Avaliação de geotêxteis não-tecidos utilizados em cercas-silte para remoção de turbidez

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CAIO POMPEU CAVALHIERI

AVALIAÇÃO DE GEOTÊXTEIS NÃO-TECIDOS

UTILIZADOS EM CERCAS-SILTE PARA REMOÇÃO

DE TURBIDEZ

CAMPINAS 2013

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO

CAIO POMPEU CAVALHIERI

AVALIAÇÃO DE GEOTÊXTEIS NÃO-TECIDOS

UTILIZADOS EM CERCAS-SILTE PARA REMOÇÃO

DE TURBIDEZ

Orientador: Prof. Dr. José Euclides Stipp Paterniani

Dissertação de mestrado apresentada à Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil na área de Saneamento e Ambiente.

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO CAIO POMPEU CAVALHIERI E ORIENTADO PELO PROF. DR. JOSÉ EUCLIDES STIPP PATERNIANI.

Assinatura do Orientador

______________________________________________

CAMPINAS 2013

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AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Cláudia e Miguel, que sempre ressaltam a importância de estudar e perseverar. À Juliana pela alegria de compartilharmos nossas vidas diariamente desde que este trabalho começou a ser idealizado.

À tia Fernanda que, sempre me presenteando com lápis e livros, estimula-me a escrever desde pequeno.

À Rosângela Mormillo e Beatriz Rangel pelo apoio em um momento particularmente difícil. Ao prof. Dr. José Paterniani que, desde a ocasião em que nos conhecemos, mostrou-se entusiasmado e disposto a apoiar o desenvolvimento desta pesquisa.

Ao pesquisador Dr. Luciano Zanella e ao prof. Dr. Denis Roston pelas valiosas contribuições ainda na etapa de qualificação deste estudo.

À Unicamp pelo ambiente excepcionalmente inspirador para o desenvolvimento de educação, ciência e tecnologia.

Ao IPT por oferecer todas as condições necessárias para a realização deste trabalho.

Aos colegas da North Carolina State University, especialmente o grupo coordenado pelo prof. Dr. Rich McLaughlin, e à FIPT pela preciosa experiência nos EUA.

A Marissa Andrade e André Ferreira pelo incentivo e pelos momentos divertidos.

A Omar Bitar, Sofia Campos, Amarilis Gallardo, Nivaldo Paulon e Geraldo Gama pelas reflexões e experiências compartilhadas.

A Claudio Ridente (Aranha), Gerson Almeida Filho e Rafael Tiezzi pelo incentivo para que este projeto fosse desenvolvido na Unicamp.

A Alvaro Kopezynski pelas ilustrações elucidativas e pelo estimado apoio durante a etapa experimental.

A Antônio Catib, Benedito Nachbal (Toca) e José da Silva por todo apoio durante as atividades de campo e também pelas valiosas contribuições para idealização e construção do aparato experimental.

A Giulliana Mondelli e Vera Luz pelo auxílio com as análises de laboratório.

Aos então estagiários Bruno Bibiano, Mariana Costa, Lídia Frossard, Emiliana Soares e Lígia Girnius por toda paciência durante a realização dos ensaios.

Aos colegas do Dersa, em especial o eng. Marcelo Barbosa, dos consórcios construtores e das supervisoras ambientais que participaram da construção do trecho sul do Rodoanel.

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A alegria não chega apenas no encontro do achado mas faz parte do processo de busca. Paulo Freire

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RESUMO

Idealizadas para prevenir e controlar problemas associados à intensificação de processos erosivos, cercas-silte ou silt-fences são cada vez mais comuns em canteiros de obra. Feitas com mantas de geotêxtil estruturadas sob a forma de barreiras verticais, essas cercas promovem a detenção das águas pluviais que escoam sobre a superfície do terreno e, dessa maneira, favorecem a remoção de sedimentos em suspensão no runoff por meio da combinação dos efeitos de sedimentação e filtração.

Assim, considerando-se a relevância que as mantas de geotêxtil têm sobre a qualidade de todo o processo, este estudo avaliou o desempenho de geotêxteis não-tecidos em relação à remoção de sólidos suspensos. Para tanto, experimentos foram realizados em laboratório e, com o intuito de aproximar os ensaios ainda mais da realidade, os experimentos foram feitos com: (a) mantas em duas situações distintas (sem nenhum tipo de uso e retirada de um canteiro de obra após dois anos de uso contínuo como cerca-silte); (b) solo coletado no mesmo canteiro de onde veio o geotêxtil usado (para compor o runoff dos ensaios em média com 800 UNT); (c) escoamento do runoff na direção horizontal; e, por fim, (d) parâmetros de ensaio baseados em critérios de projeto e também na equação de chuva da área mais próxima da obra de onde vieram as amostras de solo e geotêxtil usado.

De maneira geral, os dois tipos de geotêxtil (novo e usado) favoreceram a redução de sólidos em suspensão durante os ensaios, embora esse efeito tenha sido estatisticamente mais significativo na manta retirada da obra. Além disso, valores de turbidez menores do que 40 UNT (parte inferior aos 5,0 UNT preconizados para consumo humano) estiveram associados a taxas de escoamento relativamente baixas (menores do que 20 mm/min). Entretanto, há que se considerar que, em determinados contextos, baixas taxas de escoamento também têm potencial para gerar repercussões indesejáveis. Daí a importância de se contar com a boa fundamentação de projetos, atividades de instalação e serviços de manutenção, de maneira que os resultados esperados sejam compatíveis com os obtidos em situações reais.

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ABSTRACT

Developed to prevent and control problems associated with the intensification of erosion, silt or silt-fences-fences are increasingly common in construction sites. Made with geotextiles structured in the form of vertical barriers, these fences detain rainwater runoff and, thus, promote the removal of suspended sediments through sedimentation and filtered.

Considering the relevance geotextiles have on the quality of the entire process, this study evaluated the performance of non-woven geotextiles regarding the removal of suspended solids. Therefore, experiments were performed in the laboratory and were made with: (a) blankets in two distinct situations (without any use and removed from a construction site after two years of continuous use as fence-silt); (b) soil collected in the same plot where the geotextile was used as silt-fence (to compose the runoff tests averaged 800 UNT); (c) runoff flow in the horizontal direction; and finally, (d) test parameters based on design criteria and also the rain equation of the closest area to the work from which the samples of soil and geotextile came from.

In general, the two types of geotextile (used and new) promoted reduction of suspended solids during the tests, although this effect was statistically significant over the blanket removal of the work. Furthermore, turbidity values lower than 40 NTU (5.0 NTU at the bottom recommended for human consumption) were associated with relatively low flow rates (less than 20 mm / min). However, it is necessary to consider that, in certain contexts, low flow rates also have the potential to generate undesirable impacts. Hence the importance of relying on consistent projects, activities of installation and maintenance services, so that the expected results can be consistent with those obtained in real situations.

