Determinação do coeficiente de permeabilidade

No documento AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO INTERTRAVADOS (páginas 28-0)

O ensaio para determinação do coeficiente de permeabilidade dos pavimentos intertravados seguirá a NBR 16.416:2015 (Pavimentos permeáveis de concreto - Requisitos e procedimentos). A norma preconiza a utilização de um anel com 300 mm de diâmetro e altura mínima de 50 mm, com demarcações de carga hidráulica de 10 mm e 15 mm de altura e um volume de água pré-determinado.

Na preparação para execução, o local será limpo apenas com varrição retirando detritos que não estejam aderidos pelo pavimento e o anel de infiltração fixado na superfície com auxílio da massa de calafetar, não permitindo vazamentos.

O ensaio de determinação do coeficiente de permeabilidade deve ser iniciado em até 2 minutos após a pré-molhagem, que conforme a NBR 16.416, determina a quantidade de água que deve ser utilizada. Para o tempo de pré-molhagem menor que 30 s deve ser utilizado 18 ± 0,05 kg de água (18 Litros) e para um tempo superior a 30 s deve ser utilizado 3,60 ± 0,05 kg de água (3,6 Litros), sustentando a carga hidráulica de 10 mm a 15 mm.

Para determinar o coeficiente de permeabilidade do ensaio de anel simples

26 será utilizado a metodologia apresentada na NBR 16.416:2015, conforme apresentada na equação (2):

𝑘 =(𝑑𝐶∗𝑚2∗𝑡) (2)

Onde: k é o coeficiente de permeabilidade (mm/h); m é a massa de água infiltrada (kg); d é o diâmetro interno do cilindro de infiltração (300 mm); t é o tempo de percolação de todo a água (s); C é o fator de conversão de unidades do SI, igual à 4.586.666.000.

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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Modelo de Horton

Para a determinação do modelo de Horton foi utilizado os valores dos ensaios de infiltração de anel único, obtidos em campo, com auxílio de planilha de cálculos que permitiram os valores de taxa de infiltração e o parâmetro β da equação de Horton, que possibilitou a análise da capacidade de infiltração e discussões sobre a taxa de infiltração dos pavimentos estudados.

Com os dados dos ensaios ajustados foi possível construir a curva de taxa de infiltração, obtendo a constante β e os valores de ajuste do coeficiente de determinação (R²) e da raiz do erro quadrático médio (RMSE), conforme apresentados a seguir para cada ensaio, do gráfico 1 até o gráfico 6:

Gráfico 1 - Resultado do infiltrômetro de anel único e a Equação de Horton no ponto E1

Fonte: Autoria própria (2021) 0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20

Taxa de Infiltração (mm/h)

Tempo (horas)

modelo matemático de Horton Infiltrômetro

f(t) = 44,43 + 174,56*exp(-5,90*t) R² = 0,9758

RMSE = 41,339

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Gráfico 2 - Resultado do infiltrômetro de anel único e a Equação de Horton no ponto E2

Fonte: Autoria própria (2021)

Gráfico 3 - Resultado do infiltrômetro de anel único e a Equação de Horton no ponto E3

Fonte: Autoria própria (2021) 0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

Taxa de Infiltração (mm/h)

Tempo (horas)

modelo matemático de Horton Infiltrômetro

f(t) = 36,73 + 188,32*exp(-4,69*t) R² = 0,9771

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600

Taxa de Infiltração (mm/h)

Tempo (horas)

modelo matemático de Horton Infiltrômetro

f(t) = 14,55 + 118,98*exp(-1,95*t) R² = 0,9687

RMSE = 31,96

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Gráfico 4 - Resultado do infiltrômetro de anel único e a Equação de Horton no ponto E4

Fonte: Autoria própria (2021)

Gráfico 5 - Resultado do infiltrômetro de anel único e a Equação de Horton no ponto E5

Fonte: Autoria própria (2021) 0

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600

Taxa de infiltração (mm/h)

