Análise da capacidade de infiltração do pavimento intertravado de concreto na cidade
de Sinop-MT
Analysis of the infiltration capacity of interlocked concrete pavement in the city of
Sinop-MT
Geraldo Caetano de Almeida Neto 1, Luís Antônio Shigueharu Ohira 2
Resumo:O crescimento de áreas urbanas com a ocupação e pavimentação do solo, dificultam a drenagem de águas pluviais, aumentam o escoamento superficial e provocam possíveis inundações e enchentes em pontos mais baixos da bacia. A cidade de Sinop-MT possui topografia tipicamente plana em sua área urbana, que dificulta o escoamento das águas pluviais. Esta pesquisa analisa a infiltração em pavimentos intertravados existentes na cidade e seu potencial como aliado na redução do impacto da vazão de pico. O método de ensaio utilizado, ASTM C 1701, avaliando a capacidade de infiltração do pavimento intertravado e comparando com solos de permeabilidade conhecida. Os resultados da pesquisa apontam a permeabilidade do pavimento intertravado como sendo equivalente ao da areia ou ainda capacidade drenante de média a baixa. Admitindo a permeabilidade das peças de concreto com sendo nula e atribuindo a drenabilidade do pavimento as juntas entre as peças, chega-se à conclusão de que o material das camadas adjacentes ao pavimento são responsáveis pela capacidade de absorção da água que permeia por entre as juntas.
Palavras-chave:drenagem urbana; pavimento intertravado;escoamento superficial.
Abstract: The growth of urban areas with the occupation and paving of the ground, hinder the drainage of rainwater, increases superficial runoff and cause possible flooding and floods in the lowest points of the basin. The city of Sinop-MT has the typically flat topography in its urban area that hinders the flow of rainwaters. This research evaluates the infiltration in existing interlocked floors in the city and its potential as an ally in the reduction of the impact of peak flow. The used test method ASTM C 1701, evaluating the infiltration capacity of the interlocked flooring and comparing with known permeability soils. The results of the research points out that the permeability of the interlocking concrete paver as being equivalent to the sand is or even drainage capacity from medium to low.
Admitting that the permeability of the pieces of concrete as being null and assigning the drain ability of the pavement to the joints between the pieces, the conclusion is that the material of the adjacent layers of the pavement are responsible for the capacity of water absorption that permeates through the joints.
Keywords: urban drainage; interlocked floor; surface runoff. 1 Introdução
O crescimento urbano é natural e ocorre de forma continua não apenas em cidades de grade porte, mas também em pequenas cidades. Para um crescimento organizado e com boa mobilidade, as vias devem permitir a fluidez (MARTINS, 2014).
Assim, também se vê necessário executar o calçamento respeitando as normas de mobilidade para que haja um fluxo seguro dos pedestres, tendo essas calçadas, uma capacidade de drenar mínima parte das aguas pluviais que em dias chuvosos permitam a livre circulação dos pedestres de forma confortável (MARTINS, 2014).
Segundo Comelli (2011), pouco se pensou no que se diz respeito à drenagem urbana durante o processo de crescimento urbano. Para o autor, é preciso medidas que promovam uma otimização do sistema de drenagem, utilizando não apenas medidas convencionais, como, o conceito de canalização, mas também, a utilização de processos para a infiltração da água direto na fonte.
Com o intuito de amenizar os alagamentos em centros urbanos, novas ideias, que trazem o conceito de pré-urbanização, o qual utiliza métodos e dispositivos que possibilitam o aumento da infiltração e retardo no
tempo de escoamento superficial (AZEVEDO NETTO, 2011).
Deste modo, muitas áreas que dependem da drenagem convencional poderiam, com a pré urbanização, auxiliar na otimização do sistema de drenagem e aumentar a superficie util de infiltração com uso de modelos de pavimento drenante, como cobertura de solo em áreas de estacionamentos, calçamentos residênciais ou comerciais, áreas sociais e vias de condomínios com baixo fluxo de veículos e pátios.
