de Aproveitamento de gua de Chuva .......75

4.1.3 Instrues para Dimensionameto do Reservatrio de gua de Chuva ...................................79

4.2 Efeito do Aproveitamento de gua de Chuva na Drenagem Pluvial ...........................................81

4.2.1 Dimensionamento dos Reservatrios de Aproveitamento de gua de Chuva .......................81

4.2.2 Volumes de Espera .................................................................................................................82

4.2.3 Hidrogramas de Projeto ..........................................................................................................87

4.2.4 Simulao Hidrulica ..............................................................................................................93

5 Concluses ......................................................................................................................................108

5.1 bacos para Dimensionamento do Reservatrio para Aproveitamento de gua de Chuva ......108

5.2 Efeito na Vazo da Rede Pluvial ...............................................................................................110

6 Recomendaes para Trabalhos Complementares ..........................................................................113

7 Referncias Bibliogrficas ..............................................................................................................115

ANEXO 1 Demandas para consumos de gua ..................................................................................122

ANEXO 2 .............................................................................................................................................133

ANEXO 3 .............................................................................................................................................136

ANEXO 4 .............................................................................................................................................138

Lista de figuras

Figura 1 Benefcio econmico e nvel de atendimento em funo da demanda .................................10

Figura 2 Benefcio econmico e custo de construo em funo da capacidade de reservao .........11

Figura 3 Benefcio econmico e nvel de atendimento demanda em funo da rea de captao ...11

Figura 4 Ilustraes de Kobyiama (2002) enfatizando a educao ambiental para crianas ..............12

Figura 5 - Regime pluviomtrico e redues dos volumes lanados rede pluvial (Zhang et al, 2009)

................................................................................................................................................................14

Figura 6 Volumes extravasados para condies de demandas e volumes de reservao (Herrmann e

Schmida, 1999) ......................................................................................................................................15

Figura 7 Relao dos volumes extravasados em relao demanda e capacidade do reservatrio .15

Figura 8 Esquematizao de um sistema de aproveitamento de gua de chuva e seus fluxos de gua

(Cheng (2000) apud May (2004)) ..........................................................................................................20

Figura 9 Sistemas de aproveitamento de gua de chuva quanto seus fluxos e destinaes (adaptado

de Herrmann e Schmida, 1999) ..............................................................................................................21

Figura 10 Exemplo de funcionamento de um sistema de aproveitamento de gua de chuva

combinado com abastecimento de gua potvel ....................................................................................22

Figura 11 reas de captao de gua de chuva ...................................................................................23

Figura 12 Caixa de areia para filtragem da gua chuva captada em telhados .....................................25

Figura 13 Reservatrio de pr-tratamento por descarte do escoamento inicial ...................................25

Figura 14 Consumo de gua tratada em funo da renda per capita em Belo Horizonte ....................28

Figura 15 a) Aproveitamento mximo - b) Aproveitamento aqum do mximo ................................38

Figura 16 Fluxograma das etapas metodolgicas ................................................................................42

Figura 17 Pulsos caractersticos de uma srie de precipitao (adaptado de: Kilsby et. al., 2007) .....43

Figura 18 Histograma de freqncia de precipitaes em Cascavel/PR (Pedron e Klosowski, 2008)44

Figura 19 Regies homogneas quanto precipitao (Baena et. al. 2005) .......................................44

Figura 20 Zona com gerao de valores de precipitao sinttica negativa ........................................47

Figura 21 Efeito da alterao do parmetro auxiliar A ........................................................................48

Figura 22 Efeito da alterao do parmetro auxiliar B nas precipitaoes mdias mensais ...............49

Figura 23 Nvel de atendimento demanda em funo do tamanho das sries sinteticas ................50

Figura 24 Fluxos do balano de massa para a simulao do sistema de aproveitamento de gua de

chuva ......................................................................................................................................................53

Figura 25 Proceso de obteno das curvas dos bacos de dimensionamento para reservatrio de

aproveitamento de gua de chuva ..........................................................................................................56

Figura 26 Locais da amostragem do consumo de gua tratada ...........................................................58

Figura 27 Lotes amostrais e padro de urbanizao da amostra 1 (populao com alta renda e lotes

com 360m) ............................................................................................................................................59

Figura 28 Consumo mensal para amosta 1 (populao classe alta e lotes com 360m) ......................59

Figura 29 Lotes amostrais e padro de urbanizao da amostra 2 (populao com baixa renda e lotes

com 70m) ..............................................................................................................................................60

Figura 30 Consumo mensal para amosta 2 (populao com baixa renda e lotes com 70m) ..............60

Figura 31 Criao de sries sintticas de consumo total de gua para cada unidade consumidora ....63

Figura 32 Lotes padro para classe alta e popular e a composio de reas por tipo de cobertura .....64

Figura 33 Blocos de lotes padro para classe alta e popular e a composio de reas por tipo de

cobertura .................................................................................................................................................64

Figura 34 Bacias hipotticas formadas pelos blocos de lotes padro (classe alta e popular) e para

reas de 10 e 25ha ..................................................................................................................................65

Figura 35 curva de permanecia do volume de espera do reservatrio de aproveitamento de gua de

chua ........................................................................................................................................................67

Figura 36 Hidrograma unitrio triangular do SCS ..............................................................................68

Figura 37 Composio do hidrograma resultante de um bloco de lotes hipotticos ...........................70

Figura 38 Mapa de declividade da manhca urbana de Porto Alegre ...................................................72

Figura 39 Pgina 1 da ficha de dimensionamento para reservatrio de aproveitamento de gua de

chuva ......................................................................................................................................................76

Figura 40 Pgina 2 da ficha de dimensionamento para reservatrio de aproveitamento de gua de

chuva ......................................................................................................................................................77

Figura 41 - Pgina 3 da ficha de dimensionamento para reservatrio de aproveitamento de gua de

chuva ......................................................................................................................................................78

Figura 42 Busca da rea de captao de chuva necessria (dimensionamento de reservatrio pelo

caso 3) ....................................................................................................................................................80

Figura 43 Resultados do dimensionamento dos reservatrios pelos bacos para as premissas

estabelecidas ...........................................................................................................................................82

Figura 44 Curvas de permanncia para bloco de lotes padro classe alta ...........................................83

Figura 45 Curvas de permanncia para bloco de lotes padro popular ...............................................84

Figura 46 Mdia e desvio padro por janela mvel de 31 dias da precipitao do dia chuvoso .........86

Figura 47 Hietograma para Tr=2 anos: precipitao total e efetiva ....................................................87

Figura 48 Hietograma para Tr=5 anos: precipitao total e efetiva ....................................................88

Figura 49 - Hidrograma de sada concentrada do bloco padro classe alta sem aproveitamento de gua

de chuva .................................................................................................................................................89

Figura 50 - Hidrograma de sada concentrada do bloco padro popular sem aproveitamento de gua de

chuva ......................................................................................................................................................89

Figura 51 Hidrogramas concetrados para bloco padro classe alta para Tr=2anos e permanncia de

75% ........................................................................................................................................................90

Figura 52 Hidrogramas concetrados para bloco padro classe alta para Tr=5anos e permanncia de

75% ........................................................................................................................................................90

Figura 53 - Hidrogramas concetrados para bloco padro popular para Tr=2anos e permanncia de 75%

................................................................................................................................................................91

Figura 54 Hidrogramas concetrados para bloco padro popular para Tr=5anos e permanncia de 75%

................................................................................................................................................................91


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


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

Figura 57 Hidrograma bacia padro popular - Tr= 2anos, 10ha, NA=50% e CP=75% ......................95

Figura 58 Hidrograma bacia padro classe alta Tr=2anos, 10ha, NA=50% e CP=75% ..................95














Figura 72 Hidrograma bacia padro popular - Tr= 2anos, 25ha, NA=80% e CP=90% ....................100

Figura 73 Hidrograma bacia padro popular Tr= 5anos, 10ha, NA=50% e CP=75% ...................100

Figura 74 Hidrograma bacia padro classe alta Tr=5anos, 10ha, NA=50% e CP=75% ................100















