PAVIMENTOS PERMEÁVEIS E ESCOAMENTO SUPERFICIAL DA ÁGUA EM ÁREAS URBANAS¹.

Transcrição

1 PAVIMENTOS PERMEÁVEIS E ESCOAMENTO SUPERFICIAL DA ÁGUA EM ÁREAS URBANAS¹. Victor Wegner Maus 2 ; Afranio Almir Righes 3 & Galileo Adeli Buriol 4 RESUMO --- As ações antrópicas na ocupação e uso do solo, em áreas urbanas, interferem diretamente na quantidade e qualidade do escoamento superficial, alterando vazões máximas e mínimas dos mananciais. A impermeabilização dos lotes urbanos tem causado altos picos de vazão e consequentemente uma freqüência cada vez maior de inundações. O uso de pavimentos permeáveis em áreas urbanas pode reduzir o escoamento superficial e aumentar a recarga das águas subterrâneas. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência de diferentes tipos de pavimentos urbanos na infiltração de água no solo e na redução do escoamento superficial. O trabalho foi desenvolvido na escola João Pedro Menna Barreto no Município de Santa Maria-RS. Em parcelas experimentais com áreas de 3 m² cada e declividade de aproximadamente 7 %, foram testados quatro tipos de cobertura do solo urbano: pavimento permeável, gramado, paralelepípedo e asfalto. A precipitação pluviométrica foi monitorada por pluviômetro e o escoamento superficial quantificado em caixas coletoras. Dados preliminares evidenciam significativa redução de descarga do escoamento superficial, conclui-se que o uso de pavimento permeável reduz o escoamento superficial em 100% e o gramado em 97,63%, evidenciando técnicas que se adotadas podem melhorar a qualidade da água e minimizar enchentes nas cidades. ABSTRACT --- The urban human activities on soil occupation and use affect directly the quantity and quality of runoff, changing the maximum and minimum values of stream flow. The urban soil surface impermeabilization cause high flow intensities and more frequency flooding. The uses of permeable pavements in urban areas seek to reduce the surface runoff and increase the underground waters recharge. The objective of this work is to evaluate the efficiency of different urban pavements types on soil water infiltration rates and surface runoff reduction. The work was developed at João Pedro Menna Barreto high school in Santa Maria-RS. Using experimental plots limited by plates of still, with 3 m 2 and 7% of slop were studied four types of urban soil cover: permeable pavement, grass, parallelepipeds and asphalt. The depth of rain fall was monitored by pluviometers and the surface runoff volume using calibrated reservoirs. Preliminary results show substantial runoff volume and peak flow reductions and the data showed that permeable pavement reduce the surface runoff in 100% and the grass in 97,6% fact that can improve water quality and minimizing the folding in the cities. Palavras-chave: Infiltração, pavimentação urbana, enchentes. 1) Projeto financiado pelo CNPq; 2) Acadêmico do Curso de Engenharia Ambiental do Centro Universitário Franciscano (UNIFRA). Br 392, Km 3493, n 3995, Bairro Minuano, Santa Maria-RS, CEP vwmaus1@yahoo.com.br. 3) Professor Adjunto do Centro Universitário Franciscano (UNIFRA). Rua Venâncio Aires 2367, Bairro Passo da Areia. CEP Santa Maria-RS righes@unifra.br. 4) Professor Adjunto do Centro Universitário Franciscano (UNIFRA). Rua Tuiuti 2411, Bairro Centro, Apartamento 301. CEP Santa Maria-RS. galileo@unifra.br. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro-Oeste 1

