ESTUDO EXPERIMENTAL DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS NO CONTROLE DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NA FONTE

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRÁULICAS PREFEITURA MUNICIPAL DE PORTO ALEGRE SECRETARIA MUNICIPAL DE OBRAS E VIAÇÃO ESTUDO EXPERIMENTAL DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS NO CONTROLE DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NA FONTE Equipe IPH: Joel Avruch Goldenfum André Luiz Lopes da Silveira Sidnei Gusmão Agra Laura Albuquerque Acioli EQUIPE SMOV: Mário Amaral Flávio Dau Ari Real Assis Arrojo Porto Alegre, fevereiro de 2003

2 Sumário IMPACTOS HIDROLÓGICOS DA URBANIZAÇÃO 3 SISTEMAS DE CONTROLE EM DRENAGEM URBANA 4 PAVIMENTOS PERMEÁVEIS 6 ESTUDO PROPOSTO 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 12 2

3 IMPACTOS HIDROLÓGICOS DA URBANIZAÇÃO O crescimento populacional, principalmente nas áreas urbanas, e o conseqüente crescimento das cidades geram muitos impactos sobre o meio ambiente. No que se refere aos recursos hídricos, problemas de abastecimento, poluição e enchentes são cada vez mais constantes. Especificamente em relação às enchentes urbanas o problema é gravíssimo. Com a urbanização e a impermeabilização decorrente, o solo perde a capacidade natural de infiltração e armazenamento, como também ganha velocidade de escoamento. Resultado: maiores volumes escoados, menores tempos de concentração, maiores vazões de pico, menores volumes infiltrados, menos recarga dos aquíferos, maior aporte de sedimentos, deterioração da qualidade das águas dos esgotos pluviais, entre outros problemas já conhecidos da população que vive nas cidades (Tucci, 1997). 3

4 SISTEMAS DE CONTROLE EM DRENAGEM URBANA Na tentativa de minimizar os efeitos da urbanização sobre o ciclo hidrológico, a engenharia lança mão do planejamento dos sistemas de drenagem urbana e de medidas de controle, que podem atuar em diversas escalas espaciais. A tendência de controle das cheias decorrentes à urbanização é que ela seja realizada, na maioria das vezes, através da canalização dos trechos críticos, solução que acaba transferindo a inundação de um lugar para outro na bacia. Esse processo é prejudicial aos interesses públicos e representa um prejuízo extremamente alto para toda a sociedade ao longo do tempo (Tucci, 1995). Enquanto os sistemas tradicionais visam a evacuação rápida das águas pluviais para jusante, os dispositivos de controle na fonte procuram reduzir e retardar escoamentos urbanos (SUDERHSA, 2000). Essas medidas de controle podem ser classificadas de acordo com a escala em que atuam, segundo Tucci e Genz (1995), em: Medidas distribuídas ou na fonte: medidas que atuam sobre o lote, praças e passeios, aumentado áreas de infiltração e percolação, e/ou medidas de armazenamento temporário de água da chuva em reservatórios residenciais ou de telhados; Medidas na microdrenagem: controle que age sobre um ou mais loteamentos. Utilizam-se para esse fim dispositivos de amortecimento do volume gerado pelo(s) loteamento(s), como tanques, lagos e pequenos reservatórios abertos ou subterrâneos; Medidas na macrodrenagem: esse tipo de controle utiliza medidas estruturais para modificar rios e riachos urbanos. Ainda segundo Tucci e Genz (1995) as medidas de controle podem, também, ser organizadas, de acordo com a sua ação sobre o hidrograma, em: Infiltração e percolação: normalmente, cria espaço para que a água tenha maior infiltração e percolação no solo, utilizando o armazenamento e o fluxo subterrâneo para retardar o escoamento superficial; Armazenamento ou detenção: através de reservatórios, que podem ser desde o tamanho adequado para o uso numa residência até terem porte para a macrodrenagem urbana. O efeito do reservatório 4

5 é o de reter parte do volume do escoamento superficial, reduzindo o seu pico e distribuindo a vazão no tempo. Os dispositivos de infiltração, diferentemente dos de armazenamento, retiram água do sistema pluvial, promovendo sua absorção pelo solo para redução do escoamento pluvial. Pavimentos porosos, trincheiras e poços de infiltração, faixas e valas gramadas são alguns exemplos típicos de tais dispositivos, que podem estar presentes desde a escala do lote à da macrodrenagem. Há muitos dispositivos mistos que promovem a infiltração e ao mesmo tempo retardam o escoamento excedente, depende da concepção da obra ou dispositivo (SUDERHSA, 2000). Os princípios de controle da drenagem urbana, citados por Tucci e Genz (1995), dirigem o planejador da drenagem urbana para um cenário de soluções que envolvem a utilização de medidas de controle que vão atuar de maneira distribuída na fonte e/ou na microdrenagem, isoladas ou em conjunto com os sistemas estruturais convencionais que atuam na macrodrenagem. Desta forma, os dispositivos tradicionais podem ser substituídos por outros de controle na fonte, porém isso não precisa ser feito em todos os casos, pois um moderno projeto de drenagem urbana deve integrar harmoniosamente estruturas de transporte e de controle na fonte (SUDERHSA, 2000). 5

