Várzea do Tietê: restauro ambiental, urbanização e inovação tecnológica

Nelson Brissac Peixoto

Nelson Brissac Peixoto é filósofo e Doutor em Filosofia. É professor do Programa de Pós-graduação em Tecnologias da Inteligência e Design Digital, da Pontifícia Universidade Católica de São Paulo. Estuda relações entre a arte e o urbanismo, e é o idealizador e coordenador do projeto ZL Vórtice, desde 2013. nbrissac@gmail.com


Como citar esse texto: PEIXOTO, N. B. Várzea do Tietê: restauro ambiental, urbanização e inovação tecnológica. V!RUS, São Carlos, n. 20, 2020. [online]. Disponível em: <http://www.nomads.usp.br/virus/virus20/?sec=7&item=1&lang=pt>. Acesso em: 21 Abr. 2024.

ARTIGO SUBMETIDO EM 10 DE MARÇO DE 2020


Resumo

As condições sociais e ambientais críticas da periferia de São Paulo são a referência de ZL Vórtice, um projeto colaborativo voltado para urbanização, recuperação ambiental e inovação tecnológica no Jardim Helena, conhecido como Pantanal. O projeto propõe desenvolver, com a participação da comunidade local, novas soluções de drenagem e pavimentação, dispositivos sustentáveis de tratamento de água e restauro de áreas degradadas, novas tecnologias para a contenção de margens de lagoas e córregos e dispositivos de monitoramento social do sistema fluvial e da ocupação urbana. ZL Vórtice busca introduzir um importante diferencial nas políticas públicas para as periferias metropolitanas, em particular as áreas de várzea: o agenciamento de laboratórios de pesquisa para desenvolver tecnologia e materiais específicos para situações críticas. A questão do método é fundamental quando se reúnem diferentes laboratórios de pesquisa para enfrentar situações críticas, como a várzea do Tietê, em cooperação com as comunidades locais. Projetos transdisciplinares, em que cada agente possui seus próprios requisitos e procedimentos, colocam grandes desafios metodológicos. Trata-se de imprimir às propostas um caráter experimental, voltado para a inovação tecnológica, que inclua transferência de conhecimento e capacitação técnica dos moradores para enfrentar os eventos extremos cada vez mais recorrentes nas áreas de várzea.

Palavras-chave: Várzeas, Meio-ambiente, Urbanização, Tecnologia, Método, Participação


1Introdução

Nos limites da cidade de São Paulo, os conflitos envolvem a necessária proteção ao meio ambiente, as ocupações por assentamentos habitacionais precários e grandes obras de infraestrutura metropolitana, especialmente as de contenção de enchentes e de controle da qualidade das águas. Esses processos são, muitas vezes, contraditórios. O resultado é a crescente degradação da qualidade urbana e ambiental, afetando populações vulneráveis e os sistemas hidromorfológicos e ecológicos. Esse quadro requer uma rápida mudança de paradigma nos processos de desenvolvimento urbano e aponta para a necessidade de desenvolvimento de novas abordagens e técnicas (PEIXOTO, 2017).

Está sendo desenvolvido um projeto colaborativo de sistema integrado de manejo e tratamento de água e requalificação urbana e ambiental, a ser implantado na planície meândrica do Rio Tietê, no trecho leste do Município de São Paulo. O projeto ZL Vórtice propõe modos sustentáveis de urbanização, com inovação tecnológica e inclusão econômica e social, além de ações que busquem restaurar os remanescentes geomorfológicos e a funcionalidade hidrológica da planície fluvial, fortemente impactados por grandes obras de infraestrutura e pela ocupação urbana precária. 

A área de influência do projeto abrange o último trecho em que o Rio Tietê, no município de São Paulo, mantém parte de sua dinâmica meândrica, afetada por inúmeras intervenções antrópicas, desde antigas atividades extrativas até as ocupações informais e obras de contenção de cheias. A Figura 1 apresenta a área de projeto e o processo de urbanização da planície de inundação. Condição limite que requer desenvolver, com as comunidades locais, infraestrutura de manejo e tratamento de água e reurbanização, com recuperação de funções ambientais da várzea em situações críticas.

Fig. 1: Mapa de localização da área de projeto, com as principais referências urbanas. Fonte: Lígia Pinheiro / Projeto ZL Vórtice, 2017.

A área de intervenção estende-se desde a desembocadura do córrego Itaim até a bacia do córrego Água Vermelha, configurando um grande recorte do cinturão meândrico do Rio Tietê. Corresponde, na área de ocupação urbana da planície de inundação, ao Jardim Helena, conhecido como Pantanal, com cerca de 135 mil habitantes. Essa região é objeto de diferentes programas e políticas públicas, como o Plano de Macrodrenagem da Bacia do Alto Tietê (PDMAT-3) e o Plano de Manejo da APA-VRT, além do projeto Parque Várzeas do Tietê.

Na cidade de São Paulo, o rio Tietê passa a ser alvo de grandes obras de prevenção de enchentes. As políticas atualmente adotadas pela administração pública consistem basicamente em promover uma radical segregação do rio com relação à área de ocupação urbana, implantando sistemas de pôlderes e piscinões, para isolar o rio da planície de inundação. Por outro lado, ocorre um processo acelerado de aterramento de toda a área, evidenciando como a demanda por moradia conflita com a preservação ambiental.

A proposta do ZL Vórtice é estruturar ambiental e urbanisticamente o Jardim Pantanal, desenvolvendo com os moradores um projeto integrado de infraestrutura urbana de drenagem e tratamento de água, com a conservação dos remanescentes da planície de inundação. O projeto propõe recuperar a função de drenagem e os serviços ambientais que a planície fluvial não é mais capaz de realizar totalmente, com ações que promovam a convivência das ocupações com o rio e suas cheias, adequando a cidade ao rio de meandros. A questão que se coloca: é possível instaurar um novo modelo para a urbanização e recuperação ambiental, fundamentado em inovações tecnológicas e ampla participação social?

2 Sobre a metodologia

O projeto ZL Vórtice existe desde 2013, tendo promovido seminários e visitas técnicas com a Emplasa(Empresa Paulista de Planejamento Metropolitano), CDHU (Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano do Estado de São Paulo), Fundação Florestal do Estado de São Paulo, SP Urbanismo (Secretaria Municipal do Desenvolvimento Urbano - SMDU) e Secretaria de Infraestrutura e Meio Ambiente (SIMA), com o objetivo de interagir com as instituições governamentais e contribuir para as políticas públicas (Informações disponíveis em: https://zlvortice.wordpress.com).

O projeto busca introduzir um importante diferencial nas políticas públicas para as periferias metropolitanas, em particular as áreas de várzea: o agenciamento de laboratórios de pesquisa para desenvolver tecnologia e materiais específicos para situações críticas. Trata-se de imprimir às propostas um caráter experimental, voltado para a inovação tecnológica, que inclua transferência de conhecimento e capacitação técnica dos moradores, de modo a enfrentar os eventos extremos cada vez mais recorrentes nessas áreas.

Os laboratórios de pesquisa que estão associados ao desenvolvimento da proposta são: FabLab SP - Laboratório de Fabricação Digital da FAU-USP; LME - Laboratório de Microestrutura e Ecoeficiência dos Materiais da Poli-USP; LabGeo - Laboratório de Geomorfologia da FFLCH-USP; Luiz Fernando Orsini Yazaki, ex-coordenador da Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica (FCTH); URCA-PROURB - Programa de Pós-Graduação em Urbanismo da FAU-UFRJ; LabTIDD - Tecnologias da Inteligência e Design Digital da PUC-SP; Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do Politecnico di Milano, Itália; e Estúdio Laborg.

A Associação dos Moradores do Jardim Pantanal (AMOJAP), dirigida por Reginaldo Pereira, tem contribuído decisivamente para o desenvolvimento do projeto, orientando as expedições de campo, indicando os pontos críticos de maior importância para a comunidade, disponibilizando um local para workshops e testes, organizando as várias oficinas que os laboratórios realizam com os moradores e participando da elaboração das soluções tecnológicas propostas.

A questão do método, tema deste número da revista V!RUS, é fundamental quando se reúnem diferentes laboratórios de pesquisa para enfrentar, articuladamente, situações críticas como a várzea do Tietê, em cooperação com as comunidades locais. Importantes desafios de método se colocam em projetos transdisciplinares, em que cada agente possui seus próprios requisitos e procedimentos. O empreendimento exige explorar modos inovadores de pesquisa, criar metodologias para participação social e ações bottom-up em processos decisórios públicos.

São vários os desafios técnicos a serem enfrentados pelos laboratórios. Pesquisar a geomorfologia, a hidrologia e o processo de urbanização em áreas críticas, altamente degradadas. Identificar, no trecho do cinturão meândrico, as configurações que ainda apresentam funcionalidades essenciais, como a de retardar o escoamento das águas, restabelecendo condições para a melhoria da qualidade da água por meio de sua autodepuração. Formatar dispositivos de drenagem, contenção de margens de córregos e calçadas permeáveis para espaços públicos na várzea. Desenvolver equipamentos de coleta de dados ambientais e monitoramento da rede fluvial adaptados às condições da várzea. Assegurar que todos os procedimentos sejam desenvolvidos com a participação dos moradores.

