COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS PERMEÁVEIS EM BLOCOS DE CONCRETO E ASFALTO POROSO

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1 EDSON ANTONIO ALVES DA SILVA E CLÁUDIO MARCHAND KRÜGER COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS PERMEÁVEIS EM BLOCOS DE CONCRETO E ASFALTO POROSO FERNANDO ALESSI Egresso - Engenharia Civil - UnicenP/Centro Universitário Positivo PEDRO JÚNIOR KOKOT Egresso - Engenharia Civil - UnicenP/Centro Universitário Positivo JÚLIO GOMES Professor - Engenharia Civil - UnicenP/Centro Universitário Positivo 139 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

2 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS... RESUMO O processo de urbanização acelerada, ocorrido no Brasil no fim do século XX, produziu impactos significativos sobre a qualidade de vida nas grandes cidades. As enchentes urbanas, uma das conseqüências deste processo, têm sido um dos principais problemas enfrentados pelos planejadores do meio ambiente urbano. A drenagem urbana tem sido desenvolvida com o princípio de drenar a água das precipitações o mais rápido possível para jusante. Este tipo de solução, encontrada pelo Poder Público, geralmente transfere a inundação de um ponto para outro a jusante na bacia hidrográfica. A tendência atual na área de drenagem urbana é buscar novas tecnologias que visem ao acréscimo da infiltração e ao retardo do escoamento. Um exemplo deste novo tipo de abordagem é o uso de pavimentos permeáveis que são capazes de reduzir o volume do escoamento superficial em comparação aos pavimentos convencionais, privilegiando a infiltração e a retenção da água no subsolo. Neste contexto está inserido o presente trabalho, desenvolvido no sentido de avaliar o coeficiente de escoamento superficial gerado por dois tipos de pavimento permeável. O objetivo principal foi comparar o escoamento superficial gerado por dois tipos de pavimento permeável: pavimento em blocos de concreto e pavimento em asfalto poroso. A partir dos resultados dos ensaios realizados, verificouse que o desempenho dos dois pavimentos foi similar. Em valores médios, os coeficientes de escoamento superficial para o pavimento em blocos de concreto e o pavimento em asfalto poroso foram iguais a 0,37 e 0,35, respectivamente. Para o coeficiente C do método racional, os valores médios obtidos foram de 0,58 e 0,59, respectivamente. Estes valores mostram um melhor desempenho de ambos em relação ao pavimento convencional. Palavras-chave: drenagem urbana, pavimentos permeáveis, pavimento em blocos de concreto e pavimento em asfalto poroso. ABSTRACT The process of rapid urban growth, taken place in Brazil at the end of 20 th Century, produced significant impacts on the life quality, mainly in the big cities. Urban floods, one of the consequences of such process, have been one of the main problems faced by urban planners. The urban drainage has been developed with the principle of draining the storm waters to downstream as fastest as possible. Such kind of solution just transfers flooding from a point to another one, located downstream in the watershed. The current trend in urban drainage is searching for new technologies, which can increase the infiltration and the retention time. An example of this new approach is using permeable pavements that are capable of reducing the volume of the surface flow in comparison to the conventional pavements. In this context, the present work was developed to evaluate the coefficient of surface flow generated by two types of permeable pavements. The main objective was to compare the surface flow generated by a concrete-block pavement and a porous asphalt pavement. The experiments showed that the performances of those two pavements were similar. In average values, the coefficients of surface flow for the concrete-block pavement and porous asphalt pavement were 0,37 and 0,35, respectively. In addition, the estimated average values for the Rational Method coefficient C were 0,58 and 0,59, respectively. It concluded that both pavements showed a better performance in comparison to the conventional pavement. Key words: urban drainage, permeable pavement, concrete-block pavement, porous asphalt pavement 140 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

