MARINA ZART MÜLLER
TÉCNICA COMPENSATÓRIA DE DRENAGEM URBANA: UM ESTUDO SOBRE PAVIMENTO DE CONCRETO PERMEÁVEL
Palhoça 2017
MARINA ZART MÜLLER
TÉCNICA COMPENSATÓRIA DE DRENAGEM URBANA: UM ESTUDO SOBRE PAVIMENTO DE CONCRETO PERMEÁVEL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheira Civil.
Orientador: Prof. Carlos Roberto Bavaresco, MSc.
Palhoça 2017
Dedico este trabalho àqueles que tem vontade e sempre vão atrás dos seus sonhos.
AGRADECIMENTOS
Neste momento só tenho a agradecer a todos que estiveram comigo e estão ao longo dessa caminhada.
Agradeço a cima de tudo aos meus pais, que não importa a distância, sempre estão ao meu lado para me apoiar e me fazer enxergar melhor as oportunidades eu a vida me dá. Obrigada por serem meus maiores exemplos de pessoas e profissionais.
À minha irmã que está sempre comigo me apoiando, me incentivando. Ao meu cunhado que me auxilia sempre em problemas de engenharia.
Ao meu namorado que é uma das pessoas mais especiais que tenho o prazer de conviver todos os dias, meu super companheiro de vida e (agora) de trabalho, que fica quietinho quando eu preciso estudar e me ajuda sempre que preciso.
A todas as minhas amigas, especialmente minha comadre, que sabem que eu não estive sempre presente por causa deste período de 5 anos que precisei focar nos estudos.
Aos professores, que estão sempre à disposição, para tirar minhas dúvidas e me incentivar a melhorar na minha profissão.
Ao orientador, professor Mestre Carlos Roberto Bavaresco, por ter me ajudado a encontrar um tema, por sua dedicação, confiança e paciência para orientar e prestar seus esclarecimentos.
Aos colegas, especialmente ao grupo do sushi, que me acolheram como amiga, e fizeram alguns finais de semana de estudos memoráveis, sem contar as noites de sushi (que foram muito mais do que os finais de semana de estudos).
Aos parceiros que forneceram as informações necessárias a este Trabalho, Geometria Topografia e Vânio Gramas.
RESUMO
Com o desenvolvimento das cidades, surgem impactos na população e no meio ambiente. Um dos maiores impactos é a impermeabilidade das cidades devido as vias e construções. Este trabalho de conclusão de curso apresenta uma tecnologia já utilizada em diversos países que está sendo inserida no mercado brasileiro, o pavimento de concreto permeável, uma técnica compensatória do sistema de drenagem convencional, verificando a possibilidade de redução (ou até eliminação) do sistema de drenagem por galerias, diante de aspectos técnicos e econômicos. A metodologia baseia-se em pesquisas bibliográficas que envolvem os elementos constituintes de um sistema de drenagem, apresentando também as características dos pavimentos de concreto permeável. Posteriormente, é apresentado um estudo de caso, um comparativo dos custos de execução de uma obra de drenagem utilizando-se os dois sistemas e apreutilizando-sentando as vantagens e desvantagens da utilização do pavimento de concreto permeável.
LISTA DE ABREVIATURAS
A Área
Adm. Admissível art. artigo
ASCE American Society of Civil Engineers
c coeficiente de escoamento / coeficiente de runoff Cap. Captada
cm centímetros
cm/s centímetros por segundo
CRMCA Colorado Ready Mixed Concrete Association D Diâmetro
Ext. Externo
FR fator de redução Gal. Galeria
I Declividade
i intensidade de duração da chuva IDF intensidade, duração e frequência IPH Instituto de Pesquisas Hidráulicas Jus. Jusante
k coeficiente de permeabilidade kg/m³ quilograma por metro cúbico km² - quilômetros quadrados
L extensão
LEED Leadership in Energy and Environmental Design l/s litros por segundo
m metros
m² - metros quadrados m³ - metros cúbicos min minutos
m/m metros por metro mm milímetros
mm/h milímetros por hora Mon. Montante
MPa mega pascal m/s metros por segundo
m³/s metros cúbicos por segundo
n coeficiente de rugosidade de Manning Nom Nominal
NRMCA National Ready Mix Concrete Association Prof. Profundidade Proj. projetada Q vazão R raio hidráulico Recobr. recobrimento T período de retorno t duração da chuva tp tempo de percurso Tr. - trecho
UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul Vp velocidade de percurso
yo lâmina d´água
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 - Vazão da boca de lobo ... 23
Equação 2 - Cálculo da vazão de escoamento superficial ... 24
Equação 3 - Cálculo da média do coeficiente de runoff ... 25
Equação 4 - Cálculo da intensidade e duração da chuva ... 26
Equação 5 - Equação de Manning ... 27
Equação 6 - Cálculo da área da sarjeta ... 28
Equação 7 - Cálculo da vazão ... 29
Equação 8 - Cálculo da velocidade ... 29
Equação 9 - Cálculo do tempo de percurso ... 29
Equação 10 - Cálculo da declividade ... 30
Equação 11 - Equação das chuvas de Imbituba/SC ... 47
Equação 12 - Vazão admissível ... 52
Equação 13 - Cálculo do diâmetro do trecho ... 56
Equação 14 - Velocidade da água na galeria ... 56
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Localização ideal das bocas de lobo... 22
Figura 2 - Sarjeta Triangular... 28
Figura 3 - Pavimento intertravado permeável com junta alargada ... 33
Figura 4 - Pavimento de concreto com aberturas ... 33
Figura 5 - Pavimento intertravado permeável de concreto poroso ... 34
Figura 6 - Perfil da infiltração da água em blocos de concreto poroso ... 37
Figura 7 - Loteamento Parque Garopaba Sul... 43
Figura 8 - Demonstração dos trechos ... 49
Figura 9 - Seção transversal da sarjeta utilizada ... 51
Figura 10 - Preços de pavimento intertravado de concreto permeável ... 67
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Coeficiente de runoff (c) ... 24
Tabela 2 - Valores típicos de coeficiente de permeabilidade de solos ... 25
Tabela 3 - Período de retorno para diferentes áreas ... 27
Tabela 4 - Fator de Redução da Sarjeta ... 30
Tabela 5 - Comparação entre os tipos de pavimento ... 32
Tabela 6 - Proporções de componentes do concreto poroso ... 36
Tabela 7 - Vantagens e desvantagens do pavimento permeável de concreto ... 39
Tabela 8 - Coeficiente de escoamentos pelas superfícies ... 41
Tabela 9 - Resistência característica à compressão ... 42
Tabela 10 - Chuvas intensas - Imbituba, SC ... 44
Tabela 11 - Comparação dos valores da tabela de Nerilo (1999) e da equação proposta ... 48
Tabela 12 - Cotas dos pontos estudados ... 49
Tabela 13 - Dados Trecho 2-4... 50
Tabela 14 Sarjetas ... 52
Tabela 15 - Diâmetro dos tubos de concreto para drenagem ... 53
Tabela 16 - Cálculo das intensidades de chuvas nos trechos ... 55
Tabela 17 - Relação diâmetro e cobrimento... 57
Tabela 18 - Verificação da necessidade de galerias para o sistema de drenagem convencional ... 58
Tabela 19 - Serviços envolvidos no sistema de drenagem convencional ... 59
Tabela 20 - Intensidades das chuvas para o concreto permeável ... 60
Tabela 21 - Tabela de divisão de áreas e o cálculo do coeficiente de runoff ... 61
Tabela 22 - Verificação de necessidade de galerias para o sistema de drenagem com pavimento de concreto permeável ... 62
Tabela 23 - Serviços envolvidos no sistema de drenagem com pavimentação permeável... 63
Tabela 24 - Caderno Técnico de Serviço - Pavimento Intertravado ... 65
Tabela 25 Preços do SINAPI para os insumos utilizados Tabela de setembro de 2017 ... 66
Tabela 26 - Valores para Serviços ... 66
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 15 1.1 OBJETIVO ... 16 1.1.1 Geral ... 16 1.1.2 Específicos ... 16 1.2 JUSTIFICATIVA... 16 1.3 METODOLOGIA ... 17 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 17 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 18 2.1 LOTEAMENTO ... 18 2.2 DRENAGEM PLUVIAL ... 18
2.2.1 Sistemas de drenagem pluvial ... 20
2.2.2 Componentes de uma rede de drenagem pluvial ... 20
2.2.2.1 Sarjetas... 21
2.2.2.2 Galerias ... 21
2.2.2.3 Bocas de lobo ... 21
2.2.3 Normas ... 23
2.2.4 Projeto de drenagem pluvial ... 23
2.2.4.1 Estimativa de vazões de projetos ... 23
2.2.4.2 Coeficiente de escoamento superficial (runoff) ... 24
2.2.4.3 Coeficiente de permeabilidade ... 25
2.2.4.4 Intensidade de precipitação ... 26
2.3 PAVIMENTAÇÃO PERMEÁVEL ... 30
2.3.1 Tipos de pavimentos permeáveis ... 32
2.3.2 Concreto permeável ... 34
2.3.2.1 Características do material ... 35
2.3.2.2 Componentes do concreto permeável ... 36
2.3.2.3 Perfil do solo no uso de concreto permeável ... 37
2.3.2.4 Projetos envolvidos ... 37
2.3.2.5 Vantagens e desvantagens do pavimento de concreto permeável ... 38
2.3.2.5.1Ganhos ambientais ... 39
2.3.2.5.2Manutenção de pisos de concreto permeável ... 40
2.3.2.7 Concreto permeável e o coeficiente de permeabilidade ... 41
2.3.2.8 Performance do pavimento de concreto permeável ... 41
3 ESTUDO DE CASO ... 43
3.1 DESCRIÇÃO DO LOTEAMENTO ... 43
3.1.1 Dados de Chuva ... 44
3.2 PREMISSAS A SEREM CONSIDERADAS ... 48
3.3 ESTUDO DA DRENAGEM COM BLOCOS DE CONCRETO ... 54
3.4 ESTUDO DA DRENAGEM COM BLOCOS DE CONCRETO PERMEÁVEL ... 59
3.5 COMPARAÇÃO DE RESULTADOS ... 64
3.5.1 Custos ... 64
3.5.2 Impacto da vazão ... 68
4 CONCLUSÃO ... 69
5 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 70
1 INTRODUÇÃO
Para o desenvolvimento de uma cidade é importante que haja uma harmonia entre meio ambiente, economia e bem-estar da população. Para isto é necessário estudar melhores alternativas para o crescimento organizado e planejado, proporcionando as melhores condições para o desenvolvimento de uma população mais consciente e envolvida com a comunidade.