Levantamentos hidrogeomorfológicos do trecho do cinturão meândrico foram detalhadamente programados pelo LabGeo-USP e por Luiz Orsini. O URCA-PROURB do Programa de Pós-Graduação em Urbanismo da FAU-UFRJ investigará práticas projetuais que viabilizem inovações tecnológicas e a provisão de infraestruturas básicas, buscando conectar ecologia e urbanismo (MOSTAFAVI et al., 2019). O FabLab-FAU, o LME-PoliUSP e o LabTIDD-PUC/SP promoveram diversas oficinas com os moradores, para desenvolvimento e difusão das tecnologias para situações críticas. O Estúdio Laborg realizou um levantamento sistemático da planície de inundação na área, focado na hidrologia e em transformações devidas ao aterramento e às ocupações urbanas. Essa pesquisa de campo serviu para desenvolver dispositivos interativos de visualização das dinâmicas existentes na área.

O rigor dos laboratórios de pesquisa na definição de estratégias de restauro ambiental e de dispositivos de tratamento da água, na qualificação e padronização dos materiais e procedimentos em projetos de infraestrutura de drenagem na várzea do rio Tietê, será confrontado com as condições extremas encontradas na área. O desafio é, guardando os princípios de precisão técnica e economia, desenvolver tecnologias adaptadas a situações de grande instabilidade ambiental e urbana e propiciar a difusão do conhecimento e a participação social em todas as etapas do processo.

Um laboratório técnico-científico opera efetuando experimentos em que o desempenho de dispositivos e materiais é avaliado por meio de medições precisas. Laboratórios demandam condições de trabalho (assepsia, temperatura constante, equipamentos calibrados) rigorosamente controladas. Como construir um laboratório na várzea do rio Tietê, com a participação dos moradores?

Construir um laboratório de campo implica transformar a várzea em laboratório, com operações que possam ser replicadas na área, assegurando os parâmetros básicos de rigor e medida que os pesquisadores estabeleceram em suas investigações. Os procedimentos propostos pelos laboratórios só podem funcionar se os princípios e técnicas prescritos forem incorporados pelas administrações locais e comunidades e convertidos em cultura compartilhada (LATOUR, 2017). Um conjunto de técnicas (manuais, instrumentos, capacitação de mão-de-obra, sistematização de parâmetros e procedimentos) é necessário para sustentar as soluções tecnológicas propostas, as operações dos laboratórios na várzea.

Os laboratórios realizaram, até o momento, visitas e oficinas com os moradores, nos recintos universitários e nas comunidades. As pesquisas tecnológicas estão no estágio de formulação inicial e discussão com os moradores e produção de protótipos em pequena escala. Foram empregados apenas recursos provenientes dos próprios laboratórios. Propostas de financiamento foram apresentadas ao FEHIDRO (Fundo Estadual de Recursos Hídricos), onde têm encontrado resistência, sobretudo por parte do DAEE (Departamento de Águas e Energia Elétrica), responsável pelas grandes obras de engenharia projetadas para a área. 

3 Tecnologias

O projeto ZL Vórtice propõe configurar um sistema integrado de manejo e tratamento de água para requalificação urbana e ambiental na planície meândrica do rio Tietê, no trecho leste de São Paulo. Uma articulação sistêmica das diferentes tecnologias propostas, de modo que os dispositivos de drenagem desemboquem em córregos e lagoas providos de contenção contra erosão e em equipamentos para purificação das águas, conforme visto na Figura 2:

Fig. 2: ZL Vórtice: Sistema integrado de manejo e tratamento de água para requalificação urbana e ambiental. Fonte: Estúdio Laborg e URCA-PROURB – FAU-UFRJ, 2020.

Uma questão crucial, relativa à implantação de galerias drenantes em áreas de ocupação urbana da várzea, é o local de deságue final. Para constituir um sistema integrado, o dispositivo de microdrenagem deve desembocar em áreas onde o projeto prevê a implantação de wetlands para tratamento das águas pluviais, juntamente com esgotos não coletados. O tratamento dos efluentes é essencial para a recuperação das condições hidrológicas e ambientais da área.

Da mesma maneira, a redução do escoamento superficial por pavimentos permeáveis contribui para mitigar os efeitos das enchentes e conservar o ecossistema fluvial, assim como a estruturação adequada das margens dos córregos, que recebem esses fluxos, evitando seu assoreamento. Essas intervenções, quando encadeadas, ganham pertinência e efetividade sistêmica.

3.1Galerias drenantes

Trata-se de sistema de módulos pré-fabricados para drenagem superficial e manejo de águas pluviais. O projeto, elaborado pelo FabLab da FAU-USP, dirigido pelo professor Paulo Fonseca, consiste em desenvolver, em conjunto com os moradores locais, galerias de retenção e escoamento de fluxos superficiais, em área com densa ocupação antrópica urbana, caracterizada pela carência de estruturas urbanísticas e de saneamento. 

Fig. 3: Módulo e molde feito por fabricação digital. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2017. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020

O sistema consiste em módulos pré-fabricados leves que combinam, numa única seção transversal, o piso do passeio e a galeria subterrânea de armazenamento e escoamento de águas pluviais, conforme apresentado na Figura 3. As peças são pré-fabricadas em microconcreto de alto desempenho, material especialmente desenvolvido que apresenta maior resistência e leveza, além de durabilidade, dispensando equipamentos pesados para produção e instalação.

O microconcreto (argamassa armada) é um tipo particular de concreto armado, com comportamentos físico e mecânico próximos ao do composto convencional, mas com propriedades particulares de desempenho. Permite a produção de elementos pré-fabricados de menor espessura, prescindindo de agregados graúdos. Resulta em elementos construtivos mais leves, possibilitando uma diminuição no consumo de materiais e de cargas nas estruturas. A tecnologia implica buscar matrizes cimentícias capazes de viabilizar estruturas delgadas de concreto armado e sua possível aplicação na pré-fabricação leve, em função das suas propriedades de elevado desempenho (FONSECA DE CAMPOS, 2014).

Fig. 4: Protótipo em escala 1:1 do módulo das galerias drenantes. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2018. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020

O projeto comporta mais uma importante inovação tecnológica: as fôrmas são modeladas e executadas a partir de processo de fabricação digital, conforme mostra a Figura 4. Isso permite a obtenção de elementos pré-fabricados que variam conforme situações específicas de topografia ou demanda do sistema hídrico: uma combinação de produção de pré-fabricados em microconcreto com as novas tecnologias de prototipagem 3D. O processo demanda a capacitação dos moradores participantes nos laboratórios públicos de fabricação digital existentes na região.

O sistema construtivo proposto visa amenizar os impactos das enchentes, já que as galerias drenantes para a captação das águas pluviais podem acelerar a drenagem do assentamento. Em razão dos diversos aterros realizados com o objetivo de ocupar a várzea, o solo foi impermeabilizado e a topografia da região modificada, alterando drasticamente o comportamento das águas. O sistema de galerias de microdrenagem deve, portanto, equacionar o problema de tratar-se de área baixa, sujeita ao retorno das águas.

A tecnologia de pré-fabricação do microconcreto armado está consolidada, mas com poucas aplicações e inovações recentes. Soluções propostas: pesquisar novas tecnologias do concreto, argamassas de alta resistência, com fibras e aditivos. Pesquisar a integração da produção de elementos construtivos de microconcreto com modelagem digital e fresagem CNC das fôrmas. Elaborar um modelo computacional para simular o escoamento de águas pluviais de sistemas de galerias drenantes em áreas de baixa declividade.

Fig. 5: Oficina de montagem das fôrmas no Jardim Pantanal, com manual. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2018. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020

É também objetivo do projeto definir procedimentos que promovam a participação das comunidades locais na modelagem e fabricação das fôrmas e produção dos módulos construtivos, como a elaboração de manuais de montagem e a realização de oficinas de capacitação, conforme mostrado na Figura 5. A primeira oficina de montagem das fôrmas produzidas por fabricação digital, direcionada para testar o procedimento proposto e o manual, revelou que o esquema é ainda muito complexo, mesmo para pedreiros experimentados. Sugestões foram feitas para tornar o modelo mais operacional.

3.2 Wetlands

Uma wetland construída, é um sistema artificial manejável que reproduz as funcionalidades dos alagados naturais na purificação de águas residuais, com regime hidrológico controlado. O dispositivo, proposto por Luiz Fernando Orsini Yazaki, ex-coordenador da FCTH, deve se integrar ao sistema hidrogeomorfológico local, reforçando o serviço ambiental naturalmente exercido pela várzea (ORSINI YAZAKI, KAHTOUNI, 2010).

