ESTUDO EXPERIMENTAL DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS PARA O CONTROLE DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NA FONTE - PDF
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Carmem Sofia Franca Minho
1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRÁULICAS ESTUDO EXPERIMENTAL DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS PARA O CONTROLE DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NA FONTE LAURA ALBUQUERQUE ACIOLI Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Sul como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Engenharia. Orientador: André Luiz Lopes da Silveira Co-orientador: Joel Avruch Goldenfum Banca Examinadora Prof. Dr. Vladimir Caramori Borges de Souza DAE/UFAL Prof. Dr. Carlos Eduardo Morelli Tucci IPH/UFRGS Prof. Dr. Walter Collischonn IPH/UFRGS Porto Alegre, Março de 2005
2 ii I. APRESENTAÇÃO Este trabalho foi desenvolvido no Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, sob a orientação do professor André Luiz Lopes da Silveira, e co-orientação do professor Joel Avruch Goldenfum. Utilizo esse espaço para agradecer a todos aqueles que contribuíram de alguma forma para a realização deste trabalho. Inicialmente, deixo meus agradecimentos ao IPH/UFRGS, por ter me acolhido durante esse tempo dedicado ao Curso de Mestrado; à CAPES, pela bolsa de estudos a mim creditada para a realização do trabalho; à FINEP, pelo financiamento do projeto IPH/URB, no qual está inserido o presente estudo; à Prefeitura Municipal de Porto Alegre, que através da equipe da SMOV colaborou imensamente para a construção do Pavimento Permeável; ao LAPAV/UFRGS, que contribuiu nos aspectos mecânicos do pavimento; à CONCEPA e à ABINT, pelo fornecimento de materiais para o pavimento. Agradeço aos meus orientadores: professor Joel, por me apresentar ao trabalho e conduzi-lo tão eloqüentemente em sua fase inicial; e ao professor André, que me orientou na fase de análise de dados e confecção da dissertação. Aos dois agradeço pelo apoio, paciência e estímulos transmitidos. Agradeço também aos membros da banca examinadora, que deixou valiosas contribuições para o trabalho. Às pessoas que, durante esse extenso trabalho, me ajudaram nas fases de ensaios de solos, execução do pavimento, análise dos dados e confecção da dissertação: às meninas da biblioteca, ao pessoal da vice-direção, Augustin, Dalton, Prof. David, Douglas, Gregori, Humberto, Joana, D. Lygia, Prof. Louzada, Luciane, Prof. Marcos Leão, Nadir, Prof. Nilza, Paulo Edson, Prof. Paulo Kroeff, Seu Renato, Seu Rodrigues, Sidnei e Prof. Tucci. Agradeço especialmente à minha família, pelo apoio emocional e financeiro, pelo incentivo, e acima de tudo, pelo amor que sempre me deram. Agradeço principalmente aos meus pais, Marcone e Tereza, e também aos meus irmãos Beatriz e Marconinho, que dividem comigo o desafio de viver a 3500 km longe de casa.
3 iii Aos amigos que conquistei e com quem convivi durante essa caminhada, agradeço de todo coração: Adriano, Andréa, Ane, Chris, Dani, Daniel, Diego, Diogo, Eduardo, Elba, Emilia, Fernanda, Fernando, Herenice, Jean, Joana, Karina, Luis Gustavo, D. Lurdes, Marcio, Marilu, Mariza, Marta, Nilson, Omar, Roger, Ruberto, Ruti, Rys, Sidnei, Tereza, Vanessa, Vlad, Walter. Agradeço aos amigos do PET, da Engenharia, e da UFAL, principalmente ao Roberaldo e à Cleuda, que me deram incentivo, e me fizeram acreditar que era possível vencer esse desafio. À amigas Luciana e Luciene, que têm um lugar especial em meu coração. Agradeço ao Dante, que tem sido muito importante para mim, me dando apoio, incentivo e compreensão nos momentos difíceis, e com quem adoro compartilhar também os bons momentos da minha vida. Por fim, agradeço ao responsável por todas as minhas conquistas, por minha saúde, paz, felicidade e que é fonte de sabedoria eterna: muito obrigada, Meu Deus!!!