Lista de tabelas

Tabela 1 Precipitao mdia anual de alguns locais citados na bibliografia ........................................ 7

Tabela 2 Coeficientes de escoamento para telhados ...........................................................................24

Tabela 3 Parmetros de qualidade de gua de chuva para usos no potveis (ABNT 2007) ..............35

Tabela 4 Consumos mensais mdios e desvio padro dos 30 lotes da amostra 1 ...............................59

Tabela 5 - Consumos mensais mdios e desvio padro dos 30 lotes da amostra 2 ................................60

Tabela 6 Relao de nmero de blocos e lotes por bacia hipottica e para cada amostra ...................64

Tabela 7 Duraes da chuva de projeto adotados no PDDUr de Porto Alegre para algumas de suas

bacias urbanas ........................................................................................................................................71

Tabela 8 Critrios e cenrios arbitrados para simulaes hidrolgica/hidrulica ...............................72

Tabela 9 - Indices numricos de qualidade das sries sintticas ............................................................74

Tabela 10 Resultados do dimensionamento dos reservatrios pelas tabelas para as premissas

estabelecidas ...........................................................................................................................................81

Tabela 11 Volumes de espera por bloco de lotes para os distintos cenrios e premissas ...................85

Tabela 12 Volumes de espera em termo de lmina de chuva para os distintos cenrios e premissas .85

Tabela 13 Percentuais mensais de dias chuvosos ................................................................................86

Tabela 14 Laminas totais e efetivas dos hietogramas de projeto ........................................................87

Tabela 15 Tempos de concentrao e parmentros adotados ..............................................................88

Tabela 16 Combinaes dos cenrios e premissas utilizados nas simulaes e figura com o

respectivo hidrograma ............................................................................................................................94

Tabela 17 Volumes dos hidrogramas no exutrio das bacias hipotticas e a reduo percentual

causada pelos reservatrios de aproveitamento de gua de chuva .......................................................106

Lista de Smbolos

nvel de significncia

A rea de captao de chuva (m)

Aimp frao da rea impermevel da bacia de contribuio

c coeficiente de escoamento (adimensional)

cd coeficiente de descarte do filtro de pr-tratamento (adimensional)

D demanda de gua (L/dia)

Du demanda unitria indexado pela rea de captao (L/dia.m)

E extravasamento percentual do reservatrio de gua de chuva

g coef. de assimetria da soma mvel de 30 dias da precipitao total diria

I declividade mdia do talvegue (m/m)

mdia da soma mvel de 30 dias da precipitao total diria (mm)

L comprimeto do talvegue (km)

M matriz de mudana de estados de uma cadeia de Markov

N tamanho da srie temporal de simulao do reservatrio

N1 tamanho da primeira subamostra da srie temporal de simulao do reservatrio para o teste de homogeneidade

N2 tamanho da primeira subamostra da srie temporal de simulao do reservatrio para o teste de homogeneidade

NA nvel de atendimento demanda por gua no potvel pelo sistema de aproveitamento de gua de chuva

p probabilidade de transio de estado em uma cadeia de Markov

pe probabilidade/percentual do volume de espera ser maior ou igual a determinado volume

P precipitao (mm)

P precipitao diria sinttica (mm)

s desvio padro da soma mvel de 30 dias precipitao total diria (mm)

S volume de gua no reservatrio de armazenamento de gua de chuva (m)

Se volume de espera nos reservatrios (m)

tc tempo de concentrao da bacia (h)

td durao da precipitao (h)

te tempo de recesso do hidrogram, entre o pico e o trmino do escoamento superficial (h)

tp tempo entre o inicio do escoamento superficial e o pico do hidrograma (h)

Tr perodo de retorno, ou recorrncia (anos)

US$ dlar moeda corrente nos Estados Unidos da Amrica

V volume do reservatrio de armazenamento de gua de chuva (L)

VAT volume consumido de gua tratada em uma unidade consumidora (L)

VAC volume consumido de gua de chuva em uma unidade consumidora (L)

Ve volume de espera, volume livre no reservatrio de gua de chuva (L)

VE volume extravasado (L)

VR capacidade do reservatrio de armazenamento de gua de chuva (L)

Vu volume unitrio do reservatrio de gua de chuva (L.m-2)

x varivel aleatria normal padronizada, adimensional

X varivel discreta genrica

Z varivel reduzida da distribuio normal

Lista de Siglas e Acrnimos ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

AWWA American Water Works Association

CESAMA Companhia de Saneamento Municipal de Juiz de Fora/MG

DMAE Departamento de gua e Esgoto de Porto Alegre

DDT Pesticida Dicloro-Difenil-Tricloroetano

EUA Pas: Estados Unidos da Amrica

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica

SAAEJ Servio Autnomo de gua e Esgoto de Jaboticabal/SP

SWMM Storm Water Management Model programa computacional de simulao hidro-

hidrulica desenvolvido pela EPA (Environmental Proctetion Agency - USA).

1

1 Introduo

1.1 Contextualizao do Tema

A sobrevivncia de qualquer ser no planeta Terra intrinsecamente ligada utilizao dos

recursos naturais disponveis. A espcie humana (homo sapiens), que por mrito de sua evoluo

cognitiva se posicionou no topo da cadeia alimentar ao dominar as demais espcies e utilizar os

recursos naturais a seu favor, busca atender seus anseios por fartura de alimento e conforto.

Ao se organizar em sociedade, o homem buscou aperfeioar e ampliar o uso dos recursos

naturais, criando relaes de trabalho e comrcio, e acelerando, assim, a sua busca por fartura e

conforto. A denominada Revoluo Industrial o marco deste aperfeioamento e ampliao do uso

dos recursos naturais, pois nesta poca iniciou-se a mecanizao da explorao em grande escala dos

recursos naturais.

Aliados aos avanos das tcnicas de explorao dos recursos naturais houve, durante a

Revoluo Industrial, importantes avanos nas reas de comunicao, medicina, transporte e

engenharia em geral. Isso fez com que iniciasse o processo de urbanizao percebido no crescimento

das cidades.

O novo estilo urbano de vida exigiu que fossem criadas maneiras de levar os recursos naturais,

entre eles a gua, at os habitantes. No era mais possvel que cada habitante tivesse o seu poo, ou

que fosse at um manancial hdrico coletar a gua necessria para atender a sua demanda, fazendo com

que surgissem os primeiros sistemas de abastecimento de gua.

As estratgias, ou a falta delas, para o desenvolvimento das cidades criaram um cenrio

insustentvel, onde tanto o aumento do consumo dos recursos naturais, quanto a expanso territorial

desordenada, estavam degradando o meio ambiente, gerando situaes at ento no observadas, como

poluio dos rios e do ar, epidemia de doenas, alagamentos e problemas de trafegabilidade

(engarrafamentos). Dada esta situao, na dcada de 1960, surgiram os primeiros movimentos

ambientalistas, catapultados pelos alertas de Rachel Carson, em 1962, sobre os efeitos do pesticida

DDT ao meio ambiente e de Paul R. Ehrlich, em 1968, com o livro The Population Bomb sobre a

exploso demogrfica global e seus efeitos ao meio ambiente.

Outro grande colaborador com esta nova abordagem da relao homem-ambiente foi Ian L.

McHarg, que, em 1969, escreveu o livro Design with Nature (McHarg, 1971), onde sugere tcnicas

no convencionais para a poca, visando preservar o ambiente, ao mesmo tempo em que o espao era

ocupado pelo homem. A publicao de McHarg pode ser considerada um marco do movimento

ambientalista e da arquitetura paisagstica, sendo reimpresso e, tambm, revisto por outros autores em

diversas ocasies at o momento.