3 FERNANDO ALESSI, PEDRO JÚNIOR KOKOT E JÚLIO GOMES COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS PERMEÁVEIS EM BLOCOS DE CONCRETO E ASFALTO POROSO FERNANDO ALESSI / PEDRO JÚNIOR KOKOT / JÚLIO GOMES 1 INTRODUÇÃO O processo de urbanização acelerado, ocorrido no Brasil no fim do século XX, produziu impactos significativos sobre a qualidade de vida nas grandes metrópoles. As enchentes urbanas, uma das conseqüências deste processo, têm sido um dos principais problemas enfrentados pelos planejadores do meio ambiente urbano. Com o crescimento acelerado das grandes cidades, houve um aumento significativo nos níveis de inundações. Como causas desta elevação dos níveis de inundações, pode-se citar o inadequado planejamento e projeto de drenagem e o aumento da ocupação urbana, com conseqüente aumento de áreas impermeáveis, representadas por telhados, passeios, ruas e estacionamentos e que alteram as características de quantidade e qualidade do ciclo hidrológico. A drenagem urbana tem sido desenvolvida com o princípio de drenar a água das precipitações o mais rápido possível para jusante. Este tipo de solução, encontrada pelo Poder Público, geralmente transfere a inundação de um ponto para outro a jusante na bacia hidrográfica, atuando sobre o efeito e não sobre as causas do aumento da vazão gerado pelo aumento das superfícies impermeáveis. A tendência atual na área de drenagem urbana é buscar novas tecnologias que visem ao acréscimo da infiltração e ao retardo do escoamento. Um exemplo deste novo tipo de abordagem é o uso de pavimentos permeáveis que são capazes de reduzir o volume do escoamento superficial em comparação aos pavimentos convencionais, privilegiando a infiltração e a retenção da água no subsolo. Neste contexto está inserido o objetivo deste trabalho, desenvolvido no sentido de avaliar e comparar o escoamento superficial gerado por dois tipos de pavimento permeável: pavimento em blocos de concreto (paver) e pavimento em asfalto poroso. 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O processo de urbanização acelerado, ocorrido depois da década de 60, gerou uma população urbana praticamente sem infra-estrutura, principalmente na década de 80, quando os investimentos foram reduzidos (TUCCI, 1995). As enchentes nas cidades brasileiras, segundo Tucci (1997), são um processo gerado principalmente pela falta de disciplinamento da ocupação urbana. O custo do controle desse processo é muito alto quando o desenvolvimento já está implantado. 141 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

4 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS... As enchentes em áreas urbanas são principalmente devidas a (TUCCI,1998): a) urbanização: são as enchentes produzidas pela impermeabilização do solo e aumento da capacidade do escoamento da drenagem através de condutos e canais; b) ocupação das áreas ribeirinhas: são as enchentes naturais que ocorrem em rios de médio e grande porte. O rio extravasa do seu leito menor, ocupando a várzea (leito maior). A população desavisada tende a ocupar esse leito devido à seqüência de anos com enchentes pequenas ou pelo reduzido custo dessas áreas, sofrendo prejuízos nos anos de enchentes maiores; c) devido a problemas localizados: são as enchentes devido à obstrução do escoamento e a projetos inadequados. Os impactos sobre a população são causados, principalmente, pela ocupação inadequada do espaço urbano. Essas condições ocorrem, em geral, devido às seguintes ações (TUCCI, 1995): a) como no Plano Diretor Urbano da quase totalidade das cidades brasileiras não existe nenhuma restrição quanto ao loteamento de áreas de risco de inundação, a seqüência de anos sem enchentes é razão suficiente para que empresários loteiem áreas inadequadas; b) invasão de áreas ribeirinhas, que pertencem ao Poder Público, pela população de baixa renda; c) ocupação de áreas de médio risco que são atingidas com menor freqüência, mas que, quando o são, sofrem prejuízos significativos. 2.1 Impacto da Urbanização nas Cheias O desenvolvimento acelerado e desordenado das cidades contribui para a evolução dos problemas de inundações. A ocupação de áreas instáveis nas encostas e de áreas sujeitas a inundações nos vales dos cursos de água, aliada à insuficiência do sistema de drenagem, à crescente impermeabilização do solo e ao assoreamento das bacias de amortecimento de cheias, contribuíram para o agravamento do problema (LIMA-QUEIROZ et al., 2003). A ocupação urbana através de áreas impermeáveis, como telhados, passeios, ruas, estacionamentos e outros, altera as características de volume e qualidade do ciclo hidrológico, trazendo como resultados o aumento das enchentes urbanas e a degradação da qualidade das águas pluviais (ARAÚJO et al., 2000). Tucci (1997) resume os principais impactos da urbanização sobre o ciclo hidrológico: a) aumento do escoamento superficial e da vazão máxima dos hidrogramas e antecipação dos picos; b) redução da evapotranspiração e do escoamento subterrâneo e rebaixamento do lençol freático; c) aumento da produção de material sólido; d) deterioração da qualidade das águas superficiais, principalmente no início das chuvas, quando a drenagem de águas carreia material sólido e lava as superfícies urbanas. Com a impermeabilização do solo, o escoamento ocorre, principalmente, pelos condutos e canais, reduzindo a infiltração e aumentando o volume que escoa pela superfície. Como a capacidade do escoamento nas sarjetas, nos condutos e nos canais é superior à das superfícies naturais e dos riachos, o escoamento superficial chega mais rápido à seção principal, provocando vazões maiores que as naturais (TUCCI e GENZ, 1995). 142 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