O parcelamento de um solo não vem apenas da ideia de dividir o espaço em diversas partes visando somente o lucro, mas sim de verificar quais são as melhores opções para que esta subdivisão ocorra conciliando o dia a dia da população que irá utilizar a área, e o respeito ao meio ambiente; como parte integrante deste elo está o saneamento básico, que possibilita que haja um desenvolvimento sem prejuízo à saúde da população e o comprometimento ao meio ambiente.
Estas medidas de saneamento básico afetam diretamente a população, o conjunto delas acabam por melhorar as condições de saúde e meio ambiente. Um dos maiores problemas do desenvolvimento urbano acelerado está diretamente ligado ao crescimento de áreas com superfícies impermeáveis, como pavimentação de vias, casas e edifícios, que, juntamente com a ocupação indevida nas margens dos rios e córregos, aumenta em grande escala a probabilidade de ocorrência de cheias, agravando assim os problemas relativos às enchentes e inundações. O saneamento básico a partir da drenagem pluvial tem esta preocupação, o objetivo de implantar uma drenagem urbana eficiente é drenar as águas o mais rápido possível.
Pavimento de concreto permeável é uma técnica compensatória para a drenagem, já que é um elemento poroso, que permite a passagem de água e ar por suas camadas. A água que se infiltra neste pavimento pode ser reutilizada, quando captada, ou simplesmente absorvida pelo solo. No pavimento convencional ocorre o escoamento superficial das águas, enquanto que o concreto permeável absorve estas águas. A água fica entre os vazios do concreto até que o solo tenha capacidade de absorção. A estrutura do pavimento deve ser dimensionada levando em consideração a intensidade da chuva na área e as características do solo, e ainda deve ser considerado as condições de tráfego que pavimento estará sujeito. O principal objetivo para o uso desse sistema é a redução do escoamento superficial mantendo a área útil do pavimento.
1.1 OBJETIVO
1.1.1 Geral
Analisar os impactos do pavimento de concreto permeável em um sistema de drenagem pluvial.
1.1.2 Específicos
a) Apresentar o roteiro de cálculo do dimensionamento do sistema de drenagem pluvial;
b) Verificar as características do pavimento concreto permeável, apontando vantagens e desvantagens;
c) Apresentar os parâmetros de dimensionamento do pavimento de concreto permeável;
d) Demonstrar o processo de coleta de dados e estudo das áreas de contribuição;
e) A partir dos dados das chuvas, desenvolver uma equação das chuvas para a região em estudo.
1.2 JUSTIFICATIVA
Desde os primórdios pode-se observar que a construção está em constante processo de evolução. Novas tecnologias e materiais surgem para facilitar o trabalho, buscando melhores condições, materiais mais resistentes, mais seguros, mais
ecologicamente corretos .
Com o objetivo de avaliar uma alternativa relativamente recente, este trabalho apresenta uma opção para drenagem urbana, utilizando um sistema ainda pouco utilizado que tem um apelo ecológico e promete ser mais eficiente.
Atualmente, em diversas cidades, existe o problema de enchentes e inundações devido a falta de um sistema de drenagem eficiente e a falta de permeabilidade dos solos, resultado da quantidade de edificações e vias. Pavimento permeável permite a coletar as águas pluviais, possibilitando um melhor destino a estas águas, além de permitir a infiltração das águas no solo.
1.3 METODOLOGIA
Este estudo está dividido em cinco etapas. Para a primeira etapa foi a introdução, posteriormente, na segunda etapa foi feito uma pesquisa bibliográfica, utilizando livros e artigos de autores com conhecimentos na área de estudo, estes foram adquiridos em bibliotecas e pesquisa digital. Esta etapa é necessária para proporcionar fundamento teórico para seguir para a segunda etapa.
A terceira etapa é um estudo de caso, onde os conhecimentos da etapa bibliográfica serão aplicados. Para esta, foi visitada a Prefeitura Municipal de Garopaba com a finalidade de esclarecer dúvidas, realizando uma pesquisa de campo para a implantação do loteamento proposto. Nesta etapa ainda é possível analisar os impactos do pavimento de concreto permeável em uma rede de drenagem pluvial,
A quarta etapa gera as conclusões do estudo feito. Na última etapa são feitas sugestões para pesquisas futuras neste tema, para que o estudo seja mais explorado, e que possa tirar outras dúvidas que venham a surgir.
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
a) Introdução;
b) Revisão bibliográfica; c) Estudo de caso; d) Conclusão;
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 LOTEAMENTO
A Lei Federal 6.766/79 refere-se ao parcelamento do solo, tanto na forma de loteamentos quanto de desmembramentos. A Lei 6.766/1979 (capitulo I, art. 2º, parágrafo 1º
De acordo com a Lei (capitulo II, art. 4º), deverá ser atendido alguns requisitos urbanísticos para definir um loteamento:
a) Os lotes deverão ter área mínima de 125 m², e frente mínima de 5m sendo o mínimo estabelecido, caso o município determine pelo plano diretor outras áreas maiores, deverá ser respeitada o plano diretor municipal;
b) As vias deverão estar em acordo com as vias já existentes, e harmonizadas com a topografia;
c) 35% da área loteada deverá ser livre de uso público, isto inclui as vias isto serve para compensar a degradação ambiental, e também ajuda a valorizar o imóvel, pois melhora a qualidade de vida, caso se crie áreas de lazer nestes locais destinados ao público.
Segundo a Lei 6.766/79, art. 6º (capitulo III), deve-se consultar a prefeitura municipal antes de elaborar um projeto de loteamento para definir o traçado dos lotes, deve-se ter em mãos as divisas da área a ser loteada, as curvas de nível, os locais dos cursos de água, a indicação das vias existentes, o destino de uso do loteamento, e as características e dimensões das zonas de uso contíguos. Após análise, de acordo com o art. 12º, a Prefeitura deve aprovar o projeto do loteamento, para posterior desenvolvimento.
2.2 DRENAGEM PLUVIAL
De acordo com Larentis (2017):
A drenagem urbana é um termo que representa com fidelidade a prática de décadas passadas em que o problema de águas pluviais nas cidades era resolvido apenas tratando de fazer com que os volumes gerados pelas
chuvas fossem drenados o mais rapidamente possível para jusante. O princípio era impermeabilizar o solo com pavimentação e canalizar córregos o máximo possível, para que a água da chuva, uma vez no solo, fosse afastada da cidade rapidamente.
De acordo com Pinto (2006), sistemas de drenagem urbana são preventivos de inundações e enchentes, fenômenos naturais do regime do rio, e todo rio tem sua área de inundação que passam a ser um problema para a sociedade quando a mesma deixa de respeitar os limites naturais dos rios, ocupando suas áreas marginais.
