UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
LEANDRO VIDAL COSTA CASTELANI
PROJETO DE RECUPERAÇÃO DAS MARGENS DO PARQUE
SÃO LOURENÇO UTILIZANDO TÉCNICAS DE ENGENHARIA
NATURAL
CURITIBA 2018
LEANDRO VIDAL COSTA CASTELANI
PROJETO DE RECUPERAÇÃO DAS MARGENS DO PARQUE
SÃO LOURENÇO UTILIZANDO TÉCNICAS DE ENGENHARIA
NATURAL
Trabalho Final de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil, Curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do
Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Elvidio Gavassoni
CURITIBA 2018
FOLHA/TERMO DE APROVAÇÃO
LEANDRO VIDAL COSTA CASTELANI
MAPEAMENTO DE COMPETÊNCIAS DOS BIBLIOTECÁRIOS DO SISTEMA DE BIBLIOTECAS DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
Trabalho Final de Custo aprovada como requisito parcial à obtenção do título de Engenharia Civil, Curso de Engenharia Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Universidade Federal do Paraná, pela seguinte banca examinadora:
___________________________________ Prof. Dr. Elvídio Gavassoni
Orientador – Departamento de Construção Civil – UFPR ___________________________________
Prof. Dr. Vítor Pereira Faro
Coorientador – Departamento de Construção Civil – UFPR ___________________________________
Engª. M.ª Lucy Marta Schellin
Secretaria Municipal do Meio Ambiente - Curitiba ___________________________________ Prof. Dr. Cristovão Vicente Scapulatempo Fernandes
Departamento de Hidráulica e Saneamento
AGRADECIMENTOS
O autor do presente projeto gostaria de registrar aqui seus agradecimentos a todos aqueles que contribuíram para o sucesso da iniciativa e desenvolvimento deste trabalho e do projeto que o embasou. A construção deste produto só foi possível com a contribuição direta e indireta de inúmeras pessoas por quem tenho muita admiração.
Nominal e especialmente:
• Meus pais, Aline e Leandro Castelani, meus avôs, Ademar e Neuza Castelani e Rosemary Laranjeira e Benetito Costa, e meus irmãos, Otávio, Maria Laura e Marília Gabriela Castelani, pelo incondicional apoio emocional e material em todos os momentos de minha caminhada ao longo do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Paraná; • Mayara Carneio Galvão, companheira em todos os momentos e
incentivadora de tudo aquilo que há de admirável em mim, pela compreensão e apoio em todos os desafios;
• Lucas Ghion Zorzan, estudante do curso de Engenharia Civil da UFPR e membro da equipe que trabalhou na elaboração do projeto abordado por este trabalho, pelo esforço incansável e companheirismo em todas as etapas deste projeto.
• Prof. Dr. Elvidio Gavassoni, coorientador do projeto de iniciação científica que deu origem a este TFC, orientador deste TFC e meu ex-Tutor do grupo PET Civil, pelo empenho dedicado a elaboração deste trabalho, assim como pela amizade e orientação em todos os momentos.
• Prof. Dr. Vitor Pereira Faro, coorientador do projeto de iniciação científica que deu origem a este TFC e corientador deste TFC, pela constante e incondicional orientação, apoio e confiança.
• Ao grupo PET Civil, pelo apoio institucional e material ao longo de meu período como integrante e depois como egresso. O projeto de iniciação científica que se converteu neste TFC só foi possível graças ao apoio do grupo.
• Willian Martins Bueno, Engenheiro Civil e egresso do PET Engenharia Civil da UFPR, pela colaboração nos ensaios geotécnicos, compilação de resultados, revisão de textos e dedicação incondicional em todos os momentos;
• Prof. Dr. Christopher Thomas Blum, do curso de Engenharia Florestal da UFPR, pelo auxílio na identificação das espécies utilizadas no projeto; • Jordana Furman, mestranda em Geotecnia do PPGECC da UFPR, pelo
apoio técnico na determinação de características dos solos do São Lourenço;
• Dayane de Cristo Miranda, Gabriel Pezzi e Massimo Viktor Karly, estudantes de Engenharia Civil da UPFR, pelo auxílio nos levantamentos de campo no Parque São Lourenço;
• Paulo Henrique Machado, estudante de Engenharia Civil da UFPR, pelo apoio no dimensionamento das tranças, paliçadas vivas e levantamentos de campo no Parque São Lourenço;
• Kemmylle Sanny de Matos Ferreira, Jullian Douglas Oliveira e Guilherme Winston pelo auxílio e dedicação nos inúmeros ensaios de caracterização realizados nos Laboratórios de Geotecnia da UFPR;
• Profª. Drª. Eloana Janice Bonfleur, coordenadora do Laboratório de Mineralogia do Solo da UFPR, pelo apoio nos ensaios de fertilidade do solo;
• Engª. Rita Sousa, especialista em Engenharia Natural, pelo conhecimento transmitido em diversas oportunidades de formação na área.
• Engª. M.ª Lucy Marta Schellin, Engenheira Civil do Departamento de Parques e Praças da Secretaria Municipal de Meio Ambiente – Curitiba, pelo apoio na etapa de elaboração do projeto executivo e pelo constante suporte na elaboração do aspecto de fitoremediação do projeto.
“O propósito da vida é encontrar o maior fardo que você pode carregar e carregá-lo.” Jordan B. Peterson
RESUMO
O desenvolvimento de técnicas alternativas para tratamento de instabilidades geotécnicas tem recebido atenção nas últimas décadas. Utilizando plantas vivas como elemento estrutural estabilizante e protetor do solo, a Engenharia Natural se apresenta como uma dessas possibilidades. A disciplina se destaca por sua adaptabilidade ao ambiente onde é instalada, sua flexibilidade, capacidade de regeneração por conta própria, seu alto potencial estético e seu baixo impacto ambiental. Para o caso de áreas verdes urbanas, as biotécnicas se mostram bastante adequadas, uma vez que não prejudicam a estética natural do ambiente onde forem inseridas. O estudo de caso abordado por este trabalho trata-se da elaboração de um projeto de Engenharia baseado principalmente no uso de técnicas de Engenharia Natural na recuperação das margens do parque São Lourenço, em Curitiba – PR. O projeto, que vem sendo desenvolvido pela UFPR em parceria com a Prefeitura Municipal de Curitiba, é apresentado de modo completo, desde a fase conceitual, passando pela fase básica até a executiva. Os produtos finais são as plantas e detalhamento executivo, o memorial descritivo, o orçamento da obra, o cronograma de execução e prescrições de monitoramento e manutenção das intervenções projetadas. Seu desenvolvimento tem tido como fator motivador tanto a geração de conhecimento na área da Engenharia Natural como a entrega de um projeto executivo completo à Prefeitura de Curitiba, contribuindo com o município.
Palavras-chave: Engenharia Natural. Erosão lacustre. Recuperação de áreas degradadas. Bioengenharia de Solos. Projeto de Engenharia. Dimensionamentos.
ABSTRACT
The techniques used for slope stabilization have been improved in the current years. The Soil Bioengineering, an alternative to traditional stabilization techniques, uses live vegetal material as structural components. Soil bioengineering has some interesting features which could be very appropriated to stabilize urbane slopes: it has a high capability of adaptation to the environment where it is implanted, it is a flexible geotechnical solution, it has a self-healing factor, a high aesthetical potential and causes a lower impact on the area where it is built upon. This work aims to describes the case study of a project designed to treat the geotechnical problems of the banks of a lake located in a public Park called São Lourenço, in Curitiba – PR, through the use of the Soil Bioengineering. This project has been developed by UFPR (Universidade Federal do Paraná) with the support of the Curitiba’s City Council. The design is done in three main logical and chronological phases: conceptual, basic and executive. The main factor of motivation for the elaboration of this project has been the spreading of the knowledge of Soil Bioengineering and the perspective of the park’s conditions improvement resulting in a pleasure, ecological and adequate use by the people of Curitiba City.
Key-words: Soil bioengineering. Lakeshore erosion. Engineering projects. Stabilization works. Ecological restoration.
