Introdução a Drenagem Urbana

Introdução a Drenagem Urbana

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Sistemas Urbanos de Drenagem Prof. Antonio Cardoso Neto

1. INTRODUÇÃO E GENERALIDADES

Drenagem é o termo empregado na designação das instalações destinadas a escoar o excesso de água, seja em rodovias, na zona rural ou na malha urbana, sendo que a drenagem desta última é o objetivo do nosso estudo. A drenagem urbana não se restringe aos aspectos puramente técnicos impostos pelos limites restritos à engenharia, pois compreende o conjunto de todas as medidas a serem tomadas que visem à atenuação dos riscos e dos prejuízos decorrentes de inundações aos quais a sociedade está sujeita.

O caminho percorrido pela água da chuva sobre uma superfície pode ser topograficamente bem definido, ou não. Após a implantação de uma cidade, o percurso caótico das enxurradas passa a ser determinado pelo traçado das ruas e acaba se comportando, tanto quantitativa como qualitativamente, de maneira bem diferente de seu comportamento original.

As torrentes originadas pela precipitação direta sobre as vias públicas desembocam nos bueiros situados nas sarjetas. Estas torrentes (somadas à água da rede pública proveniente dos coletores localizados nos pátios e das calhas situadas nos topos das edificações) são escoadas pelas tubulações que alimentam os condutos secundários, a partir do qual atingem o fundo do vale, onde o escoamento é topograficamente bem definido, mesmo que não haja um curso d’água perene. O escoamento no fundo do vale é o que determina o chamado Sistema de Macro-Drenagem. O sistema responsável pela captação da água pluvial e sua condução até o sistema de macro-drenagem é denominado Sistema de Micro-drenagem, e será o objeto do nosso estudo.

De uma maneira geral, as águas decorrentes da chuva (coletadas nas vias públicas por meio de bocas-de-lobo e descarregadas em condutos subterrâneos) são lançadas em cursos d’água naturais, no oceano, em lagos ou, no caso de solos bastante permeáveis, esparramadas sobre o terreno por onde infiltram no subsolo. Parece desnecessário dizer que a escolha do destino da água pluvial deve ser feita segundo critérios éticos e econômicos, após análise cuidadosa e criteriosa das opções existentes. De qualquer maneira, é recomendável que o sistema de drenagem seja tal que o percurso da água entre sua origem e seu destino seja o mínimo possível. Além disso, é conveniente que esta água seja escoada por gravidade. Porém, se não houver possibilidade, pode-se projetar estações de bombeamento para esta finalidade.

Dentre os diversos fatores decisórios que influenciam de maneira determinante a eficiência com que os problemas relacionados à drenagem urbana podem ser resolvidos, destacam-se a existência de: 1)- meios legais e institucionais para que se possa elaborar uma política factível de drenagem urbana; 2)- uma política de ocupação das várzeas de inundação, que não entre em conflito com esta política de drenagem urbana; 3)- recursos financeiros e meios técnicos que possam tornar viável a aplicação desta política; 4)- empresas que dominem eficientemente as tecnologias necessárias e que possam se encarregar da implantação das obras;

5)- entidades capazes de desenvolver as atividades de comunicação social e promover a participação coletiva; 6)- organismos que possam estabelecer critérios e aplicar leis e normas com relação ao setor.

Há, além disso, a necessidade de que as realidades complexas de longo prazo em toda a bacia sejam levadas em consideração durante o processo de planejamento das medidas locais de curto e médio prazos. Por fim, mas não menos importante, a opinião pública deve ser esclarecida através da organização de campanhas educativas.