2

As idias ambientalistas, at ento expressas basicamente de forma literria, tiveram a

oportunidade de serem expostas e discutidas presencialmente na I Conferncia das Naes Unidas

para o Meio Ambiente Humano, realizada em Estocolmo no ano de 1972. Desta, seguiram-se diversos

outros encontros, conferncias e posicionamentos formais de entidades internacionais. A partir de

ento, iniciou-se uma nova era, em que, lentamente, foi sendo alterada a maneira de gerenciar os

recursos naturais e o meio ambiente, passando por diversos tpicos modais, tais como: a guerra aos

agrotxicos, a descoberta das falhas na camada de oznio, o desmatamento, a instituio dos direitos

dos animais, o lixo nuclear, sustentabilidade ambiental e, mais recentemente, o aquecimento

global/mudana climtica.

A atitude ambientalista est em pauta contnua, em praticamente todos os setores da sociedade,

e o abastecimento de gua e a drenagem urbana pluvial no so excees.

No que diz respeito tendncia ambientalista na gesto da gua no meio urbano, podemos citar

como as aes mais importantes:

utilizao racional da gua;

a reduo do seu consumo;

tratamento dos efluentes;

renaturalizao dos cursos dgua degradados;

controle na fonte do escoamento superficial das guas de chuva.

Dentro do intuito das aes supracitadas est o aproveitamento de gua de chuva, que indicado

como uma medida no sentido de reduzir os volumes captados das fontes tradicionais de abastecimento,

conseqentemente preservando-as. Alm deste benefcio, o aproveitamento de gua de chuva citado

como uma medida de controle dos alagamentos, j que parte da gua que seria destinada rede pluvial

desviada para um reservatrio de armazenamento, ficando esta gua disponvel para consumo.

No entanto, algumas questes ainda em aberto podem ser proferidas a respeito dos mtodos de

dimensionamento do reservatrio de armazenamento da gua de chuva e da sua efetiva contribuio na

reduo dos alagamentos.

Sobre a questo do dimensionamento do reservatrio de armazenamento de gua de chuva,

podemos avaliar a validade das recomendaes existentes, e se so aplicveis em todo territrio

brasileiro, j que este, com propores continentais, detentor de um conjunto variado de regimes

pluviomtricos, influenciados pelo clima e pelo relevo.

A contribuio na reduo dos alagamentos um pouco controversa visto que o objetivo por um

lado manter o reservatrio a maior parte do tempo com algum volume de gua para atender a

demanda de seu uso na edificao, e por outro lado, para amortecer os picos de vazo lanados rede

de drenagem, ele deveria estar sempre vazio (ou manter um volume de espera).

3

Para a adoo do aproveitamento de gua de chuva como uma medida, de fato, contribuinte

reduo dos alagamentos, fundamental mensurar o efeito sinrgico sobre o sistema de drenagem

pluvial pblico da utilizao em massa de sistemas de aproveitamento de gua de chuva, ao definir

uma metodologia padro de dimensionamento para o reservatrio de armazenamento.

1.2 Objetivos

As tendncias do uso racional da gua, utilizao de fontes alternativas de abastecimento de

gua, e o problema dos alagamentos urbanos so motivos para a popularizao do aproveitamento de

gua de chuva no meio urbano.

Os benefcios econmicos e ambientais que a adoo em massa do aproveitamento de gua de

chuva gera so evidentes, e so temas abordados amide por diversos pesquisadores; no entanto, os

impactos na drenagem urbana pluvial foram pouco investigados at o momento, apesar de serem

citados com freqncia como sendo uma das medidas de reduo dos alagamentos nas cidades (May

,2004) (Mano,2004) (Filho e Moreira,2005) (Tucci, 2005) (Zhang et al, 2009) (Shaaban e Appan,

2003) (Vaes e Berlamont, 2001) (Herrmann e Schmida, 1999) (Fendrich, 2009).

Visto que o efeito do aproveitamento de gua de chuva na drenagem urbana pluvial , ainda,

uma questo no bem respondida, este trabalho tem por objetivo principal verificar se a utilizao de

sistemas de aproveitamento de gua pluvial tem efeito significativo na reduo de alagamentos

urbanos, mesmo que estes sistemas sejam dimensionados exclusivamente para o consumo da gua

armazenada, verificao esta a ser realizada a partir de simulao matemtica aplicada a uma rede de

drenagem urbana pluvial.

Outros objetivos a serem atingidos com o presente trabalho so:

Desenvolver uma metodologia de dimensionamento de reservatrios para

armazenar gua de chuva, e verificar se esta permite obter o volume necessrio

para o armazenamento de modo facilitado, e com fornecimento de ndices de

desempenho do sistema de aproveitamento de gua de chuva;

Verificar se a utilizao do aproveitamento de gua de chuva apresenta

variabilidade significativa da sua influncia na vazo da rede pluvial para

diferentes padres de habitao quando o emprego do aproveitamento estas

redues so obtidas massificado;

4

2 Aproveitamento da gua de Chuva

2.1 Uso de gua de Chuva

2.1.1 Histrico

O aproveitamento de gua de chuva uma tcnica para suprir a demanda de gua das atividades

humanas conhecida h milnios. A data em que esta tcnica surgiu no conhecida com exatido;

existem registros que evidenciam a existncia de estruturas para armazenamento de gua de chuva

anteriores a 3.000 a.C., sendo encontradas em diversos locais, incluindo o deserto de Negev em Israel,

ndia, Grcia, Itlia, Egito, Turquia e Mxico (Krishna et al, 2002).

A histria da humanidade fortemente influenciada pela sua demanda por gua. Com o

abandono do hbito nmade, de coleta e caa, surgiu a agricultura e o convvio em comunidades, e

sendo este um estilo de vida mais sedentrio, solues para mais bem atender s novas necessidades

(preparo de alimentos, limpeza, evacuao de dejetos e irrigao) tiveram de ser criadas, como

captao, armazenamento e canalizao, constituindo os primeiros sistemas de abastecimento coletivo

(Heller e Pdua,2006).

Um exemplo interessante na Amrica do Sul, descrito por Heller e Pdua (2006), o do povo

Inca, ocupantes dos Andes peruanos na Amrica pr-colombiana. Os Incas utilizavam reservatrios de

gua e sistemas de banho, para os quais a gua era conduzida atravs de condutos perfurados em

rocha. Heller e Pdua (2006) descrevem, ainda, que este povo tinha uma cerimnia de limpeza

influenciada por crenas divinas em que, a princpio da estao chuvosa, efetuavam uma limpeza das

moradias e dos espaos pblicos, sendo este um caso onde a religio contribui efetivamente para a

prosperidade e o bem estar de uma sociedade.

Vemos que o desenvolvimento de sistemas de abastecimento foi necessrio a partir de quando o

homem passou a viver em aglomerados urbanos, pois o adensamento de pessoas exigiu alguma

garantia de atendimento, tanto de quantidade, quanto de qualidade da gua fornecida populao.

Hoje em dia isso ocorre sem que muitos dos consumidores saibam que a gua teve origem a

quilmetros de distncia, e que passou por um complexo tratamento (Dacach, 1979).

O grande impulso para a massificao dos sistemas de abastecimento foram os alertas de duas

autoridades mdicas para as doenas de veiculao hdrica. Em meados do sculo XVII, o Dr. John

Snow acertadamente publicou a pesquisa intitulada Great Sanitary Awakening (Grande Despertar

Sanitrio) onde alertava para a relao entre a poluio fecal na gua de abastecimento e a epidemia de

clera, e, ao final do sculo XVII, o Dr. William Budd investigou o modo de disseminao e a

preveno da febre tifide que, assim como a clera, est relacionada com o controle sanitrio. Assim,

para um melhor controle sanitrio os sistemas de abastecimento foram, em grande maioria,

encampados pelas municipalidades locais, pois o abastecimento de gua passou a ser visto como um

5

problema de sade publica. Critrios de potabilidade passaram a vigorar, os prprios consumidores

passaram a rejeitar a gua que apresentasse turbidez, cor, cheiro e gosto (Fair et al, 1966).

A demanda crescente e os critrios de potabilidade adotados influenciaram os sistemas de

abastecimento de gua a captarem de mananciais superficiais (rios, lagos e reservatrios) e de fontes

subterrneas (aquferos). Assim, foi deixada em segundo plano, e at mesmo desincentivada, a

captao de gua de chuva, como verificado na publicao de Netto et al (1973), onde esta fonte

indicada apenas em caso de extrema necessidade, mesmo no meio rural e para edificaes isoladas.

