Este tese objetiva analisar sistemas complexos de drenagem urbana visando definir uma técnica de dimensionamento de obras de reservação. Nesta pesquisa, sistemas complexos de drenagem urbana são aqueles compostos por diversos reservatórios de detenção, distribuídos numa rede de canais formada por vários trechos. Este tipo de sistema é típico em megacidades. O dimensionamento das obras de reservação em redes complexas possui uma série de condicionantes, ou seja, ele é função de diversas variáveis, muitas delas de caráter aleatório. A principal delas é a chuva de projeto. Esta tese desenvolve uma técnica conjunta de simulação e de cenarização de chuvas com defasagem no tempo e no espaço para tratar a questão da variabilidade da precipitação de projeto. Do ponto de vista hidráulico, existem outras condicionantes para dimensionamento, dependendo do tipo de reservação adotada. Basicamente existem dois tipos de reservatórios para controle de cheias em cidades, os reservatórios on-line e os reservatórios off-line, cada um apresenta características próprias de desempenho que devem ser consideradas quando o sistema é dimensionado. Esta tese apresenta uma técnica de dimensionamento iterativa que permite compor um conjunto de reservatórios (on-line ou off-line) que atendem ao grau de proteção requerido para uma bacia urbana. Os métodos foram avaliados em bacias hipotéticas típicas de grandes cidades. Desse modo, uma série de variáveis foi contemplada, na tentativa de generalizar o método proposto. Os resultados mostraram a importância da cenarização da chuva de projeto. É praticamente inviável trabalhar hoje com as premissas clássicas para definir a chuva de projeto, a cenarização permite avaliar o desempenho do sistema segundo diferentes condições hidrológicas. Finalmente, ressalta-se que esta tese apresenta um enfoque novo de dimensionamento e que certamente irá requerer novas investigações e aperfeiçoamentos. Ela procura trazer à discussão a implementação de novos paradigmas para desenvolvimento de projetos no campo da drenagem urbana em grandes cidades. / This thesis aims to analyze urban drainage complex systems in order to define a technique for the design of detention ponds structures. In this study, Urban Drainage Complex Systems are those composed of several detention ponds, distributed in a network of channels formed by various reaches. This type of system is typical in megacities. The design of the reservation structures in complex networks has a number of constraints, in other words, it is a function of several variables, many of them are randomness. The main one is the design rainfall. This thesis develops a joint technical of simulation and the design rainfall scenario generation delayed in time and space to deal with the variability of design precipitation. From the hydrological point of view, there are other constraints for scaling, depending on the type of reservation adopted. There are basically two types of detention ponds for flood control in cities, on-line detention and off-line detention, each performance has its own characteristics that must be considered when the system is designed. This thesis presents an iterative design technique for composing a set of detention ponds (on-line or off-line) that satisfy the degree of protection required for an urban watershed. The methods were evaluated in hypothetical basins typical of large cities. Thus, a series of variables was included in an attempt to generalize the proposed method. The results showed the importance of design rainfall scenario generation. It is practically impossible to work today with the classical assumptions to define the design rainfall; the scenario generation allows evaluating system performance under different hydrological conditions. Finally, we emphasize that this thesis presents a new approach to sizing and it certainly will require further research and improvements. It seeks to bring the discussion to implementation of new paradigms for development projects in the field of urban drainage in large cities.