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LISTA DE EQUAÇÕES Equação 3.1... 8 Equação 3.2... 8 Equação 3.3... 23 Equação 3.4... 29 Equação 3.5... 30 Equação 4.1... 48 Equação 4.2... 57 Equação 4.3... 58 Equação 4.4... 58 Equação 4.5... 59

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1: Exemplo de cerca-silte feita com manta de geotêxtil tecido e pontaletes metálicos verticais... 2 Figura 1.2: Cerca-silte de pontaletes de madeira e geotêxtil não-tecido. Notar a detenção de runoff a montante da barreira... 2 Figura 3.1: Efeito da colisão de uma gota de chuva contra a superfície do solo. Além de descolar e destorroar grãos, a energia do impacto espalha o material desagregado e configura uma depressão sobre a área da colisão... 8 Figura 3.2: Esquema das três etapas comuns à erosão causada pelas águas de chuva. Após a colisão das gotas de chuva contra a superfície do terreno (a), as partículas de solo desagregadas são transportadas pelo runoff, (b) até que ocorra a sua deposição (c) em áreas baixas do terreno... 9 Figura 3.3: As partículas mais finas do solo, quando protegidas por materiais relativamente maiores e mais resistentes (como o em destaque), são poupadas dos efeitos erosivos das chuvas e mantêm-se preservadas sob a forma de pequenas formações verticais... 10 Figuras 3.4 e 3.5: Em obras marcadas pela exposição prolongada do solo, o aumento dos níveis de turbidez em corpos d‟água deve-se principalmente aos sedimentos provenientes das próprias áreas em construção, o que fica particularmente evidente quando há a formação de plumas com cores que diferem de um determinado padrão.. 13 Figura 3.6: Quando novas camadas de sedimentos são depositadas rapidamente sobre terrenos vegetados, as trocas gasosas entre a flora e o meio passam por alterações que se refletem em danos como ressecamento e morte de parte das árvores 15 Figura 3.7: Barreiras de fibra vegetal instaladas durante a construção de uma rodovia no estado da Carolina do Norte, EUA. Dispostas transversalmente aos segmentos do terreno em que há concentração do escoamento de águas pluviais, essas barreiras interceptam o runoff e ajudam a reter parte dos materiais carreados pelas chuvas... 17

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Figura 3.8: Representação esquemática dos principais parâmetros de projeto para barramentos de enrocamento utilizados na prevenção e controle de problemas associados à erosão... 18 Figura 3.9: Bacia de detenção formada por duas barreiras permeáveis de rede de fibra de coco e um extravasor superficial do tipo skimmer. Enquanto as redes de fibra de coco promovem a dispersão do runoff que entra no sistema, o skimmer esvazia a bacia a partir da porção mais superficial da coluna d‟água... 19 Figuras 3.10 e 3.11: Representação esquemática e aplicação de uma cortina de turbidez que se estende da superfície ao leito de um corpo d‟água lêntico. Notar, à direita, que o aumento dos níveis de turbidez ocorre apenas até o limite delimitado pela cortina. ... 20 Figura 3.12: Representação esquemática das etapas de construção de uma cerca-silte... 21 Figura 3.13: Para que funcionem de maneira adequada, as cercas-silte não devem ser instaladas transversalmente a drenagens perenes e precisam contar com áreas livres a montante das barreiras (como A e B) que não sofram danos devido à detenção do runoff... 22 Figura 3.14: Durante o processo de filtração do runoff, a carga potencial a montante da cerca-silte (hA) equivale à soma entre carga potencial (hB), carga cinética (VB) e

perda de carga (∆HAB) devido à resistência oferecida pela trama do geotêxtil... 23

Figuras 3.15 e 3.16: O entrelaçamento simétrico de fios, monofilamentos ou fitas é uma característica comum aos geotêxteis tecidos. A forma como esse arranjo é feito define a geometria dos poros e, consequentemente, as principais características do processo de filtração... 24 Figura 3.17: Retenção de partículas em geotêxtil tecido... 25 Figura 3.18: Exemplos de geotêxtil não-tecido que se diferenciam pelos filamentos utilizados e pelo processo empregado na confecção da malha... 25

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Figura 3.18: Representação esquemática do cegamento (A), da colmatação (B) e da interação que ocorre entre esses dois fenômenos (A + B) em cercas-silte feitas com geotêxteis não-tecidos... 26 Figuras 4.1 e 4.2: Principais dimensões e componentes do projeto (à esquerda) e do aparato experimental construído para este estudo (à direita) ... 34 Figuras 4.3 e 4.4: Exemplos de diferenças existentes entre o aparato experimental montado rigorosamente a partir da norma ASTM D 5141 (à esquerda) e o equipamento construído com adaptações para este trabalho (à direita)... 36 Figuras 4.5 e 4.6: Para evitar a deflexão (φ) da parte superior do geotêxtil e o transbordamento da água com solo em suspensão (à esquerda), instalou-se uma tela metálica imediatamente à jusante da manta para reforço da estrutura (à direita)... 37 Figura 4.7: Principais atividades das etapas de cada ensaio... 38 Figura 4.8: Para atenuar a ressuspensão de sedimento, as coletas de amostras a montante do geotêxtil foram feitas com uma pipeta motorizada e a partir da superfície livre da mistura... 42 Figura 4.9: As coletas de amostras da mistura provenientes da pingadeira (a jusante da manta) foram cronometradas e feitas com um béquer... 43 Figuras 4.10 e 4.11: Enquanto a limpeza dos reservatórios superior e inferior (à esquerda) era feita a cada novo ensaio, o material depositado sobre a área do aparato a montante da manta era retirado apenas ao término de uma série de quatro experimentos (à direita)... 44 Figura 4.12: Representação do canteiro e das dimensões que subsidiaram a definição do volume de água utilizado nos testes de laboratório. ... 45 Figuras 4.13 e 4.14: Para que pudesse ser dividido em porções menores, o solo coletado foi submetido a um quarteamento inicial que, entre outras coisas, previu conformação do material em forma de cone, divisão do cone em partes iguais (à esquerda), descarte de 50% das partes resultantes da divisão do cone (à direita) e reinício do processo até que as amostras chegassem à massa desejada... 51

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Figuras 4.15 e 4.16: Registro de dois momentos distintos da cerca-silte a partir da qual foram retiradas as amostras de manta usada: oito meses depois da instalação da barreira, quando a terraplenagem encontrava-se auge de suas atividades (à esquerda), e após dois anos ininterruptos de uso, ocasião em que a coleta de exemplares de geotêxtil coincidiu com o término das obras (à direita)... 54 Figuras 4.17 e 4.18: Amostras de geotêxtil com dois anos seguidos de uso foram retiradas de três trechos diferentes da cerca-silte (à esquerda). Notar que na ocasião da coleta havia matéria orgânica e sedimentos – tons verde e marrom em contraposição ao cinza – aderidos à manta (em detalhe à direita)... 54 Figura 4.19: Durante os experimentos deste trabalho, as análises de turbidez foram feitas com um turbidímetro portátil com precisão de 0,05 UNT em faixas baixas (em destaque), equipamento relativamente comum em atividades de campo... 56

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LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 5.1: Remoção de turbidez (RTOTAL) obtida ao final de cada um dos ensaios

realizados com três amostras de geotêxtil novo... 62 Gráfico 5.2: Remoção de turbidez (RTOTAL) obtida ao final de cada um dos ensaios

realizados com três amostras de geotêxtil usado... 63 Gráfico 5.3: Remoção de turbidez ao longo de cada ensaio associada a processos de

sedimentação (Rsedt) e filtração (Rfiltt) durante os ensaios realizados com a amostra

NOVO1... 64

Gráfico 5.4: Remoção de turbidez ao longo de cada ensaio associada a processos de sedimentação (Rsedt) e filtração (Rfiltt) durante os ensaios realizados com a amostra

NOVO2... 65

NOVO3... 65

USADO1... 66

USADO2... 67

USADO3... 67

Gráfico 5.9: Remoção de turbidez e taxa de escoamento (q) durante os ensaios

realizados com a amostra NOVO1... 69

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realizados com a amostra NOVO3... 70

realizados com a amostra USADO1... 71

realizados com a amostra USADO2... 71

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LISTA DE QUADROS

Quadro 1.1: Estado, ano de publicação e endereço eletrônico de parte dos manuais dos EUA que contemplam cercas-silte como técnica de combate a problemas de

erosão... 3 Quadro 3.1: Valores máximos de turbidez preconizados pela legislação brasileira

para diferentes contextos... 12 Quadro 4.1: Diferenças entre o aparato experimental proposto pela norma

ASTM D 5141 e o equipamento construído para a realização dos ensaios... 35 Quadro 4.2: Diferenças entre os procedimentos propostos pela norma

