USO DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS COMO MEDIDA DE CONTROLE DAS INUNDAÇÕES URBANAS URAA URBANA URBANA

UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI CAUÊ SILVA COSTA EDIPO MONTSECH AMORIM ALVES THIAGO DIAS BARBOZA USO DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS COMO MEDIDA DE CONTROLE DAS INUNDAÇÕES URBANAS URAA URBANA URBANA SÃO PAULO 2011

2 CAUÊ SILVA COSTA EDIPO MONTSECH AMORIM ALVES THIAGO DIAS BARBOZA USO DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS COMO MEDIDA DE CONTROLE DAS INUNDAÇÕES URBANAS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Orientador: Profº MSc. José Carlos de Melo Bernardino SÃO PAULO 2011

3 CAUÊ SILVA COSTA EDIPO MONTSECH AMORIM ALVES THIAGO DIAS BARBOZA USO DE PAVIMENTOS PERMEÁVEIS COMO MEDIDA DE CONTROLE DAS INUNDAÇÕES URBANAS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Trabalho em: de de 2011. Profº MSc. José Carlos de Melo Bernardino Nome do professor da banca Comentários:

4 A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao seu tamanho original. Albert Einstein

5 AGRADECIMENTOS Primeiramente à vida, pela oportunidade que tivemos em estudar, adquirir novos conhecimentos e buscar soluções para nossos problemas, embasados em boa educação e civilidade. A todo o corpo docente da Universidade Anhembi Morumbi pelo enriquecimento acadêmico e pessoal que nos proporcionaram. Ao professor José Carlos de Melo Bernardino pelos ensinamentos em suas disciplinas e pela contribuição em nossa formação acadêmica. Agradecemos toda sua atenção, preocupação e principalmente às orientações na elaboração deste trabalho. Ao professor Wilson Shoji Iyomasa pela coordenação e contribuição organizacional deste trabalho. Aos nossos familiares pela formação, educação e auxílio. Sem o apoio deles nada disto seria possível.

6 RESUMO Com o avanço acelerado da urbanização, os grandes centros urbanos começaram a sofrer sérios problemas com inundações causadas pelas chuvas, sendo uma das principais causas a impermeabilização do solo. Surgiram então tecnologias de sistemas de drenagem na fonte com a função de devolver ao solo a parcela de infiltração das chuvas como ocorria antes da urbanização. Este trabalho tem o objetivo de apresentar e avaliar as novas tecnologias de pavimentos permeáveis utilizadas para auxiliar no combate às inundações. Para alcançar tal objetivo foi feita uma revisão bibliográfica onde foram estudados conceitos de hidrologia, tipos de inundações, métodos de determinação do escoamento superficial e drenagem urbana. O estudo de caso foi realizado com base na avaliação do modelo físico de pavimentos permeáveis implantado no estacionamento do Centro Tecnológico de Hidráulica da Universidade de São Paulo. Por último foi feita uma análise dos resultados obtidos no modelo físico do estudo de caso com resultados de outro protótipo de pavimentos permeáveis. Palavras Chave: Inundações; Drenagem Urbana; Pavimentos Permeáveis.

7 ABSTRACT With the fast advancement of urbanization, urban centers began to suffer serious problems with flooding caused by rains, and one of the main causes is the soil sealing. Then start appearing technologies of drainage systems with the function to return the soil infiltration of rainfall as occurred before the urbanization. This work aims to present and evaluate the new technologies of permeable paving used to assist in combating floods. To achieve this goal was made a literature review where they were studied concepts of hydrology, flood types, methods for determining runoff and urban drainage. The case study was conducted based on the evaluation of the physical model of permeable paving parking implanted in Centro Tecnologico de Hidraulica at the Universidade de Sao Paulo. Finally was done an analysis of the results obtained in the physical model of the case study with results of another prototype of permeable pavements. Keywords: Floods, Urban Drainage, Permeable Pavements.

8 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Características dos leitos do rio...23 Figura 2.2 Hidrograma de área urbana x área rural...24 Figura 2.3 Ilustração de chuvas frontais...25 Figura 2.4 Esquematização de chuvas orográficas...25 Figura 2.5 Croqui esquemático de chuvas convectivas...26 Figura 2.6 Curva IDF...29 Figura 2.7 Hidrograma unitário Princípio da proporcionalidade...40 Figura 2.8 Hidrograma unitário Princípio da superposição...41 Figura 2.9 Situações de infiltração nos pavimentos permeáveis...46 Figura 2.10 Tipos de blocos intertravados com infiltração somente pelas juntas...46 Figura 2.11 Bloco intertravado de concreto poroso...47 Figura 2.12 Pavimento de concreto asfáltico poroso...47 Figura 2.13 Estacionamento pavimentado com concreto poroso...48 Figura 2.14 Blocos vazados de concreto...48 Figura 2.15 Seção tipo de um pavimento permeável...49 Figura 2.16 Efeitos da utilização de dispositivos de controle na fonte sobre o hidrograma...50 Figura 2.17 Pavimentos simulados...51 Figura 2.18 Escoamento superficial gerado nos pavimentos ensaiados...51 Figura 2.19 Exemplo das espessuras das camadas do pavimento...55 Figura 5.1 Projeto geométrico do estacionamento protótipo...59 Figura 5.2 Características físicas das camadas integrantes dos módulos de BCP e CPA...61 Figura 5.3 Perfil do módulo revestido com CPA...64 Figura 5.4 Perfil do módulo revestido de BCP...65 Figura 5.5 Sequência construtiva da obra do estacionamento...66 Figura 5.6 Sequência construtiva da obra do estacionamento...67 Figura 5.7 - Sequência construtiva da obra do estacionamento...68 Figura 5.8 - Sequência construtiva da obra do estacionamento...69 Figura 5.9 Estação pluviométrica do pavimento...70