Conforme relatado por Fair et al (1966), o aproveitamento de gua de chuva raramente

utilizado nos sistemas pblicos de abastecimento de gua sendo mais freqente em propriedades rurais

e comunidades isoladas, ou ainda em regies semi-ridas que tem pouca disponibilidade hdrica.

A mudana global do paradigma de explorao dos recursos naturais iniciada na dcada de

1960, que incitava a explorao e o uso racional dos recursos naturais, influenciou tambm no

abastecimento de gua, como verificado nas aes de uma das mais antigas entidades de promoo

da pesquisa e educao a este respeito do uso da gua, a AWWA (American Water Works Association)

que desde a dcada de 1990 sugere uma gesto bilateral, que analisa tanto o suprimento, quanto a

demanda de gua, assim, a gesto bilateral incentiva o fornecimento eficiente e a reduo do consumo

(Tomaz, 2003).

Uma alternativa que passou a ser adotada foi o aproveitamento de gua de chuva para a reduo

do consumo no meio urbano, especialmente para fins no potveis. Conforme Tomaz (2003) a

captao da gua que precipita nos telhados e lajes de cobertura reduz em at 30% o consumo da gua

proveniente do sistema de abastecimento.

Assim, ao longo da historia da humanidade o abastecimento de gua por captao da chuva

coexistiu com as captaes de guas superficiais e subterrneas, tendo uma fase de reduo que foi

revertida devido s novas tendncias da gesto dos recursos hdricos que comeou a atentar para a

problemtica ambiental.

2.1.2 Cenrio Atual

A utilizao de sistemas de aproveitamento de gua de chuva, atualmente, apresenta uma

tendncia de crescimento impulsionada pela abordagem ambientalista, que visa incutir a

sustentabilidade ambiental em praticamente todas as atividades antrpicas.

Conferindo apoio a essa tendncia, muitos programas, entidades, instrumentos administrativos e

organizaes, foram criados com o intuito de incentivar e divulgar o conceito de sustentabilidade

ambiental.

6

conveniente definir o termo sustentabilidade ambiental ao fazer uso dele, pois conforme

Bellen (2005) existem diversas definies para este termo, sendo a pioneira discutida em 1980 pela

International Union for the World Conservation of Nature and Natural Resources no documento

intitulado Worlds Conservation Strategy, que no incorporava explicitamente o elemento humano.

A partir desta definio de sustentabilidade ambiental, lanada em 1980, surgiram diversas

outras, sendo apontado por alguns autores o total de at 160 definies o que torna este termo bastante

dbio. No entanto, as definies comumente mais citadas e aceitas so apresentadas no Relatrio

Brundtland de 1987 e na Agenda 21 que, sucintamente dizem:

Desenvolvimento Sustentvel satisfazer as necessidades presentes, sem comprometer a

capacidade das geraes futuras de suprir suas prprias necessidades (Bellen, 2005).

A referida Agenda 21 hierarquizada em 3 nveis (MMA, 2010):

Agenda 21 Global: um programa de ao baseado num documento de 40 captulos, que

constitui a mais abrangente tentativa j realizada de promover, em escala planetria, um novo

padro de desenvolvimento, denominado desenvolvimento sustentvel. O termo Agenda

21 foi usado no sentido de intenes, desejo de mudana para esse novo modelo de

desenvolvimento para o sculo XXI.

Agenda 21 Nacional (Brasileira): um processo e instrumento de planejamento

participativo para o desenvolvimento sustentvel e que tem como eixo central a

sustentabilidade, compatibilizando a conservao ambiental, a justia social e o crescimento

econmico. O documento resultado de uma vasta consulta populao brasileira, sendo

construda a partir das diretrizes da Agenda 21 global.

Agenda 21 Local: um instrumento de planejamento de polticas pblicas que envolve

tanto a sociedade civil e o governo em um processo amplo e participativo de consulta sobre os

problemas ambientais, sociais e econmicos locais e o debate sobre solues para esses

problemas atravs da identificao e implementao de aes concretas que visem o

desenvolvimento sustentvel local.

A Agenda 21 no seu Capitulo 18 Item 18.50 menciona que todos os Estados, segundo sua

capacidade e recursos disponveis e por meio de cooperao bilateral ou multilateral, inclusive as

Naes Unidas e outras organizaes pertinentes, quando apropriado, podem implementar a expanso

do abastecimento hidrulico urbano e rural e estabelecimento e ampliao de sistemas de captao de

gua da chuva, particularmente em pequenas ilhas, acessrios rede de abastecimento de gua.

(MMA, 2010)

O aproveitamento de guas pluviais se relaciona com a sustentabilidade ambiental devido a esta

ser uma fonte alternativa e eficiente para abastecimento de gua. Pompo (2000) afirma que a

7

sustentabilidade aponta reintegrao da gua ao meio urbano, trabalhando junto ao ciclo hidrolgico,

observando aspectos ecolgicos, ambientais, paisagsticos e as oportunidades de lazer.

Concomitante com o surgimento do conceito de desenvolvimento ambiental sustentvel surgiu

na Alemanha em 1980 o incentivo utilizao de guas de menor qualidade para aqueles usos

considerados menos nobres: descarga de bacias sanitria, rega de jardim e lavagem de veculos e

ptios. Assim, naturalmente, surgiu um novo mercado para a produo e comercializao de

equipamentos especficos para a coleta, tratamento e armazenamento de gua de chuva (Herrmann e

Schmida, 1999).

Ao analisar-se a freqncia de exemplos e pesquisas publicadas que tratam do tema

aproveitamento de gua de chuva podemos destacar a Alemanha, o Japo e os Estados Unidos como

sendo os pases com maior ndice de utilizao de sistemas de aproveitamento de guas pluviais. Mas

esta situao est sendo alterada, ao passo que, com facilidade, possvel encontrar publicaes de

manuais e guias produzidos pelas municipalidades locais em diversos outros pases, quase sempre em

conjunto com planos de desenvolvimento urbano.

Boa parte dos exemplos de utilizao de aproveitamento de gua de chuva publicados

concentra-se em regies com precipitaes anuais baixas, quase sempre inferiores a 1.000mm por ano

(Tabela 1).

Tabela 1 Precipitao mdia anual de alguns locais citados na bibliografia Cidade / Pas Precipitao Mdia Anual (mm) Referncia

Tucson / Arizona / EUA 280 Waterfall, 1998 Provncia de Gansu - China 300 UNEP, 2002

Norkkping / Sucia 508 Villareal e Dixon, 2005 Greenwich / Inglaterra 612,5 Chilton et al, 1999 Bochum / Alemanha 787 Herrmann e Schmida, 1999

Irlanda 800 McCarton, 2009 Austin / Texas / EUA 810 Tomaz, 2003

Bangalore / ndia 970 Tomaz, 2003 Semi-rido / Brasil

8

Nota-se que de modo geral que o aproveitamento de gua de chuva no meio urbano

incentivado naturalmente pela potencial reduo dos custos em obter gua da rede de distribuio,

sendo mais atrativo o aproveitamento realizado em estabelecimentos comerciais e industriais, onde os

consumos de gua no potvel e as reas de captao so maiores em relao ao perfil residencial,

conferindo um efeito de economia de escala, reduzindo, assim, o tempo para retorno de investimento

da instalao do sistema de aproveitamento.

Alguns exemplos de incentivos financeiros e materiais so citados por Tomaz (2003) e May

(2004), todos referentes a pases desenvolvidos. Com exceo do semi-rido nordestino do Brasil o

incentivo para a utilizao de sistemas de aproveitamento de gua de chuva por parte do governo

brasileiro limitado pelo fato de existir uma relativa abundncia de gua ao comparar com os casos de

alguns pases desenvolvidos, sendo, quase sempre, mais vantajoso financeiramente investir no

abastecimento tradicional. Segundo Clark e King (2005) o Brasil possui uma disponibilidade de gua

anual de 31.795 mhab-1 enquanto o valor mdio global de 7.000 mhab-1.