5 FERNANDO ALESSI, PEDRO JÚNIOR KOKOT E JÚLIO GOMES A Figura 1 apresenta, de forma esquemática, a diferença entre os hidrogramas de cheia em áreas urbanizadas e não-urbanizadas. Verificase, a partir da Figura 1, que os hidrogramas relativos às áreas urbanizadas apresentam maiores vazões máximas, menores tempos relativos à vazão máxima (tempos de pico) e menores tempos de duração. Figura 1 - Comparação entre os hidrogramas de cheia em áreas urbanizadas e não-urbanizadas (adaptado de TUCCI, 1995). 2.2 Pavimentos Permeáveis A tendência moderna na área de drenagem urbana é a busca da manutenção das condições de pré-desenvolvimento, atuando-se na fonte da geração do escoamento superficial. Para tanto, devem ser utilizados dispositivos de acréscimo de infiltração e de aumento do retardo do escoamento. Um tipo de dispositivo utilizado com este fim é o pavimento permeável, que é capaz de reduzir volumes de escoamento superficial e vazões de pico a níveis iguais ou até inferiores aos observados antes da urbanização (ARAÚJO et al., 2000). O pavimento permeável, segundo Urbonas e Stahre (1993), citados por Acioli et al. (2003), é uma alternativa de dispositivo de infiltração onde o escoamento superficial é desviado através de uma superfície permeável para dentro de um reservatório de pedras localizado sob o pavimento. Dois exemplos de pavimentos permeáveis são: pavimentos em bloco de concreto e pavimentos em asfalto poroso. O escoamento, segundo descrito em Araújo et al. (2000), infiltra-se rapidamente na capa ou revestimento poroso (espessura de 5 a 10 cm), passa por um filtro de agregados de 1,25 cm de diâmetro e espessura de aproximadamente 2,5 cm e vai para uma câmara ou reservatório de pedras mais profundo com agregados de 3,8 a 7,6 cm de diâmetro. A capa de revestimento permeável somente age como um conduto rápido para o escoamento chegar ao reservatório de pedras. Neste reservatório, o escoamento poderá então ser infiltrado para o subsolo ou ser coletado por tubos de drenagem e ser transportado para uma saída. Assim, a capacidade de armazenamento dos pavimentos porosos é determinada pela espessura do reservatório de pedras subterrâneo (mais o escoamento perdido por infiltração para o subsolo). O uso dos pavimentos permeáveis, em um contexto geral, pode proporcionar uma redução dos volumes escoados e um aumento do tempo de resposta da bacia para condições similares ou até mesmo, dependendo das características do subsolo, condições melhores que as de pré-desenvolvimento, desde que sejam utilizados racionalmente, respeitando os seus limites físicos, e desde que sejam conservados periodicamente (trimestralmente) com uma manutenção preventiva, evitando assim o entupimento (ARAÚJO et al., 2000) Pavimento em Blocos de Concreto O pavimento em blocos de concreto é usualmente formado por duas camadas: a camada de rolamento (constituída pelos blocos) e a base. Ambas são fundamentais para o pavimento 143 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

