TÍTULO: PAVIMENTOS PERMEÁVEIS PARA DRENAGEM DE ÁGUA E DIMINUIÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL

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TÍTULO: PAVIMENTOS PERMEÁVEIS PARA DRENAGEM DE ÁGUA E DIMINUIÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL

TÍTULO:

CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:

ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA ÁREA:

SUBÁREA: Engenharias SUBÁREA:

INSTITUIÇÃO(ÕES): UNIVERSIDADE DE MARÍLIA - UNIMAR INSTITUIÇÃO(ÕES):

AUTOR(ES): TAYLAINE YOKO ARIMOTO AUTOR(ES):

ORIENTADOR(ES): MARCIO FERNANDO LUNARDELLI COIADO ORIENTADOR(ES):

COLABORADOR(ES): SALIONI AREIA E PEDRA COLABORADOR(ES):

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1. RESUMO

A presente pesquisa constituiu-se na produção de blocos de concreto permeáveis, afim de analisar suas propriedades, e assim contribuir para futuras pesquisas e aplicações.

O pavimento apresentado, é constituído por blocos intertravados, fabricados com agregados de granulometria aberta, o que confere permeabilidade ao pavimento. Por ser capaz de absorver totalidade, ou quase totalidade da água pluvial, o pavimento permeável é bastante funcional, podendo ser utilizado não apenas como pavimento, mas ainda, como uma técnica compensatória de drenagem urbana, diminuindo assim o escoamento superficial, e consequentemente, risco de enchentes, inundações e alagamentos.

Palavras-chave: Drenagem urbana. Pavimento permeável. Blocos intertravados.

1. INTRODUÇÃO

O aumento das áreas com superfícies impermeáveis, causado pelo acelerado desenvolvimento urbano, tem afetado diretamente os processos hidrológicos, aumentando os riscos de enchentes, inundações e alagamentos. Outra circunstância a se considerar, é a deficiência do sistema público de drenagem, que objetiva a se livrar da água pluvial o mais rápido possível, transferindo o pico de cheia para jusante e consequentemente acelerando o escoamento.

Aumentar as superfícies permeáveis pode não ser a solução total dos problemas, mas contribui significantemente na quantidade e qualidade do escoamento. O pavimento permeável, combinado a um sistema de captação de água, pode contribuir para a reutilização de água pluvial.

2. OBJETIVOS

Visando melhorias referente ao sistema de drenagem urbana, diminuição do índice de enchentes e qualidade do escoamento pluvial, a presente pesquisa partiu de uma inquietude e teve como objetivo desenvolver um estudo e fabricação de blocos de concreto permeáveis para pavimentação.

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A metodologia utilizada nesta pesquisa constitui-se na fabricação de blocos de concreto permeáveis para pavimentação. Os blocos foram produzidos após estudo de normas e pesquisas já existentes sobre o tema, pois os mesmos auxiliam, como também permitem explorar áreas pouco citadas anteriormente.

4. DESENVOLVIMENTO

A fabricação dos blocos aqui apresentados, e todos os ensaios foram realizados no laboratório da “Unimar”, que dispunham dos equipamentos mínimos necessários.

Para a fabricação dos blocos, foram utilizados os seguintes materiais: • Brita 0;

• Pedrisco de seixo rolado; • Areia grossa;

• Cimento CPII Z – 32, fabricado pela InterCement. 5. RESULTADOS

5.1 Moldagem dos blocos de concreto

As dimensões dos blocos de concreto fabricados, seguem as especificações previstas no item 5.2 da norma ABNT NBR 9781, para aplicação em vias com tráfego leve.

A proporção de cada mistura foi baseada em pesquisas feitas anteriormente, e adequadas após método de tentativa e erro. As proporções escolhidas estão especificadas nas Tabelas 1 e 2.