2 1 INTRODUÇÃO As ações antrópicas na ocupação e uso do solo, tanto em áreas rurais como urbanas, interferem diretamente na quantidade e qualidade do escoamento superficial, alterando vazões máximas e mínimas dos mananciais. A degradação da estrutura e a impermeabilização dos solos em áreas urbanas têm causado altos picos de vazão e, consequentemente, uma freqüência cada vez maior de inundações. A diminuição na recarga do lençol freático, responsável pela manutenção das vazões mínimas dos mananciais, também é uma conseqüência da redução das áreas de infiltração de água no solo. Na aplicação dos modelos hidrológicos relacionados à drenagem urbana necessita-se conhecer a área impermeável e as modificações das condições do escoamento superficial provocadas pela ocupação do solo urbano. Segundo Tucci (2000), a impermeabilização de 7% da área dos lotes já acarreta a duplicação do escoamento superficial e que casos mais extremos, como a impermeabilização de 80% do lote, gera um volume de escoamento superficial oito vezes maio. Assim, o aumento de áreas impermeáveis aumenta o escoamento superficial. Segundo Mota (1999), a água que infiltra no solo contribui para a formação e recarga de aqüíferos subterrâneos. A infiltração também vai auxiliar na redução de processos de enchentes, pois quanto maior a área permeável para infiltração das águas pluviais menor será o escoamento superficial. As inundações são decorrentes de eventos com precipitações pluviométricas intensas que superam a capacidade de drenagem da bacia. Tucci et al. (2001) afirmam que os problemas causados pela inundação dependem de dois fatores: o grau de ocupação da bacia pela população e a freqüência com que ocorrem as inundações. A falta de informação e a desatualizarão de profissionais de diferentes áreas sobre os problemas e suas causas, leva a tomada de decisões com altos custos estruturais e que tendem a aumentar o problema que pretendiam resolver. Mesmo a população, quando se depara com um problema de inundação, solicita a execução de um canal, que apenas irá transferir o problema para jusante da bacia, Tucci e Bertoni, (2003). Com o planejamento do uso e ocupação dos solos, utilizando técnicas que aumentam a infiltração de água, pode-se minimizar os problemas causados por inundações e ainda regularizar as vazões mínimas dos mananciais. Na Holanda, com mais da metade da área do país abaixo do nível do mar, não tem sofrido tantas inundações como tem ocorrido em São Paulo e outras grandes cidades no Brasil. Este comportamento pode-se atribuir em parte a grande percentagem de áreas urbanas com pavimentação permeável e o manejo adequado no nível freático. Tecnologias que aumentam a taxa de infiltração de água no solo ainda são pouco conhecidas pela população em geral, portanto pouco utilizadas. O uso de pavimentos permeáveis em áreas urbanas é uma alternativa para reduzir o escoamento superficial, Righes et al. (2002). I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro-Oeste 2

3 O pavimento permeável constitui-se de elementos celulares de concreto que podem ser colocados sobre camadas permeáveis, geralmente bases de material granular. Para evitar o transporte de partículas finas, são utilizadas mantas geotêxteis entre a base do pavimento e a camada de material granular, Canholi (2005). Araújo et al. (1999), avaliando a eficiência dos pavimentos permeáveis na redução do escoamento superficial, constatou que, para uma chuva simulada de 111,9 mm h -1, praticamente não o- correu escoamento superficial. O autor sugere a utilização do pavimento permeável em estacionamentos para veículos leves. A cobertura vegetal em lotes urbanos, além de diminuir o escoamento superficial, reduz a temperatura do ar quando comparado com aquela de pisos de concreto ou asfalto. Na Europa, principalmente na Alemanha, país que utilizou o armazenamento de água para minimizar o impacto das enchentes urbanas causadas pela impermeabilização do solo reduziu os custos com redes de drenagem. Outros benefícios foram conseguidos com a implantação dos telhados verdes, dentre eles: conforto ambiental; redução da carga térmica da edificação diminuindo a demanda de ar condicionado; melhoria do micro-clima do local e arredores; qualidade do ar pela transformação do CO2 em O2 pela fotossíntese e; redução do impacto pluvial contribuindo, assim, para a redução da poluição, enchentes e inundações. O presente trabalho teve como objetivo avaliar in loco o efeito de diferentes tipos de coberturas do solo e pavimentos no escoamento superficial de água em áreas urbanas. Servir como pólo de conscientização de professores, alunos e da comunidade da escola para a difusão de técnicas que aumentam a infiltração de água no solo, bem como, avaliar futuramente as alterações dos coeficientes de escoamento de diferentes tipos de cobertura do solo em função do tempo. 2 MATERIAL E MÉTODOS O Experimento foi desenvolvido na área da Escola Municipal de Ensino Fundamental João Pedro Menna Barreto localizada no município de Santa Maria-RS. Neste local foram instaladas 4 parcelas com 3 m de comprimento por 1 m de largura e declividade de 7%, nas quais o escoamento superficial da água da chuva foi avaliado. Nas parcelas foram colocados diferentes tipos de cobertura, conforme se pode visualizar na figura 1. Da esquerda para direita tem-se: paralelepípedo, asfalto, gramado e pavimento permeável. As parcelas foram delimitadas com chapas de aço tendo na extremidade inferior uma calha coletora de enxurrada a qual conduz a água para um reservatório com capacidade de 500 L, individual para cada parcela. Foi instalado, ainda, junto às parcelas, um pluviômetro para determinar a quantidade de chuva. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro-Oeste 3