As wetlands de fluxo superficial, que apresentam menor custo de construção e são mais simples de manter e mais fáceis de operar, são as mais apropriadas para a situação. As wetlands de tratamento por fluxo superficial reproduzem as wetlands naturais, nas quais a água escoa com baixa profundidade em meio a uma vegetação densa, típica de regiões pantanosas. Consistem em uma área escavada protegida por diques, na qual a camada superficial do solo serve como meio de enraizamento, e de estruturas adequadas de entrada e saída, destinadas ao controle hidráulico, tal como apresentado na Figura 6.

Fig. 6: Esquema de wetland construída. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2018.

A wetland proposta é constituída por um conjunto de células sequenciais. Antes de entrar no corpo da wetland, os efluentes passam por um pré-tratamento, constituído por peneiramento de sólidos grosseiros e caixa de areia. A primeira célula é coberta por vegetação de espécies autóctones, entremeadas com zonas profundas para retenção de sólidos, equalização hidráulica e formação de hábitat de águas abertas. Na segunda célula há um pântano denso com vegetação emergente, importante para o controle do crescimento das espécies plantadas. Na saída da última célula a água tratada é dirigida ao rio Tietê.

Wetlands situadas em várzeas estão sujeitas a inundações periódicas. Restrições importantes são levadas em consideração no detalhamento do projeto. As células, estruturas e bermas da wetland devem ser projetadas para suportar enchentes periódicas e inundação completa. Para permitir a inundação total da wetland são previstos tubos de equalização de fluxo a meia altura da berma, para possibilitar que as águas do rio, quando estiverem subindo, entrem na wetland e se equalizem com o fluxo remanescente. Quando as águas de inundação a cobrirem por completo, a wetland já estará inundada e será menos suscetível a perturbações. 

O projeto prevê a realização de um levantamento hidrológico, com inspeções de campo para dimensionamento do volume dos alagados existentes e determinação da capacidade de retenção de água e do período hidrológico das lagoas. Ensaios geotécnicos, que incluem análise granulométrica, umidade, capacidade de infiltração e permeabilidade, e levantamentos topográficos, medirão a configuração submersa das lagoas. Medições de dados hidrológicos, que abarcam vazões de entrada nas lagoas advindas dos canais e de saída para o rio Tietê, servirão para avaliar o controle natural do fluxo exercido pelo alagado.

É proposto um programa de monitoramento da qualidade da água, com definição dos parâmetros de qualidade, treinamento dos moradores responsáveis pelas coletas de amostras e logística. O monitoramento da qualidade da água objetiva subsidiar especificamente os projetos de wetlands construídas e de restauro geomorfológico-ambiental. A ser realizado com a participação de moradores, capacitados em treinamento, o monitoramento também visa engajar a comunidade na conservação do sistema de tratamento e do meio ambiente em geral.

3.3 Áreas de restauração geomorfológica e ecológica

O projeto ZL Vórtice coloca o problema do restauro ambiental em condições extremas. A questão é: como lidar com sistemas socioambientais altamente comprometidos, talvez de forma irreversível? A estrutura geomorfológica e o sistema hidrológico que caracterizavam o funcionamento do rio Tietê, na cidade de São Paulo, estão fortemente impactados e levados ao limite do colapso. Qual é o limiar a partir do qual o comportamento hidrológico e ecológico do sistema fluvial muda de maneira determinante? O rio Tietê teria alcançado esse limite?

As lagoas situadas na área de projeto são componentes hidrogeomorfológicos da planície fluvial meândrica remanescente, comprometidos em diversos graus por intervenções antrópicas. O projeto, coordenado pela professora Cleide Rodrigues, do LabGeo-FFLCH-USP, busca restaurar parte de seus elementos remanescentes, suas formas, materiais sedimentares e solos, como suporte físico essencial à recuperação ecológica da área. A meta é promover a conservação dos elementos da planície fluvial e de suas funcionalidades, identificando as configurações hidrogeomorfológicas remanescentes do cinturão meândrico mais propícias a subsistirem e conduzir intervenções que contribuam para sua proteção. Essas ações visam também recuperar algumas de suas funções hidrológicas potenciais (retenção de água pluvial, regulação das enchentes do rio) e ambientais (purificação das águas) (RODRIGUES, 2015). A Figura 7 apresenta as áreas de restauro propostas, com os parâmetros de zoneamento que incidem sobre elas.

A implantação de uma área de restauro visa testar a possibilidade da permanência de remanescentes da geomorfologia e da dinâmica hidrológica originais, contribuindo para a recuperação do alagado natural, de forma compatível ao uso para tratamento da água, executado pelas wetlands construídas. A experiência tem potencial para contribuir para o incremento geral da qualidade da água das várzeas e para a recuperação ambiental urbana da região como um todo.

Fig. 7: Trecho de interesse e áreas de restauro propostas. Fonte: LabGeo-FFLCH-USP, 2018.

Deve ser realizado um levantamento para verificar a presença de remanescentes geomorfológicos para intervenções que assegurem as funcionalidades hidrológicas e ecológicas da planície fluvial. Trata-se de determinar as possibilidades de se restabelecer as condições geomorfológicas da planície e seus serviços hidrológicos, no trecho delimitado, essenciais para ações de restauração do ecossistema. 

Nas planícies fluviais meândricas, quando preservados determinados atributos geomorfológicos, podem ser considerados serviços ambientais potenciais: amortecimento de vazão extrema e mitigação de enchentes; estocagem temporária de água; melhoria da qualidade da água para jusante; atenuação de processos erosivos e de assoreamento a jusante; e manutenção do patrimônio de geodiversidade. 

Que ações de restauro são possíveis em situações críticas? Trata-se de verificar se o trecho delimitado da planície de inundação ainda apresenta atributos ambientais que permitam projetos de recuperação, devido às evidências de altos níveis de perturbação dos atributos morfológicos nessas áreas. Determinar, nessas condições, os projetos que sejam ambientalmente sustentáveis.

A participação das comunidades nos projetos de preservação ambiental é fundamental. Algumas práticas locais, como a recuperação da área do Cotovelo pelos próprios moradores, que promoveram a retirada de carcaças de automóveis jogadas no rio, devem ser incorporadas nas ações de restauro de áreas no limite do colapso ambiental.

3.4 Sistemas de contenção de córregos e alagados

No Jardim Pantanal são projetadas intervenções estruturais de contenção de erosão que contribuam para consolidar formas da planície fluvial e dinâmicas hidrológicas remanescentes (lagoas, curva meândrica), preservando as margens dos córregos. Intervenções pontuais foram concebidas por Marina Correia, do URCA-PROURB - Programa de Pós-Graduação em Urbanismo da FAU-UFRJ, com consultoria de Mariana Marchioni, do Politecnico di Milano, com blocos de concreto articulados e gabiões, fabricados com resíduos de construção e demolição. 

O sistema de bloco articulado acopla os elementos construtivos para formar uma camada resistente à erosão. Os blocos são moldados em formas intertravadas, gerando uma seção-tipo articulada. O sistema assegura a capacidade dos blocos se adequarem às alterações no subleito, conforme visto na Figura 8. Após a instalação do sistema articulado, os vazios entre os blocos são preenchidos com solo e plantas. 

Fig. 8: Exemplo de sistema de blocos articulados de concreto. Fonte: URCA-PROURB – FAU-UFRJ, 2020.

O projeto propõe a reutilização de resíduos de construção para fabricar elementos de contenção – blocos e gabiões – das margens de lagoas e córregos. Visa também evitar, com o envolvimento das comunidades, a intensificação do aterramento das áreas de alagados. O processo requer coleta e trituração dos resíduos de construção depositados na área, além de estudo técnico da reciclagem (granulação, resistência) e fabricação de blocos e gabiões com o material, um dispositivo construtivo que não obstrui o escoamento e se adapta à geometria dos canais. A estabilização das margens também é indispensável para a fixação das saídas das galerias de drenagem de água pluvial que deságuam nos córregos.

É preciso considerar, porém, os possíveis impactos decorrentes da implantação de estruturas de controle de erosão nas margens de rios e córregos. Estruturas rígidas podem ter efeitos negativos, como a eliminação de irregularidades nas margens e nas variações da largura dos canais, limitação das mudanças geomórficas e da diversidade de hábitats. O uso desses dispositivos estruturais deve, portanto, utilizar recursos da bioengenharia (biomantas, paredes vegetadas) e ser pontual, aplicado em trechos das margens, com o intuito de promover a consolidação geomorfológica da área.

As soluções convencionais de estabilização das margens de córregos, baseadas em estruturas rígidas, são artificiais e estáticas. Propostas: avaliar as soluções de engenharia utilizadas, definindo aquelas que devem ser implantadas em áreas de várzeas. Avaliar a tecnologia de reciclagem de resíduos da construção civil em função de sua aplicabilidade na contenção de margens. Desenvolver alternativas tecnológicas sustentáveis de drenagem, com princípios da bioengenharia, com aferições técnicas de seu desempenho em relação às estruturas rígidas da engenharia convencional. Testar a fabricação e instalação do sistema construtivo pelos moradores.