A busca pelas condições de pré-urbanização tem sido uma tendência na drenagem urbana moderna, a qual busca desenvolver soluções que integrem diversos problemas, como exemplo a taxa de infiltração de agua no solo, a diminuição da iluminação pública e o controle da velocidade dos veículos pelo uso de pavimentos intertravados (JABUR, 2013).
As vantagens do uso de pavimentos intertravados fogem apenas do conceito de drenagem urbana, segundo os autores, o paver (pavimento intertravado) é utilizado também como ferramenta para diminuição
1 Graduando em Engenharia Civil, UNEMAT, Sinop, Brasil,
engenharia.geraldo@gmail.com
2 Mestre, Professor Adjunto, UNEMAT, Sinop, Brasil,
do consumo de iluminação pública, por propocionar um aumento de até 30% na capacidade de reflexão, se comparado com outros pavimentos (MARCHIONI; SILVA, 2011).
Alguns outros pontos notórios no uso de pavers podem ser destacados, como a facilidade de manutenção, já que o piso pode ser removido e recolocado sem causar danos às peças originalmente instaladas. O efeito estético é outra característica positiva, com a gama de formas, texturas e cores das peças. O ruído gerado pelos pneus quando entram em contato com as fendas existentes no pavimento, provocam a diminuição de velocidade dos veículos. Nesse contexto, o presente trabalho visa estudar a real capacidade drenante do paver, com a utilização do ensaio de infiltração da norma norte americana ASTM (American Society for Testing and Materials), C1701 – Standard Test Method for Infiltration Rate of in Place Pervious Concrete, levando em conta as paginações mais usuais, idade dos pavimentos, forma de execução e materiais utilizados nas calçadas de Sinop-MT.
2 Fundamentação Teórica 2.1 Drenagem Urbana
Segundo Martins (2014), as calçadas fazem parte do sistema de infraestrutura urbana, que tem como principal função propiciar mobilidade com conforto aos usuários.
Para construir calçadas com mobilidade é preciso pensar em drenagem urbana, e segundo Tucci (2001) a drenagem urbana é uma soma de medidas com capacidade para amenizar os danos causados pelas chuvas.
Tucci (2001) cita que, a urbanização está relacionada diretamente com a impermeabilização do solo, deixando evidente a importância de áreas de infiltração que possam atuar com auxiliares ao sistema de drenagem.
As enchentes em áreas urbanas são caracterizadas de duas formas por Tucci (2001), uma delas é a cheia do leito maior, onde por efeito direto das chuvas os rios e afluentes atingem o leito mais alto, como demonstra a figura 1.
Figura 1 - Leito maior. Fonte: Tucci (2003)
Outra forma de enchente é a ocasionada pela urbanização sem planejamento, ou ainda pela impermeabilização do solo, o qual diminui a parcela de água para infiltração e aumenta a demanda nas canalizações pelo maior escoamento superficial, esse
tipo de enchente se caracteriza pelo aumento da vazão máxima (TUCCI, 2003).
A figura 2, demostra os efeitos do elevado nível de escoamento superfical na cidade de Sinop-MT.
Figura 2 - Escoamento Superficial. Fonte: G1 Mato Grosso (2013)
Para que não ocorram tais enchentes, além de canalização, existem dispositivos que podem auxiliar nesse controle, dentre eles, o uso de pavimento que possibilite a infiltração de águas pluviais, o armazenamento resultante do escoamento da água da chuva de telhados em pequenos tanques residenciais (TUCCI, 2001).
2.2 Caracteristicas do Pavimento Intertravado
Uso de pavimento intertravado, remete a tempos antigos, em que se cortavam pedras para que pudessem encaixar, formando assim uma camada de pavimento sobre o solo (MACIEL, 2007).
A figura 3, demonstra o pavimento intertravado com pedras.