6 PAVIMENTOS PERMEÁVEIS Urbonas e Stahre (1993) afirmam que o pavimento permeável 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 a superfície do terreno. Os autores classificam os pavimentos permeáveis, Figura 1, basicamente em três tipos: pavimento de asfalto poroso; pavimento de concreto poroso; e pavimento de blocos de concreto vazados preenchidos com material granular, como areia, ou vegetação rasteira, como grama. A camada superior dos pavimentos porosos (asfalto ou concreto) é construída similarmente aos pavimentos convencionais, com a diferença básica que a fração da areia fina é retirada da mistura dos agregados na confecção do pavimento. Os blocos de concreto vazados são colocados acima de uma camada de base granular (areia). Filtros geotêxteis são colocados sob a camada de areia fina para prevenir a migração desta para a camada granular (Araújo et al., 2000). Figura 1 Pavimentos Permeáveis (adaptado de Urbonas e Stahre, 1993) A utilização dos pavimentos permeáveis, em um contexto geral, pode proporcionar uma redução dos volumes escoados e do tempo de resposta da 6

7 bacia para condições similares às condições de pré-desenvolvimento e até mesmo, dependendo das características do subsolo, condições melhores que as de pré-desenvolvimento, desde que sejam utilizados racionalmente, respeitando seus limites físicos, e conservados periodicamente (trimestralmente) com uma manutenção preventiva, evitando assim o entupimento. A utilização do pavimento permeável pode resultar em menores custos e um sistema de drenagem mais eficiente (Cruz et al., 1999). Além de atuarem no controle do pico e volume do escoamento superficial, também atuam no controle da poluição difusa, e, quando infiltram a água no solo, promovem a recarga de águas subterrâneas. Há também outras vantagens no que se refere a um maior conforto ambiental, possibilitado por um menor ruído de tráfego e menor número de poças d água, e consequentemente menor risco de aqüaplanagem. (SUDERHSA, 2000). A baixa resistência mecânica das camadas superiores normalmente utilizadas nos pavimentos permeáveis dificulta a sua utilização em pistas de rolamento de veículos, principalmente onde há tráfego de veículos pesados. Por este motivo, SUDERHSA (2000) recomenda a utilização deste tipo de pavimento em locais como: vias de tráfego leve, estacionamentos, calçadões, praças e quadras de esporte. Azzout et al. (1994) consideram uma variante desta estrutura, onde a saída d água do reservatório de pedras não se dá por infiltração, mas sim para a rede de drenagem, funcionando este como uma estrutura de retenção e não de infiltração. Esta alternativa pode ser utilizada sobre solos com pouca permeabilidade ou sensíveis à presença de água. Araújo (1999) realizou, no IPH/UFRGS, alguns estudos para avaliar a eficiência dos pavimentos permeáveis. Os pavimentos permeáveis foram dimensionados para um tempo de retorno da precipitação de 5 anos, o reservatório de pedras ficou com 15cm de altura. Foram efetuados experimentos utilizando um simulador de chuvas em módulos de 1m 2, para quatro diferentes tipos de coberturas urbanas, que são apresentadas na Figura 2. O autor concluiu 7

8 que na simulação de chuva nos pavimentos permeáveis praticamente não ocorreu escoamento superficial. As superfícies estudadas foram: solo compactado, representando as condições do terreno existente; pavimento de concreto, representando as superfícies impermeáveis; pavimento de paralelepípedos de granito e pavimento de blocos de concreto pré-moldados intertravados, representando as superfícies semi-permeáveis; blocos de concreto com elementos vazados e um pavimento de concreto poroso, representando as superfícies permeáveis. Solo compactado Paralelepípedos Blocos de concreto Concreto Blocos vazados Concreto poroso Figura 2 Pavimentos estudados por Araújo (1999) Um fator que pode se tornar restrição de aplicação deste tipo de pavimento no controle do escoamento se refere a exigências de uma manutenção regular, constante e especializada, o que pode ter um custo elevado, além dos riscos de colmatação da estrutura e contaminação do lençol de água subterrânea. 8