Assim, no Brasil comum o incentivo por meio de legislao, que de modo regulatrio atua de

forma sugestiva em alguns casos e, em outros, de forma compulsria, sendo a melhoria ambiental e a

reduo de alagamentos os principais benefcios citados.

2.1.3 Benefcios: Econmicos, Ambientais e Drenagem Pluvial

Benefcios Econmicos

Os benefcios que o aproveitamento da gua de chuva acarreta so bastante divulgados e citados

em pesquisas, manuais e decretos a respeito do assunto, sendo o que se faz mais notvel o

econmico, que se justifica pela conseqente reduo do consumo de gua tarifada, e por ser este um

benefcio de fcil mensurao, objeto de pesquisa em diversos trabalhos.

Apesar da facilidade em estimar o benefcio econmico, este obtido especificamente para cada

local de aproveitamento, e para as caractersticas particulares do sistema, sendo pouco vlida a

generalizao de resultados pontuais para regies inteiras, e menos ainda para outros pases. Mas a

ttulo de balizamento, para estabelecer critrios de projeto para os sistemas de aproveitamento de gua

de chuva, importante conhecer os resultados j obtidos, e que caractersticas apresentam.

Um exemplo bastante expressivo do benefcio econmico do aproveitamento de gua de chuva

apresentado por Zaizen et al (1999), para o estdio de baseball Fukuoka Dome, na cidade de

Fukuoka no Japo. Considerando o custo de US$3,00(1) por m de gua tratada fornecida para o

estdio, e uma capacidade de aproveitamento mdio anual de 52.836 m para usos no potveis, evita-

se que sejam gastos anualmente cerca de US$120.000(1) . Os autores no mencionaram os custos de

implantao do sistema para que fosse possvel estimar um prazo para retorno do investimento.

1 Valor no atualizado para o presente

9

Outro exemplo de estudo de viabilidade econmica para um aproveitamento de gua de chuva

foi realizado para Florianpolis, e apresentado por Kobiyama et al (2002). O sistema composto por

uma rea de captao de 5.192,36 m e um reservatrio de armazenamento com capacidade para 360

m para atender um perodo de 23,2 dias sem precipitao, perodo que correspondente a um tempo de

retorno de 3 anos. Segundo os autores, este sistema seria capaz de gerar uma economia de

US$15.000(1) por ano. Considerando o custo por metro cbico de gua tratada igual US$1,57(1) o

tempo para retorno do investimento seria de 2,7 anos.

Um estudo detalhado de viabilidade econmica apresentado por Mano (2004) para a utilizao

de aproveitamento de gua de chuva em residncias para o municpio de Porto Alegre. A viabilidade

foi avaliada para reservatrios manufaturados em 4 tipos de materiais (fibra-vidro, polietileno,

fibrocimento e concreto) e para volumes de 2.000L 10.000L, os tempos de retorno de investimento

obtidos variaram de ~16anos, para os menores volumes de reservao, e 45,2 anos para os maiores

volumes. O autor comenta, ainda, que para o local de estudo o benefcio econmico no expressivo e

avalia os benefcios indiretos a fim de obter outros incentivos que motivem a instalao do sistema.

Uma maneira de reduzir os custos de implantao de um sistema de aproveitamento de gua de

chuva construir reservatrios coletivos, que atendam a diversas residncias, a reduo do custo de

implantao causa conseqentemente uma reduo direta do tempo para retorno de investimento

(Herrmann e Schmida, 1999).

Chilton et al (1999) ao avaliarem a viabilidade econmica para o aproveitamento de gua de

chuva que incide em um telhado de 2.200 m de um estabelecimento comercial em Greenwich

(Inglaterra) obtiveram um prazo para retorno do investimento de ~12 anos. Os autores ainda indicam

que um critrio de limite mximo aceitvel para o prazo para retorno do investimento de 10 anos.

Assim, concluram que para o local estudado no vivel economicamente a instalao do sistema de

aproveitamento, visto que apenas 41% da demanda pode ser atendida. Esta inviabilidade reforada

devido tambm ao baixo custo da tarifa de gua fornecida, e afirmam que este mesmo sistema seria

vivel caso fosse instalado em um local que possusse um volume de precipitao mdio anual maior

que o de Greenwich (612,5mmano-1), com uma tarifa de gua mais alta, ou ainda que para o mesmo

local a rea de captao fosse ampliada.

Um aspecto que influencia significativamente para tornar vivel economicamente um sistema de

aproveitamento de gua de chuva a capacidade de reservao de gua. Segundo Mierzwa et al (2007)

a definio desta capacidade o maior desafio a ser enfrentado no momento do projeto. Os autores

avaliaram a viabilidade para a instalao do sistema em uma indstria na regio do ABCD paulista

(regio metropolitana de So Paulo), com rea de captao de 16.960 m, volumes de reservao entre

100 e 500m e uma demanda fixa de 60 mdia-1. O menor reservatrio (100m) apresentou o menor

tempo para retorno financeiro (1,81 anos), e o maior reservatrio (500m), o maior tempo (2,37) anos.

10

Muitos outros exemplos poderiam ser citados, contudo, e reforando a afirmativa de que estudos

de viabilidade econmica tm aplicao restrita devido a variabilidade de custos temporal e regional,

se faz oportuna a compilao das concluses a fim de obter um conjunto de relaes entre as

caractersticas do sistema de aproveitamento e a variao provvel do benefcio econmico, as

especificidades locais so visveis no trabalho de Zhang et al (2009).

De modo geral, os relatos de estudos de sistemas de aproveitamento de gua de chuva indicam

as seguintes relaes entre caractersticas do sistema e benefcio econmico:

a) Demanda

Demandas equivalentes ou maiores que o volume de gua captado promovem a reduo dos

gastos com o consumo de gua tarifada, e, conseqentemente, reduzem o prazo para o retorno

financeiro, mas no entando o nvel de atendimento demanda reduzido, ou seja, sero mais

frequentes os perodos de esgotamento total da reserva de gua de chuva captada (Figura 1).

Figura 1 Benefcio econmico e nvel de atendimento em funo da demanda

b) Capacidade reservao:

Grandes reservatrios extravasam menos, aumentando, assim, o volume de gua de chuva

aproveitado e, causando a reduo dos gastos do consumo de gua tarifada e, conseqentemente,

reduzindo tambm o tempo para retorno financeiro. Mas o custo de construo do reservatrio

tambm cresce diretamente com o seu tamanho, exigindo assim uma busca pelo ponto timo, onde o

benefcio em valor presente, para um determinado tempo para retorno financeiro desejvel, se

igualado ao custo de construo (Figura 2).

11

Figura 2 Benefcio econmico e custo de construo em funo da capacidade de reservao

c) rea de captao

Sistemas de aproveitamento com grandes reas de captao tm um maior nvel de atendimento

demanda, ou seja, menores sero os perodos em que dever ser utilizada a gua tarifada do sistema

de abastecimento. Nesta situao, o reservatrio se encontrar na maior parte do tempo prximo a sua

capacidade mxima, causando freqentes extravasamentos, reduzindo o nvel de aproveitamento

(Figura 3).

Figura 3 Benefcio econmico e nvel de atendimento demanda em funo da rea de captao

Benefcios Ambientais

Os benefcios que o aproveitamento de gua de chuva propicia ao meio ambiente so citados em

muitos trabalhos, freqentemente iniciando com uma apresentao da disponibilidade hdrica mundial

e passando a detalhar a disponibilidade regional do local de estudo especfico, sempre fazendo aluso

ao crescimento da populao, e consequente reduo da disponibilidade de gua para o atendimento

das demandas atuais e futuras da populao do planeta.

No entanto, no rara a vez em que so propostos sistemas de aproveitamento de gua de chuva

para regies com grande disponibilidade de gua, o que acaba por desqualificar o discurso da escassez

de gua como argumento de defesa utilizao da gua de chuva. Rebouas (2004), apesar de no se

dedicar ao tema do aproveitamento de gua de chuva em sua obra, apresenta uma reflexo bastante

contundente no sentido de entender que a gua um recurso nobre, independente de sua escassez ou

12

abundncia, e que deve ser utilizado com parcimnia, avaliando sempre a possibilidade de obt-la de

fontes alternativas, como por exemplo: gua subterrnea, reso de guas servidas e gua de chuva.