Segundo Pinto (2006), o sistema de drenagem deve realizar a coleta, o transporte e o lançamento final das águas superficiais, incluindo a hidrografia e os talvegues. É constituído por uma série de medidas que visam diminuir riscos das inundações e possibilita o desenvolvimento urbano.
A urbanização no Brasil ocorreu de maneira acelerada e atrapalhada ao longo do século XX, isto se deve à grande parte da população rural que migrou para as cidades em busca de novas oportunidades. As cidades não estavam prontas para receber tal população, havia falta de planejamento, e um dos problemas gerados foi com o saneamento básico, enchentes e inundações, poluição, elevação dos níveis de ruídos, e diversos outros (BATEZINI, 2013).
Para Fernandes (2002), quando um sistema de drenagem não é considerado desde o início do planejamento urbano, é provável que esse sistema, ao ser projetado, revele-se, ao mesmo tempo, de alto custo e deficiente.
Outro fator que deve ser levado em consideração para um mal funcionamento de um sistema de drenagem é em relação a falta de gerenciamento dos resíduos sólidos, que devido as chuvas podem ser transportados e são carregados para rios, bueiros, entupindo galerias e saturando as tubulações, podendo ocasionar alagamentos. (HANSMANN, 2013).
Para Botelho (2011) é necessário ter uma drenagem urbana eficaz, para que não haja erosões, desbarrancamentos, altas velocidades das águas das chuvas nos pavimentos, assoreamento dos córregos, entre outros.
Botelho (2011) ainda comenta que há três opções de urbanização, quando se fala em drenagem:
a) Ter um projeto que respeite a topografia do terreno, e corrija pouco do curso natural da água;
b) Ter um projeto que não atenda as características naturais da área, mas faz-se cuidadosas obras de proteção, como muros de arrimo, complexo sistema pluvial, levando a um projeto de maiores custos; c) E, a mais utilizada, um projeto sem atender a topografia do terreno,
mas sem maiores obras de contenção.
Ainda para Botelho (2011) ao fazer um projeto de drenagem pluvial, deve-se levar em conta a topografia e a geologia da área, o tipo de ruas que deve-será implementada, a proteção contra erosões, entre outros.
2.2.1 Sistemas de drenagem pluvial
De acordo com Fernandes (2002), os sistemas de drenagem urbana englobam a microdrenagem e a macrodrenagem.
a) Microdrenagem - sistema de condutos construídos destinados a receber e conduzir as águas das chuvas, em uma área urbana, a microdrenagem é essencialmente definida pelo traçado das ruas. b) Macrodrenagem - rede de drenagem natural, já existia antes da
urbanização, é constituída por rios e córregos, localizados nos talvegues dos vales, e que pode receber obras que a modificam e complementam, tais como canalizações, barragens, diques e outras.
2.2.2 Componentes de uma rede de drenagem pluvial
De acordo com Botelho (2011), o sistema de drenagem é dividido em: a) Calha viária
i) Guias; ii) Sarjetas; iii) Sarjetões.
b) Dispositivos de captação e direcionamento de águas pluviais i) Bocas de lobo, bocas de leão;
ii) Caixas com grelha, ralos; iii) Bocas de lobo contínuas.
c) Tubos e galerias.
2.2.2.1 Sarjetas
De acordo com
guias e formar o piso de escoamento de água. Devido ao abaulamento da rua (declividade transversal), as águas correm, principalmente, pelas sarjetas
Para Fendrich et al (1988) a sarjeta deve transportar uma determinada quantidade de água, que significa uma inundação parcial da via.
2.2.2.2 Galerias
-se no ponto onde é atingida a capacidade admissível de escoam
(FENDRICH ET. AL, 1988)
quando as chuvas correm por sobre ele. As galerias evitam inundações em áreas de acúmulo de água nas ruas e as carregam até córregos, rios e mares.
As galerias são tubulações que conduzem as águas pluviais das bocas de lobo ou de ligações privadas, até um receptor. Estas devem ser calculadas e projetadas a fim de suportar um volume estimado para atender as chuvas do local.
Considerando um escoamento permanente e seção plena uniforme, a fim de evitar entupimento por resíduos, as seções devem ter um diâmetro mínimo de 400 mm, a velocidade máxima admissível é de 5,0 m/s e a velocidade mínima 0,75 m/s.
2.2.2.3 Bocas de lobo
As bocas de lobo são estruturas hidráulicas destinadas a coletar as águas pluviais que escoam pelas sarjetas, recebem água através de uma entrada horizontal, exigindo assim um rebaixamento na mesma para facilitar a descida de água e entrar na estrutura hidráulica.
As dimensões e tipos de boca de lobo são determinados de acordo com a análise do período de chuvas de maior intensidade, verificando assim a vazão
estimada para definição do projeto de cálculo. De acordo com Botelho (1998), a capacidade de escoamento de uma boca de lobo, quando bem construída e limpa, não supera 60 l/s.
De acordo com Tomaz (2012) as bocas de lobo não devem ter aberturas maiores que 15 cm (que é o tamanho da cabeça de uma criança). Tomaz (2012) ainda chama atenção para a velocidade máxima nas guias e sarjetas que não deve ser maior que 3,5 m/s, isto evita que pedestres sejam derrubados e carregados.
De acordo com Nakamura (2011) é muito importante em um projeto de drenagem a localização das bocas de lobo, que devem estar posicionados nos pontos mais baixos para prevenir alagamentos. Devem ser localizadas em ambos os lados da rua quando a sarjeta necessitar ou quando exceder suas capacidades de engolimento, um exemplo de como deve se posicionar as bocas de lobo está localizado na figura 1.
Figura 1 - Localização ideal das bocas de lobo
0 Fonte: adaptado, Nakamura (2011)
Para o cálculo da vazão da boca de lobo de grelha Tomaz (2012) indica a equação 1.
Equação 1 - Vazão da boca de lobo
Onde:
Q = vazão de engolimento (m³/s); P = perímetro da boca de lobo (m); Y = altura da água (m)
2.2.3 Normas
O projeto a ser elaborado deve atender um leque de normas, dentre as quais:
NBR 8.890/08 Tubo de concreto de seção circular para águas pluviais e esgotos sanitários Requisitos e métodos
NBR 15.645/08 Execução de Obras de Esgoto Sanitário e Drenagem de Águas Pluviais Utilizando-se Tubos e Aduelas de Concreto
Pode-se perceber que existe a falta de uma norma vigente que auxilie no projeto e execução de um sistema de drenagem pluvial.
2.2.4 Projeto de drenagem pluvial
conhecimento do relevo da área de implantação, onde a melhor forma de (ROCHA; BACK, 2008, p.87).
2.2.4.1 Estimativa de vazões de projetos
Vazão é, de acordo com Ferraz (2011, p
fluido que atravessa uma determinada seção de um conduto, e o tempo gasto para ormalmente é expressa por metros cúbicos por segundo (m³/s) ou em litros por segundo (l/s). Para avaliação da vazão de escoamento superficial temos a seguinte expressão através do método racional (recomendada para bacias menores que 10km²), expressa pela equação 2:
Equação 2 - Cálculo da vazão de escoamento superficial
Onde:
Q = vazão (m³/s)
c = coeficiente de escoamento superficial da bacia, ou coeficiente de runoff; i = intensidade média da chuva de projeto (mm/h)
A = área da bacia que contribui para a seção (km²)
2.2.4.2 Coeficiente de escoamento superficial (runoff)
Segundo Tomaz (2009, p. 5-3),
[...] coeficiente de escoamento superficial chamado de coeficiente de runoff que é o quociente entre a água que escoa superficialmente pelo total da água precipitada. Usa-se a letra C para o coeficiente de runoff.
Este coeficiente pode ser encontrado utilizando a tabela 1.
Tabela 1 - Coeficiente de runoff (c)
Tipo de Superfície c Tipo de Superfície c
Pavimento asfáltico 0,95 Gramado plano entre 0 a 1% de decl. 0,25 Pavimento concreto 0,95 Gramado médio entre 1% a 3% de decl. 0,35 Pavimento de tijolos 0,85 Gramado alto entre 3% a 10% de decl. 0,40 Pavimento de pedras 0,75 Gramado muito alto >10% de decl. 0,45 Telhado linha de base 0,95 Vegetação plana (0 a 1% de decl. 0,10 Telhado verde <10cm 0,50 Vegetação média (0 a 1% de decl. 0,20 Telhado verde entre 10cm e 20cm 0,30 Vegetação alta (0 a 1% de decl. 0,25 Telhado verde entre 20cm e 50cm 0,20 Vegetação muito alta (0 a 1% de decl. 0,30
Telhado verde >50cm 0,10 Fonte: Tomaz (2009)
Caso a bacia estudada tenha mais de um coeficiente, é necessário fazer uma média ponderada dos valores obtidos, que deve ser calculado pela equação 3:
Equação 3 - Cálculo da média do coeficiente de runoff
Onde:
c = coeficiente de runoff A = área
2.2.4.3 Coeficiente de permeabilidade
De acordo com Marchioni e Silva (2010), o grau de permeabilidade de um
solo é demonstrado deste
coeficiente é feita seguindo a lei de Darcy de acordo com a qual a velocidade de percolação é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico.