Tabela 1 - Lote A - Brita. Produção 16/03/2018 Granulometria agregado Relação cimento/ agregado Relação cimento/areia Relação água/ cimento Nº de blocos Cimento (g) Agregado (g) Água (g) Areia (g) Entre 19 mm e 9,5 mm 1:3,6 1:0,4 1:0,45 3 2010 9440 720 1230

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Entre 19 mm

e 9,5 mm 1:4 - 1:0,45 3 1690 9310 630 - Entre 9,5 mm

e 4,75 mm 1:4 - 1:0,45 3 1650 8540 630 -

Tabela 2 - Lote B – Seixo. Produção 16/04/2018 Granulometria agregado Relação cimento/ agregado Relação cimento/areia Relação água/ cimento Nº de blocos Cimento (g) Agregado (g) Água (g) Areia (g) Entre 9,5 mm e 4,75 mm 1:4 1:0,4 1:0,45 3 2030 9020 720 1280 Entre 9,5 mm e 4,75 mm 1:4 - 1:0,45 3 1850 8730 630 - 5.2 Absorção de água

A determinação da absorção de água das peças de concreto, foi realizada conforme a norma NBR 9781 prescreve.

Para o cálculo de absorção de água, foi utilizado a Equação 1. 𝐴 = (𝑚2 − 𝑚1)

𝑚1 𝑥100 (1)

Os resultados obtidos dos blocos de brita e seixo, estão expressos na Tabela 3 e 4.

Tabela 3 – Absorção de água das peças com brita

Granulometria Adição de areia Massa bloco saturado superfície seca (g) Massa bloco seco em estufa (g) Absorção de água (%) Entre 19,0 a 9,5 mm Sim 3038 2904 4,61

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Entre 19,0 a 9,5

mm Não 2818 2713 3,87

Entre 9,5 a 4,75

mm Não 2741 2609 5,06

Tabela 4 – Absorção de água das peças com seixo

Granulometria Adição de areia Massa bloco saturado superfície seca (g) Massa bloco seco em estufa (g) Absorção de água (%) Entre 9,5 4,75 mm Sim 3003 2869 4,67 Entre 9,5 4,75 mm Não 3062 2922 4,79 5.3 Massa unitária

A determinação da massa unitária dos blocos de concreto, procedeu-se da mesma forma que a norma ABNT NBR NM 45 para agregados exige.

O cálculo de massa unitária foi realizado com o auxílio da Equação 2: 𝜌𝑎𝜌 = 𝑚 𝑣 (2) Onde: m = massa do bloco (kg); v = volume do bloco (m³).

Tabela 5 – Massa unitária das peças de concreto com brita Granulometria Adição de areia Massa bloco saturado Massa bloco seco Volume aparente

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superfície seca (g) em estufa (g) (análise dimensional) (cm³) Massa unitária (g/cm³) Entre 19,0 a 9,5 mm Sim 3038 2904 1620 1,79 Entre 19,0 a 9,5 mm Não 2818 2713 1577,80 1,72 Entre 9,5 a 4,75 mm Não 2741 2609 1605,98 1,62

Tabela 6 – Massa unitária das peças de concreto com seixo

Granulometria Adição de areia Massa bloco saturado superfície seca (g) Massa bloco seco em estufa (g) Volume aparente (análise dimensional) (cm³) Massa unitária (g/cm³) Entre 9,5 a 4,75 mm Sim 3003 2869 1537 1,87 Entre 9,5 a 4,75 mm Não 3062 2922 1610,00 1,81

5.4 Massa especifica real

O ensaio consiste em colocar água até o nível do registro do vertedouro; com o registro fechado, coloca-se o bloco de concreto dentro, e aguarda o nível d’água se estabilizar. Por fim, abre o registro, e verifica o peso da água que foi eliminado. Com esses dados é possível descobrir o volume real do material, ou seja, desprezando os vazios do mesmo, com o auxílio da fórmula 3.