6 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS... porque, sem a base, os blocos acabariam afundando no solo natural (subleito) e a base sem os blocos constitui pavimento de má qualidade de rolamento e de baixa durabilidade. A Figura 2 apresenta um corte transversal de um pavimento em blocos de concreto. Destaca-se que a seção transversal apresentada na Figura 2 não contempla a estrutura descrita em ARAÚJO et al. (2000), especialmente na representação da câmara ou reservatório de pedras. Figura 2 - Corte transversal de um pavimento em blocos de concreto (CARVALHO, 1998) Pavimentos em Asfalto Poroso Neste tipo de pavimento, a capacidade drenante da camada de rolamento é promovida através da dosagem da mistura betuminosa. Com granulometria aberta e, portanto, permeável, essa camada pode captar as águas superficiais e conduzi-las para fora da estrutura do pavimento até dispositivos de descarga. Para tanto, uma declividade adequada é imposta à camada através da conformação da superfície da camada subjacente, de modo que a velocidade da água seja compatível com a vazão exigida, bem como com a preservação da integridade da camada (PORTO, 1999). A camada superior dos pavimentos porosos (asfalto ou concreto) é construída de forma similar aos pavimentos convencionais, mas com a retirada da fração da areia fina da mistura dos agregados do pavimento. 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Descrição do Simulador de Chuva Estudos sobre o efeito das chuvas em atributos do solo são difíceis de serem realizados com chuva natural, pois não se tem controle sobre a duração, intensidade, distribuição e tipo de chuva. Uma alternativa que se apresenta é a utilização de simuladores de chuvas que 144 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

7 FERNANDO ALESSI, PEDRO JÚNIOR KOKOT E JÚLIO GOMES Figura 3 - Simulador de chuva. Vista geral. permitem controlar as características das mesmas e têm a vantagem de poderem ser utilizados a qualquer tempo (SOUZA, 2004). O simulador de chuvas utilizado nos ensaios de campo tem capacidade de gerar precipitações com intensidades variáveis sobre uma parcela alvo de 1 m 2. O simulador é constituído por uma armação retangular, apoiada sobre quatro pernas reguláveis para uma altura que varia entre 1,5 a 2,5 metros sobre a superfície dos pavimentos. As quatro faces laterais da armação são cobertas por plásticos para minimizar o efeito do vento sobre as gotas de chuva. Na base superior do simulador foi fixado um sistema de tubulações perfurado uniformemente para simular gotas de chuva e que é alimentado por duas entradas de água. A água é bombeada por mangueiras a partir de um reservatório de 250 litros. A Figura 3 apresenta o simulador de chuva com o sistema duplo de alimentação, através das mangueiras bifurcadas, por onde a chuva é aplicada sobre o pavimento. 3.2 Estimativa da Vazão de Aplicação A vazão de aplicação (Q apl ) foi estimada a partir da variação de volume do reservatório de entrada na unidade de tempo (Δt). A variação do volume foi obtida pelo produto da área da seção transversal da caixa de água (Α c ), usada como reservatório de entrada, pela variação do nível de água na mesma (Δh e ). Matematicamente, tem-se: (1) onde: Q apl = vazão aplicada sobre os pavimentos (m 3 /s); A c = área em planta da caixa de água (m 2 ); Δh e = variação de nível na caixa de água (m); Δt = intervalo de tempo entre as leituras (s). Considerando-se o uso de unidades mais simples de serem observadas nas medições em campo, a Equação 1 pode ser reescrita como: 145 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

8 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS... (2) onde: Q apl = vazão aplicada sobre os pavimentos (L/min); A c = área em planta da caixa de água (cm 2 ); Δh = variação de nível na caixa de água (cm); Δt = intervalo de tempo entre as leituras (min). A leitura da variação de nível na caixa de água (Δh e ) foi feita através de uma régua graduada com flutuador onde se observou o deslocamento da régua em relação a um suporte fixado na caixa de água, como apresentado na Figura 4. A intensidade média de precipitação (i) foi estimada a partir de: (3) onde: V apl = volume aplicado sobre o pavimento (L); A = área do pavimento (m 2 ); t apl = tempo de aplicação (min); i = intensidade de precipitação (mm/h). Figura 4 - Sistema de leituras para a estimativa da vazão de aplicação. 146 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