A utilizao de gua de chuva como uma fonte alternativa citada por Mierzwa (2007), May

(2004), Kobiyana (2002), Tomaz (2003), como uma ao que minimiza o problema ambiental causado

pela escassez de gua, mesmo para usos no potveis.

Zaizen (1999) acrescenta que, ao utilizar a gua de chuva para irrigao no meio urbano, a gua

que infiltra no solo acaba por beneficiar o ciclo hidrolgico no sentido de retorno ao seu balano de

fluxos de urbanizao ao contribuir com a recarga dos aquferos.

Em regies ridas e com escassez de guas subterrneas, ou ainda, imprprias para o uso

potvel por conter minerais e sais de difcil remoo, o aproveitamento de gua de chuva indicado

como uma alternativa vivel, e utilizando esta gua para o consumo humano, animal e para irrigao

permite que mais gua fique disponvel no meio ambiente para atender as necessidades da biota local

(Waterfall, 1998; Campo e Neto, 2003; TCEQ, 2007).

O aproveitamento de gua de chuva muitas vezes abordado em paralelo com as medidas de

uso racional da gua, que buscam reduzir o volume de gua demandado reduzindo desperdcios e

aumentando a eficincia dos aparelhos sanitrios (ANA, 2005). Estas medidas que devem ser postas

em prtica por cada cidado, exigindo, para tanto, que campanhas educativas difundam as vantagens

destas medidas.

Em Kobyiama (2002) notvel o empenho em exaltar o papel educativo que o aproveitamento

de gua de chuva pode ter, especialmente para as crianas (Figura 4).

Figura 4 Ilustraes de Kobyiama (2002) enfatizando a educao ambiental para crianas

A existncia de aproveitamento de gua de chuva em uma residncia uma tima maneira de

familiarizar seus habitantes com o processo de abastecimento de gua, j que testemunharo o

processo e seus resultados, promovendo, assim, a conscientizao da importncia da preservao e do

uso racional da gua.

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Enfim, os benefcios ambientais que o aproveitamento de gua de chuva promove so citados

com frequncia pelos autores de trabalhos a respeito deste tema, porm de difcil mensurao.

Alguns destes benefcios esto condensados nos seguintes itens:

a) Ao ser utilizado na irrigao recarrega os aqferos e pereniza os cursos dgua;

b) Ao reduzir os volumes captados dos mananciais superficiais, a maior disponibilidade

nestes acaba por propiciar maior capacidade de manuteno da biota e de diluio de

contaminantes;

c) Reduo do consumo de energia para bombeamento de gua em anlise global,

d) Desperta a conscincia ambiental da populao;

Benefcios Drenagem Urbana

O benefcio drenagem urbana refere-se especificamente contribuio que a utilizao de

sistemas de aproveitamento de gua de chuva pode ter para reduzir dos picos de vazo e volumes de

gua na rede pluvial pblica, e por ser o tema foco deste trabalho, este beneficio est sendo tratado

com maior afinco.

Este benefcio citado com freqncia. Por exemplo, May (2004) afirma que a viabilidade do

uso da gua de chuva justificada pela reduo dos custos com abastecimento de gua tarifada e a

reduo do risco de alagamentos, em caso de chuvas fortes.

Outro trabalho que tambm enfatiza o benefcio em relao ao problema dos alagamentos foi

realizado por Mano (2004), que afirma que a utilizao de gua da chuva para uso residencial e

comercial tem contribuio para mitigar este problema.

No trabalho de Filho e Moreira (2005), pode-se concluir que a reduo das vazes lanadas

rede de drenagem urbana significativa para o caso dos eventos mais freqentes, que se situam em

tempo de recorrncia de at cinco anos para as cidades de Natal e Caic, ambas no estado do Cear.

Os autores salientam, ainda, que a utilizao de sistemas de aproveitamento de gua de chuva pode

auxiliar os sistemas de microdrenagem urbana, pois funcionam parcialmente como reservatrios de

deteno de guas pluviais para eventos de chuvas mais freqentes.

Fazendo contraponto s citaes que conferem significantes benefcios reduo dos

alagamentos, Tucci (2007) considera que o aproveitamento de gua de chuva pode ser til como fonte

alternativa de abastecimento de gua no potvel, mas alerta que contribui pouco para o controle de

alagamentos.

Um trabalho que exemplifica a diversidade de resultados para sistemas de aproveitamento de

gua de chuva em um pas com diferentes regies climticas foi realizado por Zhang et al (2009). Nas

quatro cidades australianas analisadas foi verificado o efeito da implementao de tcnicas de uso

racional da gua e o aproveitamento de gua de chuva na reduo dos volumes lanados rede de

14

drenagem. Conforme apresentado na Figura 5, as cidades com precipitaes bem distribudas ao longo

do ano foram as que apresentaram maiores ndices de reduo se comparado com as que tm

fortemente marcados os perodos chuvoso e mido.

Figura 5 - Regime pluviomtrico e redues dos volumes lanados rede pluvial (Zhang et al, 2009)

A relao do regime pluviomtrico e o benefcio esperado na reduo dos volumes lanados

rede pluvial, constatada por Zhang et al (2009), compatvel com a dimenso territoral do Brasil, pois

faz-se necessrio obter resultados regionalizados, no sendo representativos para obter ndices de

beneficio drenagem urbana de estudos pontuais e extrapol-los para todo o pas.

A avaliao do beneficio drenagem urbana mais significativa em termos prticos quando se

avaliam as vazes de lanamento rede. Neste sentido, Shaaban e Appan (2003) obtiveram, para um

hidrograma com perodo de retorno de 10anos e durao de 30min, uma reduo de 10% no pico de

vazo em um loteamento com 19% de sua rea composta por superfcies de captao de gua de

chuva. No entanto, no informada que condio inicial foi adotada para o reservatrio de

armazenamento, deixando margem para supor que, eventualmente, esta reduo de 10% do pico de

vazo pode ser menor.

Uma modelagem simplista foi realizada por Vaes e Berlamont (2001), onde a capacidade de

amortecimento provvel e a estimativa de demanda da gua coletada de chuva foram obtidas de forma

arbitrria, ou seja, a modelagem teve o objetivo de avaliar o efeito que um sistema de aproveitamento

de gua de chuva teria sobre a gerao escoamento para a rede de drenagem pblica, e como resultado

para a captao em um telhado com 100m, correspondente a 30% do lote em estudo, estimando

tambm o consumo dirio de 100 litros, obtiveram a reduo da intensidade de chuva original de 5

anos (52,4mm/h) de perodo de retorno para 1 ano (41,9mm/h). Os autores comentaram que, para

eventos de chuva muito intensos, os dispositivos de aproveitamento de gua de chuva tm pouco

efeito, cenrio este que no foi apresentado nos resultados.

15

Os resultados obtidos por Herrmann e Schmida (1999) apresentados na Figura 6 permitem

extrairmos a relao entre a combinao da capacidade de armazenamento e do consumo com os

volumes extravasados. O sistema de aproveitamento de gua de chuva era composto por uma rea de

captao de 100m, e na simulao para um reservatrio com 1m e consumo per capta de 25 litros

44% da gua captada no telhado e destinada ao reservatrio era extravasada: j para uma demanda

maior e um reservatrio de 5m possvel obter extravasamentos menores que 10%. Os autores

cogitam tambm a possibilidade de destinar os volumes extravasados para outro dispositivo de

reteno, que no caso de um reservatrio com 6m para atender o consumo, um reservatrio adicional

com 9,5m seria capaz de reduzir a zero o lanamento de gua para a rede de drenagem.

Figura 6 Volumes extravasados para condies de demandas e volumes de reservao (Herrmann e Schmida, 1999)

A sntese da relao do extravasamento em funo da demanda e da capacidade de

armazenamento apresentada em forma grfica na Figura 7.

