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
TÁSSIA DOS ANJOS TENÓRIO DE MELO
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
TÁSSIA DOS ANJOS TENÓRIO DE MELO
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
Figura 53 – Distribuição da precipitação – 19/04/11. .............................................................. 89
Figura 54 – Precipitação, volumes precipitados e de retenção para o solo natural – 19/04/11.
.................................................................................................................................................. 89
Figura 55 – Infiltração no solo natural – 19/04/11. .................................................................. 90
Figura 56 – Distribuição da precipitação – 16/06/11. .............................................................. 92
Figura 57 – Precipitação, volumes precipitados e de retenção para o solo natural – 16/06/11.
.................................................................................................................................................. 92
Figura 58 – Infiltração para SN – 16/06/11. ............................................................................. 93
Figura 59 – Armazenamento – 16/06/11. ................................................................................. 94
Figura 60 – Distribuição da precipitação – 21/06/11. .............................................................. 96
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 16 – Comparação da infiltração no solo natural e jardim de chuva piloto – 16/06/11 . 94
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 19 – Comparação da infiltração no solo natural e jardim de chuva piloto – 21/06/11 . 98
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 26 – Altura de brita – 2º hipótese .............................................................................. 64
Equação 27 – Altura de brita – 2º hipótese .............................................................................. 65
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.
VANTAGENS CONSIDERAÇÕES
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.
VANTAGENS CONSIDERAÇÕES
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
30-40 Franco Arenoso 120-140 Franco Arenoso
40-50 Franco Arenoso 140-160 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
Diâmetro das Partículas (mm)
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
muito fina fina média grossa muito
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
Diâmetro das Partículas (mm)
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
Diâmetro das Partículas (mm)
SNJ - Franco Argilo Arenoso
110
58
Tabela 6 – SNJ – curva granulométrica das camadas do tipo Franco 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
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
Diâmetro das Partículas (mm)
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)
Equação 26 – Altura de brita – 2º hipótese
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)
Equação 27 – Altura de brita – 2º hipótese
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
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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.
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Pre
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ão M
áxim
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iári
a (m
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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).
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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
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70
80
90
100
110
120
00
: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
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:00
23
:00
Pre
cip
itaç
ão (
mm
)
Evento 1 - 30/04
Precipitação Horária (mm)
86
Figura 51 – Precipitação, volumes precipitados e de retenção para o solo natural – 30/04/11.
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
03
:00
04
:00
05
:00
06
:00
07
:00
08
:00
09
:00
10
:00
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:00
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:00
13
:00
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:00
15
:00
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17
:00
18
:00
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
Figura 53 – Distribuição da precipitação – 19/04/11.
Figura 54 – Precipitação, volumes precipitados e de retenção para o solo natural – 19/04/11.
0
10
20
30
40
50
60
00
:00
01
:00
02
:00
03
:00
04
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:00
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20
:00
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:00
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:00
23
:00
Pre
cip
itaç
ão (
mm
)Evento 2 - 19/04
Precipitação Horária (mm)
0
20
40
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80
100
120
140
160
180
2000
100
200
300
400
500
600
00
:00
01
:00
02
:00
03
:00
04
:00
05
:00
06
:00
07
:00
08
:00
09
:00
10
:00
11
:00
12
: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.
INFILTRAÇÃO – 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
Figura 56 – Distribuição da precipitação – 16/06/11.
Figura 57 – Precipitação, volumes precipitados e de retenção para o solo natural – 16/06/11.
Em relação à função de infiltração, foram analisados os seguintes valores de
precipitação para análise:
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
00
:00
01
:00
02
:00
03
:00
04
:00
05
:00
06
:00
07
:00
08
:00
09
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10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
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15
:00
16
:00
17
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18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
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
:00
01
:00
02
:00
03
:00
04
:00
05
:00
06
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07
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08
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09
:00
10
:00
11
:00
12
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13
:00
14
:00
15
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16
:00
17
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18
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19
:00
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;
III. 72,90 mm Diária.
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)
Infiltração - 16/06
Taxa Ajustada I (17:00 - 20:00 h) II (17:00 - 23:00 h) III (Diária)
94
Tabela 16 – Comparação da infiltração no solo natural e jardim de chuva piloto – 16/06/11
INFILTRAÇÃO – 16/06/11
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
02
:00
03
:00
04
:00
05
:00
06
:00
07
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08
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09
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10
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:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
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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.
Figura 60 – Distribuição da precipitação – 21/06/11.
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.
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Pre
cip
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mm
)
Evento 4 - 21/06
Precipitação Horária (mm)
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;
III. 56,13 mm Diária.
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.
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Pre
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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.
Tabela 19 – Comparação da infiltração no solo natural e jardim de chuva piloto – 21/06/11
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
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60
0
10
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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)
Infiltração - 21/06
Taxa Ajustada I (00:00 - 11:00 h) II (13:00 - 15:00 h) III (Diária)
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.
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mm
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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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Recharge Modeling with Finite-Volume Two-Dimensional Richards Equation:
Application to an Experimental Rain Garden. Journal of Hydraulic Engineering. V 135, n
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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.