4 iv II. RESUMO Técnicas atuais de Gerenciamento da Drenagem Urbana preconizam que a drenagem da água da precipitação seja realizada com o uso de dispositivos de controle que agem na fonte do escoamento superficial. Tais dispositivos têm o objetivo de recuperar a capacidade natural de armazenamento do solo, reduzida devido aos impactos da urbanização. Com o desvio do escoamento das áreas impermeáveis para esses dispositivos, o solo recupera as condições de escoamento anteriores à urbanização. A presente dissertação descreve um experimento inédito no Brasil, onde foi aplicada a técnica do Pavimento Permeável. Foi montado um aparato experimental que possibilita o monitoramento do desempenho do dispositivo, com o objetivo principal de analisar a viabilidade técnica da utilização de um pavimento permeável de baixo custo e tecnologia simples, no controle da geração de escoamento superficial na fonte. Com o trabalho, permitiuse uma maior difusão do conhecimento e propagação da técnica, ainda pouco dominada pelos engenheiros e contratantes. A obra consta de um lote de estacionamento de aproximadamente 264m 2, que foi dividido em duas partes iguais, onde foram utilizados os seguintes revestimentos: asfalto poroso, de granulometria aberta; blocos vazados intertravados de concreto. O experimento foi projetado para permitir o monitoramento quali-quantitativo dos escoamentos nos dois tipos de pavimento, com relação à redução no escoamento superficial, quando sujeitos às condições de tráfego encontradas na prática, no lote de estacionamento situado próximo ao bloco de ensino do IPH/UFRGS. São discutidos aspectos relacionados às condições de funcionamento, adequação dos materiais empregados, eficiência do dispositivo e custos envolvidos. A avaliação da eficiência hidráulica-hidrológica do dispositivo foi feita através do monitoramento e análise de dados de precipitação, armazenamento no reservatório, escoamento superficial e umidade no solo subjacente. O pavimento permeável se mostrou uma técnica eficiente de controle na fonte do escoamento superficial. Foram obtidas taxas médias de 5% de escoamento superficial para a superfície com revestimento asfáltico, e de 2,3% para o revestimento em blocos vazados intertravados. Os dados de armazenamento mostraram que em nenhum evento o volume armazenado superou 25% da capacidade máxima do reservatório. Ainda com base nesses dados, verificou-se que a metodologia de dimensionamento utilizada super-dimensionou a estrutura reservatório. A importância do dimensionamento preciso da estrutura é evidenciada pela estimativa dos custos, onde se verifica que o reservatório de britas contribui para uma significativa parcela dos custos totais.
5 v III. ABSTRACT Actual techniques of urban drainage management give priority to the adoption of source control procedures, by the use of control devices, that try to recover the natural capacity and storage of the soil, where they have been reduced by urbanization, with runoff from impermeable areas being diverted to retention devices or infiltration areas. The present dissertation describes an experiment, new to Brasil, where it was applied the Permeable Pavement technique. An experimental apparatus that allows the monitoring of device s performance was installed, with the main goal of analyzing the technical feasibility of a permeable pavement, with low costs and simple technology, to improve runoff control at source. With this work, it was allowed a bigger diffusion of the available knowledge and of the technique, mostly unknown by engineers and local contractors. The device consists of a parking lot of approximately 264m 2, which was divided in two equal parts, where the following coverings were used: asphalt with open granular structure and concrete garden blocks. The experiment was designed to allow qualitative and quantitative monitoring of water flow in both types of pavement, when subjected to the usual traffic conditions in the parking lot near the IPH/UFRGS building. Aspects related to functioning conditions are discussed, such as the adequacy of employed materials, efficiency of the device and related costs. The assessment of the hydraulic-hydrological device s efficiency was done through the monitoring and analysis of precipitation, reservoir storage, superficial runoff and soil humidity data. The permeable pavement revealed to be an efficient runoff source control technique. Mean runoff coefficients of 5% for the porous asphalt surface, and of 2,3% for the garden blocks surface were obtained. Storage data show that the accumulated volume in the reservoir never exceeded 25% of the storage capacity of the reservoir. Still based on these data, it was detected that dimensioning method used in the project caused overestimation of the reservoir structure. The importance of the accurate dimensioning of the structure is evidenced by the estimation of costs, where the stones reservoir contributes with a significant part of total costs.