4 Pluviômetro CNPq Unidade Demonstrativa Área urbana Projeto UNIFRA & PREFEITURA... Gramado 1 m 3 m Pavimentação permeável Coletores de enxurrada Figura 1 - Parcelas demonstrativas do escoamento superficial em área urbana. Na Figura 2, podem-se visualizar as parcelas instaladas na Escola Municipal de Ensino Fundamental João Pedro Menna Barreto. Iniciando pelo lado esquerdo da figura têm-se a parcela com pavimento permeável, seguida da parcela gramada, asfalto e paralelepípedo. Na figura podem-se visualizar ainda as caixas coletoras do escoamento superficial. Figura 2 - Parcelas e caixas coletoras instaladas na Escola. Na parte inferior de cada parcela foi instalada uma calha coletora construída em chapa galvanizada para coletar o fluxo de superfície e conduzir à caixa coletora. Após a ocorrência de chuvas são feitas leituras no pluviômetro e nas caixas coletoras do escoamento superficial para quantificar e relacionar o escoamento superficial de cada parcela com a quantidade de água precipitada. Com os I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro-Oeste 4

5 dados de volume obtidos no pluviômetro juntamente com os volumes do escoamento superficial coletados nas caixas é possível estimar in loco a infiltração de água para os diferentes tipos de cobertura do solo. Na determinação da área de captação do pluviômetro foi utilizado um paquímetro para medir o diâmetro do mesmo. Com esta medida aplicada na equação 1 obteve-se a área do pluviômetro. A p = π. 2 D 4 (1) sendo, A p = Área de capitação do pluviômetro (m²); D = Diâmetro do pluviômetro (m). Para determinar o volume de água captado no pluviômetro utilizou-se uma proveta graduada, com esse volume e a área do pluviômetro aplicados na equação 2, obtem-se a chuva em altura de lâmina d água. h = V A p p (2) sendo, h = Altura de lâmina d água (mm); V p = Volume coletado no pluviômetro (L); A p = Área de capitação do pluviômetro (m²). O volume precipitado em cada parcela foi obtido pela equação 3, Ve = Ae h (3) sendo, V e = Volume precipitado na parcela (L); A e = Área da parcela (m²). O volume de água escoado superficialmente em cada parcela foi determinado diretamente nas caixas previamente calibradas para que uma altura d água em cm correspondesse a um determinado volume em litros. Utilizando-se os dados de chuva e do escoamento superficial de cada parcela, obteve-se a quantidade de água infiltrada simplesmente subtraindo-se o volume escoado do volume precipitado. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro-Oeste 5