LISTA DE FIGURA
Figura 1- Localização do parque São Lourenço em âmbito nacional, estadual e municipal. (Curitiba, 2009). ... 26 Figura 2 - Mapa geológico da cidade de Curitiba (Curitiba, 2009). ... 27 Figura 3 - Localização dos ensaios à trado mecânico (Curitiba, 2009). ... 28 Figura 4 - Análise temporal da região norte do Parque São Lourenço, CAnal de entrada e ilhota. (A) 2005, (B) 2006, (C) 2009, (D) 2010, (E) 2012 e (F) 2015
(Google, 2015). ... 29 Figura 5 - Levantamento do perímetro das margens, medidas em metros. ... 31 Figura 6 - Medição da velocidade do rio no canal de despejo no lago do Parque São Lourenço em 05/10/2015. ... 32 Figura 7 - Índices pluviométricos para o mês de novembro de 2016, com destaque para os dias 23 e 24. ... 32 Figura 8 - Situação do local no dia 24/11/2015. Percebeu-se um aumento
significativo no nível da lâmina d'água. ... 33 Figura 9 - Ábaco de Hjulstrom. (Hjulström, 1935). ... 33 Figura 10 - Composição variegada do solo analisado. Tirada em 05/10/2015. ... 34 Figura 11 - Acúmulo de água no entorno da margem com presença de óxido de ferro. Tirada em 05/10/2015. ... 34 Figura 12 – Mantas geotêxteis com solo envelopado usadas para a estabilização das margens. Fotografia tirada em 05/10/2015. ... 35 Figura 13 - Processo de movimentação de massa próximo a um dos tubos de
drenagem presentes no Parque. ... 35 Figura 14 - Principais manifestações encontradas nas inspeções de campo
realizadas no Parque São Lourenço. ... 36 Figura 15 - Fotografia da margem direita, tirada em 24/11/2015 e problemas de deslizamento. ... 36 Figura 16 - Grande acúmulo de água no entorno da margem direita. Fotografia tirada em 16/09/2016. ... 37 Figura 17 – Problemas no escoamento da água proporcionado pelas mantas.
18/11/2015. ... 38 Figura 18 - Representação esquemática do Enroncamento Vegetado. (Zeh, 2010). ... 39
Figura 19 - Representação esquemática da Parede Krainer simples (a) e Parede
Krainer dupla (b). (Durlo & Sutili, 2005). ... 40
Figura 20 - Representação esquemática do gabião vegetado. (Zeh, 2010). ... 41
Figura 21 - Representação esquemática do processo de retaludamento. (Durlo & Sutili, 2005). ... 41
Figura 22 - Representação esquemática do plantio em banquetas. (Durlo & Sutili, 2005). ... 42
Figura 23 - Representação esquemática do geotêxtil vegetado. (Zeh, 2010). ... 43
Figura 24 - Vista em corte de uma esteira viva após o brotamento. (Durlo & Sutili, 2005). ... 44
Figura 25 - Representação esquemática de uma trança viva. (Zeh, 2010). ... 44
Figura 26 - Representação esquemática de um cilindro inerte. (Durlo & Sutili, 2005). ... 45
Figura 27 - Implantação esquemática de um feixe vivo para drenagem. (Durlo & Sutili, 2005). ... 46
Figura 28 - Esquema dos possíveis métodos para execução de trincheiras drenantes. (Zeh, 2010). ... 46
Figura 29 - Planta de Capim Vetiver (Vetiveria zizanioides). (Chaves, 2013). ... 47
Figura 30 - Locais das coletas de amostras. ... 54
Figura 31 - Curva granulométrica da amostra do local 01. ... 57
Figura 32 - Coloração azulada no ensaio para determinação do teor de carbono por meio da colorimetria. ... 60
Figura 33 - Eficiência de obras de Engenharia em algumas de suas modalidades (SOUSA, 2015). ... 61
Figura 34 - Algumas das plantas utilizadas nas coletas e seus nomes científicos (16/11/2016). ... 63
Figura 35 - SOLUÇÕES ELENCADAS PARA OS PROBLEMAS DETECTADOS. 1 – Parede Krainer dupla; 2 – enrocamento; 3 – plantio em banquetas; 4 - canaleta com feiches vivos; 5 – paliçada viva ou parede krainer simples ... 67
Figura 36 - Seção transversal de uma parede Krainer dimensionada. ... 69
Figura 37 - Vista em corte da parede krainer da margem esquerda do canal (m). .. 73
Figura 38 - Centro de giro (Machado et al., 2017) ... 77
Figura 39 - Seção transversão de uma das margens direita. ... 79
Figura 41 - Vista em corte de uma seção transversal de talude da margem direita do
lago. ... 83
Figura 42 - Seção transversal do dique vegetado. ... 84
Figura 43 - Locação final das soluções. ... 87
Figura 44 - forma colocação da planta do projeto executivo em obra. ... 91
Figura 45 - Vista, a partir da margem direita do canal, das ilhotas de sedimento em formação. ... 92
Figura 46 - Detalhamento dos modelos de parede krainer para as duas margens do canal de entrada do lago. ... 95
Figura 47 - Margem esquerda do canal, configuração "baixa". ... 95
Figura 48 - MARGEM ESQUERDA DO CANAL, CONFIGURAÇÃO "Alta". ... 96
Figura 49 - Detalhamento da paliçada viva. pode-se observar: 1.paliçada viva, 2. banqueta. ... 98
Figura 50 - Detalhamento do modelos de canaleta vegetada(cm) com 40cm de largura. ... 101
Figura 51 - Detalhamento do modelos de canaleta vegetada(cm) com 50cm de largura. ... 101
Figura 52 - Detalhamento do plantio de banquetas ... 103
Figura 53 - Detalhamento em planta e em corte do dique vegetado. ... 105
Figura 54 - Locação da wetland ... 107
Figura 55 - Locação do enrocamento simples. ... 108
Figura 56 - Locação do enrocamento vegetado. ... 109
Figura 57 - Área a ser recuperada. ... 111
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Parâmetros de resistência do solo (Curitiba, 2009). ... 28
Tabela 2 - Características físicas do Rio Belém (Fendrich, 2002). ... 30
Tabela 3 - Velocidades aferidas. ... 32
Tabela 4 - Condições hidráulicas atuais na região de intervenção. ... 52
Tabela 5 - Classificação do escoamento hidráulico atual. ... 53
Tabela 6 – Teores de umidade natural. ... 55
Tabela 7 - Resultado dos ensaios de massa específica real dos grãos. ... 55
Tabela 8 - Classificação do tipo de solo em função do diâmetro. ... 56
Tabela 9 - Resumo dos resultados da análise granulométrica para o parque São Lourenço. ... 56
Tabela 10 - Resumo dos resultados dos ensaios de LL e LP. ... 58
Tabela 11 - Condições de fertilidade do solo atuais. ... 59
Tabela 12 - Propriedades das plantas relacionados aos três principais tipos de obras de Bioengenharia. ... 62
Tabela 13 - Lista de espécies identificadas com ocorrência nas proximidades do Parque São Lourenço. ... 64
Tabela 14 - Lista de espécies possíveis para uso na recuperação das margens do lago do Parque São Lourenço por tipo de obra. ... 65
Tabela 15 - Massa específica usada para cada material. ... 68
Tabela 16 – Resumo do dimensionamento das paredes Krainer dimensionadas. ... 73
Tabela 17 - Espécies utilizadas para parede krainer ... 74
Tabela 18 – MIX III.1 ... 80
Tabela 19 - Mix III.2... 81
Tabela 20 - Cálculo do índice de erodibilidade do solo a partir da ponderação pela granulometria. ... 82
Tabela 21 - Espécies a serem utilizadas no Plantio de banquetas. ... 83
Tabela 22 - Espécies a serem utilizadas para o dique vegetado ... 84
Tabela 23 - Comparação de custo por metro de soluções. ... 86
Tabela 24 - Mateirias inertes e suas carecteristicas relevantes. ... 88
Tabela 25 - Espécies a serem utilizadas em toda a obra. ... 90
Tabela 26 - Volumes de corte e aterro. ... 93
Tabela 27 - Espécie utilizada para o enrocamento vegetado. mix V. ... 109
Tabela 29 – Cronograma sugerido ... 114
Tabela 30 - Dimensionamento da mão-de-obra. ... 115
Tabela 31 - Quantidade necessária de equipamentos ... 115
Tabela 32 - Espécies usadas nas gavetas da parede Krainer do Canal ... 136
Tabela 33 - Espécies usadas nas banquetas da Parede Krainer. ... 137
Tabela 34 - Espécies usadas na paliçada viva. ... 139
Tabela 35 - MIX III.1 ... 141
Tabela 36 - Mix III.2... 141
Tabela 37 - Espécies usadas no plantio de banqueta. ... 142
Tabela 38 - Vegetação a ser utilizada no dique vegetado... 144
Tabela 39 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO PARA PAREDE KRAINER - MARGEM DIREITA DO CANAL. ... 148
Tabela 40 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO PARA PAREDE KRAINER - MARGEM ESQUERDA DO CANAL. ... 149
Tabela 41 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO PARA PAREDE KRAINER - MARGEM ESQUERDA "ALTA". ... 150
Tabela 42 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO PARA PAREDE KRAINER - MARGEM ESQUERDA "BAIXO" ... 151
Tabela 43 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO DE CANALETA VEGETADA COM 40 CM DE LARGURA MAIOR. ... 152
TABELA 44 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO DE CANALETA VEGETADA COM 50 CM DE LARGURA MAIOR. ... 152
Tabela 45 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO DE CANALETA VEGETADA PISTA DE COOPER D=0.4 M ... 153
Tabela 46 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO DE CANALETA VEGETADA D=0.5 M MARGEANDO LAGO ... 153
Tabela 47 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO PARA DIQUE VEGETADO. ... 154
Tabela 48 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO PARA PALIÇADA VIVA. ... 155
Tabela 49 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO PARA PLANTIO DE BANQUETAS. ... 156
Tabela 50 - COMPOSIÇÃO DE CUSTO PARA ENROCAMENTO VEGETADO. .. 157
LISTA DE SIGLAS
LISTA DE SIMBOLOS
t
γ
– Peso específico do solo; h – Altura do estrato;A
K – Coeficiente de empuxo ativo Ch – Coesão;
S – Empuxo calculado.
j – Ângulo de atrito do solo (º);
e – inclinação do talude contido (m/m); R y – Resultante das forças verticais;
μ – Coeficiente de atrito entre parede e solo; c' – Coesão corrigida do solo da fundação; B – Largura do muro;
Rx – Resultante das forças horizontais; Cd – Coeficiente de segurança.