6 vi IV. ÍNDICE I. APRESENTAÇÃO... II II. RESUMO...IV III. ABSTRACT...V IV. ÍNDICE... VI V. LISTA DE FIGURAS...VIII VI. LISTA DE TABELAS... XII VII. LISTA DE SÍMBOLOS... XIV VIII. LISTA DE SIGLAS... XVI 1. INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVOS PAVIMENTOS PERMEÁVEIS PAVIMENTOS PERMEÁVEIS E O CONTROLE NA FONTE DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL BREVE HISTÓRICO DA IMPLANTAÇÃO EM OUTROS PAÍSES TIPOS DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS VANTAGENS E DESVANTAGENS CRITÉRIOS DE PROJETO E DIMENSIONAMENTO Análise de viabilidade Estudos básicos Escolha dos materiais Dimensionamento mecânico Dimensionamento hidráulico-hidrológico PAPEL HIDROLÓGICO DOS PAVIMENTOS PERMEÁVEIS PAVIMENTOS PERMEÁVEIS E A QUALIDADE DA ÁGUA DE INFILTRAÇÃO OPERAÇÃO, MANUTENÇÃO E DURABILIDADE PRINCÍPIOS PARA ANÁLISE DE CUSTOS MATERIAIS E MÉTODOS ESTRATÉGIA METODOLÓGICA CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DE IMPLANTAÇÃO Localização Levantamento prévio à construção do experimento Ensaios de caracterização no solo subjacente VARIÁVEIS DE CONTROLE ESTRUTURA FÍSICA E DE MONITORAMENTO Camada superficial... 58
7 Camada reservatório Interface entre as camadas Estruturas de Monitoramento PROJETO E DIMENSIONAMENTO Determinação do volume do reservatório Dimensionamento das calhas de coleta do escoamento superficial Dimensionamento dos drenos extravasores A IMPLANTAÇÃO DO DISPOSITIVO EXPERIMENTAL O pavimento propriamente dito Aparato experimental METODOLOGIA DE ANÁLISE DO DESEMPENHO HIDRÁULICO Variável de entrada Armazenamento Variáveis de saída RESULTADOS E DISCUSSÃO ANÁLISE DO PROCESSO DE IMPLANTAÇÃO DO PAVIMENTO, ADEQUAÇÃO DOS MATERIAIS EMPREGADOS E AVALIAÇÃO DA ESTRUTURA FÍSICA Processo de implantação dos pavimentos Adequação dos materiais e avaliação física AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO HIDRÁULICO-HIDROLÓGICO DO DISPOSITIVO Formatação dos dados e seleção dos eventos Análise de variáveis hidrológicas e hidráulicas AVALIAÇÃO DO MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO MANUTENÇÃO ANÁLISE DE CUSTOS CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES CONCLUSÕES RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO ANÁLISE DETALHADA DE ALGUNS EVENTOS vii
8 viii V. LISTA DE FIGURAS Figura 2.1. Módulos de 1m 2 utilizados na simulação do escoamento superficial. (Araújo et al., 2000)...5 Figura 2.2. Escoamento superficial observado nas diversas superfícies ensaiadas, para chuva com tempo de retorno de 5 anos. (Araújo et al. 2000)...6 Figura 2.3. Simulação da bacia do arroio Moinho, para uma chuva de tempo de retorno de 5 anos. (Souza et al., 2001)...7 Figura 2.4. Exemplo dos diferentes tipos de pavimento com reservatório estrutural (Extraído de Azzout et al., 1994) Figura 2.5. Esquema dos tipos de pavimentos permeáveis (Adaptado de Schueler, 1987) Figura 2.6. Fluxograma para análise de viabilidade. (Adaptado de Azzout et al., 1994)...15 Figura 2.7. Divisão do reservatório em células para terrenos com declividade significativa. (Adaptado de UDFCD, 2002)...16 Figura 2.8. (1) Pavimento poroso em asfalto; (2) Pavimento poroso em concreto; (3) Pavimento permeável com blocos pré-moldados de concreto...20 Figura 2.9. Exemplos de aplicação dos anéis de plástico...22 Figura Exemplo de estrutura alveolar...23 Figura Determinação do volume de armazenamento através da máxima diferença entre a curva de entrada e a de saída da estrutura de controle Figura Efeito dos dispositivos de controle na fonte sobre o hidrograma da bacia. (Adaptado de Tucci e Genz, 1995)...30 Figura 3.1. Foto do pavimento permeável visto do alto Figura 3.2. Seção transversal do pavimento permeável Figura 3.3. Planta