Figura 7 Relao dos volumes extravasados em relao demanda e capacidade do reservatrio

Assim, o rol de benefcios atribudos ao aproveitamento de gua de chuva faz com que esta

tcnica venha sendo posta em voga tanto por iniciativa de organizaes e entidades ambientais como

pela prpria sociedade, que em geral sensvel s questes ambientais. Observa-se ainda que, como

reflexo desta situao, recentemente surgiram em nmero significativo, normas tcnica, legislaes

especficas e trabalhos tcnicos e cientficos a respeito do aproveitamento de gua de chuva,

especialmenta no meio urbano.

16

2.1.4 Restries Implementao

Os benefcios que o aproveitamento de gua de chuva pode propiciar fazem com que este

assunto esteja em pauta nas cmaras legislativas municipais, no desenvolvimento de novos

equipamentos especficos, nos movimentos sociais para preservao do meio ambiente e na reduo

dos custos com abastecimento de gua, o que gera um cenrio de pleno crescimento da utilizao do

aproveitamento de gua de chuva.

Como evidncias de uma tendncia crescente da utilizao do aproveitamento de gua de chuva

possvel apontar as estratgias de desenvolvimento sustentvel (LID Low Impact Development) e

certificaes ambientais (LEED Leadership in Energy and Environment Design). Estas estratgias

mencionam o aproveitamento de gua de chuva como alternativa para reduzir o consumo de gua e

alagamentos urbanos.

No entanto, existem alguns entraves que reduzem e limitam a implementao massiva de

sistemas de aproveitamento de gua de chuva por parte dos cidados e empresas, e a busca pela

soluo destes entraves permite estabelecer um panorama da tendncia futura a respeito do


Dificuldade em Adaptar Edificaes

Este entrave mais notvel nas edificaes residenciais j estabelecidas, que raramente

apresentam condies favorveis para a instalao de um sistema de aproveitamento de gua de chuva.

As dificuldades so por limitaes de espao disponvel, pela incapacidade estrutural para suportar o

acrscimo de carga de um reservatrio extra e pelo fato das instalaes prediais hidrossanitrias de

gua fria atenderem simultaneamente pontos de consumo potveis e no-potveis.

A realizao de adaptaes em edificaes j estabelecidas sempre tecnicamente possvel, mas

acarreta custos elevados, o que pode inviabilizar economicamente a implementao de um sistema de


Para novas construes, possvel j construir o sistema de aproveitamento de gua de chuva

ou prever as principais adaptaes para facilitar a sua implementao, reservando rea para a

construo do reservatrio de armazenamento e concebendo as instalaes hidrulicas de modo

independente para os pontos de consumo no-potvel.

Escassez de Informao

A escassez de informaes que orientem claramente os benefcios do aproveitamento de gua de

chuva e recomendaes tcnicas para os profissionais da rea de construo um entrave que reprime

a sua utilizao. Segundo Stark e Pushard (2008), a normatizao transmite a mensagem de que a

tcnica adequada, e tambm, uma ferramenta educacional. Informaes e normatizaes a respeito

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das tcnicas de aproveitamento de gua de chuva tornar-se-o mais acessveis e, frequentes, ao passo

que a utilizao destes sistemas tambm se torne.

Paralelo a iniciativas governamentais, j existem diversas organizaes independentes que

surgiram, principalmente, durante a dcada de 1990, e que se dedicam em linhas gerais a:

Recomendaes de senso comum para a conservao de gua;

Desenvolver mtodos prticos para o aproveitamento de gua de chuva;

Formar uma rede de associados com experincia em aplicao de tcnicas de

aproveitamento de gua de chuva, bem como com universidades e outros

centros de pesquisa;

Desenvolver ferramentas, guias e manuais com solues para o aproveitamento

de gua de chuva;

Divulgar produtos especficos para aproveitamento de gua de chuva.

Seguem alguns exemplos deste tipo de Instituies:

International Rainwater Catchment Systems Association IRCSA, fundada em

1989.

American Rainwater Catchment Systems Association ARCSA, EUA -

fundada em 1994.

German Professional Association for Water Recycling and Rainwater

Utilisation FBR (Fachvereinigung Betriebsund Regenwassernutzung),

Alemanha - fundada em 1995.

National Water Harvesters Network, ndia - fundada em 1998.

HarvestH2O.com, EUA - fundada em 2000.

Group Raindrops, Japo.

No Brasil no existem organizaes dedicadas exclusivamente ao tema do aproveitamento de

gua de chuva. As instituies que abordam este dedicam-se a reas nas quais o aproveitamento de

gua de chuva faz parte, tais como: desenvolvimento sustentvel, ambientalismo, ecologia, eficincia

energtica e reciclagem.

A tendncia vislumbrada atualmente de uma evoluo da divulgao e normatizao das

tcnicas de aproveitamento de gua de chuva, sobretudo nos pases em desenvolvimento.

Tarifa da gua Tratada

A tarifa da gua um forte aspecto que influencia na deciso de investir, ou no, na construo

de um sistema de aproveitamento de gua, pois altera significativamente o tempo para retorno do

investimento.

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Segundo a Organizao para Cooperao Econmica e Desenvolvimento (OECD, 2010), a

tarifa da gua ao consumidor composta por 3 elementos: custos de operao e manuteno, custos

econmico (custos de oportunidades e externalidades econmicas) e externalidades ambientais.

Esta composio da tarifa de gua relativamente nova, e observada sua aplicao quase que

exclusivamente, em pases desenvolvidos. Assim, a tarifa de gua vem passando a ser composta pela

soma dos custos de operao e manuteno, com o incremento nos custos causados pelo aumento dos

conflitos pelo uso da gua, pela degradao da qualidade da gua, pelos possveis efeitos das

alteraes climticas, e pela m gesto dos recursos hdricos. Disto conclui-se que a tendncia de

elevao da tarifa de gua se estender em breve aos pases no desenvolvidos e em desenvolvimento,

o que incentivar a implementao de sistemas de aproveitamento de gua de chuva, com a reduo do

tempo para retorno do investimento.

A tendncia de elevao do valor da tarifa do abastecimento de gua tratada j verificada em

pases desenvolvidos, como o caso dos Estados Unidos. Conforme Virginia (2007), as novas

exigncias da EPA (Environmental Protection Agency dos Estados Unidos) para utilizao de fontes

alternativas para o abastecimento de gua contidas no guia Safe Drinking Water Act, e juntamente com

a necessidade de substituio de redes e equipamentos hidrulicos antigos, propiciaro esta tendncia

de elevao do valor da tarifa.

Assim, a elevao do valor da tarifa de gua reduzir o perodo de retorno do investimento em

construir um sistema de aproveitamento de gua de chuva.

No entanto, existe a necessidade social de permitir acesso gua potvel da populao de baixa

renda, por meio de subsdios, que no Brasil beneficia consumidores que utilizam at 20m mensais

(Tomaz, 2003), o que exigir, tambm, alguma forma de subsdio para que esta populao de baixa

renda invista na construo sistemas para realizar o aproveitamento de gua de chuva.

Ajuste na tarifa de esgoto devido ao esgoto gerado pelo uso da gua de chuva

Uma questo ainda em aberto em relao adoo de aproveitamento de gua de chuva a

definio de como realizar a cobrana pela gerao de esgoto sanitrio que destinado para a rede de

coleta e tratamento, j que no usual a medio deste efluente.

A soluo corrente para a cobrana de esgoto a adotar uma relao esgoto/gua para estimar o

volume de esgoto gerado, que proporcional ao volume de gua tratada medida no hidrmetro de

entrada de cada unidade consumidora. Esta relao varia entre 0,6 e 1,0, adotado respectivamente pela

CESAMA (Companhia de Saneamento Municipal de Juiz de Fora/MG, antiga Companhia de

Saneamento e Pesquisa do Meio Ambiente) e SAAEJ (Servio Autnomo de gua e Esgoto de

Jaboticabal/SP).