Existe uma variação do coeficiente de permeabilidade entre os tipos de solos. O coeficiente depende essencialmente da temperatura e do índice de vazios. Quanto maior for a temperatura, menor é a viscosidade da água e, portanto consegue-se ter um melhor escoamento entre os vazios do solo e conconsegue-sequentemente aumenta o coeficiente de permeabilidade (k). Demonstrado na tabela 2 observa-se o coeficiente de permeabilidade para diversos tipos de solo (MARCHIONI E SILVA, 2010).
Tabela 2 - Valores típicos de coeficiente de permeabilidade de solos
Tipo de solo k (m/s) Grau de 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
2.2.4.4 Intensidade de precipitação
De acordo com Festi (2012, p. 2),
Uma das dificuldades apresentadas no projeto de obras de drenagem vem ser a determinação da precipitação intensa máxima provável que deve ser utilizada. Em localidades onde já se dispõe de dados pluviométricos analisados, esta dificuldade se ameniza.
Para encontrar a equação da intensidade das chuvas é necessário, segundo Campos et al (2014), fazer uma redução da tabela das chuvas através da equação 4:
Equação 4 - Cálculo da intensidade e duração da chuva
Onde:
i = intensidade duração da chuva em mm/h T = período de retorno em anos
t = duração da chuva em minutos
K, m, b e n = constantes que dependem de cada localidade
Para o período de retorno (T), é aconselhável seguir a seguinte tabela 3. O período
Tabela 3 - Período de retorno para diferentes áreas
Tipo de Obra Tipo de Ocupação da Área T (anos)
Microdrenagem
Residencial 2
Comercial 5
Área com edifícios públicos 5
Aeroportos 2 5
Áreas comerciais e artérias de tráfego 5 10
Macrodrenagem Áreas comerciais e residenciais 50 100
Áreas de importâncias específicas 500
Fonte: Bavaresco (2016)
2.2.3.4 Capacidade Admissível das Sarjetas
De acordo com Tomaz (2012), a sarjeta padrão tem vão livre de 0,80m, altura de 0,30m, largura de 0,15m e altura livre de 0,15m. Por segurança em ruas com maiores declividades são feitas no mínimo bocas de lobo duplas para permitir o engolimento das águas da chuva.
De acordo com Tomaz (2012), as larguras das sarjetas variam de 30 cm a 1,00 m. a declividade normalmente adotada varia de 2 a 3%, e a capacidade de condução da água na rua ou na sarjeta pode ser calculada a partir de duas hipóteses:
a) A água escoando por toda a calha da rua; b) A água escoando só pelas sarjetas.
Para dimensionamento das sarjetas deve ser considerada as mesmas fórmulas utilizadas para canais, tendo como base um escoamento em conduto livre, a equação de Manning é as mais utilizadas para este dimensionamento, demonstrada na equação 5:
Equação 5 - Equação de Manning
Onde:
n = coeficiente de rugosidade de Manning R = Raio hidráulico (m)
I = Declividade longitudinal da sarjeta (m/m) A = Área da sarjeta (m²)
Ou ainda, para uma sarjeta triangular, quando se tem todos os dados sobre declividade, rugosidade e comprimento de uma sarjeta, calcula-se a capacidade máxima que a sarjeta pode transportar para esta lâmina. Este cálculo pode ser feito com a fórmula de Izzard
forma triangular, conforme figura 2:
Figura 2 - Sarjeta Triangular
Fonte: Bavaresco (2016)
Logo, para obter a área da sarjeta, vazão, velocidade, tempo de percurso e declividade do trecho pode-se calcular por:
a) Área da sarjeta equação 6:
Equação 6 - Cálculo da área da sarjeta
b) Vazão equação 7:
Equação 7 - Cálculo da vazão
Onde:
/s)
I = declividade do trecho em (m/m)
n = coeficiente de rugosidade de Manning Z = tangente do ângulo entre a sarjeta e a guia.
c) Velocidade equação 8:
Equação 8 - Cálculo da velocidade
d) Tempo de Percurso equação 9:
Equação 9 - Cálculo do tempo de percurso
Equação 10 - Cálculo da declividade
A capacidade admissível da sarjeta deve ser minorada, por um fator de redução (FR) da capacidade teórica que considera a possibilidade de obstrução ao escoamento, provocada pela deposição de sedimentos. Segundo tabela 4:
Tabela 4 - Fator de Redução da Sarjeta
Declividade da Sarjeta Fator de Redução (FR)
0,004 0,50 0,0041 0,03 0,80 0,031 0,05 0,50 0,051 0,06 0,40 0,061 0,08 0,27 0,081 0,10 0,20 Fonte: Bavaresco (2016) 2.3 PAVIMENTAÇÃO PERMEÁVEL
Para controlar a impermeabilização das superfícies nas cidades é usual os órgãos públicos exigirem que uma parcela do terreno seja mantida natural, geralmente variando entre 15% a 30% do terreno. Mas nem sempre é possível atender este requisito. Uma forma de conseguir atender a legislação da cidade e ao mesmo tempo utilizar a área útil do terreno é através da utilização dos pavimentos permeáveis. (MARCHIONI e SILVA, 2011)
Os pavimentos permeáveis são técnicas compensatórias em drenagem urbana que podem ser utilizadas principalmente em estacionamentos e ruas de tráfego leve (condomínios residenciais), bem como em armazéns e arenas de esporte, por exemplo. (ASCE, 1992 apud PINTO, 2011, p.27)
O tráfego leve, de acordo com a NBR 16.416 (2015, p.2), é caracterizado pela
Solicitação do pavimento ao tráfego preferencial de veículos leves, como ciclomotor, motoneta, motocicleta, triciclo, quadriciclo, automóvel, utilitário, caminhonete e camioneta, com volume diário médio (VDM) de até 400, podendo existir ocasionalmente o tráfego de ônibus e caminhões em número não superior a um VDM de 20
De acordo com Batezini (2013) o pavimento permeável é caracterizado por possuir um elevado índice de vazios, gerando uma boa drenabilidade. Para Ferguson (2005, apud GONÇALVES E OLIVEIRA, 2014,
reduzir a solicitação do sistema de drenagem urbana e a probabilidade de enchentes -se afirmar ainda, que os pavimentos permeáveis podem promover a recarga do lençol freático e a melhora significativa da qualidade da água que infiltra
[...] nda deve ser levada
em conta a possibilidade de contaminação do mesmo, visto que pode ser infiltrado poluentes junto com a água.
Segundo Li (2009, apud BATEZINI, 2013) o uso desta técnica teve início há mais de 150 anos, embora os estudos quanto a sua utilização tiveram mais avanços nos últimos 20 anos, principalmente nos Estados Unidos da América.
De acordo com Höltz (2011) uma grande vantagem que o pavimento permeável de concreto ganha é que ele age como dois elementos em um só: elemento de pavimentação e de drenagem. Em contrapartida tem-se o sistema convencional, que necessita de grandes obras de drenagem e posterior pavimentação.
Para Alencar (2013, p. 31):
No plano estrutural do pavimento, a capacidade de suporte e as resistências características dos materiais empregados na pavimentação permeável dependem da técnica adotada por cada pavimento. Assim, é possível encontrar pavimentação em blocos poliédricos de rocha (paralelepípedos) em rodovias e ruas com vários anos de uso e praticamente sem manutenção e suportando grandes cargas. Enquanto que, por outro lado, técnicas que envolvem uso de grama e concretos porosos têm as capacidades de suporte bastante reduzidas e a utilização limitada a calçadas, estacionamentos e vias de pequeno tráfego de veículos.
As pesquisas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) da UFRGS, retratam a eficiência do pavimento permeável de concreto, de acordo com Araújo (1999 apud HÖLTZ 2011) conseguiu-se os resultados expostos na tabela 5. Estes são animadores, visto que escoamento superficial do pavimento permeável praticamente não existe.