ASTM D 5141 e os utilizados para a realização dos ensaios... 39 Quadro 4.3: Valores de intensidade média de chuva em mm/h (i) calculados a partir

da equação de chuvas do município de São Paulo em função de durações em minutos

(∆t) e períodos de retorno em anos (TR) variáveis... 48

Quadro 4.4: Coeficientes de escoamento superficial (C) definidos em função do tipo

de solo e da declividade predominante no terreno... 49 Quadro 4.5: Caracterização do solo utilizado nos ensaios segundo a NBR 7181

(1984) e a NBR 6502 (1995)... 52 Quadro 4.6: Propriedades dos dois tipos de geotêxtil submetidos a ensaios... 55 Quadro A.1 – Turbidez no reservatório superior (TURBSUPERIOR). As coletas foram

feitas com os 52 L da mistura sob agitação e antes da abertura do registro (dados

ilustrados nos Gráficos 5.1 e 5.2)... 91 Quadro A.2 – Turbidez no reservatório inferior (TURBINFERIOR) e remoção obtida

(RTOTAL). As coletas foram feitas com os 52 L da mistura sob agitação e após terem

passado pelo geotêxtil (dados ilustrados nos Gráficos 5.1 e 5.2)... 92 Quadro A.3 – Turbidez imediatamente a montante da manta no instante t

(TURBMONTANTE,t) dos ensaios feitos com os exemplares de geotêxtil NOVO1,

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Quadro A.4 – Turbidez na pingadeira (TURBPINGADEIRA,t) e remoção obtida por

sedimentação (Rsedt) e por filtração (Rfiltt) no instante t dos ensaios feitos com os

exemplares de geotêxtil NOVO1, NOVO2 e NOVO3 (dados ilustrados nos Gráficos

5.3, 5.4 e 5.5)... 94 Quadro A.5 – Turbidez imediatamente a montante da manta no instante t

(TURBMONTANTE,t) dos ensaios feitos com o exemplar de geotêxtil USADO1 (dados

ilustrados no Gráfico 5.6)... 95 Quadro A.6 – Turbidez na pingadeira (TURBPINGADEIRA,t) e remoção obtida por

sedimentação (Rsedt) e por filtração (Rfiltt) no instante t dos ensaios feitos com o

exemplar de geotêxtil USADO1 (dados ilustrados no Gráfico 5.6)... 96

Quadro A.7 – Turbidez imediatamente a montante da manta no instante t (TURBMONTANTE,t) dos ensaios feitos com o exemplar de geotêxtil USADO2 (dados

Quadro A.9 – Turbidez imediatamente a montante da manta no instante t (TURBMONTANTE,t) dos ensaios feitos com o exemplar de geotêxtil USADO3 (dados

Quadro A.11 – Taxa de escoamento através da manta (q) dos ensaios feitos com os exemplares de geotêxtil NOVO1, NOVO2 e NOVO3 (dados ilustrados nos Gráficos

5.9, 5.10 e 5.11)... 101 Quadro A.12 – Taxa de escoamento através da manta (q) dos ensaios feitos com os

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Quadro A.13 – Taxa de escoamento através da manta (q) dos ensaios feitos com os

exemplares de geotêxtil USADO2 (dados ilustrados no Gráfico 5.13)... 103

Quadro A.14 – Taxa de escoamento através da manta (q) dos ensaios feitos com os

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LISTA DE SIGLAS A: área de drenagem

AM: área molhada

APLANTA: área em planta / em projeção horizontal

APLANTA TESTE: área em planta adotada para o ensaio

BMP: best management practice BMPs: best management practices C: coeficiente de escoamento superficial

CTESTE: coeficiente de escoamento superficial adotado para os experimentos

CTH: Centro Tecnológico de Hidráulica e Recursos Hídricos d: diâmetro

φ: deflexão

ΔHXY: perda de carga hidráulica entre os pontos X e Y

Δt: intervalo de tempo

: desvio padrão Ec: energia cinética

ETAs: estações de tratamento de água g: aceleração da gravidade

γ: peso específico do fluido

h: lâmina ou altura da coluna d‟água

INFERIORn: amostra n da mistura coletada no reservatório inferior

i: intensidade de chuva

iTESTE: intensidade de chuva adotada para o ensaio

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M: momento linear

MONTANTEn: amostra n da mistura coletada a montante da manta

m: massa

O95,d: abertura aparente do geotêxtil em que 5% (ou menos) das esferas de diâmetro d

atravessam a manta

PINGADEIRAn: amostra n da mistura coletada na pingadeira

p: probabilidade de uma chuva ser igualada ou superada em um ano qualquer pn: pressão sobre o fluido no ponto n

pTESTE: probabilidade de ocorrência adotada para o ensaio

Q: vazão

QMAX: vazão máxima de projeto

QMAX TESTE: vazão máxima de projeto adotada para o ensaio

QMEDIO TESTE:vazão média adotada para o ensaio

q: taxa de escoamento através do geotêxtil R: remoção de turbidez obtida durante obras

Rfiltt: remoção de turbidez por filtração no instante t

Rsedt: remoção de turbidez por sedimentação no instante t

RTOTAL: remoção de turbidez obtida ao término de um determinado teste

STS: sólidos totais em suspensão

SUPERIORn: amostra n da mistura coletada no reservatório superior

TR: tempo de recorrência / período de retorno

TR TESTE: período de retorno adotado para o ensaio

TURBINFERIOR: turbidez do reservatório inferior do aparato experimental

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TURBMONTANTE: turbidez a montante da cerca-silte instalada no canteiro de obra

TURBMONTANTE,t: turbidez a montante do geotêxtil no instante t

TURBPINGADEIRA,t: turbidez na pingadeira no instante t

TURBSUPERIOR: turbidez do reservatório superior do aparato experimental

t: instante de tempo qualquer

tc: tempo de concentração / escoamento superficial na bacia

tc TESTE: tempo de concentração adotado para o ensaio

tn: instante em n

UNT: unidades nefelométricas de turbidez V: volume da mistura e/ou da amostra

VMISTURA TESTE: volume de água que compôs a mistura de cada ensaio

v: velocidade

vn: velocidade do runoff no ponto n

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SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO... 1 2. OBJETIVOS... 5 2.1. OBJETIVO GERAL... 5 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 5 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 7 3.1. EROSÃO COMO PROCESSO... 7 3.2. EROSÃO ACELERADA E ALTERAÇÕES INDESEJÁVEIS AO MEIO... 11 3.3. PREVENÇÃO E CONTROLE DE EFEITOS ADVERSOS... 16 3.4. CERCAS-SILTE... 20 3.4.1. Sedimentação e filtração... 22 3.4.2. Geotêxteis e remoção de partículas suspensas... 24 3.4.2.1. Geotêxteis tecidos... 24 3.4.2.2. Geotêxteis não-tecidos... 25 3.4.2.3. Propriedades relevantes para remoção de sólidos... 26 3.4.3. Critérios de dimensionamento... 27 3.4.4. Registros do desempenho de cercas-silte... 30 4. MATERIAIS E MÉTODOS... 33 4.1. APARATO EXPERIMENTAL... 33 4.2. PROCEDIMENTOS DE ENSAIO... 37 4.2.1. Etapa 1... 40 4.2.2. Etapa 2... 40 4.2.3. Etapa 3... 41 4.2.4. Etapa 4... 41