9 FERNANDO ALESSI, PEDRO JÚNIOR KOKOT E JÚLIO GOMES 3.3 Estimativa do Estado Inicial da Umidade do Solo A estimativa do estado inicial da umidade do solo foi feita, de modo indireto, pela leitura das tensões de água no solo em um tensiômetro desenvolvido a partir do apresentado em Faria e Costa (1987). O tensiômetro é um instrumento que auxilia na medição do teor de umidade no solo e da tensão de água no solo. As leituras do tensiômetro demonstram, indiretamente, o teor de água no solo e, diretamente, a tensão de água do solo. De modo simples, valores altos de tensão indicam solo seco, enquanto valores baixos indicam solo úmido (FARIA e COSTA, 1987). O tensiômetro consiste em um tubo, geralmente de PVC, cheio de água, uma cápsula de cerâmica porosa colada na base, rolha, cap para vedação da ponta superior do tubo e um elemento sensível, indicador do vácuo existente dentro do aparelho. O elemento sensível utilizado foi um vacuômetro metálico. A Figura 5 apresenta um detalhe esquemático do tensiômetro com vacuômetro metálico. O aparelho é instalado no solo, colocando-se a cápsula de cerâmica na profundidade desejada, obtendo-se leituras de vácuo no sensor. Um detalhe do tensiômetro já instalado em um dos pavimentos é apresentado na Figura 6. Figura 5 - Detalhe esquemático do tensiômetro com vacuômetro metálico (FARIA e COSTA, 1987). Figura 6 - Detalhe do tensiômetro com vacuômetro metálico instalado no pavimento em blocos de concreto. 3.4 Implantação dos Pavimentos em Blocos de Concreto e Asfalto Poroso Para comparar o escoamento superficial gerado foram construídos dois painéis de pavimentos, sendo que para a execução dos mesmos foram realizados previamente ensaios de permeabilidade, granulometria e compactação para determinar as espessuras das camadas de suporte dos pavimentos. Importante destacar que a diferença básica entre os pavimentos permeáveis avaliados em relação aos pavimentos convencionais foi a execução da camada de rolamento em blocos de concreto ou em asfalto poroso. Portanto, não houve nenhuma estrutura especial, como, por exemplo, o reservatório de pedras, nas camadas de base, sub-base e subleito. 147 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

10 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS Pavimento em blocos de concreto O pavimento em blocos de concreto (paver) foi construído de modo que os blocos ficassem confinados lateralmente. A escavação compreendeu uma área de 1,00 m x 1,00 m com profundidade de 80 cm, sendo o pavimento composto pelas seguintes camadas: a) subleito: o solo natural foi regularizado e compactado, depois de classificado de acordo com a sua capacidade de suporte e a sua estabilidade ante a ação da umidade. Assim sendo, foi necessário coletar amostras do material e ensaiá-las em laboratório para que fossem conhecidas as suas características e, principalmente, o seu índice de suporte; b) sub-base: constituída em saibro, a espessura da sub-base foi de 30 cm, definida em função da qualidade do solo natural sobre o qual foi apoiada; c) base: foi formada por 20 cm de brita graduada solta, fina e limpa, sendo que, após o seu espalhamento e nivelamento, esta camada foi regularizada e compactada, antes de se colocar o material para assentamento dos blocos; d) revestimento: executado em blocos de concreto. Como o estudo destinou-se a uma área de estacionamento foram utilizados blocos de concreto com espessura igual a 6 cm. A Figura 7 apresenta o layout básico do pavimento de bloco de concreto (tipo paver) implantado. A Figura 7 apresenta ainda o quadro de madeira usado para delimitar o pavimento e o Figura 7 - Layout básico do pavimento em blocos de concreto. orifício usado para a coleta do volume escoado superficialmente sobre o pavimento Pavimento em asfalto poroso Este pavimento foi constituído por uma camada de rolamento contínua de concreto asfáltico pré-misturado a frio (PMF), definido como mistura de agregado e asfalto em que o agregado é empregado sem prévio aquecimento, ou seja, à temperatura ambiente e sem qualquer tipo de junta. Para execução da massa, estabeleceu-se previamente o traço de acordo com ensaio granulométrico. A homogeneização da emulsão, brita e pó-de-pedra foi feita em betoneira. Para realização dos ensaios em campo, o pavimento foi dimensionado de acordo com os resultados do ensaio de compactação e suas etapas construtivas e de dimensionamento são descritas a seguir: Figura 8 - Layout básico do pavimento em asfalto poroso. 148 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