Tabela 5 - Comparação entre os tipos de pavimento
Tipo de Pavimentação Escoamento superficial
Asfalto 44%
Semi-permeáveis (bloquetes e paralelepípedos) 11 a 22%
Concreto Permeável 0%
Fonte: Adaptado Araújo et al (1999, apud HÖLTZ, 2011) 2.3.1 Tipos de pavimentos permeáveis
Segundo Marchioni e Silva (2010) os pavimentos permeáveis podem se apresentar conforme estes três tipos:
a) Revestimento permeável utilizando peças de concreto convencional: Para este tipo, Marchioni e Silva (2010) informam que a infiltração se dá de acordo com a área das juntas, este alargamento deve permitir o escoamento da água. O material de assentamento e rejuntamento deve proporcionar um adequado teor de vazios, que permita a permeabilidade da água. Para estes casos deve-se estimar o coeficiente de permeabilidade, calculando este com uma redução de 80%, como coeficiente de segurança devido à futura colmatação do sistema, ao longo da vida útil, o coeficiente de permeabilidade deve ser igual ou superior a 10-5 m/s:
a.1) Peças de concreto com junta alargada figura 3
A disposição dos blocos deve ocorrer com espaçadores (que permitam o escoamento das águas, assim como o intertravamento dos blocos), de 6mm a 10mm, proporcionando aberturas entre 5% e 15% da superfície, o que é suficiente para considerar o pavimento permeável.
Figura 3 - Pavimento intertravado permeável com junta alargada
Fonte: Marchioni e Silva (2010)
a.2) Peças de concreto com aberturas figura 4
A disposição geométrica deste tipo de pavimento deve atender à mesma condição das peças com juntas alargadas, ou seja, deve apresentar entre 5% a 15% de abertura na superfície.
Figura 4 - Pavimento de concreto com aberturas
b) Concreto permeável figura 5
Para este sistema o escoamento da água se dá pelos poros do concreto. A velocidade desta infiltração depende do índice de vazios do concreto, junto com as características de assentamento da subbase, da base e do subleito (MARCHIONI e SILVA, 2010).
Figura 5 - Pavimento intertravado permeável de concreto poroso
Fonte: Marchioni e Silva (2010) 2.3.2 Concreto permeável
De acordo com Alencar (2013), essa técnica compensatória vem sendo analisada como uma solução promissora para os problemas das inundações e enchentes nas cidades. Esta técnica vem mostrando resultados sustentáveis ao longo prazo e, segundo Alencar (2013) foi incorporada à lista de boas práticas ambientais à certificação LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), que avalia as construções sustentáveis, com os critérios de racionalização de recursos (energia, água, etc.) atendidos por um projeto.
O pavimento de concreto permeável vem sendo utilizado junto aos sistemas de infraestrutura viária, mas, com os grandes índices de vazios (que variam
de 20 % a 25%) a técnica ainda não pode ser utilizada em vias de tráfego intenso (ALENCAR, 2013). Utiliza-se em vias de tráfego leve, em estacionamentos, condomínios residenciais, e até em loteamentos com pouca movimentação de ônibus e caminhões.
Ainda deve ser observado que o uso desta técnica requer qualidade nas camadas inferiores (base e sub base) do pavimento e de altos índices de compactação, o que pode resultar na impermeabilização do solo.
2.3.2.1 Características do material
De acordo com Batezini (2013, p. 25):
É um material composto por ligante hidráulico, material britado de graduação uniforme, água e pouca ou nenhuma quantidade de agregado miúdo. Adicionalmente, pode-se utilizar uma combinação de diferentes tipos de adições e aditivos que possuem a finalidade de atribuir ao concreto melhor desempenho, durabilidade, resistência e trabalhabilidade.
Betezini (2013) comenta que quando se diminui ou elimina a utilização de agregados, acaba aumentando o índice de vazios, permitindo que a água transite por esses meios, resultando em uma diminuição considerável na quantidade de águas pluviais que escoam na superfície.
De acordo com Huffman (2005, apud HÖLTZ
material é dimensionado adequadamente, o seu grau de permeabilidade é suficiente para permitir a passagem de todo o fluxo precipitado na maioria dos eventos de chuva, praticamente anulando o escoamento superficial Para o concreto permeável ser adequado, deve ser bem dosado, apresentar baixa densidade, ser permeável e ter bom desempenho estrutural.
Quanto a densidade, Höltz (2011) informa que deve estar entre 1600 kg/m³ e 2000kg/m³, isto depende diretamente da qualidade e quantidade de material que foi utilizada, e resulta ainda em um índice de vazios na ordem de 15 a 25%.
resistências de compressão na escala de 3,5 MPa a 28
SANTOS, 2006 apud HÖLTZ, 2011 p. 4,), apresentando uma resistência razoável para o índice de vazios existente.
2.3.2.2 Componentes do concreto permeável
Apresenta um alto índice de vazios interligados que permite a passagem da água. O concreto permeável é composto por cimento Portland, agregado grosso aberto de graduação uniforme, pouca ou nenhuma quantidade de agregado fino, água e aditivos. Com implantação adequada e manutenções periódicas, incluindo a aspiração da superfície, o concreto poroso pode apresentar uma vida útil mínima de 20 anos. (MARIANO, 2014, p. 73)
De acordo com Alencar (2013), a redução (ou até eliminação) do agregado miúdo aumenta a superfície específica da mistura, levando ao aumento do consumo de água de amassamento e a redução do tempo de pega do concreto. Levando isso em conta, é comum o uso de aditivos retardadores e estabilizadores de absorção de água para contrabalançar o processo, pois a quantidade excessiva de água na mistura de concreto poroso ocasiona em perda de durabilidade e resistência.
Em frente a este fato, a NRMCA - National Ready Mix Concrete Association - (2008, apud ALENCAR, 2013) indica fator Água / Cimento entre 0,27 e 0,34; com o
(2008, apud ALENCAR, 2013) indica a proporção de cada componente para a composição do concreto poroso, de acordo com a tabela 6.
Tabela 6 - Proporções de componentes do concreto poroso
Componente Proporção
Cimento 270 a 415 kg/m³
Agregado 1.190 a 1.480 kg/m³
Água / cimento 0,27 a 0,34
Agregado / cimento 4 a 4,5:1
Agregado miúdo / graúdo 0 a 1:1 Fonte: NRMCA (2008, apud ALENCAR, 2013, p. 42)
Há também a necessidade do controle da rugosidade do pavimento, este fator é obtido pela variação no tamanho do agregado graúdo, que varia de 5mm a 20mm (ALENCAR, 2013).
2.3.2.3 Perfil do solo no uso de concreto permeável
De acordo com CRMCA - Colorado Ready Mixed Concrete Association - (2013, apud ALENCAR, 2013), o desempenho do concreto permeável sofre interferência da compactação do solo, que não pode ser excessiva para não impedir a passagem da água, nem tão insignificante que não garanta aderência dos agregados e impeça o tráfego.
Para o uso do concreto permeável em placas, o dimensionamento das camadas e das demais características do subleito, do colchão drenante (a camada base, constituída de brita graduada), do revestimento (concreto poroso) e das demais camadas do pavimento, segue os mesmos critérios adotados para os pavimentos rígidos, constituídos de concreto de cimento Portland (ALENCAR, 2013).
Para o uso de blocos de concreto permeável o dimensionamento é um pouco diferente, segundo Alencar (2013), como mostrado na figura 6, há a necessidade da inserção de uma camada de areia grossa abaixo dos blocos e um colchão drenante de brita para uma drenagem efetiva.
Figura 6 - Perfil da infiltração da água em blocos de concreto poroso
Fonte: Alencar (2013, p. 38) 2.3.2.4 Projetos envolvidos
Para Virgiliis (2009) para a concepção de uma via de pavimento de concreto permeável é necessário um estudo bem elaborado, a fim de garantir a eficiência, tanto
Legenda:
1 Bloco de concreto permeável 2 Base de areia grossa ou pó de brita
3 Colchão drenante em brita 4 Infiltração no solo
estrutural quanto hidráulica. Para isto é necessário analisar a finalidade do pavimento, assim como analisar os seguintes fatos:
a) O solo é impermeável?
b) O lençol freático esta a baixa profundidade em relação ao pavimento? c) O risco de poluição é alto?
Entre outras questões que podem influenciar a infiltração da água no solo, se há indícios que o solo não suporte infiltração, não haverá como instalar esta técnica compensatória.
Após esta análise, Virgiliis (2009) indica estudos hidrológicos e hidráulicos para obter a IDF (intensidade, duração e frequencia) das chuvas para o local do empreendimento, junto com a chuva de projeto.
Após tais análises é prudente, segundo Virgiliis (2009), analisar a porosidade do solo. Para se ter estimativas mais aproximadas da realidade do local sobre a capacidade do solo absorver a quantidade esperada da IDF da chuva.
Além destas análises deve-se estudar o tráfego, pois como mencionado, este tipo de pavimento ainda não suporta tráfegos pesados, sendo indicado somente para leve.
Virgiliis (2009) ainda comenta que é necessário o projeto geométrico, obedecendo declividades mínimas e máximas. Um projeto de terraplanagem, que leva em consideração cortes e aterros. E o projeto de drenagem, pois, como mencionado, esta é uma técnica compensatória, que não exclui completamente um sistema de drenagem, apenas reduz o dimensionamento.
