PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EM SISTEMAS DE DRENAGEM

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1 PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EM SISTEMAS DE DRENAGEM Elton Silva Cruz Engenheiro Civil, Marcos A. R. Baracho. Professor, Departamento de Engenharia Civil da UFCG. End.: Abdon Napy 61, Pres. Médici, CEP , Campina Grande, Paraíba, Brasil. eltonwcruz@yahoo.com Resumo - O transporte de sedimento em sistemas de drenagem foi pesquisado para superfícies pavimentadas que estão nas margens das rodovias. Foi desenvolvido um modelo que leva em consideração a acumulação de sedimentos em superfícies pavimentadas e a deposição dos mesmos em caixas coletoras. Esses componentes foram testados, como, também, o parâmetro tempo foi destacado neste trabalho. O modelo foi aplicado a duas regiões localizadas em Campina Grande-PB, Brasil, onde os dados e os índices de concentrações de sedimentos foram colecionados nas entradas dos sistemas principais de drenagem da rodovia. Foi concluído que seria imprescindível a escolha dos parâmetros mencionados para a modelagem dos componentes de entrada dos sedimentos granulares nos sistemas de drenagem. Palavras Chave: drenagem urbana; acumulação de sedimento.

2 INTRODUÇÃO O transporte de sedimentos em sistemas de drenagem, especialmente aqueles que ocorrem por conta de tempestades às margens das rodovias pavimentadas por asfalto vem despertando o interesse de técnicos e pesquisadores que estão interessados em verificar o deslocamento de massas agregadas e que incidem no meio ambiente. Os estudos iniciais foram efetuados por Sartor e Boyd (1972). Os dados ilustrativos do diâmetro médio da superfície urbana dos sedimentos são apresentados na Tabela 1. Tabela 1: Diâmetro de mediana, d 50, de sedimentos em sistemas de tempestade. Os metais pesados (chumbo, zinco e cobre) e as partículas de sedimento entre 0.81 e 0.89 mm, também concorrem para as concentrações de poluentes. Outros nutrientes, como o fósforo, também estão unidos aos sedimentos. Há dois tipos de problemas principais causados por sedimentos que entram nos sistemas urbanos de drenagem: (1) redução dos sistemas de esgotos e (2) direção da poluição aos corpos d água. A redução dos sistemas de esgotos é normalmente causada pelas frações mais grosseiras dos sedimentos, que são facilmente transportadas em suspensão, e freqüentemente transferidas pela rede de drenagem sem deposição. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo para estimativa da entrada da fração granular de sedimento da superfície das estradas. O modelo foi constituído dos seguintes processos: a) acumulação das partículas granulares em superfícies pavimentadas durante o tempo seco; b) lavagem destas partículas durante o tempo molhado, e (c) transporte destes sedimentos pela erosão. Os modelos utilizados neste processo estão mencionados a seguir: A relação exponencial entre a quantidade

3 de sedimento na superfície foi formulada por Sartor e Boyd (1972) aplicada em superfícies urbanas durante um determinado tempo (Eq. 1). Fig. 1. Sistema utilizado para coleta de dados. DESCRIÇÃO DO MODELO O modelo utilizado para a avaliação dos sedimentos às margens de estradas teve origem nas formulações propostas por Deletic (1997). O modelo da caixa de passagem foi apresentado levando-se em consideração os seguintes aspectos: o tempo real - t d ; o diâmetro médio do sedimento foi considerado da ordem d 50 =100 mm, que ingressam na caixa de passagem, conforme mostrado na Tabela 1. A densidade do sedimento foi calculada em 2650 kg/m 3, típico de areia granular de partículas em sistemas de drenagem, segundo Chebbo (1990). Entretanto, o modelo exibe outras frações que também podem ser modeladas por aproximação. A acumulação de sólido na superfície apresenta-se como uma exponencial conforme as equações de Sartor e Boyd (1972): dm/df c = k(mo M) (1)