9 Figura 5.10 Caixa para coleta de escoamento...71 Figura 5.11 Vertedouro triangular...71 Figura 5.12 Caixa para coleta de escoamento com boca-de-lobo...72 Figura 5.13 Sensor para registro da altura de lâmina d água...72 Figura 5.14 Dados registrados pelos sensores dos vertedouros no dia 04/02/2010...76 Figura 5.15 Precipitação desagregada do dia 25/02/2010...76 Figura 5.16 Dados registrados pelos sensores dos vertedouros no dia 25/02/2010...77 Figura 6.1 Seção transversal do protótipo do IPH...78 Figura 6.2 Gráfico comparativo dos resultados de infiltração...81 Figura 6.3 Gráfico comparativo dos valores do coeficiente runoff...84

10 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Períodos de retorno para diferentes ocupações de área...27 Tabela 2.2 Parâmetros das equações IDF...30 Tabela 2.3 Velocidades médias em m/s para cálculo do tc...32 Tabela 2.4 Valores de C adotados pela Prefeitura de São Paulo...35 Tabela 2.5 Grupos hidrológicos dos solos segundo o SCS...37 Tabela 2.6 Condições de umidade antecedente do solo...37 Tabela 2.7 Valores de CN em função da cobertura e do tipo hidrológico de solo (Condição II de umidade)...38 Tabela 2.8 Conversão dos valores de CN para as condições de umidade do solo...39 Tabela 2.9 Espessura mínima da camada de base e sub-base...55 Tabela 5.1 Eventos pluviométricos ocorridos nos pavimentos teste...74 Tabela 5.2 Desempenho dos pavimentos teste durante os eventos pluviométricos...75 Tabela 6.1 Infiltração de chuva nos pavimentos teste do CTH...79 Tabela 6.2 Infiltração de chuva nos pavimentos teste do IPH...80 Tabela 6.3 Coeficientes de runoff registrados nos pavimentos teste do CTH...82 Tabela 6.4 Coeficientes de runoff registrados nos pavimentos teste do IPH...83

11 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT BCP BGS CBR CETESB CPA CTH DAEE ESD FCTH IDF IPH NBR PHD PTR SAISP SCS SIURB USP Associação Brasileira de Normas Técnicas Bloco intertravado de concreto poroso Brita graduada simples California bearing ratio Companhia Ambiental do Estado de São Paulo Concreto poroso asfáltico Centro Tecnológico de Hidráulica Departamento de Águas e Energia Elétrica Escoamento superficial direto Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica Intensidade, duração e freqüência Instituto de Pesquisas Hidrológicas Norma Brasileira Departamento de Hidráulica da Escola Politécnica da USP Departamento de Transportes da Escola Politécnica da USP Sistema de Alerta a Inundações do Estado de São Paulo Soil Conservation Service Secretaria de Infra-estrutura Urbana e Obras Universidade de São Paulo

12 LISTA DE SÍMBOLOS Qc A C CN e f F h b H exc i k L n P Q máx R Rh S S t T Ts tc TR V V máx Vr Área de contribuição Porosidade Área da bacia Coeficiente de runoff Número de curva Espessura das camadas do pavimento Coeficiente de permeabilidade do solo Frequência Altura da base e sub-base Precipitação excedente Intensidade da chuva Coeficiente de permeabilidade Comprimento do talvegue Rugosidade de Manning Altura pluviométrica Vazão máxima Quociente da área de contribuição Raio hidráulico Declividade do talvegue Retenção potencial do solo Duração da chuva Tempo de enchimento do reservatório Tempo de armazenamento de água Tempo de concentração Tempo de retorno Velocidade média Volume máximo da camada reservatório Volume de vazios dos agregados

13 SUMÁRIO p. 1 INTRODUÇÃO... 17 1.1 Objetivos... 18 1.1.1 Objetivo Geral... 18 1.1.2 Objetivo Específico... 19 1.2 Justificativas... 19 1.3 Abrangência... 20 1.4 Estrutura do Trabalho... 21 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 23 2.1 Conceitos Básicos sobre Inundações... 23 2.1.1 Inundações em áreas ribeirinhas... 23 2.1.2 Inundações devido à urbanização... 23 2.2 Introdução à Hidrologia... 24 2.2.1 Precipitação... 24 2.2.2 Tipos de chuvas... 24 2.2.3 Medidas pluviométricas... 26 2.2.4 Período de retorno (TR)... 27 2.2.5 Chuvas intensas... 28 2.2.6 Relação Intensidade, Duração e Frequência (IDF)... 28 2.2.6.1 Equação IDF tipo geral... 29 2.2.7 Tempo de concentração... 30

14 2.2.8 Escoamento Superficial Direto (ESD)... 33 2.2.9 Vazão máxima de projeto... 33 2.2.9.1 Método Racional... 34 2.2.9.2 Método do Soil Conservation Service (SCS)... 36 2.2.10 Hidrograma Unitário Sintético (HUS)... 39 2.3 Princípios da Gestão de Águas Urbanas... 41 2.3.1 Aspectos Históricos... 41 2.3.2 Conceitos Básicos Sobre Drenagem Urbana... 42 2.3.2.1 Sistemas de drenagem... 42 2.3.3 Medidas de Controle das Inundações... 43 2.4 Pavimentos Permeáveis... 44 2.4.1 Conceito... 44 2.4.2 Características... 45 2.4.3 Tipos de pavimentos permeáveis... 46 2.4.4 Estrutura do pavimento permeável... 49 2.4.5 Desempenho... 50 2.4.6 Projeto dos pavimentos permeáveis... 52 2.4.6.1 Dados necessários... 52 2.4.6.2 Pré-dimensionamento das camadas de base e sub-base... 53 2.4.6.2.1 Pré-dimensionamento hidráulico... 53 2.4.6.2.2 Pré-dimensionamento mecânico... 54