2.3.2.5 Vantagens e desvantagens do pavimento de concreto permeável
Há muitas discussões sobre o uso do concreto permeável, por ser uma alternativa considerada ainda recente, n a tabela 7 pode-se analisar as vantagens e desvantagens deste método.
Uma das grandes desvantagens discutidas sobre o pavimento permeável é a questão da infiltração de poluentes nos lençóis freáticos, no entanto medições realizadas por Kwiatkowski et al (2007 apud HÖLTZ, 2011) constatam que os poluentes carregados pelas águas pluviais não afetam os lençóis freáticos.
Tabela 7 - Vantagens e desvantagens do pavimento permeável de concreto
Desvantagens Vantagens
Devido ao índice de vazios elevado, a resistência do concreto acaba sendo reduzida, o que resulta na utilização para áreas de tráfego leve. (HÖLTZ, 2011)
A utilização do concreto permeável pode resultar em uma redução (ou eliminação) de grandes obras de drenagem, gerando ganho ambiental e econômico (eleva o valor da terra) (HÖLTZ, 2011)
Tempo de vida útil menor que os pavimentos asfálticos tradicionais, cerca de 15 anos. (HÖLTZ, 2011)
Elimina empossamentos, e outros problemas relacionados com enxurradas. (HÖLTZ, 2011) Manutenção periódica com lavagem à vácuo.
(PINTO, 2011) Reabastecimento hídrico, ajuda a dispensar ou reduzir sistemas de irrigação. (HÖLTZ, 2011) Manutenção do sistema para evitar a
colmatagem com o tempo. (COUTINHO, 2011) Pode ser executado in loco, com materiais locais, baixa tecnologia e mão-de-obra não especializada (HÖLTZ, 2011)
Risco de contaminação de aquíferos.
(COUTINHO, 2011) Não necessita longo tempo de cura, tem tempo de pega reduzido. (HÖLTZ, 2011) Pouca perícia dos engenheiros e contratantes
com relação a tecnologia. (ACIOLI, 2005)
Custo de manutenção relativamente baixos. (HÖLTZ, 2011)
Envolve risco de falha considerável, devido a
colmatagem ou má construção. (ACIOLI, 2005) Auxilia na redução do aquecimento da terra permite troca de calor entre o subsolo e a superfície. (HÖLTZ, 2011)
Necessidade de inspeções regulares para verificar a eficiência dos pavimentos. (PINTO, 2011)
Permite que a água e o oxigênio cheguem as raízes das árvores. Estas árvores produzem sombra, criando um efeito de resfriamento. (HÖLTZ, 2011)
O risco de gerar inundações e prejuízos às populações se a técnica falhar devido à impermeabilização do solo pela colmatação. (ALENCAR, 2013)
Minimiza o efeito de ilha de calor em centros urbanos (substitui o asfalto escuro, por um material claro, que armazena água). (HÖLTZ, 2011)
Em caso de entupimento, a reabilitação do pavimento é difícil e cara. (COLLINS ET AL apud PINTO, 2011)
Filtra materiais indesejáveis (como copos de plásticos, garrafas, entre outros) que seriam carregados pela chuva, podendo parar em rios. (HÖLTZ, 2011)
É um material reciclável. (HÖLTZ, 2011)
Devido ao fato de ter os agregados expostos, o pavimento permeável de concreto acaba por favorecer a tração dos veículos, evitando derrapagens. (HÖLTZ, 2011)
Reduz a necessidade de criar grandes poços de detenção, pois o pavimento age como uma área de detenção. Gerando menores custos de mão-de-obra, encanamentos, drenos, entre outros. (HÖLTZ, 2011)
Baixa retração. (HÖLTZ, 2011)
Diminuição da poluição sonora. (ACIOLI, 2005) Fonte: Autor, 2017
2.3.2.5.1 Ganhos ambientais
De acordo com Alencar (2013), pode-se citar os ganhos ambientais provenientes da utilização da pavimentação permeável, tais como:
a) Diminuição dos danos ambientais e urbanos decorrentes da impermeabilização dos solos ao permitir que a água infiltre diretamente nos aquíferos;
b) Diminuição ou até eliminação do escoamento superficial;
c) Diminuição do pico das cheias, que pode possibilitar redução dos custos em investimentos no sistema de drenagem convencional e colaborar na diminuição de ocorrência de enchentes; e
d) Diminuição da poluição difusa, por meio da retenção de poluentes de automóveis e outras substâncias encontradas na superfície do pavimento urbano que pode atingir índices de 80 a 90%.
2.3.2.5.2 Manutenção de pisos de concreto permeável
Segundo Dierkes et al. (2002, apud ALENCAR, 2013) há uma relação entre a eficiência de permeabilidade do pavimento permeável de concreto e a sua manutenção. Alencar (2013), citando Nascimento e Baptista (2009), informa que deve ser feita uma manutenção periódica para a retirada do sedimento fino retido na superfície, que dificulta a infiltração.
Para a recomposição da capacidade drenante, Alencar (2013) recomenda a utilização de jateamento de alta pressão combinado com a varredura a vácuo, pelo menos uma vez ao ano, isto depende do local onde o pavimento permeável de concreto será utilizado. A NRMCA (2008, apud ALENCAR, 2013) informa ser possível recuperar entre 80% e 90% da permeabilidade inicial com a execução destas manutenções periódicas.
2.3.2.6 Concreto permeável e o coeficiente de runoff
Para Marchioni e Silva (2010) o que o pavimento de concreto permeável permite é reduzir o coeficiente de runoff. Para cidades com edificação muito densa, de acordo com Marchioni e Silva (2010) este coeficiente deve ser de até 0,95; o que representa que 95% da chuva vai gerar escoamento superficial. Para o pavimento poroso utiliza-se um coeficiente de 0,05; ou seja, somente 5% é escoado superficialmente, o restante é absorvido pelo solo, ou é retido na vegetação. Estes números são somente uma estatística, visto que ensaios em laboratórios se obtêm
um número mais favorável. Percebe-se isso com o estudo feito por Araújo (1999, apud MARCHIONI e SILVA, 2010), que está demonstrado na tabela 8, pode-se observar que, pelos ensaios, conseguiram obter um coeficiente muito reduzido para o pavimento permeável utilizando concreto poroso.
Tabela 8 - Coeficiente de escoamentos pelas superfícies
Revestimento Chuva total (mm) Escoamento total (mm) Coeficiente de escoamento Solo compactado 18,66 12,32 0,66 Paralelepípedos 18,33 10,99 0,60 Bloco de concreto 19,33 15,00 0,78 Concreto 18,33 17,45 0,95 Blocos vazados 18,33 0,5 0,03 Concreto poroso 20,00 0,01 0,0005
Fonte: Araújo (1999, apud MARCHIONI e SILVA, 2010)
O estudo comprova que o importante não é apenas o tipo de pavimentação adotada, mas as condições de escoamento do solo. Os pavimentos permeáveis (blocos vazados e concreto poroso) utilizados na pesquisa, apresentaram coeficiente de escoamento menor do que a superfície de solo compactado, o que reforça a contribuição positiva do uso desse sistema para redução do escoamento superficial.
2.3.2.7 Concreto permeável e o coeficiente de permeabilidade
Uma questão que deve ser levada em consideração para Marchioni e Silva (2010) é o coeficiente de permeabilidade do solo, este coeficiente indica a velocidade que a água infiltra no solo, pois o desempenho do pavimento permeável depende deste fator.
2.3.2.8 Performance do pavimento de concreto permeável
De acordo com a Norma Brasileira NBR 16.416/15, as peças de concreto permeável para pavimentação devem apresentar resistência à compressão igual, ou
maior a 20 Mpa e espessura mínima de 8 cm para o tráfego leve, de acordo com a tabela 9:
Tabela 9 - Resistência característica à compressão
Tipo de revestimento Tipo de solicitação (tráfego) Espessura mínima (mm) Resistência mecânica característica (MPa) Peças de concreto (juntas alargadas ou
áreas vazadas)
Pedestres 60,0
Leve 80,0
Peça de concreto permeável Pedestres 60,0
Leve 80,0
Placa de concreto permeável Pedestres 60,0
Leve 80,0
Concreto permeável moldado no local Pedestres 60,0
Leve 100,0
Fonte: Adaptado Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 16.416 (2015, p.15)
Em contato com os fornecedores brasileiros de peças de concreto, foi visto que estes garantem blocos de 25 MPa, o que atende à norma de desempenho, no entanto há fornecedores dos Estados Unidos da América que estão fabricando blocos com 30 MPa.