Kmd – Fator de modificação da madeira; 𝛾𝑀 – Coeficiente de segurança parcial; 𝑓𝑚𝑘 – Resistencia característica da madeira; P – Tensão sobre a peça (N/mm);
D – Diâmetro da peça (mm);
𝐿f – Comprimento da peça submetida a tensão (mm); 𝑊y – Módulo resistente (mm³);
τ – Tensão de cisalhamento (KN/m²); γa – Peso Específico da água (KN/m³); Rh – Raio hidráulico (m);
I - Inclinação do leito (m/m); C – Fator de correção; g - Gravidade (m/s³);
f - Coeficiente de atrito partícula com o leito; b - Comprimento da partícula (cm);
ϒ1 - Peso específico da partícula (g/cm³); ϒ - Peso específico da água (g/cm³); α - Ângulo de inclinação do leito (º); μ - Coeficiente de forma do corpo;
φ' - Ângulo de atrito efetivo (°); c' – Coesão efetiva (kPa);
Ka – Coeficiente de empuxo ativo; Kp – Coeficiente de empuxo passivo; L – Comprimento total da estaca (m); f – Altura de cravação(m);
γsat – Peso específico do solo submerso (g/cm³); q – Possível sobrecarga no terreno (kPa);
γw – Peso específico da água (g/cm³); DR – Diâmetro da estaca (m);
σe – Tensão de escoamento (kPa);
W - Empuxo de terra aplicado no ultimo ramo da estrutura (kPa); S – Espaçamento entre estacas;
SUMÁRIO Agradecimentos ... 4 RESUMO ... 7 ABSTRACT ... 8 Sumário ... 17 1 INTRODUÇÃO ... 20 1.1 JUSTIFICATIVA ... 21 1.2 OBJETIVO ... 22 1.3 Organização do trabalho ... 22 1.4 Engenharia natural ... 23 2 Projeto conceitual ... 25 2.1 Histórico do parque ... 25 2.2 Caracterização ... 26
2.2.1 Características geotécnicas do Parque São Lourenço ... 26
2.2.2 Características da vegetação do Parque São Lourenço ... 29
2.2.3 Características da bacia hidrográfica do rio Belém ... 30
2.3 Fenomenologia... 31
2.3.1 Condição da margem direita ... 36
2.3.2 Condição da margem esquerda ... 37
2.4 Intervenções Possíveis ... 38
2.4.1 Enrocamento Vegetado ... Erro! Indicador não definido. 2.4.2 Parede Krainer ... 39
2.4.3 Gabião Vegetado ... Erro! Indicador não definido. 2.4.4 Retaludamento Vegetado ... Erro! Indicador não definido. 2.4.5 Plantio de Banquetas ... 42
2.4.6 Geotêxtil Vegetado ... Erro! Indicador não definido. 2.4.7 Esteira Viva ... 43
2.4.8 Trança Viva ... 44
2.4.9 Cilindros Inertes ... 45
2.4.10 Canaleta com Feixes Vivos ... 45
2.4.11 Trincheiras Drenantes ... 46
2.4.12 Capim vetiver (Vetiveria zizanioides) ... 46
2.4.13 Soluções inertes ... 47
2.5 Prescrição de aquisição de informações adicionais ... 48
3 Projeto básico ... 50
3.1 Determinação dos parâmetros de projeto ... 50
3.1.1 Parâmetros hidráulicos ... 50
3.1.2 Parâmetros geotécnicos ... 54
3.1.3 Parâmetros de fertilidade do solo ... 58
3.1.4 Parâmetros botânicos ... 60
3.2 Escolha definitiva das soluções e suas locações ... 66
3.3 Dimensionamento das soluções definitivas ... 68
3.3.1 Parede Krainer ... 68 3.3.2 Paliçada Viva... 74 3.3.3 Canaletas vegetadas ... 79 3.3.4 Plantio de Banquetas ... 81 3.3.5 Dique Vegetado... 84 3.3.6 Enrocamento ... 84 3.4 Estimativa de custos ... 85 3.4.1 Composições produzidas ... 85
3.5 Pranchas para o projeto básico ... 86
4 projeto executivo ... 87
4.1 Memorial descritivo ... 87
4.1.1 Panorama geral das intervenções ... 87
4.1.2 Materiais Inertes ... 88 4.1.3 Materiais vivos... 89 4.1.4 Serviços preliminares ... 90 4.1.5 Terraplanagem ... 93 4.1.6 Parede Krainer ... 94 4.1.7 Paliçada Viva... 98 4.1.8 Canaleta Vegetada ... 100 4.1.9 Plantio em banquetas ... 103 4.1.10 Dique Vegetado ... 104 4.1.11 Solução de Fitoremediação ... 106 4.1.12 Enrocamento simples ... 108
4.1.13 Enrocamento Vegetado ... Erro! Indicador não definido. 4.1.14 Plantio em grama em placa ... 111
4.1.16 Orçamento ... 112
4.1.17 Proposta de cronograma ... 113
4.1.18 Monitoramento das espécies após a execução da obra ... 116
4.1.19 Especificação de cuidados de manutenção e uso ... 117
5 CONCLUSÃO ... 118
6 REFERÊNCIAS ... 120
7 ANEXOS ... 127
7.1 Sondagem a trado ... 128
7.2 Memorais descritivos ... 133
7.2.1 Soluções de incremento de resistência do solo ... 134
7.2.2 Soluções para melhoria da condutividade hidráulica do solo ... 140
7.2.3 Obras auxilias... 144
7.3 Tabelas de composições ... 145
7.4 Detalhamento das espécies usadas ... 159
1 INTRODUÇÃO
As áreas de conservação públicas urbanas contribuem para a melhora da qualidade de vida dos habitantes do ambiente urbano. Os parques públicos são opções consolidadas para atividades de lazer e contemplação, possuindo considerável relevância social nas grandes cidades brasileiras, como Curitiba. A Capital Ecológica é nacionalmente conhecida por suas soluções urbanísticas que incluem, entre outras ferramentas, a criação de áreas de preservação urbanas e parques.
Contudo, a instabilidade nas margens de rios e lagos é um problema recorrente em múltiplas localidades brasileiras. Dentre as causas desses processos, estão as intervenções humanas em áreas de encostas e a intensa ocupação dessas regiões. Em grandes centros urbanos, esse cenário se intensifica resultando em alterações na dinâmica da estabilidade natural das margens de diversos cursos de água.
Esse é a situação atual das margens do lago do Parque São Lourenço, em Curitiba – PR. Centro turístico e de lazer da cidade, o parque sofre desde a sua criação com diversos problemas geotécnicos e hidráulicos, como deslizamentos de solo, erosão nas margens e drenagem deficitária. A proposta deste estudo é apresentar um projeto de restabelecimento do equilíbrio dinâmico natural e da estabilidade das margens do lago, utilizando técnicas de Engenharia Natural.
Também conhecida como Bioengenharia de Solos, a Engenharia Natural é uma técnica que utiliza plantas vivas como elementos estruturais em obras de estabilização e controle de erosão. A técnica, mais popular em países europeus, se apresenta como alternativa que leva em consideração a dinâmica natural do sistema onde será inserida. As obras feitas de acordo com esta disciplina buscam a trazer o local de intervenção para uma condição mais semelhante a natural, sem comprometer seu uso por parte da sociedade.
Este trabalho é o resultado da composição de diversos estudos realizados entre os anos de 2015 e 2018 e apresenta a identificação, classificação e quantificação dos fenômenos de instabilização no local. Para isso, usa de cálculos hidrológicos, definição de regimes hidráulicos, ensaios geotécnicos, identificação e levantamento de espécies vegetais nativas biotecnicamente apropriadas e demais dados necessários. A partir dessas informações e de simulações numéricas de estabilidade de encostas, apresenta-se a escolha e dimensionamento das estruturas
estabilizantes que mais figuram como adequadas às especificidades técnicas, sociais e ambientais do local de intervenção.