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4.2.5. Etapa 5... 43 4.3. ÁGUA PARA ENSAIO... 44 4.3.1. Área de drenagem... 45 4.3.2. Período de retorno... 46 4.3.3. Tempo de duração... 47 4.3.4. Intensidade... 47 4.3.5. Coeficiente de escoamento superficial... 49 4.3.6. Vazão... 49 4.3.7. Volume... 50 4.4. SOLO PARA ENSAIO... 50 4.5. GEOTÊXTIL PARA ENSAIO... 53 4.6. ANÁLISE DE DESEMPENHO... 56 4.6.1. Comparação entre o início e o fim de cada ensaio... 57 4.6.2. Sedimentação e filtração ao longo de cada ensaio... 57 4.6.3. Taxa de escoamento transversal ao geotêxtil... 58 5. RESULTADOS... 61 5.1. REMOÇÃO DE TURBIDEZ AO FINAL DE CADA TESTE... 61 5.1.1. Amostras de geotêxtil novo... 61 5.1.2. Amostras de geotêxtil usado... 62 5.2. REMOÇÃO DE TURBIDEZ AO LONGO DE CADA TESTE... 64 5.2.1. Amostras de geotêxtil novo... 64 5.2.2. Amostras de geotêxtil usado... 66 5.3. TAXA DE ESCOAMENTO AO LONGO DE CADA TESTE... 68

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5.3.1. Amostras de geotêxtil novo... 68 5.3.2. Amostras de geotêxtil usado... 70 6. DISCUSSÃO... 73 6.1. REMOÇÃO DE TURBIDEZ AO FINAL DE CADA TESTE... 73 6.2. REMOÇÃO DE TURBIDEZ AO LONGO DE CADA TESTE... 75 6.3. TAXA DE ESCOAMENTO AO LONGO DE CADA TESTE... 77 7. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES... 79 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 83 APÊNDICE... 91

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1. INTRODUÇÃO

Em empreendimentos de grande porte, a etapa de construção está geralmente associada a atividades potencialmente causadoras de danos ambientais significativos. Para SÁNCHEZ (2006), o potencial que uma dada atividade tem de prejudicar o ambiente é resultado da combinação de dois fatores: vulnerabilidade do meio e solicitação (ou pressão) imposta ao ambiente. Dessa forma, é de se esperar que uma atividade esteja associada a um alto potencial de prejudicar o ambiente de forma expressiva se, por exemplo, essa atividade caracterizar-se por imprimir significativas solicitações sobre o meio e, ao mesmo tempo, vier a se desenvolver em um ambiente consideravelmente vulnerável.

É o que ocorre, por exemplo, durante a construção de uma rodovia em um local de reconhecida importância ambiental. Nesses casos, é comum que existam áreas contíguas às obras cuja proteção demonstre-se fundamental, seja por sua importância ecológica, cultural, econômica ou de outra natureza qualquer. Sendo assim, certas atividades inerentes à construção de uma rodovia, caracterizadas por exercer pressões significativas sobre o meio, acabam por configurar situações com alto potencial para a deflagração de danos ambientais expressivos. É, por exemplo, o que se observa em atividades como remoção de vegetação e serviços de terraplenagem.

Durante a fase de construção de diferentes empreendimentos, essas duas atividades costumam estar associadas à exposição prolongada de extensas áreas do solo e, sendo assim, tendem a favorecer a deflagração de alterações ambientais indesejáveis, como a intensificação de processos erosivos. De fato, ao longo de todo o período de construção de uma rodovia, não é raro que a superfície do solo acabe por diversas vezes submetida à ação erosiva das chuvas. Assim, nos casos em que a superfície do solo encontra-se desprotegida, os processos erosivos atribuíveis às chuvas tornam-se mais severos e, consequentemente, observam-se efeitos negativos como perda de serviços e estruturas já realizados, aumento da concentração de sólidos em suspensão na água e intensificação de assoreamentos em corpos d‟água.

Essas alterações, somadas a outros efeitos igualmente indesejáveis (como o aumento da dosagem de coagulantes utilizados no tratamento da água captada para abastecimento público), configuram uma situação em que a fase de construção de empreendimentos assim deve necessariamente contemplar medidas voltadas à prevenção e ao controle dos efeitos

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negativos atribuíveis à erosão. Trata-se, na maioria dos casos, de técnicas que estão tradicionalmente associadas às práticas agrícolas de conservação do solo e que, cada vez mais, são objeto de interesse no setor da construção civil (RASKIN et al., 2005). Tal fato deve-se, essencialmente, à relativa simplicidade que caracteriza a instalação, a operação e a manutenção dessas técnicas, inclusive daquelas que figuram entre as medidas ótimas para gerenciamento ou best management practices (BMPs)*. É, por exemplo, o que se observa nas cercas-silte ou silt-fences.

Compostas por mantas de geotêxtil tecido ou não-tecido fixadas a pontaletes metálicos ou de madeira, as cercas-silte são barreiras verticais de caráter provisório utilizadas principalmente para disciplinar o escoamento superficial de águas pluviais (ou runoff), reduzir a velocidade do fluxo em áreas com solo exposto e, ao mesmo tempo, diminuir a quantidade de sedimentos carreados para fora dos limites de uma determinada área em construção (Figuras 1.1 e 1.2).

Figura 1.1** – Exemplo de cerca-silte feita com manta de geotêxtil tecido e pontaletes metálicos verticais.

Figura 1.2 – Cerca-silte de pontaletes de

madeira e geotêxtil não-tecido. Notar a detenção de runoff a montante da barreira (fonte: IPT, 2009).

Particularmente no setor da construção civil, as cercas-silte têm se mostrado bastante úteis no combate aos efeitos adversos decorrentes da intensificação de processos erosivos. Isso decorre essencialmente do fato de que essas barreiras, além de serem construídas e mantidas

*_{Tradução de PORTO (1995) apresentada em seu trabalho sobre qualidade hídrica de escoamento superficial} em áreas urbanas.

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com relativa simplicidade, também se destacam por serem facilmente ajustáveis às constantes modificações que o avanço das obras impõe à forma do relevo de áreas em construção.

Justamente por reunirem características que lhe conferem versatilidade mesmo em construções altamente dinâmicas e com grande variedade de atividades, as cercas-silte já se consolidaram em canteiros de obra de alguns países como uma das principais técnicas de combate aos problemas relacionados à erosão. É, por exemplo, o que se observa nos EUA, onde a maioria dos estados americanos difundem esse tipo de técnica há algum tempo em documentos e manuais relacionados ao tema (Quadro 1.1).

Estado Ano de

publicação Endereço eletrônico oficial*

Alabama 2009 (2ª Ed.) http://swcc.alabama.gov/pages/erosion_handbook.aspx

Califórnia 2003 (1ª Ed.) http://www.dot.ca.gov/hq/construc/stormwater/CSBMPM_303_Final.pdf

Carolina

do Norte 2003 (1ª Ed.) http://www.ncdot.gov/doh/operations/BMP_manual/ Georgia 2000 (5ª Ed.) http://www.gaepd.org/Documents/esc_manual.html

Iowa 2006 (1ª Ed.) http://www.iowadnr.gov/portals/idnr/uploads/water/wells/const_erosion.pdf

Tennessee 2002 (2ª Ed.) http://www.tn.gov/environment/wpc/sed_ero_controlhandbook/eschandbook.pdf

Virginia 1992 (3ª Ed.) http://www.dcr.virginia.gov/stormwater_management/e_and_s-ftp.shtml * Endereços eletrônicos acessados em 7 de maio de 2012.

Quadro 1.1 – Estado, ano de publicação e endereço eletrônico de parte dos manuais dos EUA que

contemplam cercas-silte como técnica de combate a problemas de erosão.

Dessa forma, embora ainda não existam muitos registros de cercas-silte no Brasil, o uso desse tipo de medida tem sido cada vez mais comum em diversos canteiros de obra em diferentes lugares do mundo, conforme já apontava KOERNER em 2012. No entanto, mesmo com a crescente visibilidade que esse tipo de solução tem ganhado, ainda são poucos os estudos dedicados a avaliar os efeitos que essas barreiras exercem sobre o poder de erosão do runoff e o transporte de sedimentos das obras. Trata-se de uma situação para a qual KEENER et al. (2007) e FAUCETTE et al. (2009) já chamaram a atenção, enfatizando a escassez de

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trabalhos voltados, por exemplo, à avaliação do desempenho de cercas-silte em relação à sua capacidade de reter sólidos em suspensão.