3.5 Calçadas permeáveis

O projeto propõe a instalação de calçadas permeáveis, feitas com piso intertravado, desenhadas e fabricadas localmente pelos moradores. A proposta visa incorporar o uso de materiais permeáveis como medidas auxiliares no manejo de águas pluviais. As calçadas podem ser acopladas às galerias de escoamento de águas pluviais, contribuindo para preservar o sistema de drenagem.

Há uma correlação entre o sistema de drenagem urbana e a degradação dos rios e córregos. O redesenho dos sistemas de drenagem, de modo a reduzir o escoamento superficial, em geral canalizado diretamente para os cursos d`água, pode contribuir para a conservação e restauração de ecossistemas fluviais degradados pela urbanização. O redesenho consiste em desviar o escoamento de águas pluviais por tubulações diretamente para os rios, promovendo medidas para aumentar a permeabilidade das superfícies urbanas.

Ao longo dos córregos, as calçadas permeáveis, além de contribuírem para mitigar os efeitos das enchentes, terão a importante função de ajudar a evitar o assoreamento causado pelo descarte de resíduos. Produzidas com os moradores, as calçadas buscam configurar espaços públicos, áreas de pertencimento e convivência, à beira do córrego.

Fig. 9: Oficina de desenho das calçadas permeáveis no Jardim Pantanal, com Regina Silveira. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2017. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020

As calçadas são produzidas com piso intertravado em concreto, permeável e colorido. O design está sendo desenvolvido em conjunto com os moradores segundo proposta da artista Regina Silveira, conforme apresentado na Figura 9, com temas e padrões cromáticos escolhidos pela comunidade. 

O desenvolvimento técnico das composições e do processo produtivo, incluindo as fôrmas, é feito pelo professor Rafael Pileggi, do LME-PoliUSP. As fôrmas são modeladas e fabricadas com polímeros plásticos, de modo a permitir a desmoldagem manual. Cada peça é preenchida por camadas de concreto e pigmento, de acordo com o desenho da calçada. A dosagem do concreto é um aspecto importante da tecnologia: ela garante o desempenho previsto do material e evita o uso excessivo de cimento. O acompanhamento dos insumos (a calibragem da receita da mistura) visa manter o desempenho do composto utilizado, assegurando os teores adequados. A técnica da pigmentação do concreto, por outro lado, deve garantir a constância cromática do piso.

O LME promoveu oficinas de moldagem dos elementos de concreto com os moradores do Jardim Pantanal, conforme apresenta a Figura 10. O LME pretendia, inicialmente, preparar previamente a mistura e levá-la pronta, para evitar o preparo inadequado do material, o que reduziria o papel da comunidade no desenvolvimento da tecnologia. As oficinas evidenciaram que é preciso capacitar tecnicamente os moradores e, ao mesmo tempo, incentivar o laboratório a contar com o aprimoramento das práticas locais.

Fig. 10: Oficinas de moldagem dos elementos de concreto com o LME, na PoliUSP e no Jardim Pantanal. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2018. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020

A calçada é concebida para contribuir para mitigar os efeitos de enchentes. Cada peça do piso é dividida por canaletas que servem para escoar a água de chuva, que deve se infiltrar no espaço entre elas até a base em que estão assentadas. Essa base é projetada para ser drenante: ela deve reduzir o empoçamento, permitindo a difusão radial da água no subsolo. A Figura 11 apresenta modelo em escala reduzida dos pisos, com canaletas e pigmentação.

Fig. 11: Fabricação de modelo-teste em escala reduzida do piso intertravado. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2018. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020.

Os pavimentos permeáveis possuem peças de concreto intertravadas, com múltiplas camadas que armazenam a água da chuva até sua infiltração no subsolo ou escoamento por tubos de drenagem. Ao permitir a infiltração de água, o pavimento permeável reduz o volume e o pico da vazão do escoamento superficial produzido por um evento de precipitação e funciona como um filtro, retendo os sedimentos presentes nas superfícies e assim reduzindo a carga de poluentes.

A implantação de pavimentos permeáveis em área de várzea deve considerar o nível do lençol freático em tempo de chuvas. Dentre os requisitos de projeto, a calçada concebida para a área de várzea deve levar em conta a capacidade de infiltração do solo, que tem influência no desempenho dos dispositivos de infiltração. Deve também considerar a fragilidade do solo à ação da água, visto que alguns tipos de solos podem perder suas características e sofrer desestruturação, e o local de destino para a descarga do volume regularizado de água, dado que pavimentos permeáveis devem possuir extravasores conectados à rede de microdrenagem e afluência com alta taxa de sedimentos e lixo, demandando manutenção e controle da fonte de poluição (MARCHIONI, SILVA, 2011).

No Brasil, não existem procedimentos especificados e testados para a implantação de calçamento em áreas de inundação, com riscos de colmatação e perda de permeabilidade.Propostas: desenvolver e testar as misturas cimentícias mais adequadas para a fabricação no local, pelos moradores, de pisos para calçadas; definir os requisitos técnicos (pigmentos adequados, modo de aplicação) para a coloração homogênea e resistente dos pisos; promover a capacitação técnica dos moradores para fazer a composição das misturas cimentícias no local , a fabricação dos pisos e a implantação das calçadas; desenvolver soluções de engenharia para a implantação de sistemas de pisos intertravados em áreas de várzeas, sujeitas a enchentes.

3.6 Monitoramento do rio, da qualidade da água e de depósitos de resíduos

O programa de educação ambiental e mobilização social, conduzido pelos professores Marcus Bastos e Renato Hildebrand, do Lab TIDD-PUC/SP, é composto por oficinas de formação, visando o monitoramento e a preservação das condições ambientais (BASTOS, 2013). As oficinas são dedicadas à medição do comportamento do rio e da qualidade da água, manutenção de córregos e canais de drenagem e reciclagem de resíduos.

A proposta consiste em desenvolver, com a comunidade, dispositivos que permitam aos moradores visualizar e prever alterações no comportamento do rio, fundamentais para uma maior adequação dessas ocupações à várzea. A Figura 12 mostra a realização de oficina na comunidade de montagem e teste de sensor de monitoramento do rio. O objetivo é engajar os moradores em práticas de acompanhamento e alerta de enchentes, e realizar o monitoramento da qualidade da água, requerido para os projetos de wetlands e de restauro ambiental. Trata-se, sobretudo, de criar uma cultura de preservação ambiental, em comunidades que têm relações conflituosas com o rio.

Fig. 12: Oficina no Jardim Lapenna de sensores para monitorar o nível do rio, no Jardim Lapenna. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2017. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020.

As oficinas devem usar kits Arduíno para desenvolver sensores para medir o nível da água do rio e o afluxo de tubulações, visando alertar para a possibilidade de enchentes. É montado um sensor ultrassônico, que emite pulsos que medem a distância da água ao dispositivo, para monitorar alterações no nível das águas. Outro sensor, que mede a quantidade de água (litros por segundo) num escoamento, serve para indicar a vazão de nascentes e canos. Os sensores devem ser montados e testados no próprio local. A seguir, podem ser feitos testes em diferentes pontos nas margens do rio ou córrego, de modo a preparar a construção do dispositivo de medição. Por fim, são desenhados os dispositivos para fixar os sensores nos locais e preparado o monitoramento a ser feito pela comunidade. 

Fig. 13: Oficina de sensores para medição da qualidade da água no Jardim Romano. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2017. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020.

Também são desenvolvidas ferramentas participativas de aferição da qualidade da água, indicando poluição por esgoto, lixo ou contaminação industrial, de modo a incentivar a participação dos moradores nos programas de monitoramento da qualidade da água e de restauro ambiental que estão sendo propostos. Essa oficina de monitoramento monta, com os moradores, sensores para medição ambiental de código aberto, conforme registrado na Figura 13. O procedimento consiste em amplificar sinais sobre a qualidade da água (pressão, temperatura, potencial hidrogênico, potencial de oxidação e condutividade elétrica) para criar uma cartografia digital georreferenciada, para visualização das medidas captadas ao longo do rio. O sensor mede a condutividade da água, indicando a presença de poluentes (metais, esgoto, fertilizantes). O dispositivo é calibrado e testado em canal de drenagem e em área de alagado.

Por fim, o programa promove a localização de bota-foras e pontos de acúmulo de lixo, utilizando plataforma digital. Ele visa mobilizar as comunidades a monitorar o descarte desordenado e intensificar a remoção de resíduos sólidos, muitas vezes lançados nos córregos e rio. É usado o aplicativo Monitorando a Cidade, desenvolvido em parceria com o MIT (Center for Civic Media), conforme apresentado na Figura 14. O aplicativo permite aos moradores, com um telefone celular, coletar dados sobre o local, como depósitos de lixo ou pontos de alagamento. As informações são reunidas numa plataforma online, que permite engajar a comunidade no acompanhamento da situação.