A fim de averiguar a viabilidade econômica da obra, o trabalho contém uma proposta de composição de custos para cada solução dimensionada e um levantamento final do investimento da obra.
Com esses estudos, foi possível identificar a viabilidade do uso das obras de Engenharia Natural no contexto dos parques urbanos devido aos menores custos, à segurança adequada e à adaptabilidade ao local de execução. Além disso, os gastos com manutenção comprovam-se baixos no longo prazo, uma vez que as obras, por constituírem-se de plantas, são autorregeneráveis. Ao aliar uma intervenção estabilizante duradoura com intervenções mais integradas ao meio em que são inseridas, verificou-se que as técnicas de Engenharia Natural são apropriadas para o caso da recuperação das margens do lago do Parque São Lourenço.
1.1 JUSTIFICATIVA
O parque São Lourenço, alvo da intervenção proposta, tem importância turística, social e ambiental para a capital do estado. É exemplo característico de parque linear, apresentando um amplo lago envolto por áreas verdes, abastecido pelo Rio Belém, inteiramente curitibano e o segundo mais extenso do município. Tem funções diversas, dentre as quais se destacam a sanitária, no controle de cheias e o lazer para a população local.
As manifestações patológicas recorrentes no parque demandam ações do poder público municipal desde a criação do espaço. Tais ações se mostraram ineficazes na estabilização das margens, gerando ônus financeiro, social e ambiental. Além dos custos, o conjunto dos fatores desestabilizantes compromete a utilização do bem público pela população local.
Com os estudos apresentados neste trabalho, foi possível identificar a viabilidade do uso das obras de Engenharia Natural no contexto do parque urbano. Essa metodologia se mostra adequada devido aos menores custos, à segurança adequada e à adaptabilidade ao local de execução. Além disso, os gastos com manutenção comprovam-se baixos no longo prazo, uma vez que as obras, por constituírem-se de plantas, são autorregeneráveis. Ao aliar uma intervenção estabilizante duradoura com intervenções mais integradas ao meio em que são
inseridas, verificou-se que as técnicas de Engenharia Natural são apropriadas para o caso da recuperação das margens do lago do Parque São Lourenço.
1.2 OBJETIVO
O presente trabalho visa à elaboração de um projeto executivo de estabilização geotécnica e hidráulica das margens lacustres do Parque São Lourenço, bem como tratamento por fitoremediação das águas do rio Belém.
O estudo contem a análise histórica, a caracterização geotécnica, hidrológica e botânica e o estudo da fenomenologia dos processos desestabilizantes do local. Dessa forma foi possível compreender a condição atual e estabelecer critérios para a escolha de soluções e seu dimensionamento. Ao longo desta etapa de reconhecimento da fenomenologia, o projeto contou com a colaboração do corpo técnico da Secretaria de Parques e Praças da Prefeitura Municipal de Curitiba para melhor compreensão das demandas e recursos disponíveis.
O produto final deste trabalho será entregue, em forma de projeto executivo, à Prefeitura Municipal, possibilitando uma solução permanente, segura, social e ecologicamente correta para as manifestações patológicas observadas. Dessa forma, pretende-se viabilizar o uso adequado do bem público pela sociedade.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
O projeto de recuperação das margens do Parque São Lourenço seguiu um ordenamento comum para projetos de engenharia, em três etapas distintas: a conceitual, básica e a executiva. A discretização das três etapas, bem como o conteúdo de cada uma delas, é melhor descrita no trabalho de Maffra (2014).
A fase conceitual é o momento no qual se busca identificar as condições iniciais do local de estudo. Busca-se localizar e compreender as manifestações patológicas no local, compreender a fenomenologia dos sistemas presentes, identificar alternativas viáveis para os problemas encontrados e prescrever de quais informações se precisa para a tomada das decisões de projeto.
Na fase básica são adquiridas as últimas informações necessárias para a definição definitiva das soluções, a locação de cada uma delas, seu dimensionamento, considerações estéticas e ecológicas e composição de custos.
Finalmente, na fase executiva são elaboradas as pranchas detalhadas das soluções dimensionadas na fase básica, são dimensionadas e detalhadas as
interfaces entre soluções, o custo é detalhadamente elaborado, o memorial descritivo é elaborado e são prescritos os cuidados de manutenção e uso para a obra concluída.
Cada uma destas etapas carrega importante papel no processo decisório do engenheiro(a) responsável. Ele se constitui de um caminhar que passa por compreender as condições ambientais, os problemas e então leva para o campo da idealização de soluções e finalmente para a compatibilização da idealização ao local de intervenção.
Da mesma forma que o projeto, este trabalho se dividirá nas três etapas de um projeto de engenharia: conceitual, básica e executiva.
A estrutura pode ser observada no Diagrama 1.
DIAGRAMA 1 - ESTRUTURA DO PROJETO.
1.4 ENGENHARIA NATURAL
A Engenharia Natural é uma técnica de Engenharia utilizada há muitos séculos em diversas sociedades do mundo. Definida pelo uso de plantas vivas para obtenção de alguma função de Engenharia (POLSTER, 2002), a área ganhou rigor técnico recentemente, a partir dos anos 1980, com o exemplo de diversas obras no continente Europeu. Em geral, a Engenharia Natural é uma ferramenta efetiva para o tratamento de problemas de instabilidade e erosão de solos, possuindo diversos exemplos de sucesso, inclusive no Brasil. Dentre seus possíveis usos, destacam-se a estabilização de taludes, o controle de processos erosivos e a estabilização de processos hidráulicos em cursos de água. Apresenta-se como uma opção social, ambiental e economicamente viável: social por não requerer mão de obra
especializada; ambiental por utilizar materiais naturais e vivos como insumo para a construção; econômica por resulta em obras com baixo custo.
A Engenharia Natural pode ser, sobretudo, uma tentativa de recuperação da condição natural de um ambiente. Isso implica em solucionar problemas que o uso de intervenções tradicionais não resolveu por completo, pois não proporciona ao ambiente condições de recuperar o seu estado de equilíbrio dinâmico natural. Cita-se, por exemplo, a retificação de canais e a impermeabilização de margens que, em muitos casos, ainda permitem a ocorrência de cheias em grandes centros urbanos. Por mais que sejam tecnicamente capazes de lidar com determinado problema, ainda são elementos estranho ao ambiente onde são inseridas, o que pode gerar conflitos tangenciais.
Obras com os conceitos da Engenharia Natural podem oferecer projetos adaptados às características de regiões específicas. O caráter inovador desta nova visão sobre a Engenharia Natural abre um caminho vanguardista para sua implementação em áreas de conservação urbanas, tais como parques e regiões ribeirinhas.
Intervenções baseadas em técnicas de Bioengenharia de Solos tem sido utilizada no Brasil na estabilização de taludes fluviais (BARROS, 2011; MASTELLA, 2012); erosões superficiais (CLEYTON-BARBOSA, 2012) e estabilização de encostas (DIAS, 2012). Algumas dessas intervenções se aplicam em pequenas comunidades ribeirinhas (SANTOS, 2013), ou prefeituras do interior (CADONÁ et. al., 2012). Também foram empregadas estabilizações biotécnicas em obras de infraestrutura rodoviária (BIFULCO et. al., 2013), dutoviária (Sousa et. al., 2013), mineração (SOUZA et. al, 2016) e geração de energia hidroelétrica (SOLERA, 2010).
Um compêndio sobre o atual estado da arte da Engenharia Natural pode ser encontrado no trabalho de Sutili (2009).
2 PROJETO CONCEITUAL
A fase conceitual tem como objetivos:
• Caracterizar as condições atuais e manifestações patológicas do local de estudo e, dessa forma, identificar o papel que este projeto tem neste contexto;
• Buscar possíveis soluções que se adequem ao contexto e problemas identificados e;
• Prescrever a aquisição de novas informações que permitam uma decisão final a respeito das soluções a serem usadas.
2.1 HISTÓRICO DO PARQUE
A região norte da cidade de Curitiba é caracterizada pela intensa ocupação de imigrantes europeus e sua colonização antiga. Estimulados pelo desenvolvimento industrial do final da primeira metade do século XX, investidores privados construíram a Fábrica de colas e adubos Boutin por volta dos anos 1940, na região onde atualmente está o Parque São Lourenço. A partir de 1950 a poluição do rio aumentou, com a ocupação das regiões a montante e a ligação de esgoto ao corpo hídrico. No início dos anos 70, havia várias fábricas na região próximas ao rio Belém.