2. CONSEQÜÊNCIAS DA URBANIZAÇÃO NA DRENAGEM DA BACIA

O comportamento do escoamento superficial direto sofre alterações substanciais em decorrência do processo de urbanização de uma bacia, principalmente como conseqüência da impermeabilização da superfície, o que produz maiores picos e vazões. Já na primeira fase de implantação de uma cidade, o desmatamento pode causar um aumento dos picos e volumes e, conseqüentemente, da erosão do solo; se o desenvolvimento urbano posterior ocorrer de forma desordenada, estes resultados deploráveis podem ser agravados com o assoreamento em canais e galerias, diminuindo suas capacidades de condução do excesso de água. Além de degradar a qualidade da água e possibilitar a veiculação de moléstias, a deficiência de redes de esgoto contribui também para aumentar a possibilidade de ocorrência de inundações. Uma coleta de lixo ineficiente, somada a um comportamento indisciplinado dos cidadãos, acaba por entupir bueiros e galerias e deteriorar ainda mais a qualidade da água. A estes problemas somase a ocupação indisciplinada das várzeas, que também produz maiores picos, aumentando os custos gerais de utilidade pública e causando maiores prejuízos. Os problemas advindos de um mal planejamento não se restringem ao local de estudo, uma vez que a introdução de redes de drenagem ocasiona uma diminuição considerável no tempo de concentração e maiores picos a jusante.

Estes processos estão inter-relacionados de forma bastante complexa, resultando em problemas que se referem não somente às inundações, como também à poluição, ao clima e aos recursos hídricos de uma maneira geral. Os problemas que dizem respeito ao controle de inundações são decorrentes da elevação dos picos das cheias, ocasionada tanto pela intensificação do volume do escoamento superficial direto (causado pelo aumento da densidade das construções, e conseqüente impermeabilização da superfície), como pela diminuição dos tempos de concentração e de recessão. Esta diminuição é também oriunda do acréscimo na velocidade de escoamento devido à alteração do sistema de drenagem existente, exigida por este aumento da densidade de construções.

Os problemas de controle de poluição diretamente relacionados à drenagem urbana têm sua origem na deterioração da qualidade dos cursos receptores das águas pluviais. Além de aumentar o volume do escoamento superficial direto, a impermeabilização da superfície também faz com que a recarga subterrânea, já reduzida pelo aumento do volume das águas servidas (conseqüência do aumento da densidade populacional), diminua ainda mais, restringindo as vazões básicas a níveis que podem chegar a comprometer a qualidade da água pluvial nestes cursos receptores, não bastasse o fato de que o aumento do volume das águas servidas já é um fator de degradação da qualidade das águas pluviais.

Os problemas climáticos são, basicamente, decorrentes do aumento da densidade das construções. Embora se constituam em impactos de pequena escala que se processam de forma lenta, podem, a longo prazo, alterar significativamente o balanço hídrico que, por sua vez, podem reduzir as vazões mínimas e, conseqüentemente, produzir certo impacto sobre a qualidade das águas pluviais. Segundo Uehara (1985), as precipitações totais podem aumentar em até 10% em relação à zona rural. Segundo a mesma fonte, a umidade relativa do ar pode sofrer um acréscimo de até 8% e pode chegar a haver um aumento de 1oC na temperatura do ar, enquanto o aumento da nebulosidade pode atingir até 100%. Já os problemas relacionados aos recursos hídricos são uma conseqüência direta do aumento da demanda de água, decorrente do aumento da densidade populacional.

Logo se vê que estes problemas são inerentes ao aumento das densidades populacional e de construções ou, em outras palavras, ao processo de urbanização em si, formando um emaranhado complexo de causas e efeitos, relacionados de forma não biunívoca. Portanto, tal complexidade não permite que possa haver soluções eficientes e sustentáveis que não abranjam todos os processos e suas inter-relações, o que exige que se atue sobre as causas.

Entretanto, os impactos decorrentes do processo de urbanização em uma bacia não são apenas de origem hidrológica. Não menos importantes são os impactos nãohidrológicos que, no caso específico do Brasil, possuem relevância bastante significativa. Devido a suas características particulares, os impactos não-hidrológicos mais importantes no que concerne à drenagem urbana no brasil são provenientes da ocupação do solo e do comportamento político-administrativo.