11 FERNANDO ALESSI, PEDRO JÚNIOR KOKOT E JÚLIO GOMES a) subleito: constituído em solo natural com espessura de 30 cm, foi regularizado e compactado, depois de classificado de acordo com sua capacidade de suporte e a sua estabilidade ante a ação da umidade. Assim sendo, foi necessário coletar amostras do material e ensaiá-los em laboratório para que fossem conhecidas todas as suas características e, principalmente, seu índice de suporte; b) sub-base: constituída em saibro, a espessura da sub-base foi de 20 cm, definida em função da qualidade do solo natural sobre o qual foi apoiada; c) base: constituída por 10 cm de brita graduada solta, fina e limpa, sendo que após o seu espalhamento e nivelamento, esta camada foi compactada antes de se colocar o material para imprimação; d) revestimento: executado em concreto pré-misturado a frio (PMF) com espessura de 6 cm, com faixa aberta e traço definido mediante a análise granulométrica dos ensaios. A Figura 8 apresenta o layout básico do pavimento em asfalto poroso e o detalhe do tensiômetro utilizado na estimativa da umidade inicial do solo. 3.5 Sistemática de ensaio e coleta de dados O procedimento dos ensaios em cada pavimento consistiu basicamente de: - colocação e nivelamento do simulador de chuva sobre o pavimento a ser ensaiado; - aplicação de chuva artificial, através do simulador de chuva, sobre o pavimento ensaiado; - anotação das variações de nível na caixa de água, responsável por fornecer a vazão de entrada (ou de aplicação) sobre o pavimento; - anotação das variações de nível no recipiente colocado a jusante do pavimento ensaiado, responsável por permitir a estimativa do escoamento superficial gerado pelo pavimento. Posteriormente aos ensaios, houve uma etapa de processamento dos dados coletados que consistiu basicamente em: - cálculo da vazão de aplicação (Q apl ) e da intensidade de chuva simulada; - cálculo da vazão superficial (Q sup ) gerada pelos pavimentos; - cálculo da relação entre o volume escoado superficialmente (V sup ) e o volume total aplicado (V apl ); - cálculo do coeficiente C do método racional. Para o cálculo da vazão aplicada (Q apl ) e da intensidade de precipitação (i) foram utilizadas as Equações 2 e 3, respectivamente. A vazão superficial (Q sup ) foi calculada em função da variação de nível observada no recipiente coletor, área do recipiente coletor e intervalo de tempo entre leituras consecutivas, como apresentado na Equação 4 a seguir. (4) onde: Q sup = vazão superficial (L/min); A col = área do recipiente coletor (cm 2 ); Δh s = variação de nível no recipiente coletor (cm); Δt = intervalo de tempo entre as leituras (min). 149 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

12 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS... O dispositivo utilizado para a leitura de variação dos níveis no recipiente coletor (Δh s ) é similar ao utilizado para as leituras dos níveis na caixa de água (reservatório de entrada), ou seja, utilizou-se uma régua graduada com flutuador e observou-se a variação da mesma em relação a um suporte fixado no recipiente coletor. Para o cálculo do coeficiente de escoamento, expresso pela relação V sup /V apl, utilizou-se a Equação 5, apresentada a seguir, uma vez que o intervalo de tempo entre as leituras (Δt) é o mesmo para as vazões de entrada e saída do sistema (pavimento). (5) Finalmente, para o cálculo do coeficiente C do método racional, utilizou-se a própria expressão que define o método, ou seja: (6) onde: Q máx = vazão máxima (m 3 /s); C = coeficiente do método racional (adimensional); i = intensidade média de precipitação (mm/h); A = área da bacia (km 2 ). A Equação 7, obtida a partir da Equação 6, pode ser utilizada para a estimativa do coeficiente C, como apresentado a seguir: (7) Em função das unidades usadas para representar Q máx, i e A, a Equação 7 foi reescrita como: onde: Q máx = vazão máxima (L/min); C = coeficiente do método racional (adimensional); i = intensidade média de precipitação (mm/h); A = área do pavimento (m 2 ). (8) 4 ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.1 Ensaios no Pavimento em Blocos de Concreto Foram efetuadas 7 (sete) simulações de chuva de projeto sobre a parcela de pavimento em blocos de concreto. O resumo dos resultados das simulações pode ser observado na 150 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