15 2.4.7 Manutenção... 56 3 MÉTODO DE TRABALHO... 57 4 MATERIAIS E FERRAMENTAS... 58 5 ESTUDO DE CASO... 59 5.1 Conceituação do Protótipo de Pavimentos Permeáveis... 59 5.1.1 Objetivos do protótipo de pavimentos permeáveis... 60 5.1.2 Caracterização do modelo físico... 60 5.1.3 Porosidade das camadas de base e sub-base... 61 5.2 Dimensionamento... 62 5.2.1 Dimensionamento hidrológico-hidráulico... 62 5.2.2 Dimensionamento mecânico... 65 5.3 Execução... 66 5.3.1 Módulo de CPA... 68 5.3.2 Módulo de BCP... 68 5.4 Eventos pluviométricos... 70 5.4.1 Sistema de monitoramento dos pavimentos teste... 70 5.4.2 Eventos pluviométricos registrados... 73 5.5 Resultados obtidos... 74 5.5.1 Chuva do dia 04 de fevereiro de 2010... 75 5.5.2 Chuva do dia 25 de fevereiro de 2010... 76 6 ANÁLISE DOS RESULTADOS... 78

16 6.1 Precipitação infiltrada no pavimento permeável... 79 6.2 Coeficiente de escoamento superficial... 82 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS... 855 8 RECOMENDAÇÕES... 877 REFERÊNCIAS... 888

17 1 INTRODUÇÃO O crescimento populacional das últimas décadas fez com que o processo de urbanização das grandes metrópoles ocorresse de forma acelerada, sem o correto planejamento dos melhoramentos públicos, principalmente quanto aos projetos de drenagem urbana e as medidas contra inundações. Devido ao avanço das edificações e pavimentações das vias urbanas, a impermeabilização do solo cresceu proporcionalmente, fazendo com que as águas pluviais antes infiltradas no solo permeável, passassem a escoar superficialmente sobre o pavimento impermeabilizado. Este escoamento então é captado pelo sistema de drenagem urbana, que envolve as sarjetas, bocas-de-lobo, galerias, etc., que conduzem as águas diretamente para o manancial. Este pensamento de conduzir as águas pluviais o mais rapidamente para o curso d água já é visto como ultrapassado e incorreto, pois quando isso ocorre, o pico de vazão do rio aumenta significativamente durante as chuvas, causando transbordamento do seu leito, que inunda as áreas ribeirinhas ocupadas pela população, trazendo prejuízos financeiros e humanos. As inundações não ocorrem somente nas áreas marginais aos cursos d água, por exemplo, quando os condutos de águas pluviais são mal dimensionados ou quando há sua obstrução devido à deposição de resíduos sólidos como o lixo, na ocorrência de chuvas em grandes proporções o sistema não consegue escoar toda a água drenada e acaba entrando em carga, ocasionando o extravasamento pelas bocasde-lobo. Uma das medidas para mitigação das inundações urbanas é o aumento das áreas permeáveis, utilizando os chamados pavimentos permeáveis. As áreas permeáveis são de suma importância para a infiltração das águas precipitadas diretamente no solo, diminuindo o escoamento superficial direto. Com a diminuição do escoamento superficial, o pico de vazão do curso d água durante as

18 chuvas é amenizado, pois o volume de água captado pelo sistema de drenagem urbano é menor. Atualmente, estão sendo utilizados pisos permeáveis nas novas construções, pois além de serem ecologicamente corretos, estes pisos drenam quase toda a água precipitada sobre o mesmo, aumentando a área permeável do empreendimento. Além de obras particulares, os pavimentos permeáveis podem ser usados em praças, parques e também podem substituir as calçadas públicas, que só em São Paulo representam cerca de 72 milhões de metros quadrados, segundo já divulgado pela Secretaria da Coordenação das Subprefeituras de São Paulo, diminuindo significativamente o volume de água que é coletada pelas bocas-de-lobo. Algumas leis municipais já estipulam que para determinados valores de área construída, é necessário disponibilizar uma porcentagem de área permeável no terreno. Sendo a utilização de pavimentos permeáveis, uma excelente alternativa para garantir esta dimensão de permeabilidade. 1.1 Objetivos Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar a utilização de pavimentos permeáveis para permitir o aumento da parcela de infiltração durante os eventos chuvosos em áreas urbanas, como medida de controle das freqüentes inundações. 1.1.1 Objetivo Geral O objetivo geral é a abordagem do tema drenagem urbana, apresentando os conceitos e os métodos de drenagem, os problemas causados pela urbanização e os tipos de inundações.

19 1.1.2 Objetivo Específico Este trabalho tem como objetivo específico abordar os métodos de drenagem na fonte utilizados para diminuir o escoamento superficial no meio urbano, discutindo as novas tecnologias empregadas nos pavimentos permeáveis e a sua aplicação visando a minimização das frequentes inundações que ocorrem nas grandes metrópoles, devido ao processo de urbanização. 1.2 Justificativas Por se tratar de um tema atual, a drenagem urbana é alvo de severas críticas devido às recorrentes inundações nas cidades grandes como São Paulo, pois muitas obras foram executadas ao longo do tempo visando diminuir estes problemas, e aparentemente não foram suficientes. O desafio de encontrar alternativas para contribuir com uma maior eficiência para a drenagem urbana, diminuindo as inundações, motivou o estudo de viabilidade da nova tecnologia em pavimentos permeáveis. Tal tecnologia é vista como uma forma de minimizar uma das principais causas de inundações, que é a impermeabilidade do solo, pois com o avanço da urbanização, as grandes metrópoles tiveram suas áreas impermeabilizadas, restando poucos locais de infiltração de águas pluviais no solo. A cidade de São Paulo foi a principal incentivadora na busca por soluções e medidas que visassem a mitigação dos problemas com a drenagem das águas pluviais, devido ao fato de ser uma das maiores cidades e mais densamente povoadas do mundo, possuindo uma vasta área impermeabilizada. Os problemas com inundações nesta metrópole são constantes nas épocas de chuvas, devido ao fato das águas pluviais captadas pelas chamadas bocas-de-lobo serem escoadas com velocidade para o manancial, aumentando sua vazão máxima significativamente e fazendo com que o rio saia do seu leito menor e ocupe o leito maior, área que é ocupada pela urbanização.