baixa do pavimento com suas principais dimensões e com a localização dos pontos de coleta de amostras para realização dos ensaios de caracterização do solo Figura 3.4. Calhas utilizadas para isolar o pavimento da contribuição do escoamento superficial Figura 3.5. Foto dos drenos obstruídos com passagem de água e sedimentos para o pavimento Figura 3.6. Sondagem de pontos para a caracterização do solo no estacionamento Figura 3.7. Curva de Distribuição Granulométrica do solo presente na base do pavimento...45 Figura 3.8. Soquete de compactação e cilindro de compactação utilizados no ensaio Proctor Normal...46
9 ix Figura 3.9. Aparelho usado para realização do ensaio ISC...47 Figura Esquema de montagem do infiltrômetro de anéis concêntricos e foto do ensaio realizado no pavimento...48 Figura Caracterização topográfica da área do experimento (cotas em metros)...50 Figura Esquema do ensaio de condutividade hidráulica pelo método do poço invertido (Fonte: Cauduro e Dorfman, 1990) Figura Esquema de montagem do ensaio do piezômetro auto-obturador (Oliveira e Schnaid, 2000)...55 Figura Esquema de realização do ensaio da curva de retenção com o método das panelas de pressão. (Cauduro e Dorfman, 1990)...56 Figura Curva de retenção de água pelo solo...57 Figura (a) Revestimento do pavimento com blocos intertravados de concreto, preenchidos com tufos de grama; (b) Revestimento do pavimento com asfalto prémisturado a frio de granulometria aberta...59 Figura Amostra da brita utilizada na camada reservatório...60 Figura Distribuição dos dispositivos de monitoramento do pavimento permeável...61 Figura Poços de observação e protetor dos eletrodutos em concreto...62 Figura Esquema ilustrativo (fora de escala) dos reservatórios coletores dos escoamentos com suas dimensões Figura Esquema ilustrativo do vertedor para medição da vazão extravasada Figura Gráfico comparativo entre as equações teórica e real do vertedor utilizado...65 Figura Sensor de pressão para medição de coluna d água Figura Guias de ondas confeccionados pela equipe do projeto...67 Figura Estação meteorológica próxima ao pavimento Figura Foto do pluviógrafo PVG Figura Representação do corte longitudinal do pavimento Figura Revestimento anterior do pavimento com blocos de granito...74 Figura Escavação da camada reservatório com retro-escavadeira Figura Septo enterrado para separação dos reservatórios...75 Figura Assentamento do filtro geotêxil Figura Assentamento da camada de brita...76 Figura Nivelamento dos blocos intertravados, e colocação de tufos de grama nas aberturas dos blocos Figura Assentamento do revestimento asfáltico...78
10 x Figura Instalação das guias de ondas para TDR e, no detalhe, o protetor do conector já instalado...80 Figura Assentamento dos drenos de fundo (a) e dos drenos extravasores (b)...81 Figura Assentamento de coletor de água para análise qualitativa, e a cobertura com lãde-vidro no detalhe...82 Figura Instalação dos sensores de nível do pavimento...83 Figura Corte longitudinal fora de escala do pavimento com indicação das grandezas que determinam o armazenamento no reservatório...86 Figura Esquema do pavimento ao término da precipitação...88 Figura 4.1. Acúmulo de folha nas calhas coletoras do escoamento superficial Figura 4.2. Acúmulo de sedimentos nos blocos devido a obra próxima...92 Figura 4.3. Depressões no revestimento asfáltico Figura 4.4. Assentamento correto (a) e incorreto (b) dos blocos vazados...94 Figura 4.5. Acúmulo de sujeira no pavimento...95 Figura 4.6. Comportamento do pavimento durante evento de precipitação...95 Figura 4.7. Distribuição das precipitações analisadas com relação à IDF de Bemfica et al. (2000) Figura 4.8. Preenchimento das partes