Fig. 14: Oficina de dispositivo de monitoramento de depósitos de resíduos no Jardim Helena. Fonte: Projeto ZL Vórtice, 2017. Disponível em: https://zlvortice.wordpress.com/. Acesso em: 06 maio 2020.

Os sistemas públicos de gestão urbana e ambiental, centralizados e de pouca acessibilidade, dificultam a participação social. Proposta: pesquisar a conversão de plataformas de prototipagem eletrônica de aplicativos em ferramentas simples, operacionais e de baixo custo para comunidades de periferia; verificar a eficiência do uso de sensores, montados e instalados pelos próprios moradores, para monitorar o sistema fluvial; avaliar a eficiência de sensores para medir a condutividade da água, identificando a presença de poluentes; desenvolver um aplicativo para monitoramento de lixo e localização de depósitos de resíduos de construção, com plataforma digital.As oficinas de montagem e instalação dos sensores atraíram moradores mais jovens, indicando que o restante da comunidade, cuja participação é essencial para a eficiência dos dispositivos, possa ter dificuldade no entendimento e manipulação da tecnologia.

Um diferencial fundamental do projeto ZL Vórtice é produzir localmente, em unidade de produção instalada na área, todos os componentes construtivos. Os blocos articulados e gabiões de material reciclado, as fôrmas em madeira e os módulos de concreto para galerias drenantes, os pisos intertravados permeáveis e coloridos e os sensores para monitoramento do rio e da qualidade da água serão formatados e fabricados pelos moradores, com a orientação dos laboratórios envolvidos. O equipamento de baixo custo, dispensando a utilização de maquinaria pesada, visa permitir que o trabalho seja realizado de modo sustentável pelas comunidades.

4Considerações finais

O objetivo dos laboratórios de pesquisas agenciados pelo ZL Vórtice é configurar um sistema integrado de manejo e tratamento de água para requalificação urbana e ambiental da planície meândrica do rio Tietê, no trecho leste de São Paulo. Isso implica propor projetos de reurbanização e restauro ambiental especificamente concebidos para situações críticas. O projeto busca um novo modelo de intervenção urbana, distinto dos procedimentos convencionais baseados em grandes obras que isolam o rio da cidade. São novas técnicas para o enfrentamento do desafio de urbanizar áreas de ocupação desordenada e recuperar o meio ambiente.

Essa estratégia demanda procedimentos metodológicos, modos de projetar e fazer, adequados a condições de grande desequilíbrio social e ambiental. É uma questão de método: encontrar soluções tecnológicas que sejam efetivas na mitigação dos impactos de eventos extremos e desenvolvidas em conjunto com as comunidades locais, de modo a assegurar sua implantação e manutenção. A viabilidade de projetos de restauro ambiental e urbanização com inovação tecnológica, em condições críticas como as várzeas nas periferias metropolitanas, é testada aqui.

Agradecimentos

Este artigo foi redigido a partir da proposta apresentada ao FEHIDRO (Fundo Estadual de Recursos Hídricos), elaborada em conjunto com Luiz Fernando Orsini Yazaki, ex-coordenador da Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica (FCTH); Profa. Cleide Rodrigues, da Geografia – FFLCH-USP; Prof. Paulo Fonseca, da FAU-USP; Prof. Rafael Pileggi, da Escola Politécnica da USP; Profa. Marina Correia, do URCA-PROURB - Programa de Pós-Graduação em Urbanismo da FAU-UFRJ; Profa. Mariana Marchioni, do Politecnico di Milano, Itália; Prof. Marcus Bastos, do Curso de Pós-graduação em Tecnologias da Inteligência e Design Digital da PUC-SP e Alex Gonçalves, do Estúdio Laborg.

Referências

BASTOS, M. Sistema/ecos: uma experiência de laboratório compartilhado. Anais do 12º Encontro Internacional de Arte e Tecnologia, UnB, Brasília, 2013.

PEIXOTO, N. B. O rio, a inundação e a cidade A várzea do Tietê como situação crítica. Estudos Avançados, [s.l.], v. 31, n. 91, p. 157-170, dez. 2017.

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FONSECA DE CAMPOS, P. Da argamassa armada ao microconcreto de alto desempenho. Perspectivas de desenvolvimento para a pré-fabricação leve. São Paulo: Novas Edições Acadêmicas. 2014. 

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The Tietê Floodplain: environmental restoration, urbanization and technological innovation

Nelson Brissac Peixoto

Nelson Brissac Peixoto is a philosopher and Ph.D. in Philosophy. He is a professor at the Graduate Program in Intelligence Technologies and Digital Design, at the Catholic University of Sao Paulo, Brazil. He studies relations between art and urbanism and has been the creator and coordinator of the ZL Vórtice Project, since 2013. nbrissac@gmail.com


How to quote this text: Peixoto, N. B, 2020. The Tietê Floodplain: environmental restoration, urbanization and technological innovation. Translated from Portuguese by Luiz Roberto Mendes Gonçalves. V!rus, Sao Carlos, 20. [online] Available at: <http://www.nomads.usp.br/virus/virus20/?sec=7&item=1&lang=en>. [Accessed: 21 April 2024].

ARTICLE SUBMITTED ON MARCH 10, 2020


Abstract

The critical social and environmental conditions on the outskirts of São Paulo are the reference of ZL Vórtice, a collaborative project focused on the urbanization, environmental recovery, and technological innovation of the Jardim Helena district, known as Pantanal. The project proposes to develop, with the participation of the local community, new drainage and paving solutions, sustainable water treatment devices and restoration of degraded areas, new technologies for the containment of ponds and streams banks, and social monitoring devices for the river system and urban settlement. ZL Vórtice intends to introduce an important differential in public policies for metropolitan peripheries, particularly the floodplain areas: the agency of research laboratories to develop technologies and specific materials for critical situations. The question of method is fundamental when different research laboratories come together to face critical situations such as the Tietê River floodplain, in cooperation with local communities. Transdisciplinary projects, in which each agent has its requirements and procedures, establish major methodological challenges. The aim is to give the proposals an experimental character, focused on technological innovation, including knowledge transfer and technical training of residents to face increasingly recurrent extreme events in the floodplain areas.

Palavras-chave: Floodplains, Environment, Urbanization, Technology, Method, Participation


1Introduction

On the outskirts of the city of São Paulo, conflicts involve the necessary protection of the environment, occupations of precarious housing settlements, and major works of metropolitan infrastructure, especially to contain floods and control water quality. These processes are often contradictory. The result is the increasing degradation of urban and environmental quality, affecting vulnerable populations and hydromorphological and ecological systems. This situation requires a rapid paradigmatic shift in urban development processes and points to the need to develop new approaches and techniques (Brissac Peixoto, 2017).

A collaborative project of an integrated system for the management and treatment of water and urban and environmental requalification is being developed and its implementation is going to happen at the meandering plain of the Tietê River, in the eastern section of the Municipality of São Paulo, Brazil. The ZL Vórtice Project proposes sustainable means of urbanization, with technological innovation and economic and social inclusion, and also actions focused on the restoration of the geomorphological remnants and the hydrological functionality of the river plain, strongly impacted by major infrastructure works and the precarious urban occupation.

The project's area of influence covers the last stretch where the Tietê River, in the Municipality of São Paulo, partially sustain its meander dynamics, affected by numerous anthropic interventions, from old extractive activities to informal occupations and flood containment works. Figure 1 shows the project’s area and the floodplain urbanization process. This is an extreme condition that requires the development, with local communities, of water management and treatment and re-urbanization infrastructures, engaged with the recovery of the floodplain's environmental functions in critical situations.

Fig. 1: Map of the project’s area, with the main urban references. Source: Lígia Pinheiro / Projeto ZL Vórtice, 2017.

The intervention area extends from the mouth of the Itaim stream to the Água Vermelha stream basin, configuring a large section of the Tietê River's meander belt. In the urban occupation area of the floodplain, it corresponds to the Jardim Helena district, known as Pantanal, with about 135,000 inhabitants. That area is the subject of different public programs and policies, such as the Macrodrainage Plan for the Upper Tietê Basin (PDMAT-3) and the APA-VRT Management Plan, in addition to the Tietê Floodplains Park project.

In the city of São Paulo, the Tietê River is the target of the major flood prevention works. The policies currently adopted by the local administration consist basically of promoting radical segregation of the river from the urban occupation area, implementing systems of polders and large tanks to isolate the river from the floodplain. On the other hand, there is an accelerated process of landfilling the entire area, emphasizing the conflicts between housing demands and environmental preservation.

The purpose of the ZL Vórtice Project is to structure Jardim Pantanal environmentally and urbanistically by developing an integrated urban infrastructure project for drainage and water treatment with the residents and conserving the floodplain remnants. The project proposes to recover the drainage function and the environmental services that the river plain is no longer capable of fully carrying out, with actions to promote the coexistence of urban occupations and the river and its floods, adapting the city to the meandering river. A question arises from this idea: is it possible to establish a new model for urbanization and environmental recovery, based on technological innovations and a broader social engagement?