Dentre os problemas relativos à ocupação do solo, sobressaem-se as conseqüências da proliferação de loteamentos executados sem condições técnicas adequadas, decorrente da venalidade e da ausência quase total de fiscalização apropriada, idônea e confiável, o que dificulta (e muito) a aplicação de critérios técnicos na liberação de áreas para loteamento. Como conseqüência direta da ausência absoluta da observação de normas que impeçam a ocupação de cabeceiras íngremes e de várzeas de inundação, são ocupados terrenos totalmente inadequados ao assentamento. Os problemas sociais decorrentes, principalmente, da migração interna, faz com que grandes contingentes populacionais se instalem em condições extremamente desfavoráveis, desprovidos das mínimas condições de urbanidade, inviabilizando a imposição das mais básicas normas de atenuação de inundações. Compostas em grande parte por indivíduos analfabetos ou semi-alfabetizados, estas comunidades são praticamente impermeáveis a qualquer tentativa de elucidação de problemas tipicamente urbanos. O êxodo rural e o conseqüente crescimento desenfreado e caótico das populações urbanas no Brasil têm contribuido negativa e significativamente aos problemas relacionados às questões da drenagem urbana. A inexistência de controle técnico da distribuição racional da população dificulta a construção de canalizações para que se possa eliminar áreas de armazenamento. Dentro da realidade brasileira, a hipertrofia acelerada e desordenada das grandes cidades faz com que dificilmente seja possível impedir o loteamento e a ocupação de áreas vazias, já que não há interesse do poder público em desapropriá-las e ocupá-las adequada e racionalmente, fazendo que surjam áreas extensas e adensadas sem qualquer critério.

Via de regra, o comportamento político-administrativo no Brasil dispensa quaisquer comentários. Nos ateremos apenas a suas conseqüências no que diz respeito à drenagem urbana, deixando uma discussão mais profunda sobre o assunto aos que estudam o código penal brasileiro. O crescimento de uma cidade exige que a capacidade dos condutos seja ampliada, o que aumenta os custos e acirra a disputa por recursos financeiros entre os diversos setores da administração pública, fazendo com que prevaleça, quase sempre, a tendência viciosa de se atuar corretivamente em pontos isolados da bacia, sendo que a escolha desses locais é freqüentemente desprovida de quaisquer critérios técnicos. A drenagem secundária é, então, sobrecarregada pelo aumento da vazão, fazendo com que ocorram impactos maiores na macrodrenagem. A isso, soma-se o fato de que, invariavelmente, as políticas corretivas de médio e longo prazos são relegadas a segundo plano, devido ao populismo imediatista frente aos propósitos eleitorais periódicos, a cada quatro anos. Além disso, os grandes lobbies de especuladores junto ao poder público dificultam a aplicação de medidas para disciplinar a ocupação do solo.

Devido às características do relevo, há uma tendência natural de que a ocupação humana de uma bacia hidrográfica ocorra no sentido de jusante para montante. Como quase não há controle público sobre a urbanização indisciplinada das cabeceiras da bacia, além de não haver interesse político na ampliação da capacidade de macrodrenagem, há um aumento significativo na freqüência das enchentes, o que acaba por provocar prejuízos periódicos e desvalorização de propriedades de maneira sistemática, principalmente para as populações assentadas a jusante, em conseqüência da ocupação a montante.

Nota-se que os impactos de características não-hidrológicas na drenagem urbana se originam, em sua totalidade, nos problemas sociais brasileiros, conseqüência dos interesses políticos locais e, em última instância, da estrutura organizacional macroeconômica do país. No entanto, cabe ao engenheiro propor soluções técnicas a esses problemas de origem alheia à engenharia, mesmo em condições adversas, de difícil solução a curto e médio prazos.

É necessária a quantificação do impacto das condições reais da urbanização sobre o escoamento, para que se possa disciplinar a ocupação do solo, através de uma densificação que seja compatível com os riscos de inundação. A construção de pequenos reservatórios em parques públicos e o controle sobre a impermeabilização dos lotes e das vias públicas devem ser adotados antes que o espaço seja ocupado. Essas medidas, quando exercidas nos estágios iniciais da urbanização, exigem recursos relativamente limitados. A construção de reservatórios e diques, a ampliação das calhas dos rios e outras soluções estruturais de alto custo podem ser evitadas com o planejamento racional da ocupação urbana. Além disso, a ampliação da calha dos rios é, de certa forma, um paliativo, pois há aumento da velocidade no canal, o que pode agravar as inundações a jusante. A construção de reservatórios não é uma solução barata e, se houver um nível de poluição significativo na água do rio, seu represamento pode vir a se constituir em uma eventual fonte de moléstias e até de epidemias.