20 Atualmente o tema sustentabilidade tem conquistado um grande espaço na construção civil, sendo visto como uma nova forma de construir visando a preservação dos recursos naturais e na não degradação do meio ambiente. Neste contexto, os pavimentos permeáveis já são vistos como uma forma sustentável de construir. Uma correta e eficiente aplicação destes pavimentos em áreas urbanas, reforçaria ainda mais a necessidade da adequação das cidades aos meios naturais onde estão instaladas, evitando assim desastres ocorridos por fenômenos naturais. 1.3 Abrangência O trabalho aborda em sua revisão bibliográfica os conceitos básicos sobre os tipos de inundações, que são as inundações ribeirinhas e as inundações devido à urbanização, demonstrando o crescimento do escoamento superficial das águas pluviais devido à impermeabilização das áreas urbanas e a inadequada ocupação humana nas áreas marginais ao curso d água. Os conceitos de hidrologia também estão presentes, com a explicação das relações de sua intensidade, duração e freqüência das chuvas, onde são utilizadas formulações matemáticas, gráficos, tabelas e dados pluviométricos. São abordados principalmente os princípios da gestão de águas urbanas, da seguinte forma: a. Conceitos básicos sobre drenagem urbana; b. Evolução das técnicas utilizadas para promover a drenagem urbana ao longo do tempo; c. Medidas de controle das inundações, onde há ênfase na utilização dos pavimentos permeáveis, tema deste trabalho. Por se tratar do presente foco, foram abrangidas diversas questões relativas aos pavimentos permeáveis utilizados para drenagem urbana, tais como a sua aplicação, tipos de pisos, métodos executivos, permeabilidade, eficiência, comparativo com pavimentos impermeáveis, manutenção e durabilidade.

21 1.4 Estrutura do Trabalho O capítulo 2 deste trabalho refere-se à revisão bibliográfica, onde são abordados os conceitos sobre drenagem urbana, os tipos de inundações, problemas causados pela urbanização, conceitos e análise da distribuição da chuva numa bacia hidrográfica. São tratados também o estudo e a aplicação dos sistemas de drenagem urbana ao longo do tempo e as medidas de controle das inundações, enfatizando a utilização de pavimentos permeáveis. São apresentados no capítulo 3, os métodos que foram utilizados para a elaboração do presente trabalho. Foram feitas revisões bibliográficas, consulta de normas da ABNT, artigos técnicos, revistas e internet. O Estudo de Caso foi realizado com base na avaliação de um protótipo de pavimentos permeáveis. No capítulo 4, são descritos os materiais e ferramentas utilizados para a exemplificação, coleta e armazenamento de dados. São destacadas também as visitas técnicas, cursos realizados e o contato com especialistas. O estudo de caso encontra-se no capítulo 5 e nele foi descrito o modelo experimental de pavimentos permeáveis construído no estacionamento do Centro Tecnológico de Hidráulica situado na Universidade de São Paulo. Foram avaliados o dimensionamento do protótipo, sua construção, a porosidade de suas camadas e os eventos pluviométricos monitorados. É apresentada no capítulo 6 a análise dos resultados obtidos no modelo experimental do CTH, que foi realizada no intuito de verificar o desempenho dos pavimentos permeáveis no controle de inundações. Utilizaram-se resultados de outro protótipo para uma comparação de desempenho. No capítulo 7 encontra-se a conclusão deste trabalho, que foi elaborada com base nos resultados obtidos, através da revisão bibliográfica, comparações com outros modelos de pavimentos permeáveis e no conhecimento técnico adquirido ao longo da elaboração do estudo de caso.

22 Por último, são abordadas no capítulo 8 as recomendações referentes à aplicação dos pavimentos permeáveis, os estudos que ainda necessitam ser realizados no que diz respeito à drenagem urbana e conscientização quanto ao planejamento de um sistema integrado de gestão das águas urbanas.

23 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Conceitos Básicos sobre Inundações 2.1.1 Inundações em áreas ribeirinhas Inundações em áreas ribeirinhas ocorrem quando o rio extravasa o seu leito menor, onde a água escoa na maior parte do tempo, e ocupa o leito maior devido ao processo natural do ciclo hidrológico na bacia e à época de cheias, conforme ilustrado na Figura 2.1. Quando a população ocupa o leito maior, que são áreas de risco, os impactos são frequentes. (TUCCI, 2005, p.25). Figura 2.1 Características dos leitos do rio Fonte: Tucci (2005). 2.1.2 Inundações devido à urbanização Os efeitos causados pela impermeabilização do solo, pelos condutos e canais de águas, pelos sedimentos transportados até os leitos dos rios, má ocupação do solo pela população e a desordem das obras de infra-estrutura urbana, geram transbordamento do sistema de drenagem natural, e na medida em que a urbanização cresce dentro da bacia hidrográfica, os problemas se agravam e ocasionam inundações maiores e mais frequentes do que quando a superfície da área da bacia era permeável e o escoamento superficial ocorria de maneira natural. A Figura 2.2 demonstra através de hidrograma a diferença de vazões entre bacias naturais e bacias urbanizadas.