No ano de 1970 houve a fatalidade do rompimento da represa do São Lourenço, então propriedade da Adubos Boutin (JORNAL DIÁRIO DO PARANÁ, 1975). O evento causou uma inundação em toda a região circundante e em bairros como Abranches e Taboão. Segundo o Jornal Diário do Paraná (1975), “esse fato provocou, além de vários danos materiais, a morte de uma menina que estava numa ponte do Rio Belém, próxima ao Grupo Escolar Pietro Martinez”. A fábrica de adubos e cola foi fechada, devido aos prejuízos causados, assim como outras fabricas da localidade.
O rompimento da represa resultou em um lago artificial. Em um esforço municipal, e visando a contenção de enchentes na região do centro de Curitiba, foi produzido um projeto de Parque Municipal regulador de vazões do Rio Belém. Em 1972 a Prefeitura promoveu a desapropriação da área e a transformou a antiga fábrica de colas e o lago, no atual Parque São Lourenço, localizado em bairro homônimo da capital paranaense. O local se tornou uma Unidade de Conservação por meio do Decreto nº 252/1994 (CURITIBA, 1994).
Com o objetivo inicial de evitar alagamentos nas regiões à jusante do Rio Belém, o parque e seu lago logo assumiram a função recreativa atendendo a
população em diversas atividades culturais e de lazer. Tornou-se, com o passar dos anos, um dos símbolos da cidade de Curitiba e do esforço público em aliar os espaços naturais e o desenvolvimento urbano.
2.2 CARACTERIZAÇÃO
O parque São Lourenço está inserido no município de Curitiba (Figura 1), cuja população é estimada em 1.751.907 habitantes segundo censo de 2010 do IBGE.
FIGURA 1- LOCALIZAÇÃO DO PARQUE SÃO LOURENÇO EM ÂMBITO NACIONAL, ESTADUAL E MUNICIPAL. (CURITIBA, 2009).
A cidade é cortada no sentido norte-sul pela bacia hidrográfica no Rio Belém, principal tributário do lago sob análise neste projeto. O Parque São Lourenço se localiza na porção norte da cidade e representa 0.05% da área total do município, 20.3 ha (CURITIBA,2009).
2.2.1 Características geotécnicas do Parque São Lourenço
O município de Curitiba está situado sobre distintas unidades litoestratográficas. No entorno do rio Belém, estão presentes sedimentos de aluvião, da Formação Guabirotuba, os quais são constituídos por solos argilosos e siltosos, bem como rochas do Complexo Atuba. A Figura 2 apresenta o mapa geológico do município, no qual é possível perceber a existência de material aluvionar próximo ao leito de rios, o complexo Atuba ao norte e a predominância da Formação Guabirotuba
em muitas das demais localidades. O parque São Lourenço encontra-se em uma região em que as três características geológicas se fazem presentes.
Os parâmetros do solo (Tabela 1), obtidos na ocasião do feitura do Plano de Manejo do Parque são Lourenço de 2009, reafirmaram as características dos sedimentos da Formação Guabirotuba, com valores de pH do solo ácido. O valor de permeabilidade obtido não condiz, entretanto, com o valor esperado pela granulometria dos solos da região. A permeabilidade, em cm/s, para solos argilo-siltosos deveria estar entre 10-3 e 10-5. Para solos argilosos, esse valor é inferior a 10 -6 cm/s (Das, 2011). O valor encontrado é esperado para solos com granulometria silto-arenosa.
TABELA 1 - PARÂMETROS DO SOLO (CURITIBA, 2009). Parâmetro Resultado Granulometria Argilas (42%) Siltes (40%) Areias (18%) Cor Marrom avermelhada Porosidade 64,70%
Umidade 35,30%
Permeabilidade (cm/s) 3,381x10-3
pH 4,7
A Figura 3 mostra a localização de algumas das 21 sondagens utilizando trado manual helicoidal realizadas no Parque São Lourenço, para extração das amostras analisadas. As sondagens consideradas relevantes para este projeto podem ser verificadas no Anexo 7.1.
FIGURA 3 - LOCALIZAÇÃO DOS ENSAIOS À TRADO MECÂNICO (CURITIBA, 2009).
As sondagens à trado mecânico permitiram a identificação dos perfis de solo em cada furo. Esses perfis, presentes no Plano de Manejo do Parque, são essenciais para a escolha dos locais em que podem ser realizados ensaios geotécnicos que podem fornecer os parâmetros de Engenharia.
No centro do alargamento do lago, na entrada do Rio Belém no lago do Parque São Lourenço, há uma ilhota. A ilha, representada na Figura 4, não consta nos registros originais do lago que datam de 1971, época dos estudos de viabilidade do Parque São Lourenço. Acredita-se que tenha sido originada por processos de sedimentação intensos aliados à erosão das margens do lago. O acúmulo de material na região central criou uma superfície que atualmente é estável, em parte devido a vegetação que se desenvolveu em sua superfície.
FIGURA 4 - ANÁLISE TEMPORAL DA REGIÃO NORTE DO PARQUE SÃO LOURENÇO, CANAL DE ENTRADA E ILHOTA. (A) 2005, (B) 2006, (C) 2009, (D) 2010, (E) 2012 E (F) 2015 (GOOGLE,
2015).
A análise temporal realizada permitiu avaliar as mudanças relacionadas ao terreno do parque com o passar dos anos. Fotografias aéreas dos anos de 2005, 2006, 2009, 2010, 2012 e 2015 (GOOGLE, 2005; 2006; 2009; 2010; 2012; 2015) demonstram alterações significativas nas proximidades do lago. A micro topografia é extremamente sensível às mudanças de vazões e carreamento de sedimentos provenientes de montante do Rio Belém. Nesse sentido, a região é suscetível a mudanças de forma ao longo do tempo, fato que indica a necessidade de intervenções de Engenharia para manter a funcionalidade do local.
2.2.2 Características da vegetação do Parque São Lourenço
O município de Curitiba está localizado na região Ecorregião de Floresta com Araucária, compondo o bioma da Mata Atlântica (DINIZ, 1998). Dada a urbanização, as áreas de vegetação foram quase totalmente suprimidas, restando fragmentos que atualmente, em sua maioria, integram o sistema de parques e praças do município de
A B
C D
Curitiba. O Parque São Lourenço possui pequenos remanescentes florestais sob intenso uso público, motivo este que torna indispensável seu adequado planejamento, a fim de assegurar sua conservação e uso adequado. A Prefeitura Municipal disponibiliza a lista de espécies encontradas no Parque (CURITIBA, 2009)
2.2.3 Características da bacia hidrográfica do rio Belém
O Parque São Lourenço está inserido na Bacia hidrográfica do Belém, e esta está inserida na Bacia do Alto Iguaçu (Boscardin, 2008). O rio Belém, inteiramente curitibano, tem sua nascente situada no bairro Cachoeira. As características físicas da Bacia Hidrográfica do Rio Belém estão apresentadas na Tabela 2.
TABELA 2 - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO RIO BELÉM (FENDRICH, 2002). CARACTERÍSTICA FÍSICA VALOR
ÁREA DA BACIA (KM²) 87,77 EXTENSÃO DO TALVEGUE PRINCIPAL
(KM) 17,13
PERÍMETRO DA BACIA (KM) 49,3 DENSIDADE DE DRENAGEM (KM/KM²) 1,28 ALTITUDE MÁXIMA DA NASCENTE (M) 990 DECLIVIDADE MÉDIA DA BACIA (M/M) 0,554
DECLIVIDADE ENTRE NASCENTE E
FOZ (M/M) 0,00571
Percebe-se que a bacia do Belém como um todo tem pequeno porte, com área de drenagem que resulta em um tempo de concentração da ordem de minutos. Grandezas como a área e o perímetro da Bacia são parâmetros relevantes para o projeto, uma vez que permitem a estimativa de eventos hidrológicos extremos aos quais as estruturas projetadas estão sujeitas. Com estes dados, será possível estimar a vazão de projeto.
O Rio Belém encontra-se em grande parte canalizado, em seu trecho até chegar ao parque São Lourenço. Este fator aumenta a velocidade de escoamento à montante da entrada de água no lago o que favorece processos de erosão e sedimentação. Os projetos de canalização realizados pela Prefeitura garantiram regularização do curso e possibilidade de controle de cheias do centro da cidade, mas levou à impermeabilização das margens ribeirinhas.
A região do Parque São Lourenço está situada em região de clima Subtropical Úmido com chuvas bem distribuídas durante o ano, verões amenos e geadas severas e frequentes. A temperatura média anual para a localidade do Parque São Lourenço, segundo dados do Instituto Nacional de Meteorologia, é de 16,8 ºC. De acordo também com o INMET (2015), a precipitação média mensal é de 109,2 mm, considerando uma amostragem histórica de 20 anos de observações, e a evapotranspiração é estimada entre 800 a 900 mm/ano. A média anual de precipitação para a cidade de Curitiba é cerca de 1480 mm.