Assim, tendo em vista essa carência de publicações nessa área e, ainda, considerando-se que esconsiderando-se tipo de técnica tende a considerando-se tornar cada vez mais comum em construções de grande porte, este estudo propôs-se a contribuir com o tema. Para tanto, construiu-se um equipamento para reproduzir em laboratório as principais solicitações às quais as mantas de geotêxtil utilizadas nas cercas-silte ficam submetidas durante eventos de chuva em canteiros de obra. Nos ensaios foram utilizadas mantas de geotêxtil não-tecido em duas situações distintas: uma sem nenhum tipo de uso (isto é, nova e ainda com as características de fabricação) e a outra usada, ou seja, retirada de um canteiro de obra após dois anos de uso contínuo sob a forma de cerca-silte. Esses dois tipos de manta foram avaliados em relação à sua capacidade de reter sólidos em suspensão e, para tanto, variações de turbidez e taxa de escoamento foram monitoradas.

Por fim, destacam-se ainda dois pontos relacionados aos experimentos realizados. O primeiro diz respeito à preparação do runoff utilizado nos ensaios das mantas de geotêxtil. Embora tenha sido produzida em laboratório e com água de abastecimento própria para consumo humano, a mistura que compôs o runoff foi feita com solo coletado no mesmo local de onde o geotêxtil não-tecido em uso foi retirado. O segundo ponto refere-se à escolha dos valores de ensaio para variáveis como volume de runoff e a vazão de descarga. Para que os experimentos realizados melhor representassem as condições das cerca-silte em canteiros de obra, a definição desses valores foi feita a partir dos mesmos critérios de dimensionamento utilizados em projetos para controle de erosão em construções e também considerou a equação de chuva da área mais próxima ao local em que foram coletadas tanto as amostras de geotêxtil quanto o solo utilizado nos ensaios.

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2. OBJETIVOS

Os objetivos deste trabalho foram divididos em geral e específicos, conforme segue.

2.1. OBJETIVO GERAL

Avaliar a remoção de turbidez em laboratório de dois tipos de geotêxtil não-tecido (um sem qualquer tipo de utilização prévia e o outro retirado de uma cerca-silte após dois anos de uso contínuo em um canteiro de obra) quando expostos a escoamentos horizontais de mistura entre água e solo.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Durante os testes aos quais cada amostra geotêxtil não-tecido esteve submetida, analisar os seguintes efeitos:

 remoção de turbidez ao final de cada teste;

 remoção de turbidez por sedimentação e filtração ao longo de cada teste; e

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3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A fase de construção de empreendimentos de grande porte envolve, na maioria dos casos, atividades com potencial de causar danos significativos ao ambiente. Trata-se de uma característica inerente à maioria das atividades essenciais à construção de empreendimentos assim.

Particularmente em relação ao meio físico, atividades como remoção de vegetação, troca de solo e serviços de terraplenagem costumam estar bastante associadas à intensificação de processos erosivos e às suas repercussões ambientais negativas. Especialmente em construções de grande porte, as erosões destacam-se pelo seu grande poder destrutivo, o que se reflete, por exemplo, em danos à vegetação, alterações indesejáveis na qualidade da água e assoreamento de corpos d‟água, além de desabamentos e perda de serviços já realizados.

Atualmente existem diversas formas de prevenir, atenuar e até mesmo controlar os diversos efeitos negativos ocasionados pela aceleração da erosão. São medidas que abrangem desde políticas públicas de planejamento urbano até o uso de técnicas relativamente simples em canteiros de obra e, sendo assim, requerem o envolvimento de diferentes atores e em variadas esferas de atuação.

Tendo em vista os objetivos deste trabalho, a seguir são reunidos conceitos e elementos que, entre outras coisas, apresentam o contexto de aplicação e os princípios envolvidos no funcionamento das cercas-silte como técnica de combate a problemas relacionados à erosão em canteiros de obra. Complementarmente, também são apresentadas considerações sobre geotêxteis, em especial sua propriedade de reter de materiais em suspensão e melhorar a qualidade da água que aflui de áreas em construção.

3.1. EROSÃO COMO PROCESSO

SALOMÃO e IWASA (1995) conceituam erosão como um processo em que partículas do solo e de rochas são desagregadas e removidas, devido à ação da gravidade combinada a elementos como água, vento, gelo e até mesmo seres vivos – é, por exemplo, o caso de árvores e arbustos que promovem o alargamento de fissuras em rochas por meio de

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suas raízes. Para LEPSCH (2010), que considerou as características de diferentes horizontes de solo existentes, a erosão causada pelas águas de chuva é a que merece mais atenção no Brasil.

Erosões associadas à pluviosidade têm início com o impacto que as gotas de chuva exercem sobre a superfície do solo. Trata-se da desagregação da porção mais superficial do solo que, segundo BRADY e WEIL (2009), resulta da combinação de três efeitos: descolamento de grãos de solo, destorroamento de parte desses grãos e espalhamento do material desagregado. Dessa forma, ao colidirem contra uma superfície em que não há nenhum tipo de proteção, as gotas de chuva não apenas descolam grãos superficiais que estão arranjados entre si, mas também destorroam parte dos grãos descolados e, por fim, espalham o material desagregado sobre a superfície do terreno, formando uma pequena depressão sobre o local da colisão (Figura 3.1).

t0=0 t1=1/1400s t2=1/700s t3=1/400s t4=1/150s t5=1/70s

Figura 3.1 – Efeito da colisão de uma gota de chuva contra a superfície do solo. Além de

descolar e destorroar grãos, a energia do impacto espalha o material desagregado e configura uma depressão sobre a área da colisão (Fonte: adaptado de HILLEL, 1998).

De acordo como HILLEL (1998), um dos fatores mais relevantes para a intensidade desse tipo de desagregação refere-se à energia cinética (Ec) e ao momento linear (M) com que

cada uma das gotas colide contra a superfície do solo. Assim, conforme ilustram as Equações 3.1 e 3.2, desagregações deflagradas dessa forma são influenciadas tanto pela massa (m) de cada uma das gotas quanto pela sua velocidade (v) de colisão que, segundo BRADY e WEIL (2009), chega a aproximadamente 30 km/h em gotas de maior diâmetro.

Ec =

m . v2

2 Equação 3.1

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A partir do momento em que o runoff* começa a se formar, dá-se início a mais uma etapa do processo erosivo. É neste instante que o material desagregado pelo impacto das gotas de chuva passa a ser transportado por meio do escoamento superficial das águas pluviais. Assim, as partículas de solo são mantidas em suspensão na água e carreadas até que venham a se depositar sobre as porções baixas do terreno, o que corresponde à terceira e última etapa do processo de erosão hídrica, conforme mostra a Figura 3.2.

Figura 3.2 – Esquema das três etapas comuns à erosão causada pelas águas de chuva. Após a

colisão das gotas de chuva contra a superfície do terreno (a), as partículas de solo desagregadas são transportadas pelo runoff, (b) até que ocorra a sua deposição (c) em áreas baixas do terreno (Fonte: BRADY e WEIL, 2009).

As águas pluviais que escoam sobre o terreno também promovem a desagregação de partículas próximas à superfície. Entretanto, a desagregação causada pelo impacto das gotas de chuva é, ao menos no começo do processo erosivo, mais severa do que os efeitos atribuíveis ao poder de arraste do runoff. Para LEPSCH (2010), esse fato está associado às características do runoff que, ao início das erosões hídricas, comumente tem fluxos pouco concentrados e marcados por velocidades inferiores a 1 km/h.