Figura 3 - Pavimento intertravado com pedras. Fonte: Tec Pav (2013)
Esta técnica “surgiu para substituir os tijolos de barro, o paver foi desenvolvido nos países baixos, no fim da década de 40. Após a 2° guerra mundial, a reconstrução da Europa estimulou a substituição dos blocos de argila por peças de concreto” (MARTINS, 2014, p. 19).
A coloração mais clara das peças de concreto, em relação aos demais tipos de produtos, reduz a absorção de calor na superfície do pavimento,
melhora o conforto térmico e diminui a formação das ilhas de calor nos centros urbanos, causados pela impermeabilidade do solo e uso de pavimentos escuros. A redução de temperatura pode chegar a 17ºC (ABCP, 2015).
A figura 4 representa o intertravamento dificulta que cada peça se desloque individualmente nas posições vertical, horizontal ou de rotação em relação às peças de seu entorno (ICPI, 2011).
Figura 4 - Descolamento das peças. Fonte: ABCP (2015)
A fabricação das peças pré-moldadas destinadas à pavimentação de vias urbanas, como calçadas, ruas, parques, estacionamentos, deve atender a requisitos dimensionais e de resistência à compressão de acordo com a NBR 9781 (ABNT 2013).
O efeito da distribuição dos esforços na camada de revestimento do pavimento o caracteriza como flexível (NBR 15953, 2011).
2.3 Execução dos Pavimentos intertravados
O subleito é a fundação do pavimento, o solo deste pode ser natural ou estabilizado. Para iniciar a execução do pavimento, o subleito deve estar limpo, sem qualquer tipo de materia orgânica, para a próxima etapa de nivelamento e compactação, como apresenta a figura 5 (MARTINS, 2014).
Figura 5 - Placa vibratória. Fonte: Martins (2014)
As camadas subjacentes são a base e a sub-base, sendo elas as camadas corretivas do solo. Segundo Marchioni e Silva (2011), a pavimentação intertravada para uso destinado em calçadas, sua base pode ser feita de material granular, como a areia ou areia artificial.
Ainda Marchioni e Silva (2011) dizem que, o assentamento do pavimento deve ser feito sobre uma camada regularizada, onde o coeficiente de permeabilidade seja apropiado para o solo do subleito.
Uma das grandes características dos pavimentos intertravados são as diferentes formas e modelos de assentamentos das peças. O arranjo de
assentamento das peças pode ser definido com referência dos modelos indicados nas Figuras 6 e 7.
Figura 6 -a) Fileira, b)Trama. Fonte: Adaptado pelo autor de ICPI (2011)
Figura 7 -a) Espinha de Peixe 45°, b)Espinha de Peixe 90°. Fonte: Adaptado pelo autor de ICPI (2011)
3 Materiais e Métodos 3.1 Materiais
A utilização da Norma ASTM C1701, para pavimentos de concreto permeável é justificável, pois segundo Marchioni e Silva (2011) não existe norma brasileira para este fim específico.
Esta norma norte americana indica o método e os seguintes materiais:
Cilindro com diâmetro de 30cm interno e altura mínima de 20cm, figura 8
Massa para calafetar (para vedação do fundo contato do cilindro com o pavimento)
Recipiente graduado de 1L Balde
Cronômetro
Água
Figura 8 - Cilindo com diâmetro de 30cm. Fonte: Autoria Própria (2016)
3.2 Método
O método utilizado foi baseado na Norma ASTM C1701 e no que sugere Martins (2014),
Inicialmente o pavimento é pré-molhado, despejando-se 3,6 L de água no interior do cilindro, espera-se então a água infiltrar. Isto é feito para que o solo seja saturado. Se o tempo da pré-molhagem for inferior a 30 s, utiliza-se 18 L de água no ensaio, ou novamente 3,6 l se o tempo de pré-molhagem for superior a 30s. Desta forma, o ensaio será executado repetindo-se o procedimento anterior a fim de obter o tempo que a água irá levar para infiltrar totalmente no pavimento.Na pré-molhagem e durante o ensaio, o volume de água deve ser adicionado ao cilindro mantendo-se um fluxo constante, deve-se manter a altura de água dentro do cilindro entre 10 mm e 15 mm O coeficiente de permeabilidade é obtido através da Lei de Darcy, segundo a equação (MARTINS, 2014, p. 35).