2.3 FENOMENOLOGIA
O conhecimento das feições da região estudada é de essencial importância para o entendimento dos processos desestabilizantes, bem como da prescrição de medidas para o seu tratamento. Dessa forma, foram aferidas em campo as medidas apresentadas na Figura 5, cujo perímetro total das margens do lago a serem tratadas é de 303 m.
FIGURA 5 - LEVANTAMENTO DO PERÍMETRO DAS MARGENS, MEDIDAS EM METROS.
Para aferir a velocidade média, as medições em campo foram feitas de maneira expedita com flutuadores no canal de entrada do rio no lago do parque São Lourenço (Figura 6). Com base no tempo médio, se calculou a velocidade média do flutuador. Devido aos efeitos da distribuição de velocidades de acordo com a profundidade, o valor obtido para as velocidades necessita ser corrigido. Uma boa aproximação é através de funções logarítmicas. Nesse caso, as velocidades médias são divididas pelo coeficiente 0,8 (LEOPOLD, 1994).
Foram cronometrados os tempos que o flutuador levou para percorrer uma distância de 5 m em 6 medições no primeiro dia e 9 medições no segundo dia. Os
49,3 m 38,5 0 4,8 32,0 19,6
valores medidos em campo, as velocidades calculadas e as velocidades corrigidas são apresentadas na Tabela 3.
FIGURA 6 - MEDIÇÃO DA VELOCIDADE DO RIO NO CANAL DE DESPEJO NO LAGO DO PARQUE SÃO LOURENÇO EM 05/10/2015.
TABELA 3 - VELOCIDADES AFERIDAS.
Dia Tempo médio (min) Velocidade média (m/s) Velocidade corrigida (m/s) 05/10/2015 1,996 0,052 0,065 24/11/2015 2,817 0,0296 0,037
A medida da velocidade permitiu concluir que os efeitos de erodibilidade não são suficientes para ocasionar os problemas identificados no lago, tais como movimentos de massa e deslizamento de margens. Ainda que as medidas não tenham sido feitas em épocas de cheias, visitas feitas em períodos de chuvas intensas, no dia 24/11/2015 (Figura 7), mostram que as velocidades no lago não são significativamente superiores. Percebeu-se, por outro lado, um aumento significativo no nível da linha de água tanto no canal de entrada quanto no corpo do lago (Figura 8).
Para o dimensionamento ao longo do projeto básico, o valor da vazão máxima de projeto será verificado por estudos hidrológicos para garantir valores confiáveis.
FIGURA 7 - ÍNDICES PLUVIOMÉTRICOS PARA O MÊS DE NOVEMBRO DE 2016, COM DESTAQUE PARA OS DIAS 23 E 24.
FIGURA 8 - SITUAÇÃO DO LOCAL NO DIA 24/11/2015. PERCEBEU-SE UM AUMENTO SIGNIFICATIVO NO NÍVEL DA LÂMINA D'ÁGUA.
Conforme observado a partir da medição expedita da velocidade do curso de água, as margens do lago sofrem com assoreamento constantemente, fato que aumenta o tamanho da ilhota e exige trabalhos de dragagem para não impedir o escoamento superficial. O ábaco de Hjulstrom (1935) (Figura 9) permite aferir, a partir da velocidade do curso, o tamanho mínimo de partículas que sedimentarão no local. Além disso, é possível aferir que a velocidade necessária para romper eventuais forças coesivas dos materiais das margens e manter a partícula junto ao fluxo de água é muito maior do que para que apenas seja mantido o último estágio. Entretanto, o maior problema relacionado a este fato é a presença de lentes de solo granular que, quando retirados das margens, retiram a sustentação dos solos.
FIGURA 9 - ÁBACO DE HJULSTROM. (HJULSTRÖM, 1935).
A partir do cruzamento dos dados, observa-se que para a velocidade do primeiro dia, partículas com diâmetro a partir de 0,9 mm depositam-se no leito do curso d’água, enquanto para o segundo dia partículas com diâmetro superior a 0,5 mm são as que sedimentam. A classificação brasileira para solos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1995) permite classificar os solos que
sedimentam como areias grossas. Ou seja, todas as partículas de granulometria igual ou inferior a uma areia grossa tendem a sedimentar no lago.
Dentre os principais processos de instabilidade do local, aponta-se o deslocamento de solos das margens, por deslizamento. Observam-se três causas principais para a perda de estabilidade: a composição dos solos, os problemas de drenagem e a presença de lentes de material granular.
Percebe-se relativa estabilidade geotécnica nas margens no perímetro do lago fora da região aqui estudada. Acredita-se, portanto, que a instabilidade se deve à sedimentação de material nas margens, a qual define a composição de seu solo ao longo do tempo. Isso pode dever-se a constante deposição de solo proveniente de dragagem (Figura 10) e à drenagem deficiente no entorno, provocando problemas de infiltração e gradientes críticos nos solos (Figura 11).
FIGURA 10 - COMPOSIÇÃO VARIEGADA DO SOLO ANALISADO. TIRADA EM 05/10/2015.
FIGURA 11 - ACÚMULO DE ÁGUA NO ENTORNO DA MARGEM COM PRESENÇA DE ÓXIDO DE FERRO. TIRADA EM 05/10/2015.
Nota-se, em alguns pontos, grande dificuldade para que a água superficial e subsuperficial possam escoar para o interior do lago. Constata-se que o principal fator que impede o escoamento é a condição natural de baixa permeabilidade do solo local, silto-areno-argiloso. Esta condição, aliada à presença de lentes de solo mais permeável, proporcionam as instabilidades verificadas.
O problema da drenagem é maximizado pelas mantas geotêxteis, cheias de sedimentos retirados do fundo do lago (Figura 12). Esta barreira foi utilizada para estabilização das margens, posicionadas no entorno do lago.
FIGURA 12 – MANTAS GEOTÊXTEIS COM SOLO ENVELOPADO USADAS PARA A ESTABILIZAÇÃO DAS MARGENS. FOTOGRAFIA TIRADA EM 05/10/2015.
Estas estruturas foram instaladas pela Prefeitura para minimizar os problemas de instabilidade geotécnica. Embora, em sua condição original, esses elementos não sejam necessariamente impermeáveis, o solo de preenchimento usado foi retirado por dragagem do fundo do lago. Este material apresenta baixa permeabilidade e, assim como o solo de contato, é muito fino e acaba por colmatar os poros da manta. Este fenômeno pôde ser observado em campo.
A composição granulométrica do solo local induz à baixa percolação de água, a qual é potencializada pelo uso das estruturas geotêxteis. Esse fato, associado à baixa resistência dos solos de aluvião variegados e à presença de lentes granulares facilmente erodíveis, fazem com que a margem não seja capaz de resistir adequadamente às solicitações (Figura 13).
FIGURA 13 - PROCESSO DE MOVIMENTAÇÃO DE MASSA PRÓXIMO A UM DOS TUBOS DE DRENAGEM PRESENTES NO PARQUE.
Visto que esses dois fatores afetam de maneira mais intensa o local, a intervenção escolhida deve, obrigatoriamente, estabilizar de modo efetivo os maciços
quanto à resistência e quanto à drenagem. A Figura 14 mostra as manifestações levantadas em ambas as margens analisadas.
FIGURA 14 - PRINCIPAIS MANIFESTAÇÕES ENCONTRADAS NAS INSPEÇÕES DE CAMPO REALIZADAS NO PARQUE SÃO LOURENÇO.
2.3.1 Condição da margem direita
Atualmente, o lago tem toda a sua margem coberta pelos bags de sedimentos, colocados na tentativa de contornar os problemas crônicos de instabilidade geotécnica. Observou-se que o principal problema, especialmente na margem direita, é o grande acúmulo de água no terreno. Em locais diversos, verificou-se que a capacidade do solo de infiltrar a água não era suficiente frente às chuvas. Dessa forma, a saturação do solo reduz sua tensão efetiva e aumenta o peso do maciço, diminuindo a capacidade de resistência do material (Figura 15).
FIGURA 15 - FOTOGRAFIA DA MARGEM DIREITA, TIRADA EM 24/11/2015 E PROBLEMAS DE DESLIZAMENTO.
Há evidências de processos de movimentação de massa constantes na margem direita. Todo o talude de entorno da margem encontra-se instável, com suas tensões não sendo suportadas adequadamente pelas estruturas de terra. O processo de desprendimento do solo vem se expandindo talude acima, afetando até a pista de
cooper do Parque – um de seus principais atrativos.