3 ESTUDO DE CASO
3.1 DESCRIÇÃO DO LOTEAMENTO
O parcelamento do solo poderá ser feito mediante loteamento, de acordo com a Lei Municipal Complementar Nº 1.463 de 29 de outubro de 2010, que institui o plano diretor de Garopaba, estabelecendo objetivos, diretrizes e instrumentos para as art. 94 -se loteamento, a subdivisão do solo em lotes destinados a edificação de qualquer natureza, com abertura de vias de circulação ou prolongamento de logradouros públicos, modificações ou ampliação das já
O Loteamento Parque Garopaba Sul, está localizado no Bairro Ambrósio, no Município de Garopaba. Este loteamento conta com uma área de 44.400,37 m², e foi dividido em 65 lotes, com tamanhos e formatos variáveis, e 5 áreas de uso comunitário ou áreas verdes, a planta do loteamento encontra-se figura 7, a planta foi elaborada pela empresa Geometria Topografia.
Figura 7 - Loteamento Parque Garopaba Sul
Garopaba é uma cidade, de 18.000 habitantes, localizada a cerca 100 km ao sul de Florianópolis, capital do estado de Santa Catarina. Há uma grande migração de pessoas para a região nos últimos 5 anos, devido à procura da qualidade de vida. O empreendedor desenvolveu este loteamento com a finalidade de proporcionar aos novos habitantes opções legalizadas para a habitação.
3.1.1 Dados de Chuva
Os dados da intensidade de chuva foram obtidos na bibliografia intitulada por Nerilo (1999). As chuvas máximas foram obtidas dos dados de precipitações pluviométricas da cidade de Imbituba, do estado de Santa Catarina, por falta de dados sobre a cidade de Garopaba e proximidade, conforme mostra a tabela 10.
Tabela 10 - Chuvas intensas - Imbituba, SC
Imbituba 07 Chuvas Intensas (mm/h)
Duração 5 anos 10 anos 20 anos 50 anos 100 anos
5 min 173,3 209,3 243,8 293,5 327,6 10 min 137,6 166,2 193,6 233,1 260,2 15 min 118,9 143,6 167,3 201,4 224,8 20 min 103,2 124,6 145,2 174,8 195,1 25 min 92,8 112,0 130,5 157,1 175,4 30 min 84,9 102,6 119,5 143,9 160,6 1 h 57,4 69,3 80,7 97,2 108,5 6 h 16,4 19,8 23,1 27,8 31,0 8 h 13,3 16,1 18,7 22,6 25,2 10 h 11,2 13,5 15,8 19,0 21,2 12 h 9,7 11,7 13,6 16,4 18,3 24 h 5,7 6,9 8,0 9,6 10,8 Fonte: Nerilo (1999, p. 113)
Para conseguir criar uma equação que possa ser utilizada para o cálculo da previsão de chuvas intensas, foi utilizado a equação 4, e trabalhando em um sistema de hipóteses, surgiram as quatro hipóteses:
b) Hipótese 2:
c) Hipótese 3:
d) Hipótese 4:
Utilizando as hipóteses 1 e 2, consegue-se uma igualdade:
Assim substituindo o m na hipótese 1 obtêm-se:
Substituindo K e m na hipótese 3:
Assim, encontra-se o b que satisfaz a hipótese 4, por tentativa de aproximação:
Obteve-se os seguintes valores: K=417,19
m=0,2743 n=0,5716 b=5,0924
Gerando uma equação que satisfaz somente projetos de 5 a 10 anos equação 11, utilizando a equação encontrada, foi possível comparar os resultados com a tabela de Nerilo (1999), os valores ficaram aproximados, conforme demonstra a tabela 11:
Tabela 11 - Comparação dos valores da tabela de Nerilo (1999) e da equação proposta
Valores Nerilo (1999) Valores obtidos a partir da equação proposta
Duração 5 anos 10 anos 5 anos 10 anos
5 min 173,3 209,3 173,1 209,3 10 min 137,6 166,2 137,5 166,3 15 min 118,9 143,6 116,7 141,2 20 min 103,2 124,6 102,8 124,4 25 min 92,8 112,0 92,7 112,1 30 min 84,9 102,6 84,9 102,7 Fonte: Autor, 2017
3.2 PREMISSAS A SEREM CONSIDERADAS
Como premissas foram adotados períodos de recorrência de 5 anos para projeto do sistema de microdrenagem, e 0,75 para o coeficiente de escoamento superficial para blocos de concreto, e 0,05 para blocos de concreto permeável.
A área em estudo fica cercada por outros 3 loteamentos, logo, foi considerado que estes loteamentos já possuem um sistema de drenagem eficaz, portanto não há áreas contribuintes externas ao estudado, e foi ainda considerado que os lotes que estão de frente para a rua já existente já estão drenados adequadamente. Primeiramente deve-se analisar as sarjetas, o cálculo de vazão das sarjetas, a alteração do coeficiente de runoff não altera esta parte do estudo, conforme as equações vistas no capítulo 2, como há diversos trechos, será exemplificado o trecho 2-4, demonstrado na figura 8.
Figura 8 - Demonstração dos trechos
Fonte: Autor, 2017
Na tabela 12 estão apresentadas as cotas topográficas do loteamento e que foram utilizadas no projeto.
Tabela 12 - Cotas dos pontos estudados
Ponto Cota Ponto Cota
1 17,300 8 5,800 2 16,500 9 5,600 3 17,000 10 10,000 4 9,800 11 7,900 5 8,900 12 4,300 6 7,800 13 3,200 7 7,400 Fonte: Autor, 2017
Os dados do trecho 2-4 seguem na tabela 13. A área de influência é a soma das áreas dos trechos 1-2, 3-2 e 2-4, pois todos estes trechos contribuem para o estudo desta bacia.
Tabela 13 - Dados Trecho 2-4
Trecho Extensão do trecho (m) Área de influência do trecho (m²)
2-4 116,91 12.136,64
Fonte: Autor, 2017
a) Cálculo da vazão da sarjeta do trecho 2-4 (equação 7)
Onde:
³/s) e água em (m)
I = declividade do trecho em (m/m) (equação 10)
n = coeficiente de rugosidade de Manning (0,016 para blocos de concreto) z = tangente do ângulo entre a sarjeta e a guia.
b) Cálculo da área da sarjeta (equação 6)
Uma vez que as guias normalmente têm 15 cm, considerou-se que a lâmina d´água tem 13 cm, para não transbordar, de acordo com a figura 9.
Figura 9 - Seção transversal da sarjeta utilizada
Fonte: adaptado Tomaz (2012)
c) Cálculo da velocidade da sarjeta do trecho 2-4 (equação 8):
d) Cálculo do tempo de percurso da sarjeta do trecho 2-4 (equação 9):
A partir da declividade encontrada (0,0573m/m), pode-se adotar um fator de redução para obter a vazão admissível, apresentado na tabela 4, utilizando 0,40:
Equação 12 - Vazão admissível
Isto significa que uma sarjeta do trecho 2-4 suporta 0,117 m³/s, deve-se dobrar este número, uma vez que entendido que cada rua pode ter uma sarjeta de cada bordo do pavimento, ou seja, este trecho suporta 0,234 m³/s, o excedente disto será necessário capturar para evitar inundações.
A seguir apresentam-se os resultados dos demais trechos, na tabela 14:
Tabela 14 Sarjetas Tr. (m) L Cota do terreno i (m/m) (m³/s) Q (m²) A (m/s) Vp (min) Tp FR Q Sarjeta (m³/s) Mon. Jus (m) (m) 3-2 50,12 17,000 16,500 0,010 0,122 0,101 1,20 0,70 0,8 0,195 1-2 93,33 17,300 16,500 0,009 0,113 0,101 1,11 1,40 0,8 0,181 2-4 116,91 16,500 9,800 0,057 0,292 0,101 2,88 0,68 0,4 0,234 4-5 75,69 9,800 8,900 0,012 0,133 0,101 1,31 0,96 0,8 0,213 5-9 72,84 8,900 5,600 0,045 0,260 0,101 2,56 0,47 0,5 0,260 5-6 38,42 8,900 7,800 0,029 0,206 0,101 2,04 0,31 0,8 0,330 6-7 113,70 7,800 7,400 0,004 0,072 0,101 0,71 2,66 0,5 0,072 7-8 36,45 7,400 5,800 0,044 0,256 0,101 2,52 0,24 0,5 0,256 8-9 64,57 5,800 5,600 0,003 0,068 0,101 0,67 1,61 0,5 0,068 9-12 59,42 5,600 4,300 0,022 0,180 0,101 1,78 0,56 0,8 0,289 10-5 44,29 10,000 8,900 0,025 0,192 0,101 1,90 0,39 0,8 0,308 10-11 31,64 10,000 7,900 0,066 0,314 0,101 3,10 0,17 0,27 0,170 11-12 107,82 7,900 4,300 0,033 0,223 0,101 2,20 0,82 0,5 0,223 12-13 40,00 4,300 3,200 0,028 0,202 0,101 1,99 0,33 0,8 0,324 Fonte: Autor, 2017
f) O diâmetro externo foi obtido pela tabela 15:
Tabela 15 - Diâmetro dos tubos de concreto para drenagem Diâmetro Nominal (DN) (mm) Diâmetro externo (mm) 400 465 500 586 600 705
Fonte: Adaptado Tubos Dreno, 2017
g) A largura das valas foi padronizada de acordo com o diâmetro, sendo: a. Diâmetro: 400mm Largura: 90cm
b. Diâmetro: 500mm Largura: 110cm c. Diâmetro: 600mm Largura: 120cm
h) O lastro de brita para assentamento das tubulações foi de 15 cm, o volume é obtido por:
i) O volume escavado deve ser:
j) O volume da tubulação foi calculado como:
k) O volume de reaterro foi obtido por:
m) A boca de lobo padrão para o estudo é 0,6x0,3, e utiliza-se a equação 1 para o cálculo da vazão
3.3 ESTUDO DA DRENAGEM COM BLOCOS DE CONCRETO
Primeiramente, foi calculado a intensidade de chuvas nos trechos, obtendo os valores demonstrados na tabela 16. O tempo de concentração foi utilizado 10 minutos iniciais, no entanto, para este trecho é necessário considerar os tempos de percurso dos trechos anteriores, assim, aplicando a equação 7, equação 8 e equação 9, obteve-se:
Trecho 1-2:
Logo, deve-se utilizar 10+0,70 para o cálculo. Para este estudo foi utilizado um período de retorno de 5 anos.