𝑑 =𝑚 𝑣 (3)

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Tabela 7 – Massa específica real dos blocos fabricados com brita Granulometria Adição de areia Massa bloco saturado superfície seca (g) Volume real (cm³) Massa específica real (g/cm³) Entre 19,0 a 9,5 mm Sim 3038 1162 2,61 Entre 19,0 a 9,5 mm Não 2818 980 2,88 Entre 9,5 a 4,75 mm Não 2741 1084 2,53

Tabela 8– Massa especifica real dos blocos fabricados com seixo

Granulometria Adição de areia Massa bloco saturado superfície seca (g) Volume real (cm³) Massa específica real (g/cm³) Entre 9,5 4,75 mm Sim 3003 1169 2,57 Entre 9,5 4,75 mm Não 3062 1238 2,47 5.5 Índice de vazios

Com os dados obtidos no ensaio anterior, é possível calcular o volume e o índice vazios, com o auxílio da Equação 4 e 5.

𝑣𝑣 = 𝑣𝑎 − 𝑣𝑟 (4) 𝑒 = 𝑣𝑣

𝑣𝑟 (5)

Onde:

va = volume aparente (considerando os vazios) (cm³); vr = volume real (desconsiderando os vazios) (cm³); e = índice de vazios (adimensional).

Os resultados obtidos dos blocos de brita e seixo, estão expressos nas Tabelas 9 e 10.

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Tabela 9 – Índice de vazios dos blocos fabricados com brita Granulometria Adição de areia Volume aparente (análise dimensional) (cm³) Volume real (cm³) Volume de vazios (cm³) Índice de vazios Entre 19,0 a 9,5 mm Sim 1620 1162 458 0,39 Entre 19,0 a 9,5 mm Não 1578 980 598 0,61 Entre 9,5 a 4,75 mm Não 1605,98 1084 521,975 0,48

Tabela 10 – Índice de vazios dos blocos fabricados com seixo

Granulometria Adição de areia Volume aparente (análise dimensional) (cm³) Volume real (cm³) Volume de vazios (cm³) Índice de vazios Entre 9,5 4,75 mm Sim 1536,68 1169 368 0,31 Entre 9,5 4,75 mm Não 1610 1238 372 0,30 5.6 Ensaio de permeabilidade

Para este ensaio foi utilizado um permeâmetro de carga variável, que possibilita medir a capacidade hidráulica de um material poroso.

O corpo de prova é inserido no equipamento. Após, coloca-se água pelo tubo de entrada, que tem o mesmo diâmetro do corpo de prova, até atingir o topo do dreno, estando consequentemente nivelado com o corpo de prova. Em seguida, fecha-se o registro, e acrescenta-se água até atingir a altura (h1), equivalente a 29 cm. Então, o registro é aberto e o tempo que a água leva para atingir a altura (h2) é registrada.

Este procedimento foi realizado três vezes para cada corpo de prova. O coeficiente de permeabilidade foi calculado com o auxílio da Equação 6.

𝑘 = 𝐴1 𝑥 𝐿 𝐴2 𝑥 𝑡𝑥 𝑙𝑛 (

ℎ1

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Onde:

A1= área interna do tubo de entrada (m²); A2 = área interna do corpo de prova (m²); L= comprimento da amostra (m);

t = tempo (s);

h1 = altura inicial da coluna d’água (cm); h2 = altura final da coluna d’água (cm).

Os coeficientes médios dos blocos de brita e seixo, estão expressos na Tabela 11, 12, 13, 14 e 15.

Tabela 11 – Brita com granulometria entre 19,0 e 9,5 mm, e areia

Corpo de Prova Diâmetro do corpo de prova e tubo de entrada (m) Área corpo de prova e tubo de entrada (m²) Comprimento do corpo de prova (m) Coeficiente de perm. médio k (m/s) 1 0,096 0,00724 0,1 0,0232 2 0,096 0,00724 0,1 0,0142 3 0,096 0,00724 0,1 0,0273