Foram observadas algumas obras provisórias que visavam melhorar as condições de drenagem do local. Espaços para a circulação de água foram completados com pedregulhos, que permitiriam o escoamento das águas superficiais. Entretanto, o processo encontra-se comprometido, devido aos já mencionados problemas referentes à impermeabilização das margens, ocasionando acúmulos de água que comprometem a utilização do parque (Figura 16).
FIGURA 16 - GRANDE ACÚMULO DE ÁGUA NO ENTORNO DA MARGEM DIREITA. FOTOGRAFIA TIRADA EM 16/09/2016.
2.3.2 Condição da margem esquerda
De forma semelhante, a margem esquerda da zona de estudo está toda coberta pelas estruturas em material sintético completados com material retirado do leito do lago durante sua dragagem (Figura 17). Na mesma figura, é possível ver o acumulo de água atrás das estruturas geotêxteis, mostrando sua impermeabilidade. Em vários pontos, observam-se cicatrizes de movimentação das massas nos taludes das margens do lago, afetando seu potencial paisagístico.
FIGURA 17 – PROBLEMAS NO ESCOAMENTO DA ÁGUA PROPORCIONADO PELAS MANTAS. 18/11/2015.
Nesta margem, as obras de drenagem são mais desenvolvidas. Há, também, uma nascente de curso perene neste local cujo deságue no lago é feito por duas tubulações em concreto armado com diâmetros de 80 e 40 cm.
2.4 INTERVENÇÕES POSSÍVEIS
Com base nos dados levantados, é possível apresentar intervenções adequadas para lidar com a fenomenologia observada nas margens do Parque São Lourenço. Este levantamento foi feito através da consulta à bibliografia relacionada aos problemas observados. A ideia central das soluções consiste no aumento da capacidade de carga das margens, evitando sua perda de equilíbrio. Nesse panorama, faz-se necessário o uso de obras que melhorem tanto a resistência quanto a drenagem superficial e subsuperficial do solo do local.
Entre as obras que podem ser aplicadas para solução do problema de resistência do solo estão:
• Enrocamento vegetado • Parede krainer • Gabião vegetado • Retaludamento vegetado • Geotêxtil vegetado • Esteira viva • Trança viva • Capim vetiver
Para solucionar o problema de drenagem, podemos propor: • Plantio de banquetas
• Cilindros inertes
• Canaletas com feixes vivos • Trincheiras drenantes
Além destas, ainda se aponta as soluções inertes e a não intervenção.
2.4.1 Enrocamento vegetado
Consiste no enrocamento tradicional aliado com a inserção de plantas entre os espaços dos blocos de rocha ( ZEH, 2010) (Figura 18). Essa intervenção aumenta a capacidade resistente do talude frente a movimentações de massa quanto à ação de processos de erosão de margens pelo fluxo de água. Além disso, permite a percolação de água através do maciço e flexibilidade no caso de possíveis movimentações do solo (ZEH, 2010). Para o uso adequado dessa técnica devem ser utilizadas plantas com rusticidade para se desenvolverem nas condições afogamento em parte do tempo e que sejam capazes de desenvolver raízes em solo saturado. Como o local não apresenta rochas em ocorrência natural, a técnica pode ter custo elevado e não ser integrada de modo completo ao meio.
FIGURA 18 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO ENRONCAMENTO VEGETADO. (ZEH, 2010).
2.4.2 Parede Krainer
Trata-se de uma estrutura de madeira composta por um conjunto de longarinas (Figura 19), transversinas e calços que são dispostos alternadamente em forma de fogueira ( ZEH, 2010). Os espaços existentes entre as transversinas – também conhecidos como gavetas – são preenchidos com solo e material vivo (mudas, ramos ou estacas com capacidade de reprodução vegetativa)
(DURLO;SUTILI, 2005). A estrutura auxiliar de madeira tratada com diâmetro de 20 cm a 30 cm (ZEH, 2010) permite a proteção da vegetação no período de adaptação da obra.
FIGURA 19 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA PAREDE KRAINER SIMPLES (A) E PAREDE KRAINER DUPLA (B). (DURLO ; SUTILI, 2005).
A instalação da Parede Krainer exige a escavação das margens para que a estrutura seja encaixada no talude a ser estabilizado, aumentando as alterações no ambiente natural e a necessidade de espaço físico para execução da estrutura. A largura máxima, no topo da estrutura, é de 1,0 m a 1,5 m ( DURLO;SUTILI, 2005) e a inclinação usual do da face da Parede é 1:5 ( DURLO;SUTILI, 2005). A estrutura pode assumir sua forma mais simples no caso de apoio para tratamentos com geotêxtil vegetado ou esteiras vivas, tendo altura de 15 a 30 cm. Compra de solo pode aumentar o custo desse tipo de intervenção. São necessários, também, estudos de fertilidade do solo para adequação das plantas.
2.4.3 Gabião vegetado
É mais complexa do ponto de vista técnico e econômico, quando comparada ao enrocamento vegetado. Consiste basicamente na execução de uma contenção do formato gabião complementada por um tratamento vegetativo com funções estruturais (ZEH, 2010). As estacas utilizadas para a revegetação devem ser compridas o suficiente para atingir o solo no qual a planta se fixará, além de esta não poder possuir diâmetros muito elevados (Figura 20). Caso isso ocorra, poderão danificar a estrutura do gabião e comprometer a segurança da obra.
FIGURA 20 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO GABIÃO VEGETADO. (ZEH, 2010).
Como vantagem, o gabião apresenta-se como uma contenção que se adapta muito bem ao contorno do terreno. Quando complementada pelas plantas, funciona como uma boa solução para problemas de drenagem subsuperficial já que estas retiram os excessos de água do solo contido, aliviando tensões (SCHIECHTL;STERN, 1996). Os intensos cuidados na execução e a possibilidade de impermeabilização pela presença de finos ou outros rejeitos reforçam a necessidade de critério na escolha desta obra.
2.4.4 Retaludamento vegetado
O retaludamento consiste em um processo físico de alteração da inclinação de um talude (Durlo & Sutili, 2005). Para este caso, propõe-se a diminuição da inclinação (Figura 21) das margens a fim de que o solo possa, por si só e sem o auxílio de uma estrutura, suportar os esforços aos quais é submetido (Durlo & Sutili, 2005). Embora seja um procedimento de fácil execução, é invasivo ao ambiente natural e necessita de tratamento posterior do solo modificado através da aplicação de biomantas. Estes materiais permitem a semeadura e o crescimento de plantas que auxiliarão o solo a manter a margem estável. Além desse fato, o retaludamento necessita de uma grande área disponível para execução.
FIGURA 21 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO PROCESSO DE RETALUDAMENTO. (DURLO ; SUTILI, 2005).
2.4.5 Plantio de Banquetas
São utilizadas estacas com capacidade de enraizamento e brotação ou mudas já enraizadas ( DURLO;SUTILI, 2005). A proteção inicial das plantas não é tão acentuada como no caso de uma Parede Krainer, ficando a técnica limitada à pequenas inclinações do talude, sem possibilidade de inundação. A obra é realizada em cortes longitudinais que formam plataformas (Figura 22) nas quais são enraizadas plantas ou estacas germinativas com características estruturais (DURLO;SUTILI, 2005). Essa técnica pode ser aliada a outras da Engenharia Natural ou tradicional, melhorando em grande parte a drenagem subsuperficial ao fornecer um canal de escoamento e absorção da água do solo. Para melhor fixação das plantas ao talude, podem ser colocados troncos ou pedras na base das estacas antes de aterrá-las (DURLO;SUTILI, 2005). O custo e os impactos ligados à essa proposta são menores em relação às outras soluções embora demande grande quantidade de material vegetal.
FIGURA 22 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO PLANTIO EM BANQUETAS. (DURLO ; SUTILI, 2005).
2.4.6 Geotêxtil vegetado
Consiste na utilização de um geotêxtil (Figura 23) vegetado para recobrimento da margem (DURLO;SUTILI, 2005). O geotêxtil protege as sementes até o período de vegetação após o qual a intervenção não precisa de maiores cuidados.
FIGURA 23 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO GEOTÊXTIL VEGETADO. (ZEH, 2010).
Apresenta dois grandes problemas: a necessidade, na grande maioria dos casos, de retaludamento para redução da inclinação e o fato de não resolver problemas relacionados à drenagem subsuperficial e resistência à movimentações profundas de solo (ZEH, 2010). Para tais problemas, deve-se atentar para o tipo de planta utilizado na vegetação. Sobretudo, deve-se considerar o fato de que dificilmente mantas geotêxteis são biodegradáveis, podendo-se optar pelo uso de biomantas (ZEH, 2010). É necessário a proteção da base da obra com rochas ou estruturas de madeira na forma de uma parede Krainer simples.