3.3 Formulação
A fórmula sugerida e utilizada por MARTINS (2014) é a equação da Lei de Darcy, sendo a seguinte:
T
2D
MK
=
I
(Equação 1) Onde: I=Coeficiente de Infiltração (m/s) M=Massa de água infiltrada (kg) D= Diâmetro interno do cilindro (mm)t= Intervalo de tempo entre adição da água e seu desaparecimento na superfície
K=Constante= 4.583.666.000
Com a obtenção dos valores de coeficiente de infiltração de cada pavimento, foi utilizada a tabela 1, como sugere Jabur (2013), com valores típicos de permeabilidade dos solos.
Tabela 1- Valores típicos de permeabilidade dos solos Tipo Solo I
(m/s) Permeabilidade Brita >10-3 Alta
Areia de brita, areia limpa, areia fina 10
-3 a 10-5 Média
Areia, areia suja e silte arenoso 10
-5 a 10-7 Baixa
Silte, silte argiloso 10-7 a 10-9 Muito Baixa
Argila <10-9 Praticamente
Impermeável Fonte: Adaptado pelo autor de DNIT (2006).
Com os resultados extraídos dos ensaios foi feita uma comparação com os valores típicos de permeabilidade
dos solos e avaliou-se a permeabilidade do pavimento com variação de paginação, idade, tráfego e método executivo de pavimento para pavimento.
3.4 Realização dos ensaios
Com base na fundamentação teórica obteve-se entendimento para definição dos locais de ensaios assim como outros importantes aspectos como: Tráfego: locais com maior trafego apresentam resultados de pavimentos com maior tempo de compactação.
Paginação: o layout pode apresentar maior área entre peças, com alteração ou não da área de infiltração Método executivo: conhecimento do método utilizado para construção do pavimento com variação da infiltração em função das camadas de base e sub-base.
Idade do pavimento: com maior tempo de uso o pavimento pode passar a ter menor capacidade de infiltração entre as peças, justificado pelo efeito de colmatação.
Segundo Marchioni e Silva (2011), o espaçamento mínimo entre os pontos testados é de 1,00m para mesmo pavimento, ou intervalo de 24 horas entre os testes. Esta situação ocorreu nos locais 1 e 2 devido à grande extensão do pavimento.
3.5 Locais de realização do ensaios
Local 1: Rua Alcides Faganelo, bairro Jardim Europa, com baixo tráfego de veículos e baixo fluxo de pedestres, com juntas entres peças de 3,0 a 4,0 mm, pavimento com idade estimada de 10 anos.
Coordenadas:11°50’24’’ S 55°31’33’’ O.
Figura 9 - Rua Alcides Fagnelo. Fonte: Autoria Própria (2016)
Local 2: Canteiro central da Avenida dos Tarumãs, bairro Centro, com médio tráfego de veículos e alto fluxo de pedestres, juntas entre peças de 3,0 a 4,0 mm, pavimento com idade estimada de 1 ano. Coordenadas: 11°51’46’’ S 55°30’40’’ O.
Figura 10 - Canteiro central da av. dos Tarumãs. Fonte: Autoria Própria (2016)
Local 3: Pátio de estacionamento de uma agência bancária, na Avenida das Jacarandas, bairro Centro, médio tráfego de veículos e médio fluxo de pedestres, juntas entre peças de 3,0 a 4,0 mm, pavimento com idade estima de 1 ano.
Coordenadas: 11°51’51’’ S 55°29’58’’ O.
Figura 11 - Pátio de estacionamento de uma agência bancaria. Fonte: Autoria Própria (2016)
Local 4: Passeio público, na Avenida das Figueiras, bairro Centro, com baixo tráfego de veículos e alto fluxo de pedestres, juntas entre peças de 3,0 a 4,0 mm, pavimento com idade estima de 5 anos.