Esse tipo de efeito fica particularmente nítido em áreas desprotegidas onde o escoamento do runoff mantém-se predominantemente difuso ao longo de todo um evento de chuva. É, por exemplo, o que se observa com relativa frequência nas porções mais altas de

*_{Fenômeno bastante conhecido na literatura técnica, o runoff é conceituado por JORGE e UEHARA (1998)} como a porção do volume de águas pluviais que, por não infiltrar no solo nem ser retida pela cobertura vegetal ou por restos orgânicos depositados sobre o solo, acaba escoando sobre a superfície do terreno.

(a) Desagregação

(b) Transporte

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canteiros de obra com solo exposto. Em áreas assim, costumam ser encontradas pequenas formações verticais distribuídas pontualmente ao longo da superfície do solo.

Trata-se de pequenas áreas da superfície do terreno que são poupadas do impacto das gotas de chuva devido à presença de materiais relativamente resistentes e de diâmetro equivalente superior ao das partículas mais finas do solo. Dessa forma, ao contrário do que se observa na maior parte do restante do terreno, as partículas do solo localizadas abaixo desses materiais maiores e mais resistentes mantêm-se imunes aos efeitos erosivos de desagregação e transporte, destacando-se pelo formato característico que adquirem ao término das chuvas (Figura 3.3).

Figura 3.3 – As partículas mais finas do solo, quando protegidas por materiais relativamente

maiores e mais resistentes (como o em destaque), são poupadas dos efeitos erosivos das chuvas e mantêm-se preservadas sob a forma de pequenas formações verticais (Fonte: KELLEY, 2012).

No entanto, o poder de desagregação associado ao runoff aumenta à medida que o fluxo superficial encontra caminhos preferenciais de escoamento, concentrando-se em certas porções do terreno. Com a concentração do runoff, tanto a velocidade quanto a turbulência do escoamento aumentam e, dessa forma, a desagregação das partículas do solo passa a ser resultado também do fluxo superficial das águas de chuva.

Independente das etapas que a compõem e dos agentes que a governam (água ou vento, por exemplo), a erosão é um fenômeno natural e que modifica permanentemente a

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superfície da Terra. STILLE (2006) lembra que a erosão tem um papel bastante relevante em processos essenciais para a manutenção da vida no planeta, como aqueles relacionados à formação dos solos e à deposição de nutrientes em áreas inundáveis de planícies.

Contudo, as taxa de erosão hídrica tendem a aumentar de forma bastante significativa nos casos em que a superfície de um determinado terreno tem suas características modificadas por atividades humanas. Para INFANTI JÚNIOR e FORNASARI FILHO (1998) é comum que em situações assim a erosão deixe de ser classificada como geológica (ou natural) e passe a ser denominada como acelerada (ou antrópica). É, por exemplo, o que se observa durante a fase de construção de empreendimentos de grande porte, conforme se apresenta a seguir.

3.2. EROSÃO ACELERADA E ALTERAÇÕES INDESEJÁVEIS AO MEIO

Enquanto a erosão geológica é um fenômeno natural e determinado predominantemente por fatores como intensidade da chuva, densidade da cobertura vegetal, formas do relevo e tipo de solo, SALOMÃO e IWASA (1995) mostram que a erosão acelerada deve-se principalmente às solicitações que certas atividades humanas imprimem sobre o meio. Particularmente durante a fase de construção de empreendimentos de grande porte, é bastante comum que atividades como supressão de vegetação e serviços de terraplenagem promovam o aumento das taxas de perda de solo em canteiros de obra. Em um primeiro momento, essa aceleração do processo de erosão decorre da desagregação causada pelas gotas de chuva e pelo fluxo do runoff que, devido à exposição prolongada de extensas áreas do solo, tem seu efeito potencializado.

Entretanto, o incremento das taxas de erosão também está associado ao aumento da vazão (Q) de runoff que, ao deixar de ser retido pela vegetação ou por restos orgânicos depositados sobre o solo, passa a escoar maiores volumes de água em intervalos de tempo consideravelmente mais curtos. Segundo JORGE e UEHARA (1998), essas alterações no regime de vazão resultam essencialmente de alterações no equilíbrio hídrico de áreas submetidas a alterações como, por exemplo, a remoção de horizontes superficiais do solo que, por serem geralmente mais porosos, tendem a favorecer a infiltração de águas pluviais.

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De qualquer forma, a aceleração de processos erosivos é entendida por si só como uma alteração indesejável. Particularmente durante a construção de empreendimentos de grande porte, processos erosivos intensificados caracterizam-se por seu grande poder de destruição, o que se reflete em perda de vegetação, ameaça ou ocorrência de desabamentos, perda de serviços concluídos, depreciação de bens públicos, entre outras coisas.

Além disso, os materiais desagregados pelo impacto das gotas e pelo próprio runoff tendem a interferir significativamente na qualidade de corpos d‟água, o que pode ser detectado pela variação de parâmetros previstos na legislação como, por exemplo, turbidez (Quadro 3.1). Conforme PIVELI e KATO (2006) conceituam, a turbidez está associada ao grau de redução da intensidade que a luz sofre ao atravessar uma amostra de água. Isso ocorre devido à presença de sólidos suspensos na água com diâmetros superiores a 1,2 µm que, constituídos por partículas inorgânicas (como areia, silte e argila) e compostos orgânicos (detritos, algas, plâncton, entre outros), são responsáveis pela absorção e pelo espalhamento de parte dos feixes de luz.

Legislação Contexto de aplicação Valor

Resolução Conama 357 / 2005

Padrão para águas doces

Em corpos hídricos de classe 1 ≤ 40 UNT

Em corpos hídricos de classes 2 e 3 ≤ 100 UNT

Portaria MS 518 / 2004

Padrão para água pós-filtração ou

pré-desinfecção

Para desinfecção de água subterrânea ≤ 1,0 UNT em 95% das amostras Para filtração rápida (tratamento

completo ou filtração direta) ≤ 1,0 UNT Padrão de aceitação para

consumo humano

Em qualquer ponto da rede do sistema

de distribuição ≤ 5,0 UNT

Quadro 3.1 – Valores máximos de turbidez preconizados pela legislação brasileira para diferentes

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Especialmente em áreas em construção, o aumento dos níveis de turbidez costuma corresponder a uma maior quantidade de sedimentos em suspensão na água (Figuras 3.4 e 3.5). Segundo BARRETT et al. (1995), uma das principais consequências negativas do aumento de sólidos em suspensão na água é a redução da penetração de luz solar ao longo da coluna d‟água. Nesses casos, é comum que a queda da incidência de luz seja acompanhada da diminuição de atividades fotossintéticas, o que invariavelmente reduz a disponibilidade de alimentos para a biota aquática.

Figuras 3.4 e 3.5 – Em obras marcadas pela exposição prolongada do solo, o aumento dos níveis

de turbidez em corpos d‟água deve-se principalmente aos sedimentos provenientes das próprias áreas em construção, o que fica particularmente evidente quando há a formação de plumas com cores que diferem de um determinado padrão (fonte: IPT, 2010).

FIFIELD (2004) também ressalta que as porções mais finas dos sedimentos em suspensão podem prejudicar parte dos peixes de corpos d‟água afetados. Justamente por permanecerem em suspensão por intervalos de tempo relativamente longos, os sedimentos mais finos causam danos à pele dos peixes por abrasão e levam alguns indivíduos à morte por sufocação ao se acumularem nas brânquias desses animais.

Algumas agências ambientais como a USEPA (2008) acrescentam ainda que maiores quantidades de sólidos em suspensão aumentam o total de recursos necessários para que estações de tratamento de água (ETAs) tornem a água de mananciais superficiais adequada para o consumo humano. De acordo com EMELKO et al.,( 2011), quando a quantidade de sedimentos em suspensão cresce nas proximidades de um determinado ponto de captação, é

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comum que sejam necessárias maiores dosagens de coagulantes para que os materiais em suspensão sejam floculados. Dessa forma, além de aumentar o consumo de coagulantes, há também uma maior geração de lodo durante o processo de tratamento da água, o que acaba por aumentar as despesas com atividades como desidratação, transporte e disposição final.