O estudo apresentado fundamenta-se no evento extremo ocorrido em março de 1967, na Bacia do Rio Santo Antônio, no Município de Caraguatatuba, Brasil, tendo por objetivo esclarecer os reais impactos do fenômeno de debris flows, ou corridas de detritos, produzido por precipitações intensas. Os riscos intangíveis de vítimas humanas e tangíveis de danos materiais associados a tal evento na região são muito maiores nos dias de hoje, devido ao crescimento demográfico e à implantação de grandes empreendimentos industriais, como os do setor petrolífero, com reduzidos e, muitas vezes inexistentes, sistemas de defesa. Considerando tais fatores, a região necessita de estudos detalhados que possibilitem a elaboração de planos diretores mais eficazes, com objetivas diretrizes para a tomada de decisões, planos de contingência, regulação da distribuição da população, medidas estruturais mitigadoras e remediadoras. Para chegar aos resultados do estudo, foi definido o modelo digital do terreno a partir de análises topográficas, geográficas, hidrográficas e de uso e ocupação do território. A simulação de um evento similar ao ocorrido em 1967 resultou em valiosas informações para a definição de planos de evacuação, diretrizes de zoneamento, critérios de desmobilização, planos diretores para o município e implantação de obras de defesa. / The study here proposed aims to define the real impacts of the debris flows phenomenona, caused by a very intense rainfall, based on the disaster occurred in March of 1967, in Caraguatatuba, Brazil. The risk regarding mainly human casualties and material losses associated to such events in the region is higher nowadays, due to the increasing population rates and the settling of large companies such as oil industry, with reduced defense measures and works. Considering these factors, the region needs more detailed studies that will enable more effective master plans, decision making guidelines, contingency plans, population distribution regulation and structures of mitigation and remediation. In order to achieve these results, it was defined a digital terrain model through analysis of topographic, geographic, hydrographic and soil occupation data. The simulation of a similar extreme event as of 1967\'s on this model will result in valuable information to define evacuation plans, zoning guidelines, demobilization criteria, master plans and structural defenses.

É fato que a crescente urbanização e a conseqüente impermeabilização do solo são alguns dos principais fatores que interferem no escoamento das águas de chuva. Isso se retrata na aceleração do escoamento, com a diminuição dos tempos de trânsito e aumento dos picos de vazão. É cada vez mais freqüente a ocorrência de inundações em áreas que anteriormente não eram atingidas. A impermeabilização de grandes áreas que possam vir a interferir nas condições hidrológicas de determinada região deve ser analisada pelos órgãos fiscalizadores. O meio técnico e acadêmico se vê frente a frente com o desafio de pesquisar, estudar, analisar e propor técnicas que possam atenuar os efeitos causados pelas chuvas em áreas densamente urbanizadas. Este trabalho intenciona dar uma contribuição à drenagem urbana e vem propor a adoção de uma técnica compensatória que se mostrou muito eficiente. Trata-se do pavimento permeável do tipo sem infiltração no solo. Este dispositivo foi implantado de maneira convencional em um estacionamento na Universidade de São Paulo e contou com o suporte financeiro da Prefeitura do Município de São Paulo. Foram monitorados dois tipos de estrutura com revestimentos de BCP e CPA, durante o período de 6 meses. A instrumentação constou de uma estação pluviométrica e 4 sensores de nível instalados em caixas coletoras dotadas de vertedouros. Durante a pesquisa foi desenvolvido um modelo matemático para validação do modelo físico. Ao final dos estudos concluiu-se que o desempenho do pavimento permeável para os dois tipos de estruturas monitoradas resultou em amortecimento da vazão afluente entre 28% e 87% no BCP e 56% e 85% no CPA. Portanto, esse tipo de dispositivo se mostrou muito eficiente. / The increasing urbanization and the consequent imperviousness of the soil are the main factors that may interfere with the flow of stormwater. It causes the accelerating of the flow with the decrease in transit times and the increase of peak flows. The occurrence of flooding in areas not previously affected is getting more frequently. The imperviousness of large areas that may interfere with the hydrological conditions of a region should be analyzed by the technicians. The technicians and academics find themselves face to face with the challenge of researching, studying, analyzing and proposing techniques that can mitigate the effects caused by rain in densely urbanized areas. This study intends to give a contribution to the urban drainage and is proposing the adoption of a compensatory technique that has proved very efficient. This is the type of permeable pavement without infiltration into the soil. This device was implanted in a conventional way in a parking lot at the University of Sao Paulo with the financial support of the Sao Paulo City Hall. During 6 months two types of permeable pavements covered with permeable interlocking concrete pavement and porous pavement were monitored. The instrumentation consisted of a rain collector and four level sensors installed in collection boxes provided with spillways. During the research it was developed a mathematical model to validate the physical model. At the end of the studies it was concluded that the performance of permeable pavement for the two types of structures monitored resulted in weakening of flow between 28% and 87% in the permeable interlocking concrete pavement and 56% and 85% in the porous pavement. Therefore, this type of device was very effective.