Coordenadas: 11°51’7’’ S 55°30’32’’ O.
Figura 12 - Passeio publico na Av. das Figueiras. Fonte: Autoria Própria (2016)
Local 5: Pátio de estacionamento de uma loja departamentos na BR 163, bairro Setor Industrial Sul, com médio tráfego de veículos e médio fluxo de pedestres, juntas entre peças de 3,0 a 4,0 mm, pavimento com idade estima de 2 anos.
Coordenadas: 11°51’20’’ S 55°26’35’’ O.
Figura 13 - Pátio de estacionamento de uma loja de departamentos. Fonte: Autoria Própria (2016)
3.6 Apresentação dos resultados
Seguindo a ordem de execução dos ensaios, a Tabela 2 apresenta os resultados obtidos.
Tabela 2 - Resultados obtidos
Data Local Vol. De Água ( L) Tempo (s) I (m/s) 31/03/2016 1 3,6 7992 6,37x10-6 31/03/2016 1 3,6 8054 6,32x10-6 31/03/2016 2 3,6 6551 7,77x10-6 31/03/2016 2 3,6 6030 8,44x10-6 01/04/2016 3 3,6 3450 1,47x10-5 01/04/2016 3 3,6 3303 1,54x10-5 01/04/2016 4 3,6 2010 2,53x10-5 01/04/2016 4 3,6 2209 2,30x10-5 02/04/2016 5 3,6 5340 9,53x10-6 02/04/2016 5 3,6 5859o 8,69x10-6
Nota: Sendo I(m/s) inflitração. Fonte: Autoria Própria (2016)
Ao analisar os valores de infiltração na Tabela 2, observa-se que os pavimentos mais recentes apresentam um sutil aumento de permeabilidade em relação a pavimentos mais antigos, nos locais 1 e 3, onde houve maior variação. Esta comparação é mais notada, devido ao efeito de colmatação, em função do tempo de uso do pavimento, portanto deve-se considerar a manutenção (varrição e limpeza das juntas) durante a vida do pavimento.
Quanto ao tráfego, não houve variação significativa na infiltração, observa-se esta situação nos locais 1 e 2, que possuem tráfego diário similar. Os locais 3 e 4 apresentaram resultados satisfatórios. Em relação à tabela de infiltração apresentada, o local 3, com pavimento novo com e pouco efeito de colmatação, e o local 4 com pavimento antigo, porém com manutenção constante.
Em relação às paginações, observa-se pouca variação quanto à infiltração, como demonstra a Tabela 3, onde as áreas entre as juntas por onde a água infiltra, não sofrem grandes variações.
Tabela 3 - Área de Infiltração Tipo Comprimento (cm) Espessura (cm) Área (cm²) Trama 95,43 0,3 28,63 Esp. De Peixe 96,03 0,3 28,99 Fileira 95,99 0,3 28,80
Fonte: Autoria Própria (2016)
A execução dos pavimentos na região de Sinop-MT difere em alguns aspectos do que foi apresentado no referêncial teórico, pois difere do preparo da camada base.
De acordo com relatos de profissionais da construção civil que executam calçadas com o pavimento intertravado, a camada de base é feita com pó-de-pedra, material com granulometria inferior ao descrito no referencial teórico, mas que, pelos resultados fica evidente que oferece maior facilidade de compactação do que a areia, pois, nesta técnica, as camadas de base e sub-base são substituídas por camada única de nivelamento com uso de pó-de-pedra.
No local 4 foi possível remover algumas peças do pavimento e escavar para observar a espessura das
camadas inferiores conforme indicado na figura 12. Na figura 12 observa-se a existência de apenas uma camada de regularização com pó-de-pedra sobre o subleito, este procedimento reduz a distância até a camada compactada onde a infiltração da água torna-se menor em relação as matérias de granulometria aberta, como quando é utilizado como base, a areia.