a) Cálculo da intensidade de chuvas do trecho 2-4 (equação 11):
Tabela 16 - Cálculo das intensidades de chuvas nos trechos
Tr. (m) L (m²) A conc. (min) Tempo de (mm/h) i.
3-2 50,12 1.557,90 10,00 137,49 1-2 93,33 5.635,98 10,00 137,49 2-4 116,91 12.384,58 10,70 134,00 4-5 75,69 14.475,48 11,19 131,67 10-5 44,29 1.971,63 10,00 137,49 5-9 72,84 19.355,59 10,39 135,51 5-6 38,42 1.196,73 10,00 137,49 6-7 113,70 6.919,44 10,31 135,88 7-8 36,45 7.572,42 11,98 128,14 8-9 64,57 9.907,82 12,13 127,50 9-12 59,42 30.726,04 10,69 134,05 10-11 31,64 1.091,95 10,00 137,49 11-12 107,82 3.613,82 10,17 136,62 12-13 40,00 35.311,41 10,99 132,60 Fonte: Autor, 2017
b) Coeficiente de runoff para pavimento de pedras:
Conforme já mencionado o coeficiente utilizado foi 0,75, de acordo com a tabela 1.
c) Cálculo da vazão de projeto para o trecho 2-4: Para este, foi utilizado a equação 2:
Como foi visto, as sarjetas deste trecho suportam 0,234 m³/s, enquanto que a área demanda 0,346 m³/s, logo é necessário um sistema de drenagem por galerias para coletar e dar um destino a esta água. Para dar continuidade, é analisado o diâmetro necessário para cada situação, logo, no caso do trecho 2-4:
d) Cálculo do diâmetro da galeria para o trecho 2-4, utilizando a equação 13:
Equação 13 - Cálculo do diâmetro do trecho
Considerou-se que a declividade pode ser a natural do terreno, ou alguma adotada, para este caso utilizou-se a declividade natural. O coeficiente de Manning para a tubulação é 0,013.
Como não existe esse diâmetro no comércio, é adotado o diâmetro de 400mm, que pode ser encontrado.
e) Cálculo da velocidade da galeria para o trecho 2-4, a partir da equação 14:
Equação 14 - Velocidade da água na galeria
Este cálculo serve para verificar se o sistema da galeria é eficaz, pois se a velocidade for menor que 0,75 m/s pode ter problemas de assoreamento, e velocidades a cima de 5m/s também não é indicado.
Para o recobrimento da tubulação da galeria, foi utilizada a regra da tabela 17:
Tabela 17 - Relação diâmetro e cobrimento
Diâmetro Recobrimento
400 600 mm 60 cm
601 700 mm 70 cm
701 1000 mm 100 cm Fonte: Bavaresco, 2016.
g) Verificação da cota da galeria para o trecho 2-4:
Para verificar a cota da galeria, foi feito um o seguinte cálculo:
h) Verificação da profundidade da galeria para o trecho 2-4:
i) Verificação do tempo de percurso da galeria para o trecho 2-4, com a Equação 9:
O escoamento ocorre de forma mais rápida na galeria, o que deve ser levado em conta na hora do dimensionamento, pois a função do sistema de drenagem pluvial é a retirada de água da superfície o mais rápido possível. Resumidamente pode-se observar os resultados dos demais trechos na tabela 18, podendo ser observado que os trechos 3-2; 1-2; 10-5; 5-6; 10-11 e 11-12 não necessitam de galeria, pois a vazão da chuva de projeto é menor do que a vazão admissível pelas sarjetas.
Tabela 18 - Verificação da necessidade de galerias para o sistema de drenagem convencional Tr. Q (m³/s) i D Vp (m/s) Cota da Gal. Prof. da Gal tp
Proj Adm Cap (mm) Nom. (mm) (mm) Ext. Mon. (m) Jus. (m) Mon. (m) Jus. (m) (min) Gal. (min) Sar.
3-2 0,045 0,195 0,70 1-2 0,161 0,181 1,40 2-4 0,346 0,234 0,346 0,057 400 465 3,97 15,90 9,20 1,07 1,07 0,49 4-5 0,397 0,213 0,397 0,012 500 586 2,10 9,20 8,30 1,19 1,19 0,60 10-5 0,056 0,308 0,39 5-9 0,546 0,260 0,546 0,045 500 586 4,09 8,30 5,00 1,19 1,19 0,30 5-6 0,034 0,330 0,31 6-7 0,196 0,072 0,196 0,004 500 586 1,14 7,20 6,80 1,19 1,18 1,67 7-8 0,202 0,256 0,202 0,044 500 586 4,03 6,80 5,20 1,19 1,19 0,15 8-9 0,263 0,068 0,263 0,003 600 705 1,21 5,20 5,00 1,31 1,31 0,89 9-12 0,858 0,289 0,858 0,022 600 705 3,21 5,00 3,70 1,31 1,31 0,31 10-11 0,031 0,170 0,17 11-12 0,103 0,223 0,82 12-13 0,975 0,324 0,975 0,0275 600 705 3,60 3,70 2,60 1,31 1,31 0,19 Fonte: Autor, 2017
A partir da tabela 19, pode-se verificar a necessidade de serviços e materiais para os trechos que necessitam de galerias:
Tabela 19 - Serviços envolvidos no sistema de drenagem convencional Tr. (m) L D Nom. (mm) Largura da Vala (m) Volume de Lastro (m³) Volume Escavado (m³) Volume da Tubulação (m³) Volume de Reaterro (m³) Volume de Bota-Fora (m³) 2-4 116,91 400 0,90 15,78 112,06 19,84 76,43 35,63 4-5 75,69 500 1,10 12,49 98,75 20,40 65,85 32,89 5-9 72,84 500 1,10 12,02 95,03 19,64 63,37 31,65 6-7 113,70 500 1,10 18,76 148,33 30,65 98,92 49,41 7-8 36,45 500 1,10 6,01 47,55 9,83 31,71 15,84 8-9 64,57 600 1,20 11,62 101,12 25,19 64,30 36,82 9-12 59,42 600 1,20 10,70 93,05 23,18 59,17 33,88 12-13 40,00 600 1,20 7,20 62,64 15,61 39,83 22,81 Total 94,58 758,52 499,60 258,92 Fonte: Autor, 2017
Considerando a vazão final das galerias, tem-se 0,975 m³/s dividindo essa vazão pela vazão da boca de lobo padrão, 0,280 m³/s, conforme calculado nas premissas, observa-se a necessidade de 3,48; ou seja 3 pares de boca de lobo no sistema inteiro, no entanto, deve-se levar em conta que todos os trechos que precisam de galeria deveriam ter uma boca de lobo pelo menos, totalizando 8.
3.4 ESTUDO DA DRENAGEM COM BLOCOS DE CONCRETO PERMEÁVEL
As premissas utilizadas para o cálculo deste pavimento são as mesmas, exceto o coeficiente de runoff que será utilizado 0,05 para a área pavimentada, como é uma área residencial, deverá ser feito uma média ponderada da área de influência do pavimento, e da área a ser edificada com o coeficiente de 0,75.
Deve-se calcular as intensidades das chuvas, os valores obtidos encontram-se na tabela 20.