3. PLANOS DIRETORES DE DRENAGEM URBANA

Uma estratégia essencial para a obtenção de soluções eficientes é a elaboração de planos diretores. É altamente recomendável que um plano diretor de drenagem urbana evite medidas locais de caráter restritivo (que freqüentemente deslocam o problema para outros locais, chegando mesmo a agravar as inundações a jusante), através de um estudo da bacia hidrográfica como um todo; no que diz respeito às normas e aos critérios de projeto adotados, deve-se considerar a bacia homogênea, através do estabelecimento de período de retorno uniforme, assim como dos gabaritos de pontes, travessias, etc. O plano diretor deve possibilitar a identificação das áreas a serem preservadas e a seleção das que possam ser adquiridas pelo poder público antes que sejam ocupadas, loteadas ou que seus preços se elevem e tornem a aquisição proibitiva. É também fundamental a elaboraração do zoneamento da várzea de inundação e o estabelecimento de um escalonamento cronológico e espacial da implantação das medidas necessárias, de forma tecnicamente correta e de acordo com os recursos disponíveis. O plano de drenagem deve ser articulado com as outras atividades urbanas (abastecimento de água e de esgoto, transporte público, planos viários, instalações elétricas, etc.) de forma a possibilitar o desenvolvimento da forma mais harmonizada possível. Do plano deve também constar a elaboração de campanhas educativas que visem a informar a população sobre a natureza e a origem do problema das enchentes, sua magnitude e conseqüências. É de capital importância o esclarecimento da comunidade sobre as formas de solução existentes e os motivos da escolha das soluções propostas. A solicitação de recursos deve ser respaldada técnica e politicamente, dando sempre preferência à adoção de medidas preventivas de maior alcance social e menor custo.

O primeiro passo no processo de planejamento é determinar as características da bacia urbana, para que o comportamento

Figura 1- Etapas do processo de planejamento de uma bacia urbana.

3.2. Princípios Básicos

Por seu caráter técnico, um plano diretor de drenagem urbana deve ser elaborado por equipes técnicas competentes, que dominem os ferramentais tecnológicos adequados a cada caso. É também essencial que conte com o apoio dos poderes decisórios e da comunidade em geral, por se constituir em um documento político importante. Entre as estratégias que podem ser utilizadas para conferir-lhe peso político, pode-se atribuir força de lei ao planejamento, constituir fundos financeiros para garantir a estabilidade do fluxo de recursos e obter apoio da sociedade por meio de campanhas de comunicação social bem conduzidas.

Nunca se pode esquecer que o sub-sistema de drenagem não é isolado dos diversos sub-sistemas que constituem a organização das atividades urbanas, fazendo parte de uma rede complexa, devendo, portanto, ser articulado com os outros subsistemas, possibilitando a melhoria do ambiente urbano de forma ampla e harmônica. A ocupação das várzeas de inundação áreas de armazenamento e escoamento cuja conformação foi delineada naturalmente pelo curso d'água em seu estado primitivo somente deve ocorrer após a adoção de medidas compensatórias, que são, geralmente, onerosas. A solução mais racional é a preservação das várzeas, não apenas visando problemas de inundação, como também no que diz respeito à preservação do ecossistema e à criação de oportunidades de recreação.

Uma vez que as águas pluviais atinjam o solo, irá escoar, infiltrar ou ficar armazenada na superfície, independente da existência, ou não, de um sistema de drenagem adequado. Se armazenamento natural for eliminado pela implantação de uma rede de drenagem sem a adoção de medidas compensatórias eficientes, o volume eliminado acabará sendo conduzido para outro local. Em outras palavras, os canais, as galerias, os desvios e as reversões deslocam a necessidade de espaço para outros locais, ou seja, transportam o problema para jusante.

Deve-se levar em conta que a qualidade e a quantidade da água são variáveis indissociáveis e que devem sempre ser consideradas em conjunto. As conseqüências das inundações em áreas onde a água está deteriorada são muito mais graves, pois estes locais podem se transformar em fontes propagadoras de moléstias e enfermidades. É inviável a construção de reservatórios de amortecimento, nessas condições. Ademais, a boa qualidade das águas pluviais pode proporcionar recursos utilizáveis para a recarga de aqüíferos, irrigação, abastecimento industrial, combate a incêndios e recreação, entre outros benefícios.

Estas observações são princípios essenciais à elaboração do plano diretor, e constituem a base fundamental sobre a qual devem ser orientadas todas as fases do processo.