Tempo (horas)

modelo matemático de Horton Infiltrômetro

f(t) = 28,61 + 151,97*exp(-6,46*t) R² = 0,9661

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600

Taxa de Infiltração (mm/h)

Tempo (h)

modelo matemático de Horton Infiltrômetro

f(t) = 31,83 + 142,83*exp(-12,239*t) R² = 0,9579

RMSE = 23,78

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Gráfico 6 - Resultado do infiltrômetro de anel único e a Equação de Horton no ponto E6

Fonte: Autoria própria (2021)

Os ensaios nos pontos E1 e E6, que foram realizados na rua 1º de maio, apresentaram uma diferença de 38% na capacidade final de infiltração. O ensaio E1, apresentou um f0 de 44,43 mm/h e fc de 218,99 e o ensaio E6 demonstrou a capacidade final, f0, de 16,94 mm/h e capacidade inicial, fc, igual a 199,68 mm/h. Isso demonstra uma maior capacidade de infiltração no ponto E1 em relação ao ponto E6, podendo estar relacionado com as condições de colmatação no ponto E6, conforme fotografia 2.

Fotografia 2 - Ponto amostral E6

Fonte: Autoria própria (2021)

Uma comparação entre os pontos E2 e E3 ficou comprometida, pois, conforme

0 20 40 60 80 100 120

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600

Taxa de Infiltração (mm/h)

Tempo (horas)

modelo matemático de Horton Infiltrômetro

f(t) = 16,94 + 182,74*exp(-10,17*t) R² = 0,9072

RMSE = 10,771

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gráfico 3, pode-se observar que a amostra E3 não foi conduzida até a estabilização da taxa de infiltração.

Analisando os pontos amostrais E4 e E5, que ficam localizados na Avenida União, verificamos que possuem capacidades semelhantes apesar de apresentar paginações diferente. No caso do ponto E4, tipo espinha de peixe, apresentou capacidade de infiltração final de 28,61 mm/h e capacidade de infiltração inicial de 180,58 mm/h, já o ponto E5, tipo trama, apresentou capacidade de infiltração final e inicial de 31,83 mm/h e 174,66 mm/h, respectivamente. Apesar de pequena diferença a capacidade de infiltração inicial pode ter relação com o fator apresentado por Martins (2014), em que para juntas de mesma espessura o tipo espinha de peixe possui uma maior área de infiltração, favorecendo a infiltração inicial do ponto E4.

Comparando o ponto mais favorável, E1, com o ensaio de anéis concêntricos em pavimento poroso obtido por JABUR et al. (2015). Temos que o asfalto poroso apresenta uma infiltração inicial de 208,306 mm/h e infiltração final de 71,88 mm/h, apesar da infiltração inicial terem uma diferença de 10,69 mm/h, capacidade de infiltração final é 1,62 vezes maior no asfalto poroso. Isso se justifica pois o ensaio conduzido no asfalto poroso possui um sistema de drenagem com diferentes granulometrias aumentando a área de vazios compara ao solo, já a capacidade inicial o asfalto poroso descrito com sinal de colmatação prejudicando a sua superfície porosa.

4.2 Teste de infiltração NBR 16.416:2015

Com os ensaios realizados de acordo com a NBR 16.416 de 2015, realizando a tomada de tempo para a pré-molhagem todos foram superiores a 30s e com isso todos os ensaios foram realizados com 3,60 ± 0,05 Kg de água, obtendo os coeficientes de permeabilidade conforme tabela 7, a seguir

Tabela 7 - Coeficiente de Permeabilidade pela NBR 16416:2015 Pontos

Fonte: Autoria própria (2021)

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A partir dos resultados obtidos, temos que o pavimento no ponto E1 tem o maior coeficiente de permeabilidade de 1,92x10-4 m/s e o ponto E6 o menor com 3,19x10-5 m/s, apesar de ambos estarem no mesmo logradouro o fator do E1 estar localizado em uma praça pública, onde há manutenções constantes pode o fator para a diferença, como apresentado por Marchioni e Silva (2011) apud Martins (2014) a recomendação de realizar uma limpeza anual para manter a vida útil do pavimento.