24 Figura 2.2 Hidrograma de área urbana x área rural Fonte: Tucci (1995). 2.2 Introdução à Hidrologia 2.2.1 Precipitação Entende-se por precipitações atmosféricas como o conjunto de águas originadas do vapor de água atmosférico que cai, em estado líquido ou sólido, sobre a superfície da terra. (GARCEZ; ALVAREZ, 1988, p.57). Este fenômeno natural ocorre devido a um processo de resfriamento e saturação das gotículas de água contidas nas nuvens. Os referidos autores mencionam que os tipos de precipitação englobados por este conceito são a chuva, o granizo, a neve, o nevoeiro, o sereno e a geada, porém para fins práticos, as chuvas são as de maior interesse. Este fenômeno de precipitação é o principal responsável pelo ciclo hidrológico, pois a água proveniente tem destinos como o escoamento superficial direto, infiltração no solo, escoamento de base, evaporação, transpiração das plantas, recarga dos aquíferos subterrâneos entre outros. 2.2.2 Tipos de chuvas De acordo com a forma como ocorre a ascensão do ar úmido, as chuvas são classificadas da seguinte maneira:

25 Chuvas frontais: segundo Bertoni e Tucci (1993), as chuvas frontais ou ciclônicas são provocadas por massas de ar quente que interagem com as massas de ar frio, e são impulsionadas para cima nas regiões de convergência na atmosfera, ocorrendo o seu resfriamento e conseqüente condensação. Estas chuvas apresentam longa duração, porém baixa ou até moderada intensidade, abrangendo grandes áreas, como mostra a Figura 2.3; Figura 2.3 Ilustração de chuvas frontais Fonte: Notas de aulas disciplina de Recursos Hídricos (2010). Chuvas orográficas: ocorrem quando as massas de ar quente e úmido necessitam transpor grandes obstáculos como montanhas, provocando o um desvio abrupto para a vertical (GARCEZ; ALVAREZ, 1988). A Figura 2.4 ilustra a formação das chuvas orográficas. São chuvas localizadas, de pequena intensidade e grande duração. Este tipo de chuva ocorre em lugares como a Serra do Mar, e tem probabilidade da ocorrência de neblina também; Figura 2.4 Esquematização de chuvas orográficas Fonte: Notas de aulas disciplina de Recursos Hídricos (2010).

26 Chuvas convectivas: sua ocorrência está associada à alta elevação da temperatura das camadas de ar próximas à superfície terrestre. De acordo com Bertoni e Tucci (1993), as camadas de ar aquecidas sobem bruscamente provocando seu resfriamento e conseqüente condensação. As chuvas convectivas são geralmente de curta duração e elevada intensidade, ocorrendo em pequenas áreas, conforme ilustra a Figura 2.5. Acontecem principalmente nos finais de tarde de verão. Este tipo de chuva é responsável pelas grandes inundações em pequenas bacias. Figura 2.5 Croqui esquemático de chuvas convectivas Fonte: Notas de aulas disciplina de Recursos Hídricos (2010). 2.2.3 Medidas pluviométricas Bertoni e Tucci (1993) elencam as seguintes grandezas que caracterizam as chuvas: Altura pluviométrica (P, r ou H): é a altura média da lâmina d água formada numa determinada região devido a uma chuva, admitindo-se que não haja evaporação, infiltração e escoamento para fora desta região. Esta espessura da lâmina d água é medida habitualmente em milímetro, sendo que 1 mm de lâmina d água por m² de área, corresponde a uma chuva como volume de 1 litro; Duração (t): é o período do início até o término da chuva, normalmente medido em minutos ou horas;

27 Intensidade (i): corresponde à precipitação por unidade de tempo, calculada através da relação i = P/t. As unidades mais utilizadas são o mm/h e o mm/min. A intensidade é uma grandeza pluviométrica que apresenta variabilidade ao longo do tempo, porém geralmente são consideradas constantes em intervalos de tempo definidos, para fins de análise dos processos hidrológicos. Para a obtenção destas grandezas pluviométricas são utilizados dois equipamentos: o pluviômetro e o pluviógrafo. O pluviômetro mede o total precipitado num período de 24 horas, enquanto que o pluviógrafo registra a variação da precipitação ao longo do tempo, obtendo-se a intensidade da chuva (GARCEZ; ALVAREZ, 1988). 2.2.4 Período de retorno (TR) Período de retorno ou tempo de recorrência é o tempo médio em anos, que se espera que uma chuva em análise, com altura pluviométrica e duração definidos, seja igualada ou superada (BERTONI; TUCCI, 1993). Por exemplo, uma chuva com probabilidade de 1% de ocorrer ou ser superada em um ano, possui um TR = 100 anos. Ou seja, o inverso do período de retorno é a probabilidade que uma determinada chuva tem de ser igualada ou superada num ano qualquer. São apresentados na Tabela 2.1, valores de períodos de retorno utilizados no meio técnico, de acordo com o tipo de obra de drenagem e ocupação da área. Tabela 2.1 Períodos de retorno para diferentes ocupações de área Tipo de Obra Tipo de ocupação da área T (anos) Microdrenagem Residencial 2 Comercial 5 Áreas com edifícios de serviços ao público 5 Aeroportos 2-5 Áreas comerciais e artérias de tráfego 5-10 Macrodrenagem Áreas comerciais e residenciais 50-100 Fonte: DAEE/CETESB, 1980. Áreas de importância específica 500