2 About the methodology

ZL Vórtice Project was created in 2013 and has promoted seminars and technical visits with Emplasa (São Paulo Metropolitan Planning Company), CDHU (São Paulo State Housing and Urban Development Company), São Paulo State Forest Foundation, SP Urbanismo (Municipal Secretariat for Urban Development - SMDU), and Secretariat for Infrastructure and Environment (SIMA), aiming to interact with government institutions and contribute to public policies (Information available at https://zlvortice.wordpress.com/).

The project seeks to introduce an important differential in public policies for the metropolitan peripheries, in particular the floodplain areas: the engagement of research laboratories to develop technologies and specific materials for critical situations. The aim is to give the proposals an experimental character, focusing on technological innovation, which includes knowledge transfer and technical training of the residents to face extreme events that are increasingly recurrent in those areas.

The research laboratories associated with the development of the proposal are FabLab SP - FAU-USP Digital Fabrication Laboratory; LME - Laboratory of Microstructure and Eco-efficiency of Materials at Poli-USP; LabGeo - FFLCH-USP Geomorphology Laboratory; Luiz Fernando Orsini Yazaki, former coordinator of Hydraulic Technology Center Foundation (FCTH); URCA-PROURB - Postgraduate Program in Urban Design at FAU-UFRJ; LabTIDD - Technologies of Intelligence and Digital Design at PUC-SP; Department of Civil and Environmental Engineering at the Politecnico di Milano, Italy; and Laborg Studio.

The Jardim Pantanal Residents Association (AMOJAP), directed by Reginaldo Pereira, has contributed decisively to the project's development, guiding field expeditions, indicating the critical points of greatest importance to the community, providing a place for workshops and tests, organizing the different workshops that the laboratories carry out with residents and participating in the elaboration of the proposed technological solutions.

The question of method, the theme of this V!RUS journal’s issue, is fundamental when different research laboratories, in cooperation with local communities, come together to face critical situations such as the Tietê floodplain. Important method challenges arise in transdisciplinary projects, in which each agent has its terms and procedures. The project requires exploring innovative means of research, creating methodologies for social participation, and public bottom-up actions for decision-making processes. 

There are several technical challenges for these laboratories: to research geomorphology, hydrology and the urbanization process in critical, highly degraded areas; to identify, in the stretch of the meander belt, the configurations that still present their essential functionalities, such as the delay of the water flow which, consequently, reestablishes the conditions for the water quality improvement through its self-purification; to create drainage and stream banks containment devices and make permeable sidewalks in the floodplain public spaces; to develop equipment for collecting environmental data and monitoring the river network adapted to floodplain conditions; to ensure that all procedures are developed with the residents' participation.

Hydrogeomorphological surveys of the stretch of the meander belt were programmed in detail by LabGeo-USP and by Luiz Orsini. The URCA-PROURB of the Postgraduate Program in Urban Design at FAU-UFRJ will investigate design practices that enable technological innovations and the provision of basic infrastructures, seeking to connect ecology and urban design (Mostafavi et al., 2019). The FabLab-FAU the LME PoliUSP and LabTIDD-PUC/SP promoted several workshops with residents for the development and diffusion of technologies for critical situations. Laborg Studio carried out a systematic survey of the floodplain area, focused on its hydrology and transformations due to the processes of landfilling and urban occupation. That field research enabled the development of interactive devices for the visualization of the existing dynamics of the area.

The rigor of research laboratories in the definition of environmental restoration strategies and water treatment devices, and qualification and standardization of materials and procedures for drainage infrastructure projects in the Tietê River floodplain, will be confronted with the area's extreme conditions. The challenge is, while sustaining technical precision and economy principles, to develop technologies adapted to situations of great environmental and urban instability and promote the dissemination of knowledge and social participation during all of the process stages.

A technical-scientific lab operates by carrying out experiments in which the performance of devices and materials is assessed through accurate measurements. Laboratories demand strictly controlled working conditions (asepsis, constant temperature, calibrated equipment). How to build a laboratory on the Tietê River floodplain with the residents' participation?

The construction of a field lab implies the transformation of the floodplain into a laboratory, with the possibility of replicating operations in the area, ensuring the basic parameters of accuracy and measurement established by researchers during their investigations. The procedures proposed by laboratories can only work if the prescribed principles and techniques are incorporated by local administrations and communities and converted into a shared culture (Latour, 2017). It requires a set of techniques (manuals, instruments, labor training, systematization of parameters, and procedures) to support the proposed technological solutions and the laboratories' operations in the floodplain.

So far, laboratories have carried out visits and workshops with residents in the university campus and communities. The technological research is in an initial formulation stage. There are also discussions with residents and small-scale prototype production. Only resources from the laboratories were used. Financing proposals were submitted to FEHIDRO (State Water Resources Fund), where they have encountered resistance, especially from DAEE (Department of Water and Electric Power), which is responsible for the major engineering works designed for the area.

3 Technologies

The ZL Vórtice Project proposes to design an integrated water management and treatment system for the urban and environmental requalification of the Tietê River’s meandering plain, in São Paulo's eastern zone. A systemic articulation of the different technologies is proposed so that drainage devices flow into streams and ponds provided with erosion containment and equipment for water purification, as seen in Figure 2:

Fig. 2: ZL Vórtice: Integrated water management and treatment system for urban and environmental requalification. Source: Estúdio Laborg and URCA-PROURB - FAU-UFRJ, 2020.

A crucial issue regarding the implementation of drainage galleries in areas of urban floodplain occupation is the final discharge site. In order to constitute an integrated system, the micro drainage device must end up in areas where the project foresees the implantation of wetlands for rainwater treatment, along with non-collected sewage. The effluents treatment is essential for the recovery of hydrological and environmental conditions of the area.

Likewise, the reduction of surface drainage by permeable pavements contributes to mitigate the effects of floods and to preserve the river ecosystem, as well as the proper structuring of stream banks, which receive those flows, preventing their silting. These interventions, when interlinked, acquire relevance and systemic effectiveness.

3.1 Drainage galleries

It is a system of prefabricated modules for surface drainage and rainwater management. The project, developed by FabLab of FAU-USP, directed by Professor Paulo Fonseca, consists of developing, together with residents, drainage galleries for the retention and evacuation of surface flows, in an area with a dense urban anthropic occupation, characterized by the lack of urban and sanitation structures.

Fig. 3: Module and mold digitally fabricated. Source: Projeto ZL Vórtice, 2017. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

The system consists of lightweight prefabricated modules that combine, in a single cross-section, the sidewalk floor and the underground gallery for storing and draining rainwater, as shown in Figure 3. The parts are prefabricated in high-performance micro concrete, a specially developed material that presents higher resistance, lightness, and durability, dismissing heavy equipment for production and installation.

Micro concrete (reinforced mortar) is a particular type of reinforced concrete, with physical and mechanical behavior similar to the conventional compound, but with particular performance properties. It allows the production of thinner prefabricated elements without coarse aggregates. It results in lighter construction elements, allowing a reduction in material consumption and loads on structures. The technology implies searching for cementitious matrices capable of making thin reinforced concrete structures viable and their possible application in light prefabrication due to its high-performance properties (Fonseca de Campos, 2014).

Fig. 4: 1:1 scale prototype of the drainage gallery module. Source: Projeto ZL Vórtice, 2018. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

The project includes another important technological innovation: the molds are modeled and executed based on a digital manufacturing process, as shown in Figure 4. This allows us to obtain prefabricated elements that vary according to specific situations of topography or hydrological system demand: a combination of prefabricated micro concrete production and new 3D prototyping technologies. The process demands training the residents in the existing public digital manufacturing laboratories of the area.

The proposed construction system aims to mitigate flood impacts, since drainage galleries for capturing rainwater may accelerate the settlement's drainage. Due to the various landfills carried out to the floodplain’s occupation, the soil was waterproofed and the region's topography modified, drastically modifying water behavior. The micro drainage system must, therefore, address the problem of being in a lower area, susceptible to water return.

The reinforced micro concrete prefabrication technology is a consolidated process but it presents only a few recent applications and innovations. Then, the proposed solutions are: to research new technologies for concrete, high-strength mortars, with fibers and additives; to research the integration of the micro concrete elements’ production with digital modeling and CNC milling of casts; to develop a computational model to simulate rainwater flow from drainage gallery systems in low slope areas.

Fig. 5: Workshop for assembling molds at Jardim Pantanal, with a handbook. Source: Projeto ZL Vórtice, 2018. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

The project also intends to define procedures to promote the local communities' participation in the modeling and manufacture of molds and the production of construction modules, such as the preparation of assembly handbooks and training workshops, as shown in Figure 5. The first workshop for the assembly of digital-produced molds focused on testing the proposed procedure and handbook. It revealed that the scheme is still very complex, even for experienced masons. There were suggestions to make the model more operational.