13 FERNANDO ALESSI, PEDRO JÚNIOR KOKOT E JÚLIO GOMES Tabela 1. Verifica-se, a partir dos dados apresentados na Tabela 1, que a relação V sup /V apl variou entre 0,17 e 0,47, apresentando um valor médio de 0,37. Já o coeficiente C do Método racional variou entre 0,45 e 0,73, com valor médio de 0,58. Tabela 1 - Resumo dos resultados dos ensaios no pavimento em blocos de concreto. Figura 9 - Pavimento em blocos de concreto. Escoamento superficial observado no teste 01. Como exemplo de resultado, a Figura 9 apresenta o hidrograma de escoamento superficial observado no teste 01 do pavimento em bloco de concreto. Verifica-se, a partir da Figura 9, que houve flutuações na vazão aplicada sobre o pavimento, o que pode justificar algumas flutuações no hidrograma de escoamento superficial. 4.2 Ensaios no Pavimento em Asfalto Poroso Foram também efetuadas 7 (sete) simulações de chuva de projeto sobre a parcela de pavimento em asfalto poroso. O resumo dos resultados das simulações pode ser observado na Tabela 2. Verifica-se, a partir dos dados apresentados na Tabela 2, que a relação V sup /V apl variou entre 0,21 e 0,54, apresentando um valor médio de 0,35. Já o coeficiente C do Método racional variou entre 0,47 e 0,72, com valor médio de 0, da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

14 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS... Tabela 2 - Resumo dos resultados dos ensaios no pavimento em asfalto poroso. Como exemplo de resultado, a Figura 10 apresenta o hidrograma de escoamento superficial observado no teste 01 do pavimento em asfalto poroso. Novamente verificam-se, a partir da Figura 10, flutuações na vazão aplicada sobre o pavimento e que podem justificar algumas flutuações no hidrograma de escoamento superficial. Figura 10 - Pavimento em asfalto poroso. Escoamento superficial observado no teste Análise Teórica da Redução dos Diâmetros da Rede de Drenagem A partir dos resultados obtidos através das simulações de chuva sobre os pavimentos em blocos de concreto e em asfalto poroso, procurou-se analisar, de modo teórico, a redução dos diâmetros da rede de drenagem na utilização dos referidos pavimentos em comparação com o pavimento convencional em concreto betuminoso usinado à quente (CBUQ). A análise foi feita a partir da comparação dos valores do coeficiente C do método racional, como descrito a seguir. Para a caracterização do escoamento superficial gerado pelo pavimento convencional, utilizou-se um valor de coeficiente C igual a 0,95, obtido de Araújo et al. (2000). Para os pavimentos em blocos de concreto e em asfalto poroso foram adotados os valores médios de C iguais a 0,58 e 0,59, respectivamente, resultantes dos ensaios. A análise teórica teve por base a Equação de Manning, particularizada para o caso de escoamento uniforme, expressa pela Equação 9 apresentada a seguir. 152 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

15 FERNANDO ALESSI, PEDRO JÚNIOR KOKOT E JÚLIO GOMES (9) onde: A = área (m 2 ); R = raio hidráulico (m); S 0 = declividade do fundo do canal(m/m); n = coeficiente de Manning (s/m 1/3 ); Q = vazão (m 3 /s). É importante destacar que os condutos da rede de drenagem são dimensionados para trabalhar sem pressão para a vazão de projeto, conforme extraído de Bidone e Tucci (1995). Este critério justifica a utilização de Equação de Manning (Equação 9) na análise da redução dos diâmetros. A partir da Equação 9, pode-se estabelecer a relação entre duas vazões Q 1 e Q 2 com o objetivo de estabelecer relações entre os diâmetros necessários para escoar as referidas vazões, conforme apresentado a seguir. (10) Considerando o mesmo material e a mesma declividade, a Equação 10 pode ser reduzida a: (11) A partir da definição da área e do raio hidráulico de um conduto de seção transversal circular, a Equação 11 pode ser reescrita como: onde D = diâmetro do conduto (m). Com as devidas simplificações, tem-se: ou 153 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