vazadas dos blocos com água da chuva Figura 4.9. Transporte de areia dos blocos vazados para o asfalto pelo rolo compressor Figura Gráfico de correlação entre os coeficientes de escoamento superficial e a precipitação total do evento Figura Gráfico de relação entre os coeficientes de escoamento superficial e a data do evento Figura Gráfico do armazenamento para os eventos do mês de julho/ Figura Gráfico do armazenamento para os eventos dos meses de setembro e novembro/ Figura Esquema do corte longitudinal do pavimento durante a precipitação Figura Identificação das tendências de infiltração linear Figura Identificação das tendências de infiltração linear Figura Relação entre a taxa de infiltração e a intensidade de infiltração no solo Figura Gráfico de relação entre taxa de infiltração e intensidade de precipitação Figura Esquema do pavimento ao término da precipitação Figura Gráfico exemplo de esvaziamento no reservatório Figura Exemplos de gráficos de armazenamento previsto e observado...117
11 xi Figura Evolução do coeficiente de escoamento superficial ao longo do tempo de monitoramento Figura Gráfico do custo unitário dos dois tipos de pavimento em função da espessura do reservatório, com indicação da altura utilizada no pavimento em estudo Figura 7.1. Curvas de armazenamento e precipitação do evento de 14 de maio de Figura 7.2. Curvas de armazenamento e precipitação do evento de 10 de junho de Figura 7.3. Curvas de armazenamento e precipitação do evento de 3 de julho de Figura 7.4. Curvas de armazenamento e precipitação do evento de 14 de julho de Figura 7.5. Curvas de armazenamento e precipitação do evento de 30 de julho de Figura 7.6. Curvas de armazenamento e precipitação do evento de 6 de agosto de
12 xii VI. LISTA DE TABELAS Tabela 2.1. Comparativo entre os tipos de material para a camada superficial...21 Tabela 2.2. Coeficiente de segurança de redução da taxa de infiltração...27 Tabela 2.3. Valores médios de infiltração em eventos chuvosos (Raimbault et al. 2002)...31 Tabela 2.4. Redução da concentração de poluentes em pavimentos permeáveis monitorados na França Tabela 3.1. Resultado do ensaio de análise granulométrica...45 Tabela 3.2. Propriedades do solo obtidas em ensaio Tabela 3.3. Resultados do ensaio de infiltração com duplo anel...49 Tabela 3.4. Resultados dos ensaios de infiltração com duplo anel pontos INF1 e INF Tabela 3.5. Resultados dos ensaios de infiltração com duplo anel pontos INF3 e INF Tabela 3.6. Resultados dos ensaios de infiltração com duplo anel pontos INF5 e INF Tabela 3.7. Resumo dos ensaios de infiltração com duplo anel...52 Tabela 3.8. Resultado do ensaio de condutividade hidráulica com poço invertido...54 Tabela 3.9. Classificação dos solos segundo a condutividade hidráulica Tabela Resultados do ensaio de condutividade hidráulica com piezômetro autoobturador...55 Tabela Composição granulométrica da brita utilizada na camada reservatório do pavimento permeável...59 Tabela Parâmetros utilizados na definição do volume de armazenamento do reservatório...70 Tabela Cronograma de execução da obra de instalação do pavimento permeável juntamente com os dispositivos de monitoramento...79 Tabela 4.1. Tabela resumo dos eventos monitorados...98 Tabela 4.2. Resumo dos eventos de precipitação analisados Tabela 4.3. Valores de coeficientes de escoamento dos pavimentos permeáveis Tabela 4.4. Resumo dos dados de armazenamento para os eventos analisados Tabela 4.5. Dados de taxa de infiltração e intensidade de precipitação média no período Tabela 4.6. Taxas de infiltração no solo subjacente ao reservatório (mm/h), nos períodos de precipitação nula (durante o esvaziamento do reservatório) Tabela 4.7. Valores de umidade do solo no dia anterior e subseqüente a alguns eventos Tabela 4.8. Comparação entre o volume do reservatório dimensionado e observado Tabela 4.9. Comparação entre o volume do reservatório dimensionado e observado