O aumento de sedimentos em suspensão tem efeitos igualmente negativos sobre as atividades de irrigação em áreas agrícolas. Segundo DUKES et al. (2005), um dos principais problemas atribuíveis ao aumento da turbidez em pontos de captação em áreas rurais diz respeito ao entupimento de aspersores. Nesses casos, os sedimentos em suspensão, principalmente em meio à presença de compostos orgânicos e de depósitos formados a partir de minerais dissolvidos na água, favorecem a formação de obstáculos que obstruem a estreita tubulação existente no interior dos aspersores e, consequentemente, reduzem a vida útil de equipamentos desse tipo.

A todos os inconvenientes causados pelas partículas em suspensão na água somam-se ainda os reflexos negativos deflagrados a partir da formação de depósitos de sedimento. Tendo em vista que a sedimentação das porções mais grossas do material desagregado acontece com relativa rapidez, BRADY e WEIL (2009) apontam como comum a ocorrência de danos à vegetação localizada em porções do terreno imediatamente a jusante das áreas em construção. São problemas que abrangem desde retardamentos do crescimento da vegetação até o aumento da mortalidade de árvores e que, segundo TERRADOS et al. (1997), estão associados às mudanças na dinâmica de trocas gasosas entre a vegetação e o meio, resultado do acréscimo relativamente rápido de novas camadas de sedimentos sobre a superfície do terreno (Figura 3.6).

Há também situações em que uma parcela significativa de sedimentos é carreada para corpos d‟água lênticos como lagoas e reservatórios. Quando chegam a ambientes assim, as partículas em suspensão têm suas velocidades de deslocamento drasticamente reduzidas e, dessa maneira, passam a fazer parte dos depósitos de sedimentos.

IWASA e FENDRICH (1998) associam o assoreamento de corpos d„água a desdobramentos indesejáveis como diminuição do volume útil de reservatórios e alocação de recursos em serviços como, por exemplo, dragagem para manutenção de calados em áreas de navegação. A USEPA (2008) destaca que o assoreamento de reservatórios, além de interferir em serviços de abastecimento de água e irrigação, também reduz a produção de energia

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elétrica, traz prejuízos aos setores que dependem do uso recreativo dos recursos hídricos e, por fim, cria condições que tornam as inundações mais frequentes e severas. Complementarmente, destaca-se que os materiais carreados que se depositam sobre leitos de corpos d‟água têm potencial para causar danos ao hábitat de comunidades bentônicas (HEDRICK et al., 2010), à vegetação de áreas inundáveis (BENJANKAR e YAGER, 2012) e também às áreas comumente utilizadas durante a desova de determinadas espécies de peixes (BARRETT et al., 1995).

Figura 3.6 – Quando novas camadas de sedimentos são depositadas rapidamente sobre terrenos

vegetados, as trocas gasosas entre a flora e o meio passam por alterações que se refletem em danos como ressecamento e morte de parte das árvores (fonte: IPT, 2008).

Em virtude de todas essas alterações adversas descritas, a fase de construção de empreendimentos de grande porte configura cenários em que é imprescindível a adoção de medidas para prevenção e controle contra os efeitos de processos erosivos. Trata-se, na maioria dos casos, de técnicas tradicionalmente associadas às práticas agrícolas de conservação do solo e que, por serem instaladas com relativa simplicidade, são cada vez mais comuns em canteiros de obra. A seguir, são apresentadas as principais técnicas que figuram entre as BMPs para prevenção e controle de problemas associados à erosão. Tendo em vista os objetivos deste trabalho, particular atenção foi dedicada às cercas-silte.

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3.3. PREVENÇÃO E CONTROLE DE EFEITOS ADVERSOS

De acordo com a USEPA (2008), as BMPs para prevenção e controle de problemas erosivos em canteiros de obra correspondem a um amplo conjunto de medidas concebidas para prevenir e controlar a intensificação de processos erosivos e, ao mesmo tempo, para minimizar o carreamento de sedimento para fora dos limites das áreas em construção. Para efeito de classificação, as BMPs costumam ser agrupadas em duas categorias de medidas: não-estruturais e não-estruturais.

Para TAYLOR e WONG (2002), as BMPs não-estruturais são medidas institucionais de caráter preventivo e, portanto, estão focadas em evitar a contaminação das águas pluviais por sedimentos de origem difusa. Assim, políticas públicas voltadas ao planejamento e à gestão do desenvolvimento urbano, programas educacionais e até mesmo atividades de fiscalização estão contempladas nessa categoria de medidas.

Já as BMPs estruturais são descritas pela USEPA (2004) como sistemas idealizados e construídos com base em critérios de projeto comuns à engenharia. Esse tipo de BMP costuma ser classificado em dois subgrupos distintos: práticas conservacionistas do solo e medidas estruturais.

O primeiro subgrupo reúne técnicas relativamente comuns em áreas agrícolas. CAMPOS et al. (2008) dão destaque para as medidas dedicadas a proteger a superfície do terreno contra a erosão. Esse tipo de proteção pode ser conseguido logo no início da construção, quando ainda é possível manter a vegetação remanescente das atividades de bosqueamento, e também à medida que as obras avançam, por meio de técnicas como aplicação de hidrossemeadura, plantio de grama em placas e até mesmo instalação de coberturas provisórias feitas de lona ou manta de baixa permeabilidade.

A este primeiro subgrupo de técnicas o TDEC (2002) acrescenta ainda as práticas de caráter mecânico como, por exemplo, terraceamento e impressão de rugosidade sobre a superfície do solo. O terraceamento, que corresponde à construção de leiras e valas intercaladas entre si, em intervalos regulares e no sentido transversal à inclinação do terreno, favorece o disciplinamento do escoamento superficial e, ao mesmo tempo, contribui para diminuição do poder de erosão do runoff. De forma semelhante, quando se confere maior rugosidade à superfície dos solos de áreas em obras, o que acontece à medida que as marcas

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das esteiras das máquinas de construção são gravadas sobre o terreno, também ocorre a redução do efeito de desagregação do escoamento superficial das águas de chuva.

O segundo subgrupo de BMPs estruturais reúne técnicas que requerem a construção de algum tipo de arranjo físico e, para funcionarem de maneira satisfatória, devem ser dimensionados com base em dados hidrológicos do local em obras e também a partir das características hidráulicas das estruturas que serão utilizadas. Em relação a este subgrupo, ZECH et al. (2008) dão destaque para técnicas como barreiras de fibra vegetal, barramentos construídos a partir de enrocamento ou sacaria, bacias de detenção, cortinas de turbidez, entre outras.

Barreiras de fibra vegetal são técnicas aplicáveis a áreas de drenagem relativamente pequenas que o IDNR (2006) descreve como cilindros delgados ou fardos compostos, basicamente, por materiais como fibra de coco e diferentes tipos de palha. Instaladas transversalmente aos caminhos preferenciais de escoamento de águas pluviais em um terreno, essas barreiras são utilizadas para interceptar o fluxo superficial, o que atenua o poder erosivo do runoff e, ao mesmo tempo, favorece o processo de retenção da fração mais grossa de sedimentos em suspensão no runoff (Figura 3.7).

Figura 3.7 – Barreiras de fibra vegetal instaladas durante a construção de uma rodovia no estado

da Carolina do Norte, EUA. Dispostas transversalmente aos segmentos do terreno em que há concentração do escoamento de águas pluviais, essas barreiras interceptam o runoff e ajudam a reter parte dos materiais carreados pelas chuvas (fonte: acervo do autor).

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Barramentos feitos de sacaria ou enrocamento também são utilizados para reduzir a velocidade do runoff e promover a retenção de parte dos sedimentos em suspensão. Embora sejam maiores e mais robustas do que as barreiras de fibra vegetal, o GaSWCC (2000) destaca que, dada as dimensões dos barramentos utilizados nesse tipo de solução (Figura 3.8), essa BMP deve somente ser empregada em canais relativamente pequenos e onde o escoamento superficial seja formado apenas por águas pluviais.

