The search for solutions in stormwater management has been a constant in human history. Being a well discussed topic nowadays, public agencies seek for quick solutions in order to minimize the catastrophes caused by floods in result to rapid and disorganized urbanization. Thus, the search for solutions in stormwater management is necessary for maintaining the quality of life, the environment and especially the preservation of the hydrological cycle. Furthermore, infiltration alternatives such as bioretention, trenches and swales have been shown as feasible and well accepted options because they minimize the negative effects of urbanization seeking to restore the natural water cycle. In Brazil, there are few studies focused on design criteria, operation and service-life of these structures, which are important data for the scale of a bioretention otherwise, would be leading to an oversized, costly and underused construction. The main purpose of this study is to analyze the sizing criteria for bioretention systems proposing suggestions for its implementation in the geomorphological conditions of the Santa Maria / RS region. The research evaluates the infiltration structure built in 2010 at the Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). The performance of two sizing methodologies was analyzed and the dimensions were compared to the dimensions of the structure implemented at UFSM. The methodology consists of collecting infiltration data from infiltration tests recommended by NBR 13969/97, with some modifications in order to simulate a real event, data of monitoring bioretention at UFSM from 2011 to 2013, and data obtained in the stress test applied to the structure in December 2015. From these data, Horton infiltration curves for the average conditions were adjusted and inserted into the concept of unit infiltration rate (mm.h-1.m-2).The sizing was based on the analyzed methodologies (Curve-Envelope Method and LID method), after the results were compared to the actual behavior of the real structure suggesting adjustments. The results of this study indicate that the methodologies analyzes oversize the bioretention structure. From the analysis of the built bioretention behavior history it can be concluded that despite having smaller dimensions than those obtained through other methodologies sizing, it is effective to storage the drained volume. Therefore, it is clear that the lateral area and the hydrostatic pressure are important to the functioning of the structure, but also the soil-plant relationship, with the creation of preferential paths that end up improving infiltration over the service-life. Further studies are recommended in order to incorporate these items in sizing methodologies, and monitoring of similar structures in order to determine whether the behavior presented by the bioretention is default or an exception. / A procura por alternativas de manejo de águas pluviais sempre foi uma constante na história da Humanidade. Atualmente tem gerado muitos debates, agentes públicos procuram soluções rápidas no intuito de amenizar as constantes catástrofes em decorrências das enchentes e inundações, fruto de uma urbanização acelerada e desorganizada. A busca por inovações se faz necessária para a manutenção da qualidade de vida, do meio ambiente e principalmente pela preservação do ciclo hidrológico. Alternativas de infiltração como biorretenções, trincheiras e valas de infiltração tem se mostrado como opções viáveis e de aprovação geral porque amenizam os efeitos negativos da urbanização buscando restaurar o ciclo hidrológico natural. No Brasil, ainda são poucos os estudos voltados aos critérios de dimensionamento, funcionamento e vida útil das referidas estruturas, que são dados importantes para o profissional dimensionar uma biorretenção, caso contrário, estaria levando a construção de obras superdimensionadas, onerosas e subutilizadas. O objetivo deste trabalho é analisar os critérios de técnicas de dimensionamentos para sistemas de biorretenção e propor sugestões para sua aplicação nas condições geomorfológicas da região de Santa Maria/RS. A pesquisa teve como base a estrutura de infiltração construída, em 2010, na Universidade Federal de Santa Maria. E neste estudo, buscou-se analisar o desempenho de duas metodologias de dimensionamento comparando as dimensões com a estrutura implementada na UFSM. A metodologia utilizada consistiu na coleta de dados de infiltração a partir de: ensaios de infiltração recomendados pela NBR 13969/97, com algumas modificações visando simular um evento real; de dados coletados no monitoramento da biorretenção da UFSM no período de 2011 a 2013 e dados obtidos no Teste de estresse aplicado na estrutura em dezembro de 2015. A partir desses dados, ajustou-se as curvas de infiltração de Horton para as condições médias e inseriu-se o conceito de taxa de infiltração unitária (mm.h-1.m-2). Procedeu-se ao dimensionamento através das metodologias analisadas (Método da Curva-Envelope e Método do LID), após foram analisados os resultados dos dimensionamentos com o comportamento real da estrutura construída no campus Sede da UFSM sugerindo ajustes. Com base nos resultados obtidos neste estudo, os dimensionamentos apresentaram dimensões maiores do que o existente, porém, na análise do histórico da biorretenção construída indica que ela está funcionando perfeitamente no quesito armazenamento. Assim, consta-se a importância da área lateral e da pressão hidrostática no funcionamento da estrutura, como também, a relação solo-planta, com a criação de caminhos preferencias, que acabam melhorando a infiltração ao longo da vida útil. Sendo recomendados novos estudos com o objetivo de incorporar estes itens nas metodologias de dimensionamento, e monitoramento de estruturas semelhantes afim de verificar se o comportamento aqui encontrado é o padrão ou uma exceção.