13 xiii Tabela Resumo dos custos de implantação do pavimento permeável com revestimento em blocos vazados Tabela Resumo dos custos de implantação do pavimento permeável com revestimento em asfalto poroso Tabela Custo unitário dos pavimentos e o acréscimo devido ao aumento na espessura do reservatório de britas Tabela Resumo dos custos de implantação de um pavimento com blocos de concreto comuns Tabela Resumo dos custos de implantação de um pavimento com asfalto comum Tabela 7.1. Resumo do evento de 14/05/ Tabela 7.2. Resumo do evento de 10/06/ Tabela 7.3. Resumo do evento de 03/07/ Tabela 7.4. Resumo do evento de 14/07/ Tabela 7.5. Valores das tavas de infiltração durante esvaziamentos para o evento de 14 de junho de Tabela 7.6. Resumo do evento de 30/07/ Tabela 7.7. Resumo do evento de 06/08/
14 xiv VII. LISTA DE SÍMBOLOS β Produto do coeficiente de escoamento pela razão entre a área contribuinte e a área do dispositivo de infiltração h Variação de altura S Variação do armazenamento t, t ou dt Intervalo de tempo γ Razão entre a área de percolação e a área do dispositivo de infiltração, em planta η Porosidade do material de enchimento do reservatório Símbolo de derivada parcial a, b, c Parâmetros da equação IDF A Área de contribuição B Comprimento do reservatório perpendicularmente à declividade C, c Coeficiente de escoamento superficial cs Coeficiente de segurança de minoração da taxa de infiltração e Índice de vazios do material ES Escoamento superficial EV Evaporação f s H H Taxa de infiltração no solo Variável altura Profundidade média do volume de acumulação do dispositivo de infiltração, para declividade nula no reservatório H Altura média do reservatório H E H S I I o K K L Lâmina d água de entrada acumulada, medida sobre a área em planta do dispositivo de infiltração Lâmina d água de saída acumulada, medida sobre a área em planta do dispositivo de infiltração Intensidade de precipitação Declividade do terreno Carga no vertedor Condutividade hidráulica de infiltração Comprimento do reservatório na direção da declividade
15 xv P P calha P coletado P pavimento q s Q Q e Q s Q sup r R 2 S T ou TR t t esv V max Altura de precipitação Volume precipitado sobre a calha lateral Volume d água coletado pela calha lateral Volume precipitado sobre pavimento Vazão de saída constante do dispositivo de infiltração Vazão de saída no exutório, ou no vertedor Vazão de entrada no volume de controle Vazão de saída do volume de controle Volume escoado superficialmente pelas calhas Raio do poço no ensaio do poço invertido Coeficiente de correlação entre duas variáveis Variável de armazenamento Período de retorno da precipitação Duração da precipitação, ou variável tempo Tempo de esvaziamento do reservatório Volume máximo de armazenamento no dispositivo de infiltração
16 xvi VIII. LISTA DE SIGLAS AASHTO ABINT ABNT ABRH ASCE BIC CBR CIRIA CONCEPA DEP DBO DQO EDUSP ENCOSAN EPA EUA IBGE ICL IDF IP IPH IPH-URB ISC LAPAV LGD LL LP MS NOVATECH PMF PMPA American Association of State Highway and Transportation Officials Associação Brasileira das Indústrias de Nãotecidos e Tecidos Técnicos Associação Brasileira de Normas Técnicas Associação Brasileira de Recursos Hídricos American Association of Civil Engineering Seminário Brasileiro de Investigações de Campo California Bearing Ratio Construction Industry Research and Information Association Concessionária da Rodovia Osório Porto Alegre S/A Departamento de Esgotos Pluviais Prefeitura Mun. de Porto Alegre Demanda