4 onde M é a quantidade de sólido médio disponível na superfície (g/m 2 de área de seção); t d é o incremento de tempo previsto ao final das chuvas (tempo durante o período seco). Os parâmetros da Eq. (1) são determinados para cada região; M 0 é a quantidade máxima de sólido esperado (g/m 3 ) de superfície, e k é a acumulação dia constante. A deposição calculada pela Eq. (1) é distribuída pela superfície de acordo com o seguinte padrão: massa de sedimento da superfície pavimentada (presumir que a pavimentação tem duas vezes o índice de deposição da estrada); 10% de sedimento de estrada é colocado na superfície principal da estrada e 90% na lateral. O modelo ainda abrange os seguintes componentes: (1) terra firme; (2) entrada de sedimento, e (3) transporte sólido suspenso por terra firme. APLICAÇÃO DO MODELO A aplicação do modelo obedece a uma serie de tempo que registra os dados de tempestade que incide na superfície da rodovia. As diversas seções de uso uniforme de terra (pavimentação e superfície de estrada) são analisadas. Estas estão relacionadas às tempestades sequenciais. O diagrama do modelo é apresentado na Figura 1. A massa do sedimento pode ser calculada para cada seção onde ocorre o acúmulo proveniente de cada tempestade para M de tempo seco. A quantidade de água e a concentração de sedimento são dadas por Q e C, respectivamente, na caixa coletora, assim como a quantidade do material encontrado na superfície, depois de cessar a tempestade, para Mt chuva. O material da caixa coletora é determinado pela concentração de sedimentos da caixa coletora antes do início de cada chuva para o t seco. Daí, a descarga do sedimento no esgoto de saída C e a quantidade de sedimento retido no esgoto de saída e a quantidade de sedimento retido nos depósitos da caixa. O coeficiente de retenção da superfície d deve ser determinado para o tempo real, quando o modelo for aplicado a um local especial para a chuva. Os valores recomendados para o parâmetro B = , e para a caixa coletora Q = 0.12 l/s, e os parâmetros de acumulação M o e K, necessitam de ajuste ao modelo do ingresso de sedimento nas caixas coletoras, de diâmetro da ordem de 510 mm e altura de 850 mm. As amostras foram tomadas pela entrada automaticamente e suspensa do esgoto receptor.

5 Tabela 2: Tamanhos das partículas para sedimentos em superfícies e sedimentos de galerias de basal para duas estradas. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados foram controlados pelas ocorrências mostradas nas Figuras 3 e 4. Os valores medidos foram comparados com as ocorrências calculadas. Para a avaliação de M 0 e k, foram levadas em consideração as comparações entre a massa total e a medida de sedimento liberado da caixa coletora durante um acontecimento que pode ser interpretado como satisfatório. Tabela 3 Calibração dos Coeficientes

6 Fig.3 - Representação dos sedimentos totais nas diversas categorias Fig.4 Representação dos sedimentos totais nas diversas categorias A entrada do sedimento no reservatório foi calculada levando-se em consideração cada acontecimento. Os valores medidos são mostrados na Figura 3. A modelagem destes acontecimentos pode ser simulada nas condições superficiais. A simulação dos índices de carga de sedimentos foi determinada de modo semelhante e está apresentada na Figura 4. Para um volume de água de 17,4 m 3 de uma chuva que passou pela caixa coletora, foram transportados 8,51 kg de sedimentos, onde 2 kg permaneceram na caixa coletora. Assim, 6,5 kg de sedimento granular ingressam no sistema de drenagem, que correspondem a 76,4 %.

7 CONCLUSÕES O modelo pode ser usado como uma ferramenta para manejar o transporte de sedimentos em sistemas de drenagem. Os resultados foram demonstrados por meio da aplicação do modelo num local previamente escolhido. A simulação dos processos de acumulação do sedimento no sistema de drenagem é representada pela deposição do material na caixa coletora. A simulação do modelo utilizando partículas de tamanhos homogêneos garantiu a representação das cargas sólidas que se deslocam para r fora das caixas coletoras, que foram instaladas em Campina Grande. A simulação do processo para locais diferentes demonstrou que é de fundamental importância a instalação das caixas coletoras para a retenção das quantidades de sedimento do meio rural ou urbano. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARACHO, Marcos A. R. Transporte de Sedimento. Programa e Curso. EDUFPB BUTLERD, and Karanaratne S. H. P. G. The suspended solids trap efficiency of the roadside gully pot. Wat. Res. 29(2), BUTLERD and Menon F. A. Dynamic modeling of roadside gully pots during wet weather. Wat. Res. 33(15), , DELETIC A. Ma Ksinovic C. and Ivetic M. Modeling of storn wash off of suspended solids from impervious surfaces. J. of Hydraulic Research. 35(1),

8 NEWITT, C. N. and Rashed M. B. Removal rates of selected pollutants in the runoff water from a major rural highway. Wat. Res (26(3),