Com a urbanização crescente nas cidades e o aumento do escoamento superficial tornou-se necessário a implantação de reservatórios de controle de cheias, também conhecidos como \"piscinões\", capaz de reter os volumes excedentes e amortecer a vazão de pico do sistema de drenagem. A maior dificuldade na implantação deste sistema está na falta de disponibilidade de espaço físico. A associação das estruturas hidráulicas componentes dos reservatórios de controle de cheias como estruturas de controle, descarregadores de fundo e dissipadores de energia contribuem para um melhor desempenho de todo o sistema diante da ocorrência de um evento de cheia. A pesquisa realiza uma análise do estudo das principais estruturas hidráulicas utilizadas nos reservatórios de controle de cheias, assim como os critérios de projeto e dimensionamento. O estudo de caso desenvolvido no reservatório Aricanduva V em São Paulo propõe uma verificação do dimensionamento da estrutura de engolimento composta por um vertedor de soleira lateral e uma retro-análise do comportamento do conjunto vertedouro-reservatório-bacia de dissipação a partir de eventos de chuva observados. / With the increasing urbanization in the cities and the increase of the superficial draining the implantation of reservoirs of control of full became necessary, also known as \"piscinões\", capable to hold back the exceeding volumes and to cushion the outflow of peak of the draining system. The biggest difficulty in the implantation of this system is in the lack of availability of physical space. The association of the component hydraulic structures of the reservoirs of control of full as: of control spendthrift and, structures unloaders deep of energy contribute all for one better performance of the system ahead of the occurrence of an event of full. The research carries through a analysis of the main used hydraulic structures in the reservoirs of control of full, as well as the sizing and project criteria. The study of case developed in the reservoir Aricanduva V at São Paulo it considers a verification of the sizing of the composed structure of side weir and an backward-analysis of the hydraulic behavior of joint spillway-reservoir-basin of waste from the observed rain\'s events.

Com a urbanização crescente nas cidades e o aumento do escoamento superficial tornou-se necessário a implantação de reservatórios de controle de cheias, também conhecidos como \"piscinões\", capaz de reter os volumes excedentes e amortecer a vazão de pico do sistema de drenagem. A maior dificuldade na implantação deste sistema está na falta de disponibilidade de espaço físico. A associação das estruturas hidráulicas componentes dos reservatórios de controle de cheias como estruturas de controle, descarregadores de fundo e dissipadores de energia contribuem para um melhor desempenho de todo o sistema diante da ocorrência de um evento de cheia. A pesquisa realiza uma análise do estudo das principais estruturas hidráulicas utilizadas nos reservatórios de controle de cheias, assim como os critérios de projeto e dimensionamento. O estudo de caso desenvolvido no reservatório Aricanduva V em São Paulo propõe uma verificação do dimensionamento da estrutura de engolimento composta por um vertedor de soleira lateral e uma retro-análise do comportamento do conjunto vertedouro-reservatório-bacia de dissipação a partir de eventos de chuva observados. / With the increasing urbanization in the cities and the increase of the superficial draining the implantation of reservoirs of control of full became necessary, also known as \"piscinões\", capable to hold back the exceeding volumes and to cushion the outflow of peak of the draining system. The biggest difficulty in the implantation of this system is in the lack of availability of physical space. The association of the component hydraulic structures of the reservoirs of control of full as: of control spendthrift and, structures unloaders deep of energy contribute all for one better performance of the system ahead of the occurrence of an event of full. The research carries through a analysis of the main used hydraulic structures in the reservoirs of control of full, as well as the sizing and project criteria. The study of case developed in the reservoir Aricanduva V at São Paulo it considers a verification of the sizing of the composed structure of side weir and an backward-analysis of the hydraulic behavior of joint spillway-reservoir-basin of waste from the observed rain\'s events.