16 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS... (12) A Equação 12 pode ainda ser modificada para apresentar, de modo explícito, a relação entre os coeficientes C do método racional. Para pequenas áreas de drenagem, a vazão de projeto pode ser estabelecida pelo método racional, expresso pela Equação 6. A partir da definição da vazão pelo método racional, Equação 6, a Equação 12 pode ser reescrita como: (13) 5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES O presente trabalho teve por objetivo principal avaliar e comparar o escoamento superficial gerado por dois tipos de pavimento permeável: pavimento em blocos de concreto e pavimento em asfalto poroso. A partir dos resultados dos ensaios realizados, verificou-se que o desempenho dos dois pavimentos foi bastante parecido. Em valores médios, os coeficientes de escoamento para o pavimento em blocos de concreto e o pavimento em asfalto poroso foram iguais a 0,37 e 0,35, respectivamente. Para o coeficiente C do método racional, os valores médios obtidos foram de 0,58 e 0,59, respectivamente. Estes valores mostram um melhor desempenho de ambos em relação ao pavimento convencional. A análise teórica de redução dos diâmetros dos condutos da rede de drenagem em função da adoção dos dois tipos de pavimentos analisados em relação ao pavimento convencional mostrou uma redução de 17% com o uso do pavimento em blocos de concreto e de 16% com o uso do pavimento em asfalto poroso. Finalmente, é importante destacar que, na execução dos dois pavimentos, nenhuma estrutura especial foi prevista para servir de reservatório para a água infiltrada pelo pavimento e que pode aumentar ainda mais a eficiência dos mesmos na redução da geração do escoamento superficial em comparação com o pavimento convencional. Outro aspecto também não explorado foi a questão de como a eficiência dos pavimentos é alterada com o seu uso. Estas questões são deixadas como recomendações para estudos futuros. 154 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

17 FERNANDO ALESSI, PEDRO JÚNIOR KOKOT E JÚLIO GOMES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACIOLI, L. A. et al. Implantação de um módulo experimental para a análise da eficiência de pavimentos permeáveis no controle do escoamento superficial na fonte. In:Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos,15., 2003, Curitiba. Anais... Curitiba: ABRH, p. ARAÚJO, P. R. et al. Avaliação da eficiência dos pavimentos permeáveis na redução do escoamento superficial. RBRH Revista Brasileira dos Recursos Hídricos. v. 5, n. 3, jul/set p BIDONE, F.; TUCCI, C. E. M. Inundações urbanas. In.: TUCCI, C. E. M.; PORTO, R. L. L.; BARROS, M. T. de (orgs.). Drenagem urbana. Porto Alegre: ABRH/ Editora da Universidade/ UFRGS, p (Coleção ABRH de Recursos Hídricos; v.5). CARVALHO, M. D. Pavimentação com peças pré-moldadas de concreto. 3. ed. São Paulo : Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), p FARIA, R. T. de; COSTA, A. C. S. da. Tensiômetro: construção, instalação e utilização: um aparelho simples para se determinar quando irrigar. Londrina : IAPAR, p. ilust. (IAPAR, Circular, 56). LIMA - QUEIROZ, J. C.; BALABRAM, P. R.; BAPTISTA, M. B. A urbanização e alguns de seus impactos na cidade de Belo Horizonte. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos,15., 2003, Curitiba. Anais... Curitiba : ABRH, p. (Anais em CD). PORTO, H. G. Pavimentos drenantes. São Paulo: Editora D&Z, SOUZA, M. D. de. Desenvolvimento e utilização de um simulador de chuvas para estudos de atributos físicos e químicos do solo relacionados a impactos ambientais. Jaguariúna: EMBRAPA, 2004 TUCCI, C. E. M. Inundações urbanas. In.: TUCCI, C. E. M.; PORTO, R. L. L.; BARROS, M. T. de (orgs.). Drenagem urbana. Porto Alegre: ABRH/ Editora da Universidade/ UFRGS, p (Coleção ABRH de Recursos Hídricos; v. 5). TUCCI, C. E. M. Plano diretor de drenagem urbana: princípios e concepção. RBRH Revista Brasileira dos Recursos Hídricos. v. 2, n. 2, jul/dez p TUCCI, C. E. M.; GENZ, F. Controle do impacto das urbanizações. In: TUCCI, C. E. M.; PORTO, R. L. L.; BARROS, M. T. de (orgs.). Drenagem urbana: gerenciamento, simulação, controle. Porto Alegre: ABRH/ Ed. UFRGS, p (Coleção ABRH de Recursos Hídricos; v. 5). TUCCI, C. E. M. Estimativa do Volume para Controle da Drenagem no Lote. In: BRAGA, B. P. F.; TUCCI, C. E. M.; TOZZI, M. J. (orgs.). Drenagem urbana: gerenciamento, simulação, controle. Porto Alegre: Ed. UFRGS/Associação Brasileira de Recursos Hídricos, p (ABRH Publicações, n. 3). 155 da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p ,

18 COMPARAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL GERADO POR PAVIMENTOS da Vinci, Curitiba, v. 3, n. 1, p , 2006

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