Em caráter experimental, a tese examina o desempenho de sistemas de biorretenção na mitigação da poluição difusa ocasionada pelas águas de chuva. A avaliação dessa tecnologia ambiental urbana partiu da construção de um modelo de manejo dos escoamentos pluviais, utilizando uma matriz orgânica composta por vegetação, solo e agregados para retenção e tratamento inicial localizados. O protótipo, em escala 1:1, implementado na Cidade Universitária Armando Salles de Oliveira (CUASO-USP), São Paulo, SP, é composto por dois canteiros isolados entre si, que recebem as vazões através da sarjeta na via adjacente. Com preenchimentos iguais, os canteiros receberam coberturas vegetais distintas: gramado (G), com uma única espécie de gramínia, e jardim (J), com forrações, herbáceas e arbustos diversos, predominantemente nativos. O experimento foi monitorado por um ano, entre março de 2012 e março de 2013, quando foram coletados os dados referentes ao seu funcionamento e eficiência em sete eventos chuvosos paulistanos. A compilação dessas informações permitiu a análise comparativa da qualidade da água dos escoamentos antes e depois da passagem pelos canteiros. Com recursos da FUNDEP, FCTH e LabVERDE, a pesquisa interdepartamental e interdisciplinar, desenvolvida numa cooperação entre a FAU-USP e a Escola Politécnica-USP, busca oferecer respostas às hipóteses com que trabalha a Arquitetura da Paisagem ao propor soluções naturalizadas de manejo dos escoamentos pluviais em complementação às técnicas convencionais atualmente empregadas nas cidades brasileiras, tomando a cidade de São Paulo como cenário. Como efeito do processo histórico de canalização do seu patrimônio hídrico, ocupação das áreas de várzea e impermeabilização, a população paulistana e da RMSP tem sofrido com enchentes que se agravam com o crescimento urbano e com a intensificação das chuvas. As soluções imediatistas para essa situação crítica seguem a práxis das obras convencionais de engenharia, que segregam a drenagem urbana dos processos ecológicos e hidrológicos e não contribuem para melhoria da qualidade ambiental dos escoamentos antes de destiná-los aos corpos hídricos superficiais, o que agrava o quadro generalizado de poluição dos rios e córregos urbanos. Os resultados do experimento prático atestam o desempenho da biorretenção na mitigação da poluição difusa, com reduções médias das cargas poluidoras acumuladas de 89,94% para o gramado e 95,49% para o jardim, que foi comprovadamente mais eficiente. Aliados ao estudo de tipologias paisagísticas já utilizadas com sucesso em outras cidades do mundo, esses resultados poderão corroborar o processo de transição na infraestrutura de São Paulo, respaldando tecnicamente e cientificamente as soluções investigadas de manejo das águas de chuva através da biorretenção no tratamento dos espaços abertos e na conformação de uma Infraestrutura Verde na cidade. / This thesis experimentally assesses the performance of bioretention systems in mitigating nonpoint-source pollution caused by runoff. A 1:1 scale experiment of a stormwater management facility was built in USP Campus based in São Paulo, SP. This prototype has been evaluated for one year, since March 2012, over its technical efficiency to improve water quality by analyzing runoff samples collected in its inlet and outlet. Combining landscape architecture and hydraulic engineering knowledge, this experiment consists of two independent vegetated plots connected to the gutter through a concrete channel, which drives the runoff into the facility from the avenue next to it. Each plot has its own spillway, where samples were collected for laboratory analysis under 22 water quality parameters and thus compared to gutter runoff. Regarding construction techniques, it was decided to apply simplified solutions without unnecessary expenses, but that ensured feasibility, solidity and isolation to the plots from the ground on all faces. As for filling the model, it was chosen to use the same material for both facilities, laid out from bottom to surface: 60cm of broken rocks, 15cm of gravel, coconut geotextile fabric, 5cm of coarse sand and, finally, 45 to 75cm of planting substrate with side slopes and covered with mulch. Regarding vegetation cover, two sets of plants have been used in the bioretention cells as a research strategy to compare the efficiency among different models in stormwater management, considering other issues in addition to improving the environmental quality of water, such as maintenance, adaptation and development of species and visual interest. Thus, the experiment plots were filled with the same substrate but with different vegetable toppings, according to the following configuration: mixed garden (M) - ground covers with predominance of native shrubs and herbaceous vegetation, and lawn (L) - covered only with emerald grass carpet (Zoysia japonica), which has been extensively used for lawns all over the country. This experimental model has provided scientific answers that attest the effectiveness of techniques using vegetated surfaces to retain and treat stormwater. Its results have attested the performance of bioretention for diffuse pollution mitigation, with average reductions of accumulated pollutant loads of 89.94% in the lawn (L) and 95.49% in the mixed garden (M), which wasproven to be more efficient. This research developed by USP Faculty of Architecture and Urbanism in partnership with Polythecnic School, does not aim to threat conventional methods of urban drainage in local cities, but to join them in the efforts of reaching solutions and technical knowledge that are suitable for urban ecosystems and harmless to environment and landscape.