Bioquímica de Oxigênio Demanda Química de Oxigênio Editora da Universidade de São Paulo Engenharia Construções e Saneamento LTDA Environmental Protection Agency Estados Unidos da América Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística Indústria de Concretos LTDA Intensidade-Duração-Freqüência Índice de Plasticidade Instituto de Pesquisas Hidráulicas Centro de Águas Urbanas IPH Índice de Suporte Califórnia Laboratório de Pavimentação Laboratório Gutierrez Damasco Limite de Liquidez Limite de Plasticidade Matéria em Suspensão International Conference of Sustainable Techniques and Strategies in Urban Water Management Asfalto Pré-misturado a frio Prefeitura Municipal de Porto Alegre
17 xvii PRONEX/FINEP Programa de Apoio a Núcleos de Excelência PVC Polivinil Carbono PVG Pluviógrafo RBRH Revista Brasileira de Recursos Hídricos RS Estado do Rio Grande do Sul SMOV Secretaria Municipal de Obras e Viação SUDERHSA Superintendência de Desenvolvimento de Recursos Hídricos e Saneamento ambiental TDR Time Domain Reflectometer UDFCD Urban Drainage and Flood Control District UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul UWRC Urban Water Resources Centre WA Estado de Washington, EUA WEF Water Environment Federation
18 1 1. INTRODUÇÃO 1.1. Justificativa A ampla impermeabilização do solo urbano devido ao crescimento acelerado das cidades tem contribuído para a geração de eventos de inundação urbana que se repetem e se agravam a cada ano, creditando-se a isso a responsabilidade por 50% do total de vítimas de catástrofes naturais no mundo, entre 1966 e 1990 (Chocat, 1997). No que se refere à drenagem urbana, o impacto da urbanização é transferido para jusante, ou seja, quem produz o impacto geralmente não é o mesmo que sofre suas conseqüências. Por isso, para uma solução mais adequada do problema, é necessária, em princípio, a interferência da ação pública através da regulamentação e do planejamento, sendo um instrumento importante o denominado Plano Diretor de Drenagem Urbana (Tucci, 2002). Segundo o Plano Diretor de Drenagem Urbana de Porto Alegre (Porto Alegre, 2000), alguns princípios devem ser considerados para o bom desenvolvimento de um programa consistente de drenagem urbana. Dentre eles, há o que prescreve que cada usuário urbano não deve ampliar a cheia natural, ou seja, o escoamento durante os eventos chuvosos não pode ser ampliado pela ocupação da bacia, seja em um simples loteamento, seja nas obras de macrodrenagem existentes no ambiente urbano. Uma forma de atender esses princípios é a execução de medidas de controle do escoamento na fonte, e estas serão de responsabilidade daqueles que produzem o aumento do escoamento e a contaminação das águas pluviais. Dentre os dispositivos que procuram devolver ao solo as condições originais de retenção do escoamento está o pavimento permeável. O pavimento permeável é um dispositivo de infiltração onde o escoamento superficial é desviado através de uma superfície permeável para dentro de um reservatório de pedras, por onde infiltra através do solo, podendo sofrer evaporação ou atingir o lençol freático (Urbonas e Stahre, 1993). Pesquisas têm sido feitas em vários países, com o intuito de dominar a técnica do pavimento permeável, de avaliar seu comportamento, sua eficiência e durabilidade, sendo que no Brasil, esse dispositivo ainda é pouco conhecido e pouco aplicado. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir com a inédita implementação e monitoramento de um pavimento permeável no Brasil, e avaliar a viabilidade de seu uso em condições de clima e solo específicas de Porto Alegre, como contribuição para um futuro aperfeiçoamento de seu Manual de Drenagem (Porto Alegre, 2000).