3.2 Wetlands

A constructed wetland is a manageable artificial system that reproduces the functionalities of natural wetlands in wastewater purification, with a controlled hydrological regime. The device, proposed by Luiz Fernando Orsini Yazaki, former coordinator of FCTH, must integrate with the local hydrogeomorphological system, reinforcing the environmental role naturally performed by the floodplain (Orsini Yazaki; Kahtouni, 2010).

The surface flow wetlands, which have a lower construction cost and are easier to maintain and operate, are the most appropriate for the situation. The wetlands of treatment by surface flow reproduce naturalwetlands, in which water drains shallow among dense vegetation, typical from swampy regions. They consist of an excavated area protected by levees, in which the topsoil works as a means of rooting and an appropriate structure for the inflow and outflow for the hydraulic control, as shown in Figure 6.

Fig. 6: Scheme of a constructed wetland. Source: Projeto ZL Vórtice, 2018.

The proposed wetland consists of a set of sequential cells. Before entering the wetland's body, the effluents previously go through a treatment consisted of sieving coarse solids and a sandbox. The first cell is covered by vegetation of native species, interspersed with deep areas for the retention of solids, hydraulic equalization, and formation of an open-water habitat. In the second cell, there is a dense swamp with emerging vegetation, important for controlling the planted species' growth. At the end of the last cell, the treated water is conducted to the Tietê River.

Wetlands located in floodplains are subjected to periodic flooding. Important restrictions are taken into account for the project’s detailing. The wetland's cells, structures, and levees must be designed to withstand periodic inundation and complete floods. The facilitation of the wetland's total flooding occurs through flow equalization tubes at half the height of the levee, which allows the river water, when arising, to enter the wetland and equalize with the remaining flow. When the floodwater completely covers the wetland, itwill already be flooded and less susceptible to disturbances.

The project foresees the conduction of a hydrological survey with field inspections for dimensioning the volume of the existing wetlands and determining the water retention capacity and the ponds' hydrological period. Geotechnical tests, which include the analysis of granulometry, humidity, infiltration capacity, and permeability, and topographic surveys will measure the ponds' submerged configuration. Measurements of hydrological data, including inflows from the channels into the ponds and the outflow to the Tietê River, will allow assessing the natural flow control held by the marsh.

A water quality monitoring program is proposed along with the definition of quality parameters and training of the residents responsible for sample collection and logistics. The water quality monitoring aims to specifically subsidize constructed wetlandprojects and geomorphological-environmental restoration. The monitoring, which is carried out with the participation of trained residents, also aims to engage the community on the conservation of the treatment system and environment in general.

3.3 Areas of geomorphological and ecological restoration

The ZL Vórtice Project poses the problem of environmental restoration in extreme conditions. The question is: how to deal with socio-environmental systems highly collapsed, and perhaps irreversibly? The geomorphological structure and hydrological system that characterized the Tietê River's functioning in São Paulo are strongly impacted and almost brought to the collapse. What is the threshold from which the river system's hydrological and ecological behavior decisively change? Could Tietê River have reached that limit?

The ponds located in the project area are hydrogeomorphological components of the remaining meander plain, undermined in different degrees by anthropic interventions. The project, coordinated by Professor Cleide Rodrigues, from LabGeo-FFLCH-USP, seeks to restore part of its remaining elements, forms, sedimentary materials, and soils, as an essential physical support to the ecological recovery of the area. The goal is to promote the conservation of the fluvial plain elements and its functionalities, identifying the remaining hydrogeomorphological configurations of the meander belt that are more likely to subsist, and conducting interventions that contribute to their protection. These actions also aim to recover some of its hydrological potential (rainwater retention, river flooding regulation) and environmental functions (water purification) (Rodrigues, 2015). Figure 7 shows the proposed restoration areas with their zoning parameters.

The implementation of a restoration area aims to test the possibility of preserving the remaining original geomorphology and hydrological dynamics, contributing to the natural wetland recovery concomitantly to the water treatment performed by constructed wetlands. The experience has the potential to contribute to the general increase of the water quality in the floodplains and to the urban environmental recovery of the whole area.

Fig. 7: Area of interest and proposed restoration areas. Source: LabGeo-FFLCH-USP, 2018.

A survey to verify the presence of geomorphological remnants is necessary for interventions that ensure the hydrological and ecological features of the river plain. The purpose is to determine the chances of reestablishing the plain's geomorphological conditions and its hydrological services, in the outlined section, essential in actions for the ecosystem's restoration.

In meandering river plains, when certain geomorphological attributes are preserved, it is possible to consider as potential environmental services: the extreme flow damping and flood mitigation; temporary water storage; improvement of downstream water quality; mitigation of downstream erosive and silting processes; and maintenance of the geodiversity heritage.

Which restoration actions are possible in critical situations? This requires verifying if the floodplain’s delimited area still has environmental attributes that allow recovery projects. Especially due to the evidence of high disturbance levels of morphological attributes in those areas. It is also necessary to define the projects that are environmentally sustainable under those conditions.

Community participation in environmental preservation projects is essential. Some local practices, such as the recovery of the Cotovelo area by its residents, who conducted the removal of car wrecks thrown into the river, must be incorporated into restoration actions of areas next to environmental collapse.

3.4 Stream and flood containment systems

In Jardim Pantanal, structural interventions for erosion containment are designed to contribute to consolidating forms of the river plain and remaining hydrological dynamics (ponds, meanders curves), preserving the streams' banks. Marina Correia, from URCA-PROURB - Postgraduate Program in Urban Design at FAU-UFRJ, with the consultancy of Mariana Marchioni, from the Politecnico di Milano, conceived specific interventions with articulated concrete blocks and gabions made from construction and demolition waste.

The articulated block system attaches the construction elements to form an erosion-resistant layer. Blocks are molded in interlocking shapes, generating an articulated typical section. The system ensures the blocks' capacity to adapt to alterations at the subgrade level, as seen in Figure 8. After installing the articulate system, the voids between blocks are filled with soil and plants.

Fig. 8: Example of an articulated concrete block system. Source: URCA-PROURB - FAU-UFRJ, 2020.

The project proposes the reuse of construction waste to manufacture containment elements – blocks and gabions – for ponds' and streams' banks. It also aims to prevent, with the engagement of communities, the intensification of the flooded areas' landfilling. This process requires collecting and crushing the construction waste deposited in the area. It also demands a technical study on recycling (granulation, resistance) and fabrication of blocks and gabions with the material, a constructive device that does not obstruct the flow and adapts to the channels' geometry. The margins' stabilization is also indispensable for fixing the exits of the rainwater drainage galleries that discharge into streams.

However, it is necessary to consider the possible impacts resulting from the implementation of erosion control structures on rivers' and streams' banks. Rigid structures can have undesired effects, such as the elimination of the margins’ irregularities and variations in the channels' width, and also the limitation of geomorphic changes and diversity of habitats. The use of these structural devices must, therefore, adopt bioengineering resources (bio-blankets, vegetal walls) and be punctual, applied in stretches of the margins to promote the area's geomorphological consolidation.

The conventional solutions for stabilizing stream banks, based on rigid structures, are artificial and static. Proposals are: to evaluate the adopted engineering solutions, defining those that should be implemented in floodplain areas; to evaluate the construction waste recycling technology according to its applicability in banks containing; to develop sustainable technological drainage alternatives, based on bioengineering principles, with technical measurements of their performance concerning conventional engineering rigid structures; to test the construction system and installation with the residents.

3.5 Permeable sidewalks

The project proposes the installation of permeable sidewalks, made with interlocking blocks, designed and locally manufactured by residents. The proposal aims to incorporate the use of permeable materials as an auxiliary measure in rainwater management. These sidewalks can be connected to the rainwater outflow galleries, contributing to preserving the drainage system.

There is a correlation between the urban drainage system and the degradation of rivers and streams. The redesign of drainage systems to reduce runoffs, generally channeled directly to watercourses, could contribute to the conservation and restoration of river ecosystems degraded by urbanization. The redesign consists of diverting the rainwater runoff through pipes directly into the rivers, promoting measures to increase the permeability of urban surfaces.

Along the streams, and in addition to mitigate floods effects, permeable sidewalks will have the important function of helping to prevent silting caused by waste disposal. The production of sidewalks by the residents intends to configure public spaces, areas of belonging and coexistence along the streambanks.

Fig. 9: Design workshop for permeable sidewalks in Jardim Pantanal, with Regina Silveira. Source: Projeto ZL Vórtice, 2017. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

The sidewalks are produced with interlocked concrete paving blocks, which are permeable and colored. The design is being developed together with residents according to artist Regina Silveira's proposal, as shown in Figure 9, with themes and chromatic patterns chosen by the community.

The technical development of compositions and production processes, including molds, is conducted by Professor Rafael Pileggi, from LME-PoliUSP. The molds are shaped and manufactured with plastic polymers to allow manual demoulding. Each piece is filled with layers of concrete and pigment, according to the sidewalk design. Concrete dosing is an important aspect of the technology. It assures the material's expected performance and avoids the excessive use of cement. The monitoring of inputs (the calibration of the mixture recipe) aims to maintain the performance of the cement mix, ensuring adequate levels. The concrete pigmentation technique, on the other hand, must guarantee the pavement's chromatic consistency.