Este trabalho investigou o comportamento dos resíduos sólidos ao longo de soleiras laterais de reservatórios de detenção urbanos (piscinões). Esses reservatórios foram projetados segundo uma abordagem puramente hidráulica, que consiste no armazenamento de água de chuva, resultando em amortecimento de pico de cheias e minimizando a questão das inundações, porém um impacto não considerado é o grande acúmulo de resíduos sólidos no interior dessas estruturas. Para estudar o fenômeno e na tentativa de quantificação do montante que se acumula nos reservatórios em relação aos resíduos veiculados pelos rios, foi construído um modelo físico representativo de um córrego urbano, provido de um vertedor lateral que dá acesso a um piscinão. Realizaram-se simulações, que consistiram no lançamento de resíduos no canal e na observação do seu comportamento na passagem pela soleira lateral. Algumas alternativas de direcionamento dos resíduos também foram testadas, através da implantação de vigas defletoras, cujos resultados comprovaram a sua eficiência no direcionamento dos resíduos para o piscinão ou canal. Por fim, as investigações realizadas resultaram em contribuições importantes para a gestão dos sistemas de contenção de cheias das grandes cidades. / The present research investigates the mechanisms of silting in detention reservoirs use for control of urban flooding caused by garbage, debris and rejects transported by urban runoff. Unfortunately the design of this reservoirs was based in hydraulics only, and the transport of siltation material by rivers was not considered. To study the phenomenon and in order to quantify the amount of accumulated waste according to total waste carried by rivers, a representative pilot scale model was built, provided with a lateral channel-shaped spillway that access the detention reservoir. Simulations have been ran, and the analysis method was to obtain a correlation between the waste entrainment rate from the side weir and the hydraulics variables. Some alternatives regarding the aiming of the waste were also tested by the implantation of deflector beams, whose efficiency in the aiming of waste to the reservoir or canal was proved. Finally, the inquires generated in the present research resulted in important contributions regarding the management of flood containment systems in big cities.

É fato que a crescente urbanização e a conseqüente impermeabilização do solo são alguns dos principais fatores que interferem no escoamento das águas de chuva. Isso se retrata na aceleração do escoamento, com a diminuição dos tempos de trânsito e aumento dos picos de vazão. É cada vez mais freqüente a ocorrência de inundações em áreas que anteriormente não eram atingidas. A impermeabilização de grandes áreas que possam vir a interferir nas condições hidrológicas de determinada região deve ser analisada pelos órgãos fiscalizadores. O meio técnico e acadêmico se vê frente a frente com o desafio de pesquisar, estudar, analisar e propor técnicas que possam atenuar os efeitos causados pelas chuvas em áreas densamente urbanizadas. Este trabalho intenciona dar uma contribuição à drenagem urbana e vem propor a adoção de uma técnica compensatória que se mostrou muito eficiente. Trata-se do pavimento permeável do tipo sem infiltração no solo. Este dispositivo foi implantado de maneira convencional em um estacionamento na Universidade de São Paulo e contou com o suporte financeiro da Prefeitura do Município de São Paulo. Foram monitorados dois tipos de estrutura com revestimentos de BCP e CPA, durante o período de 6 meses. A instrumentação constou de uma estação pluviométrica e 4 sensores de nível instalados em caixas coletoras dotadas de vertedouros. Durante a pesquisa foi desenvolvido um modelo matemático para validação do modelo físico. Ao final dos estudos concluiu-se que o desempenho do pavimento permeável para os dois tipos de estruturas monitoradas resultou em amortecimento da vazão afluente entre 28% e 87% no BCP e 56% e 85% no CPA. Portanto, esse tipo de dispositivo se mostrou muito eficiente. / The increasing urbanization and the consequent imperviousness of the soil are the main factors that may interfere with the flow of stormwater. It causes the accelerating of the flow with the decrease in transit times and the increase of peak flows. The occurrence of flooding in areas not previously affected is getting more frequently. The imperviousness of large areas that may interfere with the hydrological conditions of a region should be analyzed by the technicians. The technicians and academics find themselves face to face with the challenge of researching, studying, analyzing and proposing techniques that can mitigate the effects caused by rain in densely urbanized areas. This study intends to give a contribution to the urban drainage and is proposing the adoption of a compensatory technique that has proved very efficient. This is the type of permeable pavement without infiltration into the soil. This device was implanted in a conventional way in a parking lot at the University of Sao Paulo with the financial support of the Sao Paulo City Hall. During 6 months two types of permeable pavements covered with permeable interlocking concrete pavement and porous pavement were monitored. The instrumentation consisted of a rain collector and four level sensors installed in collection boxes provided with spillways. During the research it was developed a mathematical model to validate the physical model. At the end of the studies it was concluded that the performance of permeable pavement for the two types of structures monitored resulted in weakening of flow between 28% and 87% in the permeable interlocking concrete pavement and 56% and 85% in the porous pavement. Therefore, this type of device was very effective.