3.7 Considerações
O uso de pavimentação com paver, é largamente utilizado devido ao aspecto morderno, variação de formas e cores.
O método de execução utilizado na cidade de Sinop-MT, utiliza como base única, pó de pedra que possui granulometria inferior a areia que é indicado pela Norma ASTM C1701, este procedimento diminui o desempenho quanto a permeabilidade pois dificulta o escoamento da água.
Segundo Pinto (2011), a permeabilidade da água no solo é menor tanto quanto os vazios são menores entre as particulas de solo. Desta forma, o uso de pó-de-pedra no método regional diminui a percolação da água através da redução dos espaços vazios.
A tabela 1 apresenta valores característicos para solos de diversas granulometrias, podendo assim ser comparada os resultados obtidos com pó-de-pedra e com outros materiais de granulometria diferente.
4 Conclusões
O estudo realizado mostrou que o pavimento intertravado apresenta capacidade drenante equivalente ao da areia, areia suja e silte arenoso. Mesmo o método regional sendo não convencional, os resultados foram sutilmente melhores em pavimentos com manutenção frequente, podendo assim afirmar que a manutenção de limpeza das juntas é fundamental para garantir que se tenha a melhor infiltração durante toda a vida útil do pavimento. Contudo, pode-se admitir que, apesar da permeabilidade de média a baixa, conforme indicado na tabela 1, os pavimentos intertravados são capazes de drenar as águas da chuva com eficiência, comparado a pavimento totalmente impermeáveis, como os de concreto, ou lajotas de juntas argamassadas.
Analisando o método, concentrar uma lâmina d’água em um cilindro para a infiltração da água, concluí-se que, não é o modelo fiel a verdaeira forma como ocorre o escoamento superficial. Tendo como parametro, a amostra de peças de concreto concentradas na área do cilindro, que é fato, que há possibilidade de algumas peças ou áreas específicas de cada pavimento conter diferentes características de drenabilidade. Desta forma, é sugestivo o uso de um simulador de chuvas, para um grupo amostral de maior confiança.
Portanto, ao comparar a granulometria dos dois materiais utilizados como camada de regularização na cidade de Sinop-MT, pode-se observar que o pó-de-pedra tem uma distribuição mais uniforme no diâmetro dos grãos, quando comparado à areia, o que causa uma redução no índice de vazios que por sua vez, diminui os caminhos por onde a água permeia. Os locais onde foram realizados os ensaios foram executados com uso do pó de pedra, desta forma, uma sugestão de melhora na capacidade drenante dos pavimentos analisados é o uso de areia como camada de assentamento permitindo assim uma melhor percolação da água e aumentando a capacidade drenante do pavimento.
Sendo assim, sugere-se como teste apropriado, o uso de um simulador de chuvas em um pavimento executado como pede a norma e comparar os resultados com os obtidos no presente trabalho. É preciso destacar que, mesmo apresentando resultados de infiltração comparados ao da areia, areia suja ou silte arenoso, o uso do pavimento intertravado oferece capacidade drenante suficiente para justificar o uso, como um auxiliar no sistema de drenagem.
Agradecimentos
Aos meus pais Cássio e Leila, pela vida, pelos cuidados e amor desde o primeiro dia vida até a conclusão de um curso superior, apoiando, aconselhando e amando para que eu consiga vencer. Ao meu amado irmão, pelo apoio, amizade e estimulo durante esses 5 anos.
A minha querida companheira, Andressa, sempre amorosa e compreensiva.
Aos amigos, pelas boas conversas e apoio durante todo o curso.
Ao meu amigo e conselheiro Luiz Rogério, por todo o conhecimento e sabedoria transmitido a min durante esses anos.
A Universidade do Estado de Mato Grosso pela oportunidade da realização do curso de engenharia. Ao meu orientador pelo apoio e auxilio na elaboração deste artigo
A Deus, por tudo.
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