Em caráter experimental, a tese examina o desempenho de sistemas de biorretenção na mitigação da poluição difusa ocasionada pelas águas de chuva. A avaliação dessa tecnologia ambiental urbana partiu da construção de um modelo de manejo dos escoamentos pluviais, utilizando uma matriz orgânica composta por vegetação, solo e agregados para retenção e tratamento inicial localizados. O protótipo, em escala 1:1, implementado na Cidade Universitária Armando Salles de Oliveira (CUASO-USP), São Paulo, SP, é composto por dois canteiros isolados entre si, que recebem as vazões através da sarjeta na via adjacente. Com preenchimentos iguais, os canteiros receberam coberturas vegetais distintas: gramado (G), com uma única espécie de gramínia, e jardim (J), com forrações, herbáceas e arbustos diversos, predominantemente nativos. O experimento foi monitorado por um ano, entre março de 2012 e março de 2013, quando foram coletados os dados referentes ao seu funcionamento e eficiência em sete eventos chuvosos paulistanos. A compilação dessas informações permitiu a análise comparativa da qualidade da água dos escoamentos antes e depois da passagem pelos canteiros. Com recursos da FUNDEP, FCTH e LabVERDE, a pesquisa interdepartamental e interdisciplinar, desenvolvida numa cooperação entre a FAU-USP e a Escola Politécnica-USP, busca oferecer respostas às hipóteses com que trabalha a Arquitetura da Paisagem ao propor soluções naturalizadas de manejo dos escoamentos pluviais em complementação às técnicas convencionais atualmente empregadas nas cidades brasileiras, tomando a cidade de São Paulo como cenário. Como efeito do processo histórico de canalização do seu patrimônio hídrico, ocupação das áreas de várzea e impermeabilização, a população paulistana e da RMSP tem sofrido com enchentes que se agravam com o crescimento urbano e com a intensificação das chuvas. As soluções imediatistas para essa situação crítica seguem a práxis das obras convencionais de engenharia, que segregam a drenagem urbana dos processos ecológicos e hidrológicos e não contribuem para melhoria da qualidade ambiental dos escoamentos antes de destiná-los aos corpos hídricos superficiais, o que agrava o quadro generalizado de poluição dos rios e córregos urbanos. Os resultados do experimento prático atestam o desempenho da biorretenção na mitigação da poluição difusa, com reduções médias das cargas poluidoras acumuladas de 89,94% para o gramado e 95,49% para o jardim, que foi comprovadamente mais eficiente. Aliados ao estudo de tipologias paisagísticas já utilizadas com sucesso em outras cidades do mundo, esses resultados poderão corroborar o processo de transição na infraestrutura de São Paulo, respaldando tecnicamente e cientificamente as soluções investigadas de manejo das águas de chuva através da biorretenção no tratamento dos espaços abertos e na conformação de uma Infraestrutura Verde na cidade. / This thesis experimentally assesses the performance of bioretention systems in mitigating nonpoint-source pollution caused by runoff. A 1:1 scale experiment of a stormwater management facility was built in USP Campus based in São Paulo, SP. This prototype has been evaluated for one year, since March 2012, over its technical efficiency to improve water quality by analyzing runoff samples collected in its inlet and outlet. Combining landscape architecture and hydraulic engineering knowledge, this experiment consists of two independent vegetated plots connected to the gutter through a concrete channel, which drives the runoff into the facility from the avenue next to it. Each plot has its own spillway, where samples were collected for laboratory analysis under 22 water quality parameters and thus compared to gutter runoff. Regarding construction techniques, it was decided to apply simplified solutions without unnecessary expenses, but that ensured feasibility, solidity and isolation to the plots from the ground on all faces. As for filling the model, it was chosen to use the same material for both facilities, laid out from bottom to surface: 60cm of broken rocks, 15cm of gravel, coconut geotextile fabric, 5cm of coarse sand and, finally, 45 to 75cm of planting substrate with side slopes and covered with mulch. Regarding vegetation cover, two sets of plants have been used in the bioretention cells as a research strategy to compare the efficiency among different models in stormwater management, considering other issues in addition to improving the environmental quality of water, such as maintenance, adaptation and development of species and visual interest. Thus, the experiment plots were filled with the same substrate but with different vegetable toppings, according to the following configuration: mixed garden (M) - ground covers with predominance of native shrubs and herbaceous vegetation, and lawn (L) - covered only with emerald grass carpet (Zoysia japonica), which has been extensively used for lawns all over the country. This experimental model has provided scientific answers that attest the effectiveness of techniques using vegetated surfaces to retain and treat stormwater. Its results have attested the performance of bioretention for diffuse pollution mitigation, with average reductions of accumulated pollutant loads of 89.94% in the lawn (L) and 95.49% in the mixed garden (M), which wasproven to be more efficient. This research developed by USP Faculty of Architecture and Urbanism in partnership with Polythecnic School, does not aim to threat conventional methods of urban drainage in local cities, but to join them in the efforts of reaching solutions and technical knowledge that are suitable for urban ecosystems and harmless to environment and landscape.