O estudo apresentado fundamenta-se no evento extremo ocorrido em março de 1967, na Bacia do Rio Santo Antônio, no Município de Caraguatatuba, Brasil, tendo por objetivo esclarecer os reais impactos do fenômeno de debris flows, ou corridas de detritos, produzido por precipitações intensas. Os riscos intangíveis de vítimas humanas e tangíveis de danos materiais associados a tal evento na região são muito maiores nos dias de hoje, devido ao crescimento demográfico e à implantação de grandes empreendimentos industriais, como os do setor petrolífero, com reduzidos e, muitas vezes inexistentes, sistemas de defesa. Considerando tais fatores, a região necessita de estudos detalhados que possibilitem a elaboração de planos diretores mais eficazes, com objetivas diretrizes para a tomada de decisões, planos de contingência, regulação da distribuição da população, medidas estruturais mitigadoras e remediadoras. Para chegar aos resultados do estudo, foi definido o modelo digital do terreno a partir de análises topográficas, geográficas, hidrográficas e de uso e ocupação do território. A simulação de um evento similar ao ocorrido em 1967 resultou em valiosas informações para a definição de planos de evacuação, diretrizes de zoneamento, critérios de desmobilização, planos diretores para o município e implantação de obras de defesa. / The study here proposed aims to define the real impacts of the debris flows phenomenona, caused by a very intense rainfall, based on the disaster occurred in March of 1967, in Caraguatatuba, Brazil. The risk regarding mainly human casualties and material losses associated to such events in the region is higher nowadays, due to the increasing population rates and the settling of large companies such as oil industry, with reduced defense measures and works. Considering these factors, the region needs more detailed studies that will enable more effective master plans, decision making guidelines, contingency plans, population distribution regulation and structures of mitigation and remediation. In order to achieve these results, it was defined a digital terrain model through analysis of topographic, geographic, hydrographic and soil occupation data. The simulation of a similar extreme event as of 1967\'s on this model will result in valuable information to define evacuation plans, zoning guidelines, demobilization criteria, master plans and structural defenses.

Este trabalho investigou o comportamento dos resíduos sólidos ao longo de soleiras laterais de reservatórios de detenção urbanos (piscinões). Esses reservatórios foram projetados segundo uma abordagem puramente hidráulica, que consiste no armazenamento de água de chuva, resultando em amortecimento de pico de cheias e minimizando a questão das inundações, porém um impacto não considerado é o grande acúmulo de resíduos sólidos no interior dessas estruturas. Para estudar o fenômeno e na tentativa de quantificação do montante que se acumula nos reservatórios em relação aos resíduos veiculados pelos rios, foi construído um modelo físico representativo de um córrego urbano, provido de um vertedor lateral que dá acesso a um piscinão. Realizaram-se simulações, que consistiram no lançamento de resíduos no canal e na observação do seu comportamento na passagem pela soleira lateral. Algumas alternativas de direcionamento dos resíduos também foram testadas, através da implantação de vigas defletoras, cujos resultados comprovaram a sua eficiência no direcionamento dos resíduos para o piscinão ou canal. Por fim, as investigações realizadas resultaram em contribuições importantes para a gestão dos sistemas de contenção de cheias das grandes cidades. / The present research investigates the mechanisms of silting in detention reservoirs use for control of urban flooding caused by garbage, debris and rejects transported by urban runoff. Unfortunately the design of this reservoirs was based in hydraulics only, and the transport of siltation material by rivers was not considered. To study the phenomenon and in order to quantify the amount of accumulated waste according to total waste carried by rivers, a representative pilot scale model was built, provided with a lateral channel-shaped spillway that access the detention reservoir. Simulations have been ran, and the analysis method was to obtain a correlation between the waste entrainment rate from the side weir and the hydraulics variables. Some alternatives regarding the aiming of the waste were also tested by the implantation of deflector beams, whose efficiency in the aiming of waste to the reservoir or canal was proved. Finally, the inquires generated in the present research resulted in important contributions regarding the management of flood containment systems in big cities.