28 2.2.5 Chuvas intensas Chuvas intensas são aquelas com duração geralmente pequena, porém com um grande volume precipitado, sendo consideradas críticas para um determinado local ou bacia hidrográfica. Segundo Bertoni e Tucci (1993), o estudo deste tipo de chuva é um dos caminhos para conhecer-se a vazão que ocasiona inundações em uma bacia. Para o dimensionamento de estruturas hidráulicas é necessário definir a chuva de maior intensidade para um determinado período de retorno, portanto é preciso definir uma relação entre intensidade, duração e freqüência. 2.2.6 Relação Intensidade, Duração e Frequência (IDF) Para os projetos de drenagem urbana principalmente, é necessário o conhecimento das três grandezas que caracterizam as chuvas: a intensidade (i), duração (t) e a frequência (F) ou tempo de retorno (TR = 1/F). De acordo com Bertoni e Tucci (1993), ao correlacionarmos as intensidades e durações das chuvas, podemos verificar que quanto maior for a intensidade de uma precipitação, menor será a sua duração. Assim como, quanto menor for a frequência, ou seja, quanto maior for o TR, maior será a intensidade da tormenta. Estas relações são determinadas empiricamente com base em registros pluviográficos dos locais de interesse, ou através de estimativas com dados dos postos vizinhos quando não há registros dos postos locais. A Figura 2.6 refere-se a um exemplo de curva IDF obtida por meio de dados pluviográficos.

29 Figura 2.6 Curva IDF Fonte: Bertoni e Tucci (1993). 2.2.6.1 Equação IDF tipo geral As equações IDF (ou PDF quando a intensidade é substituída pela precipitação total), são determinadas através das observações das chuvas intensas durante um período de tempo que seja suficientemente longo e representativo dos eventos chuvosos máximos do local. Genericamente as equações IDF são expressas conforme Equação 1 (BERTONI; TUCCI, 1993):

30 Onde: m K.TR i (Equação 1) n (t t ) 0 i = intensidade, expressa geralmente em mm/h; TR = tempo de retorno, em anos; t = duração da chuva, em minutos; K, m, t 0 e n = parâmetros que dependem do local. Para as capitais São Paulo, Curitiba, Rio de Janeiro e Belo Horizonte, utilizam-se os parâmetros da tabela 2.a, conforme abaixo: Tabela 2.2 Parâmetros das equações IDF Local K M t 0 n São Paulo 57,71 0,172 22 1,025 Curitiba 20,65 0,150 20 0,740 Rio de Janeiro 99,154 0,217 26 1,150 Belo Horizonte 24,131 0,100 20 0,840 Fonte: Roberto e Fadiga Jr. (2001). 2.2.7 Tempo de concentração O tempo de concentração para uma dada bacia hidrográfica é definido como o tempo de percurso da água desde o ponto mais afastado da bacia até a seção de interesse, a partir do instante de início da precipitação. (CANHOLI, 2005, p.94). Os métodos utilizados para a determinação do tempo de concentração são empíricos e foram desenvolvidos através de medições e observações em bacias rurais, portanto a dispersão entre os tempos obtidos pelos diversos métodos pode ser grande. Para o correto cálculo do tempo de concentração é necessário somar-se as parcelas dos três tipos de escoamento existentes numa bacia, são eles: escoamento em

31 superfícies, escoamento em canais naturais e escoamento em canais artificiais. Cada um tem uma maior ou menor participação, dependendo das características da bacia (PORTO, et al. 1993). Os mencionados autores apresentam as seguintes fórmulas utilizadas para se calcular o tempo de concentração (tc) em minutos, devendo-se utilizar aquela que melhor se adapte às características da bacia: Kirpich: 0,77 0,385 tc 3,989.L.S (Equação 2) Onde: L = comprimento do talvegue em km; S = declividade do talvegue em m/km. A Equação 2 é utilizada para bacias pequenas de no máximo 0,5 km² e com valor de L que não ultrapasse 10 km. Método cinemático: 1000 L tc. (Equação 3) 60 V Onde: V = velocidade média no trecho em m/s; L = comprimento do talvegue em km. O método cinemático consiste em dividir a bacia em trechos, e fazer o somatório do tempo de percurso do escoamento em cada um deles. Quando o escoamento ocorre em superfícies e canais mal definidos, deve-se utilizar a tabela 2.3 para a obtenção da velocidade média.

32 Tabela 2.3 Velocidades médias em m/s para cálculo do tc Descrição do escoamento Declividade em % 0-3 4-7 8-11 12 -Em superfícies: florestas 0-0,5 0,5-0,8 0,8-1,0 1,0 pastos 0-0,8 0,8-1,1 1,1-1,3 1,3 áreas cultivadas 0-0,9 0,9-1,4 1,4-1,7 1,7 pavimentos 0-2,6 2,6-4,0 4,0-5,2 5,2 -Em canais: mal definidos 0-0,6 0,6-1,2 1,2-2,1 bem definidos Calcular pela fórmula de Manning Fonte: Porto, et al. (1993). No caso de escoamento em canais bem definidos é utilizada a fórmula de Manning para a velocidade média, conforme Equação 4: 2 3 1 2 1 V.Rh.S (Equação 4) n Onde n = rugosidade de Manning, Rh = raio hidráulico em m e S = declividade do canal em m/m. Dooge: tc 0,41 0,17 21,88.A.S (Equação 5) Onde: A = área da bacia em km²; S = declividade da bacia em m/m. A Equação 5 é utilizada para bacias com área de 140 a 930 km² e escoamento predominante em canais.