Já os demais passeios de mesmos logradouros apresentam coeficiente semelhantes, demostrando que execuções em etapas únicas apresentam mais homogeneidade na permeabilidade.

Com a comparação dos resultados dos ensaios com os valores típicos de taxa de infiltração apresentado por JABUR et al. (2015), tabela 8, podemos classificar os pavimentos intertravados com grau de permeabilidade média. Logo, os pavimentos apresentam uma capacidade de infiltração comparada a areia de brita, areia limpa e areia fina.

Tabela 8 - Valores típicos de taxa de infiltração de solo Tipo de Solo

Argila <10-9 Praticamente

Impermeável Fonte: JABUR et al. (2015)

Quando comparado com pavimentos intertravados de outras regiões, Martins (2014) obteve coeficientes de permeabilidade em um intervalo de 1,248x10-5 (m/s) a 8,769x10-6 (m/s) em uma análise de idêntica para pavimentos intertravados no município de Pato Branco, sendo os pavimentos intertravados existentes em Toledo possuindo uma capacidade superior.

Comparando alternativas de pavimentos e métodos executivos, Ono et al.

(2017) apresenta taxa em infiltração em todas as amostras na casa de 10-3 m/s com

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uso de bloco articulado que permite a infiltração pelas juntas e que possui cavidades transversais que permite a passagem do fluxo da água para dreno auxiliares. Em seu estudo foi construída uma pista experimental com sistema sem infiltração para o solo, impermeabilizando o subleito, escoando a precipitação pelas cavidades transversais das juntas até uma trincheira drenante. Sendo neste caso pode-se atribuir ao fato de não existir infiltração das precipitações para o solo e tem um escoamento facilitado por sistema de drenagem.

Entretanto comparados os resultados da tabela 7 com a apresentada na NBR 16.416:2015, que determina coeficientes de permeabilidade maior que 10-3 m/s para pavimentos recém-construídos, temos que nenhum passeio possui coeficiente inferior o que é esperado devido a tempo de execução dos pavimentos.

Já de acordo com o item 11 da mesma normativa, determina que o pavimento permeável após período de uso apresentar coeficiente de permeabilidade menor ou igual a 10-5 m/s, portanto, temos que a Rua Laurindo Moterle, E2 e E3, Avenida União na região do E5, e Rua 1º de Maio na região do E6, devem passar por procedimentos de limpeza seguindo as recomendações, como:

• Remoção de sujeiras e detritos por meio de varrição mecânica ou manual;

• Aplicação de jato de água sob pressão;

• Aplicação de equipamentos para a retirada de finos;

• Recomposição do material de rejuntamento cumprindo as especificações do item 6.5.

Após a realização de limpeza deverá ser realizada novos ensaios onde devem apresentar no mínimo 80 % do coeficiente para um pavimento recém-construído.

4.3 Coeficiente de permeabilidade de Horton (β) x K da NBR 16.416

Conforme apresentado por Bazzo e Horn (2017), o β representa a taxa de decaimento de infiltração no tempo, estando relacionados com fatores da condição do pavimento, como umidade, temperatura, tipo de solo, carga hidráulica e compactação dos ensaio.

Com isso, podemos observar pelos gráficos, apresentados da figura 6 a 11, que quanto maior o β menor o tempo para que o pavimento chegue à capacidade mínima de infiltração. Assim como pode-se observar nos trabalho conduzidos por

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Bazzo e Horn (2017) onde o ensaio com maior β, igual a -13,05, se atingiu a capacidade mínima com aproximadamente 0,6h e com β de -2,38 se atingiu a capacidade mínima com tempo superior a 1,5h.