2.4.7 Esteira Viva
Consiste em estender uma grande quantidade de material vegetal longitudinalmente ao longo do talude (DURLO;SUTILI, 2005). A base destas plantas deve ser enterrada a uma profundidade de aproximadamente 20 cm adentrando o curso de água (DURLO;SUTILI, 2005). Todo o comprimento da vegetação deve ser fixado junto ao talude até o crescimento das plantas. As esteiras vivas podem suportar tensões de erosão de até 50 N/m² aumentando até 150 N/m² após dois períodos vegetativos (BEGEMANN;SCHIECHTL, 1994). Exige uma quantidade muito grande de material vegetal com propriedades biotécnicas adequadas (Figura 24).
FIGURA 24 - VISTA EM CORTE DE UMA ESTEIRA VIVA APÓS O BROTAMENTO. (DURLO ; SUTILI, 2005).
2.4.8 Trança Viva
As tranças vivas são soluções alternativas da Bioengenharia de Solos que consistem em um elemento estrutural composto com a própria planta. Os feixes vivos são trançados para promover o travamento e fixados com estacas nas margens (Figura 25). Promovem a proteção das margens da ação erosiva das águas além e aliviam tensões ao efetuar escoramento. É consideravelmente mais barata que a Parede Krainer, contudo não exerce a função estabilizadora de muro de gravidade que a parede possui.
FIGURA 25 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UMA TRANÇA VIVA. (ZEH, 2010).
No caso das tranças, não há necessidade de escavação do terreno, apenas sua fixação em uma banqueta de 30 cm a 50 cm (REY, 2011), o que diminui o impacto e os custos da intervenção. Utiliza, por definição, pouco material inerte e grande quantidade de material vivo. Ao mesmo tempo que esta característica se apresenta como vantagem no contexto da Engenharia Natural, pode tornar a obra inviável caso a disponibilidade de material vivo seja limitada. Nesse caso, pode-se optar pelo uso
de paliçadas vivas que permitem o uso de mudas. Outra limitação das tranças vivas está relacionada à altura do talude, podendo ser utilizada apenas em contextos que envolvam pequenas alturas, entre 70 cm e 1 m (REY, 2011).
2.4.9 Cilindros Inertes
Os cilindros inertes são feixes constituídos por fibras vegetais desidratadas (Figura 26) que podem passar por um processo de prensagem (Durlo & Sutili, 2005). Tal cilindro é muito flexível e resistente e seu uso é adequado como complemento de outras obras por permitirem a passagem de água, sendo passível de uso enquanto dreno profundo. Sua grande capacidade de reter umidade o torna muito apropriado para utilização em contextos de Engenharia Natural e a médio prazo na solução de problemas com drenagem subsuperficial do terreno. Para que o feixe permaneça mais seguramente na posição pretendida, pode-se aumentar seu peso pela inclusão de pedras em sua parte central (DURLO;SUTILI, 2005).
FIGURA 26 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UM CILINDRO INERTE. (DURLO ; SUTILI, 2005).
2.4.10 Canaleta com Feixes Vivos
A utilização de canaletas para condução da água das chuvas é uma solução adequada para resolver problemas de acúmulo superficial de água (Figura 27). Essa obra utiliza longos e fortes feixes vivos combinados com feixes mortos para fixação dos primeiros (DURLO;SUTILI, 2005). Podem ser colocados em valas que podem ou não estar protegidas por elementos inertes. Com o crescimento das plantas, a função de drenagem é aprimorada. Este tipo de intervenção também é usado em conjunto com outras obras de Engenharia Natural e depende da quantidade de material vegetal disponível.
FIGURA 27 - IMPLANTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UM FEIXE VIVO PARA DRENAGEM. (DURLO;SUTILI, 2005).
2.4.11 Trincheiras Drenantes
Geralmente possuem de 0,30 m a 0,50 m de profundidade e de 0,20 m a 0,40 m de largura (ZEH, 2010). A solução constitui um dreno longitudinal, geralmente utilizado em taludes, para dar destino à água superficial e subsuperficial. As trincheiras são de rápida execução, com drenagem rápida e durável. A estrutura, entretanto, é extremamente sensível à movimentações (ZEH, 2010). Os drenos horizontais melhoram a estabilidade das massas de solo pelo alívio da poropressão, além de interceptar a urgência superficial e conduzir água para fora das zonas críticas (GUERRA et al., 2014). A drenagem subsuperficial, por sua vez, é tratada pela profundidade das trincheiras (GUERRA et al., 2014). A literatura fornece diversos métodos de execução, como mostrado na Figura 28.
FIGURA 28 - ESQUEMA DOS POSSÍVEIS MÉTODOS PARA EXECUÇÃO DE TRINCHEIRAS DRENANTES. (ZEH, 2010).
2.4.12 Capim vetiver (Chrysopogon Zizanioides)
O vetiver é uma gramínea presente em regiões de clima tropical e subtropical. Seu porte é de 1,5 m a 2,0 m de altura. As raízes do Capim Vetiver (Figura 29) podem atingir até 5 m de profundidade, dependendo do substrato em que for plantado
(Chaves, 2013). O sistema radicular profundo faz da planta vetiver extremamente tolerante à seca e de difícil extração por força da correnteza (Truong, VAN Tan, & Pinners, 2008). Apesar de ser uma planta de clima tropical, pode prosperar em regiões extremamente frias – apesar de fazê-lo com maior lentidão na ocorrência de geadas (Truong et al., 2008). É adaptável a qualquer tipo de solo, sendo utilizado como barreira na retenção de sedimentos, na proteção contra a erosão superficial e no incremento da resistência do talude (Truong et al., 2008).
FIGURA 29 - PLANTA DE CAPIM VETIVER (VETIVERIA ZIZANIOIDES). (CHAVES, 2013).
2.4.13 Soluções inertes
Soluções puramente inertes podem ser utilizadas para solucionar os problemas das margens do lago do Parque São Lourenço. Como prováveis estruturas de contenção passíveis de uso, constam muros de concreto ciclópico, muros de gabião simples, muros de saco com solo-cimento, muros de gravidade e enrocamento puro utilizando rochas.
Para solucionar questões de drenagem, são soluções convencionais sarjetas e valas em concreto ou com revestimento simples em gramíneas, trincheiras de infiltração tradicionais e valas convencionais (Silveira, 2002). Vale ressaltar, entretanto, que não são soluções ideais para o caso de um Parque Municipal localizado em um grande centro urbano. O contexto de utilização do local exige que as estruturas de contenção estejam o mais adaptas possível ao ambiente natural.
2.4.14 Não intervenção
O Parque São Lourenço apresenta, desde a sua implantação, problemas relacionados à instabilidade das margens de seu lago artificial, conforme documento históricos do IPPUC. Nestes mais de quarenta anos, o processo de desestabilização
não comprometeu e utilização do local, embora tenha dificultado seu melhor uso pela sociedade. Desse modo, a não intervenção apresenta-se como uma possível e não invasiva alternativa para a questão aqui tratada. Entretanto, é importante considerar que o avanço dos processos erosivos e de movimentos de massa vem comprometendo, nos últimos anos, o escoamento superficial do lago, exigindo processos de dragagem constantes. Além disso, os processos aparentam estar avançando sobre os locais mais importantes do Parque, como a pista de cooper e o estacionamento localizado na porção norte.
Condicionar os problemas identificados no Parque à não intervenção acarreta em aceitar a perda das áreas públicas por deslizamentos de terra e a perda de grandes espaços destinados ao lazer, aproveitamento social e à drenagem. Desse modo, esta opção inviabiliza a utilização da região em diversas atividades para as quais o parque foi idealizado.
2.5 PRESCRIÇÃO DE AQUISIÇÃO DE INFORMAÇÕES ADICIONAIS
Das soluções levantadas na seção 2.4 (Intervenções possíveis), constata-se que todas são tecnicamente viáveis. Contudo, é necessária uma maior compreensão das condições locais para que se possa optar pela solução de maior eficácia e eficiência.
Dessa forma, recomenda-se adquirir as seguintes informações:
• Características mecânicas do solo, aferidas por ensaios de caracterização e resistência laboratoriais e, se possíveis, sondagens in loco. Dos ensaios laboratoriais se destaca: ensaios de caracterização, permeabilidade, cisalhamento direto. Das sondagens in loco se destaca a investigação a percussão (SPT);
• Características mecânicas das plantas presentes nos arredores do parque, de plantas nativas da região em geral e de plantas de interesse para Engenharia Natural. Ressalta-se a importância destes dados, uma vez que as plantas são os principais elementos estruturais de uma obra de Bioengenharia de Solos.
• Características de fertilidade do solo da região, para se identificar a necessidade ou não de correções no solo para viabilizar a germinação das plantas das soluções propostas;
• Características geométricas do lago, como as seções transversais ao longo de todo o corpo hídrico e do canal de entrada, assim como as feições dos taludes de margem. Essas informações serão importantes para se compreender como o lago se comporta em condição de cheia.