33 2.2.8 Escoamento Superficial Direto (ESD) Parte do volume total precipitado numa bacia hidrográfica é interceptado pela vegetação e outros obstáculos, outra parte é devolvida à atmosfera devido à evapotranspiração. Do volume restante uma parcela é infiltrada no solo, e a outra é o excedente da chuva que se transforma em escoamento superficial direto (GARCEZ; ALVAREZ, 1988). Tucci (2003) ressalta que os escoamentos são definidos em superficial, conforme visto anteriormente; subsuperficial que é o fluxo próximo às superfícies, junto às raízes da cobertura vegetal e; subterrâneo que é o fluxo no aquífero. Para os sistemas de drenagem urbana o escoamento de maior importância é o superficial. Em bacias com cobertura natural, ou seja, não urbanizadas, o escoamento superficial tende a ser menor ou praticamente nulo, devido às perdas por interceptação vegetal, evapotranspiração e infiltração no solo. Já nas bacias urbanizadas, as áreas impermeáveis somando-se às canalizações da rede de drenagem, aumentam o ESD e como conseqüência o pico de vazão também. Outro fator que influencia o volume do ESD é o estado de umidade do solo antecedente à chuva. Em locais que se encontram com um baixo teor de umidade por estarem em um período sem chuvas, tendem a ter um menor ESD quando ocorre a precipitação. Já no caso de regiões com estado de umidade antecedente alto, ocorre o inverso. 2.2.9 Vazão máxima de projeto No dimensionamento, as vazões máximas devem reproduzir condições críticas possíveis de ocorrer com um determinado risco. Essas condições são identificadas dentro das mais desfavoráveis. Deve-se definir o risco de um projeto de acordo com os objetivos do projeto e, dentro destas condições de risco, explorar as situações mais desfavoráveis. Por exemplo, no cálculo de bueiros o risco adotado é de 2 a 10 anos, pois aceita-se que as ruas poderão ser

34 inundadas com a referida freqüência; o dimensionamento de vertedor de grandes barragens deve ter um risco mínimo, pois o impacto do rompimento da barragem é destrutivo e o tempo de retorno adotado tem sido de 10.000 anos. A definição das situações mais desfavoráveis, após a escolha de um risco, envolve as condições iniciais do solo, perdas por retenção e infiltração, distribuição temporal e espacial da precipitação. (TUCCI, 1993, p.528). Para a determinação da vazão máxima, podem ser utilizados três métodos: distribuição estatística, quando existem dados de uma série histórica de vazões e a bacia não sofreu grandes alterações ao longo do tempo; regionalização das vazões, utilizada quando a série histórica é pequena ou não existe, a vazão é estimada com base em postos da região; e por último, os modelos matemáticos que transformam as precipitações máximas em vazões máximas. São apresentados a seguir os dois modelos matemáticos mais utilizados para a determinação das vazões máximas. 2.2.9.1 Método Racional Este método é amplamente utilizado para bacias hidrográficas pequenas, com áreas de até 2 km². Para a determinação da vazão máxima de um evento chuvoso, são admitidas as seguintes hipóteses: A duração da precipitação é igual ou maior do que o tempo de concentração; Chuva uniformemente distribuída no tempo e no espaço; Adota-se um coeficiente único para o as perdas do ESD. A Equação 6 é utilizada para o método racional: Q máx 0,278.C.I.A (Equação 6) Onde:

35 Q máx = vazão máxima em m³/s. I = intensidade da precipitação em mm/h; A = área da bacia em km². C = coeficiente adimensional de runoff, depende das características do terreno que influenciam o ESD, conforme Tabela 2.4. Edificação muito densa: Tabela 2.4 Valores de C adotados pela Prefeitura de São Paulo Zonas Partes centrais, densamente construídas de uma cidade com ruas e calçadas pavimentadas Edificação não muito densa: Partes adjacentes ao centro, de menos densidade de habitações, mas com ruas e calçadas pavimentadas Edificações com poucas superfícies livres: C 0,70 0,95 0,60 0,70 Partes residenciais com construções cerradas, ruas pavimentadas 0,50 0,60 Edificações com muitas superfícies livres: Partes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas 0,25 0,50 Subúrbios com alguma edificação: Partes de arrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construção 0,10 0,25 Matas, parques e campos de esportes: Partes rurais, áreas verdes, superfícies arborizadas, parques ajardinados, campos de esporte sem pavimentação Fonte: Wilken, 1978, apud Tucci, 1993, p.543. 0,05 0,20 Para tempos de retorno acima de 10 anos, o coeficiente de runoff tende a aumentar, pois para chuvas muito intensas as perdas na bacia não continuam as mesmas. Para fazer a correção do coeficiente C utiliza-se a Equação 7: 0,1 C' 0,8.TR.C (Equação 7) Onde: C = coeficiente de runoff corrigido para TR superior a 10 anos; TR = tempo de retorno em anos; C = coeficiente de runoff para TR entre 2 a 10 anos.

36 2.2.9.2 Método do Soil Conservation Service (SCS) Este método foi desenvolvido pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, e é aplicado principalmente quando não existem dados hidrológicos. Pode ser utilizado para bacias de todos os tamanhos e considera a distribuição temporal da chuva e a retenção potencial do solo (PORTO, 1995). Utiliza-se a Equação 8 para o cálculo do ESD através do método do SCS: H exc 2 (P 0,2.S),P 0,2.S (Equação 8) P 0,8.S Onde: H exc = precipitação excedente, ou escoamento superficial direto, em mm; P = precipitação em mm; S = retenção potencial do solo em mm. Para o cálculo do S utiliza-se a Equação 9: 1000 S 25,4. 10 (Equação 9) CN Onde: CN = parâmetro chamado de número de curva e varia entre 0 e 100, depende do tipo do solo, condições de uso, ocupação do solo e umidade antecedente. Segundo Porto (1995), o método SCS divide os solos em quatro grupos hidrológicos, apresentados na tabela 2.5.