Já o coeficiente K apresentado pela NBR 16.416 tem por função medir o coeficiente de permeabilidade do pavimento permeável, determinando assim apenas a taxa na qual a água infiltra pelo pavimento.

Tabela 9 - Fatores de permeabilidade Pontos

Amostrais K (mm/h) K (m/s) β (1/h)

E1 690,635 1,92E-04 5,903

E2 252,455 7,01E-05 4,694

E3 247,788 6,88E-05 1,95

E4 362,043 1,01E-04 6,461

E5 327,742 9,10E-05 12,239

E6 114,662 3,19E-05 10,165

Fonte: Autoria própria (2021)

Não possuindo um fator de comparação direto entre os valores, conforme tabela 9, tem-se que o com o coeficiente de Horton é possível obter capacidade de infiltração do pavimento e a determinação do seu comportamento no decorrer do tempo. Para o fator K se determina o coeficiente de permeabilidade, sendo somente a taxa de água que infiltra no pavimento para as camadas inferiores.

Na determinação de qual o melhor ensaio, tem-se que para pavimento permeáveis descrito pela NBR 16.416:2015 na qual o coeficiente de permeabilidade seja >10-3 m/s e pavimentos sejam recém construídos a determinação pelo modelo de Horton poderia conduzir a muitas horas de ensaio e conduzir a erros, dado alta capilaridade necessária para tal permeabilidade, porém para ensaios em que os pavimentos menos permeáveis, como os pavimentos mais velhos, o modelo de Horton com coeficiente β podem auxiliar na determinação da real capacidade do pavimento para chuvas longas.

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5 CONCLUSÃO

O objetivo deste trabalho foi a de avaliar a capacidade de infiltração dos pavimentos de intertravados executados nos passeios de vias reurbanizadas pelo método apresentado pela NBR 16416:2015 (Pavimentos permeáveis de concreto) e da metodologia do infiltrômetro de anel único utilizando o modelo de Horton. Com o modelo da NBR 16416:2015 foi possível determinar que os passeios executados apresentam um grau de infiltração de médio e com a modelagem de Horton descobriu que a pontos com uma taxa de infiltração próxima a 15mm/h.

Os coeficientes de permeabilidade determinados pelo método da NBR 16416:2015, demostrou que os pavimentos que foram executados em projetos de reurbanização no município de Toledo-PR possuem coeficiente de permeabilidade próximos a 10-5 m/s, valores inferiores ao requerido pela norma para pavimentos permeáveis. No entanto, para os valores a norma recomenda a realização de manutenção com o objetivo de desobstruir a passagem das precipitações e aumentar o coeficiente.

A modelação matemática associada ao infiltrômetro de anel único possibilitou entender a característica do processo de infiltração no decorrer do tempo, como no caso em desfavorável em que a capacidade inicial de infiltração foi de 199,68 mm/h e a capacidade final de infiltração foi de apenas 16,94mm/h teve um coeficiente β igual a -10,17, já no caso mais favorável teve um coeficiente β igual a -4,69 em que a capacidade inicial foi de 225,05 e a capacidade final foi de 36,74mm/h. Isso demonstrou que alguns pavimentos perdem a capacidade de amortecimento da precipitação em um curto espaço de tempo e outros tende a amortecer uma maior quantidade de precipitações.

Contudo, apesar dos pavimentos estudos não apresentarem os coeficientes requeridos por norma para serem considerados permeáveis eles apresentaram coeficientes de permeabilidade aceitáveis pela idade dos pavimentos.

Sugere-se para futuras pesquisas a análise de pavimentos intertravados de superfícies porosas, para que possa verificar as diferenças dos coeficientes de permeabilidade.

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APÊNDICE A - TABELA COM DADOS COLETADOS EM CAMPO

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TABELA COM DADO DO ENSAIO DE ANEL ÚNICO COLETADOS EM CAMPO Experimento 1

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No documento AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO INTERTRAVADOS (páginas 28-0)