4. HIDROLOGIA URBANA

A hidrologia urbana abrange todas as inter-relações entre causas e efeitos dos impactos hidrológicos.

4.1. Classificação das Bacias Urbanas

Normalmente, as bacias ocupadas pelo processo de urbanização são de portes pequeno e médio. Devido à variação natural dos parâmetros que influem no comportamento hidrológico da bacia, a distinção entre bacias pequenas e médias é imprecisa e até mesmo subjetiva. Comumente, bacias com tempo de concentração inferior a 1 hora e/ou área de drenagem não superior a 2,5 km2 são classificadas como pequenas. Bacias com tempo de concentração superior a 12 horas e/ou área de drenagem maior que 1.0 km2 se classificam como grandes; bacias médias se situam entre esses dois tipos.

Na grande maioria das vezes, não se dispõe de registros de vazão nas áreas nas quais se pretende realizar obras de drenagem urbana. No entanto, pode-se sintetizar as vazões de projeto por meio dos dados de precipitação. É nesse contexto que a classificação da bacia em pequena ou média é fundamental. Embora se possa utilizar o método racional em bacias pequenas, não é recomendável que o mesmo seja usado para o cálculo das vazões em bacias de porte médio. Devido à necessidade de se considerar a variação temporal da intensidade da chuva e o amortecimento na bacia de porte médio, são usadas, normalmente, técnicas baseadas na teoria do hidrograma unitário, pois do contrário as vazões de pico seriam superestimadas.

A escolha do método de cálculo pode ser auxiliada por meio da tabela 3, por apontar alguns atributos das bacias pequenas e médias.

CaracterísticaBacia pequenaBacia média

Variação temporal da intensidade de chuva. Constante Variável

Variação espacial da intensidade de chuva. Uniforme Uniforme

Escoamento superficial.Predominante em superfícies

Em superfícies e canais

Armazenamento na rede de canais. Desprezível Desprezível

Tabela 3- Classificação de bacias.1

4.2. Período de Retorno

Para se decidir o grau de proteção conferido à população com a construção das obras de drenagem, deve-se determinar a vazão de projeto. Deve-se, também, conhecer a probabilidade P de o valor de uma determinada vazão ser igualado ou superado em um ano qualquer. A vazão de projeto é imposta de tal forma que sua probabilidade P não exceda um determinado valor pré-estabelecido. Uma vez que a sociedade, através de seus representantes, é que deve decidir o risco aceitável pela comunidade e o quanto ela está disposta a pagar pela proteção conferida pelas obras, a escolha do período de retorno é um critério definido em esferas políticas.

É difícil avaliar os danos resultantes de uma inundação, principalmente quando esses danos não passam de mero transtorno. Os prejuízos decorrentes de inundações (mesmo que freqüentes) de sarjetas e cruzamentos em áreas residenciais, podem até mesmo ser desprezíveis, se o acúmulo de água durar pouco de cada vez. Já em uma zona comercial, esse mesmo tipo de ocorrência pode causar transtornos mensuráveis. Em alguns casos, a disposição e possibilidade da população beneficiária em financiar as obras por meio de tributos é que acaba definindo o projeto.

A aplicação de métodos puramente econômicos para o estabelecimento do período de retorno é limitada pela impossibilidade de levar em conta aspectos que não podem ser expressos em termos monetários, por motivos éticos. Além disso, a relação benefíciocusto é de difícil quantificação. Quanto maior o período de retorno adotado, maior será a proteção conferida à população; por outro lado não só o custo, como também o porte das obras e sua interferência no ambiente urbano2 serão maiores. Tal fato, comumente, leva os poderes decisórios a escolher períodos de retorno pequenos, imprimindo uma falsa sensação de segurança na população, encorajando-a, de certa forma, a ocupar áreas impróprias.

Devido a essas dificuldades em estabelecer o período de retorno de forma objetiva, sua escolha acaba recaindo sobre critérios técnicos. Quando a escolha do período de retorno adequado fica a critério exclusivo do projetista, pode-se usar os valores da tabela 4, que são valores aceitos de forma mais ou menos ampla pelos técnicos e gozam de certo consenso.

1 Sugerida por Ponce (1989) e citada por Tucci(1993).

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