9 ESTUDO PROPOSTO Partindo da idéia de continuar os trabalhos experimentais com estruturas de controle na drenagem urbana, desenvolvidos e em desenvolvimento no IPH (Araújo, 1999; Cruz et al., 1999; Souza e Goldenfum, 1999; Agra, 2001), propomos estudar a aplicação dos pavimentos permeáveis no controle do escoamento superficial. Partindo do trabalho de Araújo (1999), que estudou o comportamento de parcelas de pavimentos permeáveis, com 1m 2, deseja-se construir e monitorar áreas de estacionamento em pavimento permeável nas dependências do IPH. A partir do monitoramento da estrutura, deseja-se estudar: critérios de projeto; necessidade de manutenção; custos de implantação e manutenção; e a eficiência do sistema, na redução do escoamento superficial (eficiência quantitativa) e na melhoria da qualidade das águas (eficiência qualitativa). Duas áreas são propostas para execução do estacionamento em pavimento permeável: em um primeiro momento, a área de Estacionamento 1 localizada entre o prédio de ensino (prédio novo) e o prédio das oficinas e reprografia; mais tarde, a área de Estacionamento 2, localizada próximo à entrada do Pavilhão Fluvial. As figuras 3 e 4 apresentam esquemas de implantação do Estacionamento 1 em planta e corte, respectivamente, incluindo detalhes para monitoramento e controle dos escoamentos. A figura 5 mostra o esquema de implantação do Estacionamento 2. A equipe do IPH será responsável pelo projeto, acompanhamento da obra e monitoramento das estruturas. A equipe da SMOV efetuará a execução dos pavimentos. Os insumos serão custeados com verba dos projetos PRONEX e CT- HIDRO, já contratados pelo IPH via FAURGS. Não haverá repasses de verbas entre IPH e SMOV. O cronograma de obras prevê início em 10 de março de 2003, com prazo de execução de duas semanas para cada estacionamento. 9

10 Limite da Obra Baias Divisor de águas Caixas dos sensores de escoamento para monitoramento quantitativo Passeio Caixas dos coletores para análise qualitativa I = 1% I = 1% Calha para controle do escoamento superficial Passarela Figura 3 Esquema de implantação do Estacionamento 1 16,00m Passeio I = 1% 15cm I = 1% Calha para controle do escoamento superficial Reservatório de brita 30cm Revestimento em asfalto poroso Figura 4 Corte transversal do Estacionamento 1 Calha para controle do escoamento superficial 10

11 PAVILHÃO FLUVIAL Para a rede de drenagem Vertedor para o controle da vazão Canaleta de isolamento Para a rede de drenagem Baias Canaleta de monitoramento quantitativo Canaleta de isolamento Caixas dos coletores para análise qualitativa Figura 5 Esquema de implantação do Estacionamento 2 11

12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGRA, Sidnei Gusmão Estudo da eficiência de microrreservatórios de detenção no controle do escoamento superficial. Porto Alegre: UFRGS Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental. Dissertação (Mestrado) em conclusão. ARAÚJO, Paulo R Análise Experimental da Eficiência dos Pavimentos Permeáveis na Redução do Escoamento Superficial. Porto Alegre: UFRGS Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental. 137f. Dissertação (Mestrado). ARAÚJO, Paulo R. TUCCI, Carlos E.M. GOLDENFUM, Joel A Avaliação da Eficiência dos Pavimentos Permeáveis na Redução do Escoamento Superficial. RBRH: Revista Brasileira de Recursos Hídricos, Porto Alegre, v.5, n.3, p.21-29, jul/set. AZZOUT, Y. BARRAUD, S. CRES, F.N. ALFAKIH, E Techiniques alternatives en assainissement pluvial. GRAIE. Paris. CRUZ, Marcus A.S., ARAÚJO, Paulo Roberto., SOUZA, Vladmir C.B Estruturas de Controle do Escoamento Urbano na Microdrenagem. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS, 13, 1999, Belo Horizonte. Anais. Belo Horizonte: ABRH. 21p. cd-rom. SOUZA, Vladmir C.B., GOLDENFUM, Joel A., Trincheiras de Infiltração como Elemento de Controle do Escoamento Superficial: Um Estudo Experimental. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS, 13, 1999, Belo Horizonte. Anais. Belo Horizonte: ABRH. 11p. cd-rom. STU La maîtrise des eaux pluviales. Paris. SUDERHSA Manual de Drenagem Urbana da Região Metropolitana de Curitiba. 12

13 TUCCI, Carlos E.M Inundações Urbanas. In: TUCCI, Carlos E.M., PORTO, Rubem L.L., BARROS, Mário T. de. Org. Drenagem Urbana. Porto Alegre: Editora da Universidade UFRGS:ARBH. cap. 1, p TUCCI, Carlos E.M Plano Diretor de Drenagem Urbana: Princípios e Concepção. RBRH: Revista Brasileira de Recursos Hídricos, Porto Alegre, v.2, n.2, p.5-12, jul/dez. TUCCI, Carlos E.M., GENZ, Fernando Controle do Impacto da Urbanização. In: TUCCI, Carlos E.M., PORTO, Rubem L.L., BARROS, Mário T. de. Org. Drenagem Urbana. Porto Alegre: Editora da Universidade UFRGS:ARBH. cap.7, p URBONAS, Ben., STAHRE, Peter Stormwater: Best Management Pratices and Detention for Water Quality. Englewood Cliffs: Prentice Hall. 450p. 13