Figura 3.8 – Representação esquemática dos principais parâmetros de projeto para barramentos de

enrocamento utilizados na prevenção e controle de problemas associados à erosão (fonte: GaSWCC, 2000).

Bacias de detenção são estruturas cunhadas no terreno a partir de escavações ou por meio da construção de barramentos dispostos transversalmente ao caminho preferencial de escoamento das águas pluviais. Com um volume de armazenamento superior ao observado em estruturas de fibra vegetal, sacaria ou enrocamento, esse tipo de BMP é utilizado principalmente para promover a retenção temporária do runoff e, dessa maneira, favorecer o processo de decantação das águas pluviais que escoam sobre áreas com solo exposto. Para tornar a remoção de sedimentos em bacias de detenção mais eficiente, o ASWCC (2009) recomenda a construção de barreiras permeáveis feitas com rede de fibra de coco e também a utilização de extravasores superficiais como skimmers.

L: distância quando A e B estão na mesma altura

(vista frontal) Geotêxtil 25cm Máximo de 60cm L B A (vista lateral) Máximo de 60cm Geotêxtil

(vista lateral em detalhe)

(55)

Instaladas perpendicularmente à direção de escoamento do runoff, as redes de fibra de coco favorecem o espraiamento da vazão que chega a uma determinada bacia e, como resultado, a extensão do tempo de detenção hidráulico dessa estrutura aumenta e as taxas de remoção de materiais em suspensão crescem. Já os skimmers são instalados na margem mais distante do ponto de alimentação de cada bacia e têm como propósito drenar o runoff de forma controlada e a partir da porção mais superficial da coluna d‟água. Tanto as barreiras de fibra de coco quanto o extravasor superficial integram a bacia de detenção ilustrada na Figura 3.9 a seguir.

Figura 3.9* – Bacia de detenção formada por duas barreiras permeáveis de rede de fibra de coco e um extravasor superficial do tipo skimmer. Enquanto as redes de fibra de coco promovem a dispersão do runoff que entra no sistema, o skimmer esvazia a bacia a partir da porção mais superficial da coluna d‟água.

Cortinas de turbidez são utilizadas em corpos d‟água como barreiras submersas para conter a propagação de plumas de turbidez e também o avanço de depósitos de sedimento. Confeccionadas geralmente com geotêxtil de permeabilidade relativamente baixa, essas cortinas têm suas laterais fixadas às margens do corpo d‟água, ao passo que sua porção superior fica emersa na superfície por meio de estruturas flutuantes e sua porção inferior permanece submersa por lastros, podendo inclusive chegar a tocar o leito do corpo d‟água (Figuras 3.10 e 3.11). Tendo em vista que as cortinas de turbidez correspondem à última BMP passível de aplicação antes que o runoff entre em contato com as águas de um determinado

*_{Acervo do Department of Soil Science da North Carolina State University (NCSU), EUA / figura adaptada.} Saída (somente água do topo)

Entrada (runoff concentrado)

Efeito de dispersão do fluxo

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corpo d‟água, o ASWCC (2009) destaca que essas barreiras devem ser entendidas como uma técnica de refinamento do processo de retenção de sedimentos em suspensão e, portanto, devem sempre ser utilizadas como complemento a outras BMPs e não como medida única ou principal.

Figuras 3.10* e 3.11** – Representação esquemática e aplicação de uma cortina de turbidez que se estende da superfície ao leito de um corpo d‟água lêntico. Notar, à direita, que o aumento dos níveis de turbidez ocorre apenas até o limite delimitado pela cortina.

Outras técnicas bastante difundidas também integram o subgrupo de BMPs estruturais. É, por exemplo, o caso das cercas-silte que, conforme ilustrado no Quadro 1.1, figuram em documentos e manuais como uma das principais técnicas de combate a problemas relacionados à erosão em construções. As principais características desse tipo de medida são apresentadas a seguir.

3.4. CERCAS-SILTE

Cercas-silte são descritas por GOLDMAN et al. (1986) como barreiras verticais temporárias compostas por mantas de geotêxtil tecido ou não-tecido e estruturadas com pontaletes metálicos ou de madeira espaçados regularmente entre si. Além disso, a porção

*_{Adaptado do catalogo de produtos da Elastec / American Marine (2009). Arte final de Alvaro C.} Kopezynski.

**_{Fonte: adaptado de CAMPOS et al., 2010.} (vista lateral) Lastro Leito do corpo d‟água Flutuador Geotêxtil

Saída do runoff após a retenção

Entrada do runoff (difusa) Entrada do

runoff (difusa)

Nível da água

Saída do runoff após a retenção

(57)

inferior dessas cercas é ancorada ao solo por meio da escavação e do preenchimento de trincheiras, conforme ilustra a Figura 3.12.

Figura 3.12 – Representação esquemática das etapas de construção de uma cerca-silte (fonte:

adaptado de GaSWCC, 2000 / arte final de Alvaro C. Kopezynski).

De acordo com o TDEC (2002), esse tipo de BMP é utilizado para disciplinar o escoamento superficial de águas pluviais, reduzir a velocidade do fluxo em áreas com solo exposto e diminuir a quantidade de sedimentos carreados para fora dos limites da área em construção. Para atingir esses propósitos, o NCDOT (2003) destaca que essas estruturas, além de não poderem ser instaladas transversalmente a drenagens perenes, devem ser construídas em locais onde o runoff possa ser detido antes que a vazão do escoamento esteja concentrada e sem que danos sejam causados à área a montante das cercas (Figura 3.13).

A detenção do runoff a montante das cercas-silte é particularmente importante para que a remoção de parte dos sedimentos em suspensão aconteça. Isso ocorre porque as cercas-silte, ao deterem as águas pluviais que escoam sobre a superfície do solo, criam condições favoráveis para que ocorram a sedimentação de parte das partículas em suspensão e também a filtração da água. Os detalhes desses dois processos são apresentados a seguir.

Sentidos do

runoff

Estaqueamento dos pontaletes verticais

(vistas em perspectiva) Escavação da trincheira Etapa 1 Etapa 2 Sentidos do runoff Ancoragem da manta Fixação do geotêxtil nos pontaletes

(58)

Figura 3.13 – Para que funcionem de maneira adequada, as cercas-silte não devem ser instaladas

transversalmente a drenagens perenes e precisam contar com áreas livres a montante das barreiras (como A e B) que não sofram danos devido à detenção do runoff (fonte: adaptado de IPT, 2008).

3.4.1. Sedimentação e filtração

A remoção de materiais em suspensão no runoff por cercas-silte é resultado da combinação dos processos de sedimentação e filtração. Segundo KOERNER (2012), a velocidade de escoamento superficial de águas pluviais sofre uma redução considerável a partir do momento que o runoff é interceptado pelas cercas-silte, o que proporciona o acúmulo temporário de água a montante das barreiras de geotêxtil e, consequentemente, cria condições favoráveis para que os processos de sedimentação e filtração aconteçam.

BARRETT et al. (1995) destacam que o processo de sedimentação, além de estar baseado no efeito que a gravidade exerce sobre materiais em suspensão com massa específica superior à da água, também é influenciado pelo regime de escoamento que caracteriza o runoff durante o processo de reservação de água a montante das cercas-silte. Assim, quando há a precipitação de grandes volumes de água em intervalos de tempo curtos, o efeito de sedimentação exercido pela gravidade é temporariamente atenuado, pois o escoamento do runoff tende a ocorrer em regime turbulento, ou seja, tem seu movimento marcado por flutuações aleatórias de velocidade e direção que mantém os sedimentos suspensos ao longo da coluna d‟água por períodos relativamente longos.

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