6 Com base nos dados obtidos é possível determinar o volume infiltrado em função do pavimento permeável e avaliar o efeito na redução do escoamento superficial. Como o local onde está instalado o experimento é de fácil acesso da comunidade em geral, os dados da pesquisa são disponibilizados diretamente aos professores, alunos e a comunidade, que podem constatar in loco os resultados da pesquisa. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO O volume máximo escoado superficialmente ocorreu no tratamento com asfalto, seguido do paralelepípedo. Na parcela com gramado o escoamento superficial foi, praticamente, nulo e no tratamento com pavimento permeável o escoamento superficial foi nulo. Na tabela 1 pode-se visualizar o total infiltrado em cada parcela, considerando várias chuvas de diferentes intensidades e durações. Tabela 1 Valores acumulados de escoamento e infiltração de água nas diferentes parcelas. Tratamento Precipitação acumulada (mm) Escoamento superficial (mm) Infiltração (mm) Asfalto 236,62 168,00 68,62 Paralelepípedo 236,62 51,34 185,28 Gramado 236,62 5,00 231,62 Pavimento permeável 236,62 0,00 236,62 Na Figura 3, fica nítido que o pavimento permeável controlou em 100% o escoamento superficial. Nota-se, ainda, que na parcela com asfalto ocorreu uma infiltração de 29% devido às baixas intensidades das chuvas ocorridas no período, o mesmo motivo pelo qual não ouve escoamento superficial na parcela com pavimento permeável. A baixa intensidade da chuva proporciona tempo suficiente para que o fluxo de água superficial seja infiltrado no solo reduzindo os valores de escoamento superficial. O beneficio do uso da tecnologia do pavimento permeável no controle do escoamento superficial quando utilizado em áreas urbanas já foi constatada por outros pesquisadores. Um exemplo disso foi no trabalho realizado por Araújo et al. (1999), que, simulando uma chuva de 18,33 mm com intensidade de 111,9 mm h -1, em uma parcela com pavimento permeável, constataram que o escoamento superficial foi de apenas 2,73%. No presente trabalho constatou-se que, na parcela com cobertura do tipo gramado, 98% da água da precipitação pluviométrica infiltrou. Além dos elevados valores de infiltração, nesta parcela tem-se uma redução na velocidade de escoamento da água na superfície, devido à cobertura do solo e, em função da atuação das raízes, insetos e outros organismos, uma elevação da macroporosidade do solo, responsável pelo fluxo de águas subterrâneas. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro-Oeste 6

7 Infiltração Escoamento superficial Percentagem Asfalto Paralelepípedo Gramado Pavimeto Permeável Tratamentos Figura 3 Percentagem de água infiltrada e escoada superficialmente com uma precipitação de 236,62 mm acumulada no período. Os tratamentos com asfalto e paralelepípedo tiveram os piores desempenhos quanto à infiltração, sendo o percentual infiltrado em cada um de 29% e 80% respectivamente. Os valores de infiltração de água mais elevadas no paralelepípedo se deve aos espaços vazios entre os blocos de rocha (normalmente Basalto e Riólito) que constituem esse tipo de calçamento. 4 CONCLUSÕES Em áreas urbanas o pavimento permeável, e os gramados, têm maior taxa de infiltração de água no solo em relação à pavimentação com asfalto e paralelepípedo. O volume de água coletado do escoamento superficial é maior na pavimentação com asfalto seguido do paralelepípedo e do gamado e é nulo na pavimentação permeável. O uso de parcelas demonstrativas para a visualização in loco do efeito de diferentes tipos de cobertura do solo no escoamento superficial propicia um maior interesse dos alunos, professores e da comunidade em geral na divulgação e apropriação dos conhecimentos gerados. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro-Oeste 7

8 BIBLIOGRAFIA ARAÚJO, P.R. et al. Avaliação da eficiência dos pavimentos permeáveis na redução de escoamento superficial, in: Anais do IV Simpósio de Hidráulica e Recursos Hídricos dos Países de Língua Oficial Portuguesa SILUSBA. Coimbra-Portugal. Lisboa: APRH, Disponível em: < Acesso em 08/02/2007 CANHOLI, A.P. Drenagem urbana e controle de enchentes. São Paulo: Oficina de Textos, p. MOTA, S. Urbanização e Meio Ambiente. ABES, Rio de Janeiro, RIGHES, A.A.; DENARDIN, José E; NISHIJIMA, Toshio; GARCIA, Sandra M; HERBES, Miguel G. Mulching vertical e enxurrada no plantio direto da soja, in: Anais do XIV Reunião Brasileira de Manejo e Conservação do Solo e da Água, 2002, CUIABÁ, MT TUCCI, C.E.M.: Coeficiente de Escoamento e Vazão Máxima de Bacias Urbanas. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, RBRH, Vol. 5, Nº. 1, Pág , Janeiro/Março, TUCCI, C.E.M. et al. Hidrologia: ciência e aplicação. 2.ed. Porto Alegre: Ed. Universidade/UFRGS, p. TUCCI, C.E.M. BERTONI, J. C. Inundações urbanas na América do Sul. Porto Alegre: ABRH, p. I Simpósio de Recursos Hídricos do Norte e Centro-Oeste 8