Tabela 12 – Brita com granulometria ente 19,0 e 9,5 mm

Tabela 13 – Brita com granulometria entre 9,5 e 4,75 mm

Corpo de Prova Diâmetro do corpo de prova e tubo de entrada (m) Área corpo de prova e tubo de entrada (m²) Comprimento do corpo de prova (m) Coeficiente de perm. médio k (m/s)

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1 0,096 0,00724 0,1 0,0222

2 0,096 0,00724 0,1 0,0196

3 0,096 0,00724 0,1 0,0198

Tabela 14 – Seixo com granulometria ente 9,5 e 4,75 mm, e areia

Tabela 15 – Seixo com granulometria ente 9,5 e 4,75 mm

Corpo de Prova Diâmetro do corpo de prova e tubo de entrada (m) Área corpo de prova e tubo de entrada (m²) Comprimento do corpo de prova (m) Coeficiente de perm. médio k (m/s) 1 0,096 0,00724 0,1 0,0053 2 0,096 0,00724 0,1 0,0056 3 0,096 0,00724 0,1 0,0056 5.7 Resistência Mecânica

O ensaio para verificar a resistência a compressão, procedeu-se de acordo com o roteiro da norma NBR 9781.

Os blocos foram rompidos após de 28 dias de cura submersa. Para o cálculo de resistência média, utilizou-se as Equações 7 e 8.

𝑓𝑝𝑘, 𝑒𝑠𝑡 = 𝑓𝑝 − 𝑡 𝑥 𝑠 (7) 𝑠 = √𝛴

(𝑓𝑝 − 𝑝𝑓𝑖)² 𝑛 − 1 (8) Onde:

fp = resistência média das peças (MPa); fpi = resistência individual das peças (MPa);

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fpk, est = resistência característica estimada à compressão (MPa); n = número de peças da amostra;

s = desvio padrão da amostra (MPa); t = coeficiente de Student.

Os resultados obtidos estão expressos na Tabela 16, 17, 18, 19 e 20.

Tabela 16 – Brita com granulometria entre 19,0 e 4,75 mm, e areia

Peç a Dimensões da peça análise dimensional (mm) Carga de Ruptura Área de carregamen to (mm²) Fator multiplicati vo (p) Resistênci a à compress ão (Mpa) Comprimen to (mm) Largur a (mm) Altur a (mm ) Kg N A1 198 99 79 510 2 5003 1 15425 1 3,244 A2 199 97 79 515 2 5052 2 15425 1 3,275 A3 198 97 78 515 2 5052 2 15425 1 3,275

Resistência média à compressão - fp - (Mpa) 3,265 Resistência característica à compressão - fpk - (Mpa) 3,247

Peç a Dimensões da peça análise dimensional (mm) Carga de Ruptura Área de carregamen to (mm²) Fator multiplicati vo (p) Resistênci a à compress ão (Mpa) Comprimen to (mm) Largur a (mm) Altur a (mm ) Kg N A4 199 98 78 650 2 6376 5 15425 1 4,134 A5 200 98 79 625 2 6131 3 15425 1 3,975

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A6 197 99 80 515 2 5052 2 15425 1 3,275

Peç a Dimensões da peça análise dimensional (mm) Carga de Ruptura Área de carregamen to (mm²) Fator multiplicati vo (p) Resistênci a à compress ão (Mpa) Comprimen to (mm) Largur a (mm) Altur a (mm ) Kg N A7 200 98 80 570 2 5591 7 15425 1 3,625 A8 198 97 79 410 1 4022 1 15425 1 2,608 A9 198 98 80 516 2 5062 0 15425 1 3,282

Tabela 19 – Seixo com granulometria entre 9,5 e 4,75 mm, e areia.