LME has promoted workshops for molding concrete elements with the Jardim Pantanal residents, as shown in Figure 10. LME initially intended to prepare the mixture in advance and take it to the site to avoid improper preparation of the material, which would reduce the role of the community in the technology development. Workshops showed that it is necessary to technically train residents and, at the same time, to encourage the laboratory to count on the improvement of local practices.

Fig. 10: Molding workshops for concrete elements with LME, at PoliUSP and Jardim Pantanal. Source: Projeto ZL Vórtice, 2018. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

The sidewalk is designed to help mitigate the effects of flooding. Each pavement piece is divided by narrow trenches that serve to drain rainwater, which infiltrates in spaces between them until the base where they are seated. This base is designed to drain, so it should reduce puddling, allowing the radial diffusion of water into the subsoil. Figure 11 shows a reduced scale model of the pavements, with trenches and pigmentation.

Fig. 11: Manufacture of a test model on a reduced scale of the interlocking pavement. Source: Projeto ZL Vórtice, 2018. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

The permeable pavements have interlocking concrete pieces, with multiple layers that store rainwater until it infiltrates underground or drains through drain pipes. Allowing water infiltration, the permeable pavement reduces the volume and peak flow of the runoff produced by precipitation events and works as a filter, retaining the sediments found on surfaces and consequently reducing the load of pollutants.

The installation of permeable pavements in a floodplain area must consider the level of the water table in the rainy season. Among the design requirements, the sidewalk designed for the floodplain must take into account the soil's infiltration capacity, which influences the infiltration devices' performance. It must also consider two other aspects. First, the soil fragility due to water action, since some soil types may lose their characteristics and undergo disruptions. Second, the destination place for the discharge of the regularized water volume, since that permeable pavements must have overflow pipes connected to the network of micro-drainage and affluence with a high rate of sediments and waste, requiring maintenance and control of the pollution source (Marchioni, Silva, 2011).

In Brazil, there are no specified and tested procedures for pavement installation in flood areas with risks of clogging and permeability loss. Proposals are: to develop and test the most suitable cement mixes for the manufacture of pavements for sidewalks on the site and by the residents; to define the technical requirements (suitable pigments, application method) for homogeneous and resistant coloring of pavements; to promote the technical training of residents to make the on-site composition of cement mixtures, the blocks manufacture, and sidewalks implementation; to develop engineering solutions for the implementation of interlocking block systems in floodplain areas.

3.6 Monitoring the river, water quality, and waste deposits

The environmental education and social mobilization program, conducted by professors Marcus Bastos and Renato Hildebrand, from Lab TIDD-PUC/SP, offers training workshops aimed at monitoring and preserving environmental conditions (Bastos, 2013). The workshops dedicated to measuring the river behavior and water quality, streams’ and drainage channels’ maintenance, and recycling waste.

The proposal consists of developing, with the community, devices that allow residents to visualize and predict changes in the river behavior, which are fundamental for a better adaptation of these urban settlements to the floodplain. Figure 12 shows a workshop focused on assembling and testing a river monitoring sensor in the community. The objective is to engage residents in flood monitoring and alert practices and to monitor the water quality required for the projects of wetlands and environmental restoration. The purpose, above all, is to create a culture of environmental preservation in communities that have conflicting relations with the river. 

Fig. 12: Workshop with sensors to monitor the river level, in Jardim Lapenna. Source: Projeto ZL Vórtice, 2017. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

The workshops should use Arduino kits to develop sensors to measure the water level in the river and the influx of pipes to alert to the possibility of flooding. An ultrasonic sensor emits pulses that measure the distance from the water to the device, monitoring water level changes. Another sensor, which measures the amount of water (liters per second) in a discharge, works to indicate the flow of springs and pipes. Sensors must be assembled and tested on the site. Afterwards, tests can be done at different points on the river or stream banks to assist the construction of the measuring device. Finally, devices are designed to fix sensors in places and monitoring is prepared to be carried out by the community.

Fig. 13: Sensor workshop for measuring water quality in Jardim Romano. Source: Projeto ZL Vórtice, 2017. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

There is also the development of participatory tools for measuring water quality and indicating pollution by sewage, garbage, or industrial contamination to encourage the participation of residents in the proposed water quality monitoring and environmental restoration programs. This monitoring workshop assembles open-source sensors for environmental measurement with the residents, as shown in Figure 13. The procedure consists of amplifying signals about water quality (pressure, temperature, hydrogen potential, oxidation potential, and electrical conductivity) to create a georeferenced digital cartography for the visualization of the measurements taken along the river. The sensor measures the water conductivity, indicating the presence of pollutants (metals, sewage, fertilizers). The device is calibrated and tested in a drainage channel and a flooded area. 

Finally, the program promotes the location of dumps and garbage disposal points by using a digital platform. It aims to mobilize communities to monitor disorderly disposals and intensify the removal of solid waste, often thrown into streams and rivers. The Monitoring the City application, developed in a partnership with MIT (Center for Civic Media), is used, as shown in Figure 14. The application allows residents, with a cellphone, to collect data about the location, such as garbage dumps or flooding points. The information is gathered on an online platform, which allows the community to be involved in monitoring the situation.

Fig. 14: Workshop to monitor waste dumps in Jardim Helena. Source: Projeto ZL Vórtice, 2017. Available at: https://zlvortice.wordpress.com/. Accessed on 05/06/2020

Public systems of urban and environmental management that are centralized and with low accessibility hinder social participation. Proposal: to research the conversion of electronic prototyping platforms for applications into simple, operational and low-cost tools for peripheral communities; to verify the efficiency in using sensors assembled and installed by residents to monitor the river system; to evaluate the sensors' efficiency in measuring water conductivity, identifying the presence of pollutants; to develop an application for monitoring garbage and locating construction waste deposits, with a digital platform. The sensor assemblage and installation workshops attracted younger residents, indicating that the rest of the community, whose participation is essential for the devices' efficiency, may have difficulties to understand and handle the technology.

A key differential of the ZL Vórtice Project is to produce all the construction components locally, in a production unit installed in the area. The articulated blocks and gabions of recycled material, the wooden molds, and the concrete modules for draining galleries, the permeable and colored interlocking blocks, and the sensors for the river and water quality monitoring will be formatted and manufactured by the residents, with guidance from the laboratories involved. The low-cost equipment, eliminating the use of heavy machinery, aims to allow the conduction of the work sustainably by the communities.

4Final considerations

The goal of the research laboratories mobilized by ZL Vórtice is to set up an integrated system for the management and treatment of water for the urban and environmental renewal of Tiete River meander plain in the east zone of São Paulo. This implies proposing re-urbanization and environmental restoration projects specifically designed for critical situations. The project seeks a new model of urban intervention, distinct from conventional procedures based on large works that isolate the river from the city. They are new techniques to face the challenge of urbanizing areas of disordered occupation and recovering the environment.

This strategy requires methodological procedures, ways of designing and doing, adequate to conditions of great social and environmental imbalance. It is a question of method: finding technological solutions that are effective to mitigate the impacts of extreme events and developed in conjunction with local communities to ensure their implementation and maintenance. The feasibility of environmental restoration and urbanization projects with technological innovation, in critical conditions such as floodplains in metropolitan perimeters, is tested here.

Acknowledgments

This article was written based on a proposal submitted to FEHIDRO (State Water Resources Fund), collectively prepared with Luiz Fernando Orsini Yazaki, former coordinator of the Hydraulic Technology Center Foundation (FCTH); Prof. Cleide Rodrigues, from Geography-FFLCH-USP; Prof. Paulo Fonseca, from FAU-USP; Prof. Rafael Pileggi, from USP's Polytechnic School; Prof. Marina Correia, from URCA-PROURB - Postgraduate Program in Urban Design at FAU-UFRJ; Prof. Mariana Marchioni, from Politecnico di Milano, Italy; Prof. Marcus Bastos, from the Postgraduate Course in Intelligence Technologies and Digital Design at PUC-SP, and Alex Gonçalves, from Laborg Studio.

References

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Peixoto, N. B., 2017. ‘O rio, a inundação e a cidade. A várzea do Tietê como situação crítica’. Estudos Avançados, v. 31, n. 91, p. 157-170.

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Fonseca de Campos, P., 2014. Da argamassa armada ao microconcreto de alto desempenho. Perspectivas de desenvolvimento para a pré-fabricação leve. São Paulo: Novas Edições Acadêmicas. 

Latour, B., 2017. A esperança de Pandora. São Paulo: Editora UNESP.

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Rodrigues, C., 2015. Atributos ambientais no ordenamento territorial urbano: o exemplo das planícies fluviais na metrópole de São Paulo. Geousp - Espaço e Tempo. 19(2), p. 325-348.