19 Objetivos Objetivo Geral Analisar a viabilidade técnica da utilização de um pavimento permeável de baixo custo e tecnologia simples, para controlar a geração de escoamento superficial na fonte, em uma área de estacionamento sob condições de solo e clima de Porto Alegre. Objetivos Específicos Análise do processo de implantação do pavimento, com avaliação das técnicas construtivas e materiais empregados, assim como sua influência no desempenho do dispositivo; Avaliação do desempenho hidráulico e do método de dimensionamento, com relação à eficiência do dispositivo, evidenciada pelo monitoramento do escoamento superficial e do armazenamento temporário da chuva na estrutura do pavimento permeável; Análise da estrutura física do pavimento permeável, durante o período de experimentação, avaliando o surgimento de sinais de degradação e problemas de colmatagem; verificação da necessidade de manutenção dos pavimentos e avaliação dos custos de implantação; Os objetivos acima serão aplicados no uso de dois revestimentos diferentes: (a) asfalto poroso, do tipo pré-misturado a frio com granulometria aberta; e (b) blocos vazados intertravados de concreto.
20 3 2. PAVIMENTOS PERMEÁVEIS 2.1. Pavimentos permeáveis e o controle na fonte do escoamento superficial O tradicional sistema de drenagem, baseado no rápido afastamento do excesso pluvial, contribui para um aumento nos volumes escoados e vazões de pico e uma redução no tempo do escoamento, fazendo com que os hidrogramas de cheia sejam mais críticos, aumentando-se, assim, a freqüência e a gravidade das inundações. Dentre os principais impactos decorrentes da urbanização, citam-se (CIRIA, 1996): Aumento no volume do escoamento superficial; Aumento da freqüência das inundações, assim como de sua intensidade; Redução da umidade do solo, que leva a uma redução do lençol freático; Diminuição do escoamento de base dos rios; Redução do armazenamento potencial, e da capacidade de transporte dos vales dos rios; Aumento na carga de poluentes decorrente da rede pluvial ou do escoamento superficial. Um dos passos para a modernização do sistema de drenagem urbana é a adoção do controle na fonte da geração do escoamento superficial. SUDERHSA (2002) divide as técnicas alternativas de drenagem em dois grupos, que seguem dois princípios básicos: A infiltração da água no solo, quando possível, para reduzir o escoamento superficial à jusante (dispositivos de infiltração). O armazenamento provisório da água pluvial, para controlar o escoamento superficial, e limitar a poluição a jusante (dispositivos de retenção e detenção); Segundo Azzout et al. (1994), dentre as vantagens desses tipos de técnicas de drenagem, estão: A manutenção das condições de pré-urbanização do local, com relação ao escoamento superficial; Custos menores que a solução tradicional, ou ainda, por um custo equivalente, as técnicas oferecem uma proteção superior contra o risco de enchentes; Possibilidade de integração estética ao ambiente, chegando a contribuir para a valorização do local. Por exemplo, a utilização de pavimentos permeáveis em