Os sistemas de aproveitamento de gua de chuva promovem a reduo do consumo de gua que

fornecida atravs da rede de abastecimento, que por sua vez ocasiona uma reduo do custo com este

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servio. No entanto, estes sistemas no causam reduo alguma dos volumes de esgoto sanitrio

gerado, devendo ser cobrado os custos de destinao e tratamento do mesmo, independentemente da

fonte de gua, seja ela gua tratada canalizada, poo, caminho pipa ou gua de chuva.

A medio direta da vazo efluente praticamente proibitiva por questes tcnicas e

econmicas, visto que a prpria medio individualizada da gua tratada vem enfrentando dificuldades

de ser implementada em edificaes j construdas.

Este impasse faz com que as companhias de saneamento, em geral, no tenham interesse em

incentivar o aproveitamento de gua de chuva, por dois motivos: a reduo da demanda de gua

tratada e a elevao da relao esgoto/gua que causa um incremento relativo do volume de guas

residurias a serem tratadas.

Uma medida compensatria para realizar um reajuste da relao esgoto/gua foi sugerida por

Dornelles et al (2012), onde utilizam dados de consumos nominais (consumos preditos ou tabelados)

juntamente com o valor medido no hidrmetro do ramal de ligao de abastecimento da economia

para estimar o volume de esgoto cloacal gerado, exclusivamente, pelo uso de gua de chuva. No

mesmo trabalho foram apresentados dois casos de aplicao do mtodo, mostrando ser uma alternativa

coerente ao explicitar as alteraes na tarifao que ocorreriam, sem, no entanto, subtrair para o

usurio a atratividade econmica do aproveitamento de gua de chuva.

Reduo da recarga dos aqferos urbanos

Ao realizar o armazenamento da gua de chuva para posterior utilizao esta fica indisponvel

para a infiltrao no solo e, consequentemente, para recarga das reservas subterrneas.

A importncia de permitir a recarga dos aqferos a perenizao dos cursos dgua no meio

urbano e contribuir com a manuteno das condies ambientais para flora e fauna local.

O impacto na reduo da recarga dos aqferos causado pelo aproveitamento de gua de chuva

em meio urbano praticamente insignificante, visto que em um cenrio urbanizado tpico, onde as

guas provenientes das coberturas das edificaes so lanadas diretamente em redes de coleta, esta

tambm no fica disponvel para infiltrao. Entretanto, se a comparao for entre dispositivos com

objetivo de reduo dos alagamentos urbanos a comparao do aproveitamento de gua de chuva em

relao a dispositivos que esgotam a gua pluvial por meio de infiltrao direta no solo o impacto

passa a ser evidente.

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2.2 Sistemas de Aproveitamento de gua de Chuva

2.2.1 Descrio Geral

O termo re-aproveitamento de gua de chuva bastante comum tanto na linguagem informal

quanto na linguagem tcnica, no entanto, quando a gua de chuva captada, esta no teve nenhum uso

anterior, no sendo vlido o prefixo de repetio da ao. Assim, neste trabalho, optou-se por suprimir

o prefixo, resultando o termo em apenas aproveitamento de gua de chuva.

De modo amplo, os sistemas de aproveitamento de gua de chuva apresentam 3 itens bsicos:

superfcie de captao da gua de chuva, sistema de conduo das guas e reservatrio para

armazenamento. A Figura 8 mostra os 3 itens bsicos e os fluxos de gua no sistema, especficos para

um aproveitamento em zona urbana onde exista abastecimento de gua.

Figura 8 Esquematizao de um sistema de aproveitamento de gua de chuva e seus fluxos de gua (Cheng (2000) apud May (2004))

Uma classificao quanto s caractersticas hidrulicas dos fluxos e de seus destinos realizada

por Herrmann e Schmida (1999), com base nas tipologias mais freqentes (Figura 9):

a) Sistema de aproveitamento de gua de chuva de fluxo total;

Todo o fluxo destinado a um dispositivo de gradeamento e filtragem, e depois ao reservatrio,

o sistema contribui para a rede pluvial apenas quando o reservatrio est cheio.

b) Sistema de aproveitamento de gua com derivao;

Neste tipo de sistema so instalados dispositivos que derivam o escoamento de modo que os

detritos e sedimentos sejam destinados rede de drenagem pluvial. Estes dispositivos apresentam

pouca eficincia durante as precipitaes mais intensas, fazendo com que a maior parte da vazo seja

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destinada a rede pluvial. Tambm, so conhecidos e chamados de filtros auto-limpantes, pois no

exigem a remoo do material, j que este carreado para a rede pluvial.

c) Sistema de aproveitamento de gua com volume de reteno;

Este tipo de sistema diferencia-se do de fluxo total por possuir um volume de reteno (espera),

onde a gua armazenada temporariamente e escoada lentamente para a rede pluvial, amortecendo,

assim, a vazo lanada rede. O escoamento lento permite que a parcela do reservatrio destinada

reteno de vazes fique livre para o prximo evento. Este um sistema concebido para contribuir

com a minimizao de alagamentos urbanos.

d) Sistema de aproveitamento de gua com infiltrao;

Uma alternativa para o lanamento dos extravasamentos rede pluvial a destinao

destes volumes excedentes para um dispositivo de infiltrao. Sempre que possvel este o

sistema mais adequado, pois independe da existncia e das condies da rede pluvial, e

recarrega os reservatrios de gua subterrnea contribuindo para o restabelecimento dos fluxos

hidrolgicos naturais.

Figura 9 Sistemas de aproveitamento de gua de chuva quanto seus fluxos e destinaes (adaptado de Herrmann e Schmida, 1999)

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Nos itens a seguir sero abordados mais em detalhe os elementos que compe um sistema de

aproveitamento de gua da chuva idealizado para a condio de utilizao em meio urbano.

Nos sistemas de aproveitamento de gua de chuva para uso no potvel necessrio que exista

o abastecimento de gua potvel, tanto para atender o consumo potvel quanto para alimentar o

sistema de aproveitamento de gua de chuva quando este no capaz de atender a demanda.

importante que as redes de gua potvel e de gua proveniente de chuva no tenham ligaes entre

elas, a fim de evitar contaminaes (Figura 10).

Figura 10 Exemplo de funcionamento de um sistema de aproveitamento de gua de chuva combinado com abastecimento de gua potvel

2.2.2 rea de Captao de gua de Chuva

A definio da ABNT (2007) para rea de captao de que ela consiste da projeo horizontal

da superfcie impermevel da cobertura onde a gua captada (Figura 11). May (2005) especifica que

as reas de captao mais usuais so os telhados e lajes de cobertura, mas que, dependendo do

tratamento que ser realizado pode-se captar gua de superfcies impermeveis de pisos em geral,

como ptios, passeios e estacionamentos, com uma ressalva para estas ltimas de que so passiveis de

uma maior contaminao.

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Figura 11 reas de captao de gua de chuva

O material utilizado na cobertura interfere qualitativamente na gua que captada. Cunliffe

(1998) alerta para o efeito que telhados em fibro-cimento (amianto), pintados, galvanizados, ou em

madeira tratada podem ter na qualidade da gua, em especial para consumo potvel que pode ser

nocivo a sade humana e animal. No entanto, para consumos no potveis os problemas causados pelo

tipo de material das superfcies so principalmente de carter esttico, ou seja, podem atribuir alguma

colorao gua.

O volume de gua de chuva que pode ser aproveitado no o mesmo que o precipitado (Tomaz,

2003). Assim, alm da influncia qualitativa, o tipo de material da cobertura influencia na parcela de

perda volumtrica de gua captada. Materiais porosos como telhas de fibro-cimento, concreto e

cermica apresentam maiores perdas, j telhas metlicas so as mais eficientes.

A perda que ocorre na superfcie da cobertura oriunda da saturao do material e da

evaporao, consistindo em uma perda praticamente constante, sendo significativa apenas para as

menores precipitaes. Ainda, perdas por vazamentos que porventura ocorram nas calhas devem ser

previstos.

Documents

APROVEITAMENTO DE ÁGUA DE CHUVA NO MEIO URBANO E