Peç a Dimensões da peça análise dimensional (mm) Carga de Ruptura Área de carregame nto (mm²) Fator multiplicati vo (p) Resistênci a à compress ão (Mpa) Comprime nto (mm) Largur a (mm) Altur a (mm ) Kg N B1 198 100 97 1172 4 11497 3 15425 1 7,454 B2 199 98 81 1000 3 98100 15425 1 6,360

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B3 197 98 78 1165 4

11428

7 15425 1 7,409

Tabela 20 – Seixo com granulometria entre 9,5 e 4,75 mm

Peç a Dimensões da peça análise dimensional (mm) Carga de Ruptura Área de carregamen to (mm²) Fator multiplicati vo (p) Resistênci a à compress ão (Mpa) Comprimen to (mm) Largur a (mm) Altur a (mm ) Kg N B4 197 98 80 570 2 5591 7 15425 1 3,625 B5 200 99 78 575 2 5640 8 15425 1 3,657 B6 198 97 81 620 2 6082 2 15425 1 3,943

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os blocos de concreto em estudo apresentaram excelente condutividade hidráulica, possuindo um coeficiente de permeabilidade superior ao mínimo prescrito pela norma NBR 16416, para pavimentos permeáveis de concreto. Por outro lado, nenhum dos blocos ensaiados alcançaram a resistência mecânica mínima, de 20 MPa, para tráfego de pedestres e veículos leves, previsto pela mesma norma.

Devido ao seu formato arredondado, o seixo forneceu blocos com arestas mais definidas e menor índice de vazios (Tabela 12 e 13, para brita e seixo respectivamente).

Ao comparar blocos de granulometria idêntica (Tabela 23 e 27), é possível observar que os blocos de seixo alcançaram resistência mecânica cerca de 30%

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superior, e ainda, obtiveram maior resistência em traços contendo seixo e areia, porém, o valor chega a ser apenas 32% do exigido.

Embora o seixo possua superfície lisa, o seu formato garante maior compactação dos blocos. Outra circunstância a se considerar, o seixo contém menor quantidade de material pulverulento, em comparação a brita, um fator que afeta diretamente na resistência final do bloco.

A maior limitação do pavimento permeável é a baixa resistência mecânica, decorrente do seu alto índice de vazios. Porém apresenta grande potencial como sistema auxiliar de drenagem de água pluvial, além de ser uma solução sustentável. Se combinados e alcançados exigências referentes a resistência mecânica e permeabilidade, podem ser instalados em diversas áreas da cidade, como quadras esportivas, praças, estacionamentos e calçamento.

7. FONTES CONSULTADAS

Associação Brasileira de Normas e Técnicas. NBR NM 45 – Agregados –

Determinação da Massa Unitária e dos Volumes de Vazios. Rio de Janeiro. 2006.

Associação Brasileira de Normas e Técnicas. NBR 16416: Pavimentos Permeáveis de Concreto – Requisitos e Procedimentos. Rio de Janeiro. 2015.

Associação Brasileira de Normas e Técnicas. NBR 9781: Peças de Concreto para Pavimentação – Especificação e Métodos de Ensaio. Rio de Janeiro. 2015.

ARAÚJO, P. R., TUCCI, C. E. M., GOLDEFUM J. A. Avaliação da eficiência dos pavimentos permeáveis na redução do escoamento superficial. Instituto de Pesquisas Hidráulicas da UFRG. Porto Alegre, 2000.

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ARAÚJO, P. R., TUCCI, C. E. M., GOLDEFUM J. A. Avaliação da eficiência dos pavimentos permeáveis na redução do escoamento superficial. Instituto de Pesquisas Hidráulicas da UFRG. Porto Alegre, 2000.

CANHOLI, A,P. Drenagem Urbana E Controle De Enchentes. SÃO PAULO: OFICINA DE TEXTOS, 2005.

DELLATE, N; CLEARY, J. Developing a Structural Desingn Method for Pervious Concrete Pavement.

FERGUSON, B. K. Porous Pavements. Integrative Studies in Water Management and Land Development. Florida, 2005.

VIRGILIIS, A. l C. Procedimentos De Projeto E Execução De Pavimentos

Permeáveis Visando Retenção E Amortecimento De Picos De Cheias. 2009. 191P. Dissertação (mestrado em engenharia), departamento de engenharia de transportes, universidade de São Paulo, São Paulo, 2009.