Este tese objetiva analisar sistemas complexos de drenagem urbana visando definir uma técnica de dimensionamento de obras de reservação. Nesta pesquisa, sistemas complexos de drenagem urbana são aqueles compostos por diversos reservatórios de detenção, distribuídos numa rede de canais formada por vários trechos. Este tipo de sistema é típico em megacidades. O dimensionamento das obras de reservação em redes complexas possui uma série de condicionantes, ou seja, ele é função de diversas variáveis, muitas delas de caráter aleatório. A principal delas é a chuva de projeto. Esta tese desenvolve uma técnica conjunta de simulação e de cenarização de chuvas com defasagem no tempo e no espaço para tratar a questão da variabilidade da precipitação de projeto. Do ponto de vista hidráulico, existem outras condicionantes para dimensionamento, dependendo do tipo de reservação adotada. Basicamente existem dois tipos de reservatórios para controle de cheias em cidades, os reservatórios on-line e os reservatórios off-line, cada um apresenta características próprias de desempenho que devem ser consideradas quando o sistema é dimensionado. Esta tese apresenta uma técnica de dimensionamento iterativa que permite compor um conjunto de reservatórios (on-line ou off-line) que atendem ao grau de proteção requerido para uma bacia urbana. Os métodos foram avaliados em bacias hipotéticas típicas de grandes cidades. Desse modo, uma série de variáveis foi contemplada, na tentativa de generalizar o método proposto. Os resultados mostraram a importância da cenarização da chuva de projeto. É praticamente inviável trabalhar hoje com as premissas clássicas para definir a chuva de projeto, a cenarização permite avaliar o desempenho do sistema segundo diferentes condições hidrológicas. Finalmente, ressalta-se que esta tese apresenta um enfoque novo de dimensionamento e que certamente irá requerer novas investigações e aperfeiçoamentos. Ela procura trazer à discussão a implementação de novos paradigmas para desenvolvimento de projetos no campo da drenagem urbana em grandes cidades. / This thesis aims to analyze urban drainage complex systems in order to define a technique for the design of detention ponds structures. In this study, Urban Drainage Complex Systems are those composed of several detention ponds, distributed in a network of channels formed by various reaches. This type of system is typical in megacities. The design of the reservation structures in complex networks has a number of constraints, in other words, it is a function of several variables, many of them are randomness. The main one is the design rainfall. This thesis develops a joint technical of simulation and the design rainfall scenario generation delayed in time and space to deal with the variability of design precipitation. From the hydrological point of view, there are other constraints for scaling, depending on the type of reservation adopted. There are basically two types of detention ponds for flood control in cities, on-line detention and off-line detention, each performance has its own characteristics that must be considered when the system is designed. This thesis presents an iterative design technique for composing a set of detention ponds (on-line or off-line) that satisfy the degree of protection required for an urban watershed. The methods were evaluated in hypothetical basins typical of large cities. Thus, a series of variables was included in an attempt to generalize the proposed method. The results showed the importance of design rainfall scenario generation. It is practically impossible to work today with the classical assumptions to define the design rainfall; the scenario generation allows evaluating system performance under different hydrological conditions. Finally, we emphasize that this thesis presents a new approach to sizing and it certainly will require further research and improvements. It seeks to bring the discussion to implementation of new paradigms for development projects in the field of urban drainage in large cities.