37 Grupos de Solos Tabela 2.5 Grupos hidrológicos dos solos segundo o SCS Características A Solos arenosos com baixo teor de argila total, inferior a uns 8% não havendo rocha nem camadas argilosas, e nem mesmo densificadas até a profundidade de 1,5 m. O teor de húmus é muito baixo, não atingindo 1%. B Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor teor de argila total, porém ainda inferior a 15%. No caso de terras roxas, esse limite pode subir a 20% graças à maior porosidade. Os dois teores de húmus podem subir, respectivamente, a 1,2 e 1,5%. Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até 1,5 m, mas é, quase sempre, presente camada mais densificada que a camada superficial. C Solos barrentos com teor total de argila de 20 a 30%, mas sem camadas argilosas impermeáveis ou contendo pedras até profundidades de 1,2 m. No caso de terras roxas, esses dois limites máximos podem ser de 40% e 1,5 m. Nota-se a cerca de 60 cm de profundidade, camada mais densificada que no Grupo B, mas ainda longe das condições de impermeabilidade. D Solos argilosos (30 40% de argila total) e ainda com camada densificada a uns 50 cm de profundidade. Ou solos arenosos como B, mas com camada argilosa quase impermeável, ou horizonte de seixos rolados. Fonte: Porto, 1995, p.116. Os solos também são distinguidos em três condições de umidade antecedente, conforme tabela 2.6. Condição I Tabela 2.6 Condições de umidade antecedente do solo Solos secos, as chuvas nos últimos cinco dias não ultrapassaram 15 mm. Condição II Situação média na época das cheias, as chuvas nos últimos cinco dias totalizaram 15 a 40 mm. Condição III Solo úmido (próximo da saturação), as chuvas nos últimos cinco dias foram superiores a 40 mm. Fonte: Adaptado Porto, 1995. A tabela 2.7 refere-se aos valores de CN correspondentes aos tipos de solo e suas ocupações, para a condição de umidade antecedente II. Utiliza-se a tabela 2.x para a conversão do CN correspondente às outras condições de umidade antecedente.

38 Tabela 2.7 Valores de CN em função da cobertura e do tipo hidrológico de solo (Condição II de umidade) Tipo de uso do solo / Tratamento / Condições Hidrológicas Grupo Hidrológico A B C D Uso residencial 100 Tamanho médio do lote % impermeabilização até 500 m² 65 77 85 90 92 1000 m² 38 61 75 83 87 1500 m² 30 57 72 81 86 Estacionamentos pavimentados, telhados 98 98 98 98 Ruas e estradas: pavimentadas, com guias e drenagem 98 98 98 98 com cascalho 76 85 89 91 de terra 72 82 87 89 Áreas comerciais (85% de impermeabilização) 89 92 94 95 Distritos industriais (75% de impermeabilização) 81 88 91 93 Espaços abertos, parques, jardins: boas condições, cobertura de grama > 75% 39 61 74 80 condições médias, cobertura de grama > 50% 49 69 79 84 Terraço preparado para plantio, descoberto 94 Plantio em linha reta 77 86 91 Culturas em fileira linha reta condições ruins 72 81 88 91 boas 67 78 85 89 curva de nível condições ruins 70 79 84 88 boas 65 75 82 86 Cultura de grãos linha reta condições ruins 65 76 84 88 boas 63 75 83 87 curva de nível condições ruins 63 74 82 85 boas 61 73 81 84 Pasto condições ruins 68 79 86 89 médias 49 69 79 84 boas 39 61 74 80 curva de nível condições ruins 47 67 81 88 médias 25 59 75 83 boas 6 35 70 79 Campos condições boas 30 58 71 78 Florestas condições ruins 45 66 77 83 boas 36 60 73 79 médias 25 55 70 77 Fonte: Porto, 1995, p.118. Para a conversão dos valore de CN obtidos na Tabela 2.7, porém que se referem a solos nas condições antecedentes de umidade I ou III, utiliza-se a Tabela 2.8.

39 Tabela 2.8 Conversão dos valores de CN para as condições de umidade do solo Condições de Umidade I II III 100 100 100 87 95 99 78 90 98 70 85 97 63 80 94 57 75 91 51 70 87 45 65 83 40 60 79 35 55 75 31 50 70 27 45 65 23 40 60 19 35 55 15 30 50 Fonte: Porto, 1995, p.119. 2.2.10 Hidrograma Unitário Sintético (HUS) O hidrograma unitário é utilizado para transformar um hietograma de chuva excedente em um hidrograma de projeto. Canholi (2005) descreve este conceito de hidrograma como sendo a hipótese de que chuvas de mesma duração e intensidade constante numa determinada bacia, terão hidrogramas com tempos de pico e duração iguais. Para determinar o hidrograma unitário, adote-se uma chuva unitária efetiva, geralmente 10 mm, com duração unitária ao longo de uma bacia. Obtém-se então um escoamento superficial de volume unitário, que será utilizada para determinar, por proporção, escoamentos superficiais para outras chuvas excedentes, porém com a mesma duração. A Figura 2.7 ilustra este princípio da proporcionalidade.

40 Figura 2.7 Hidrograma unitário Princípio da proporcionalidade Fonte: Collischonn (2011). Como uma precipitação de projeto normalmente possui intensidade variável ao longo de sua duração, um hietograma da chuva excedente é interpretado como uma sequência de blocos de chuva com a mesma duração. (CANHOLI, 2005, p.97). O hidrograma de projeto é obtido somando-se todas as ordenadas (escoamentos superficiais) dos hidrogramas unitários de cada bloco de chuva excedente do hietograma. A Figura 2.8 ilustra este princípio de superposição para a determinação do hidrograma total de projeto.

41 Figura 2.8 Hidrograma unitário Princípio da superposição Fonte: Collischonn (2011). 2.3 Princípios da Gestão de Águas Urbanas 2.3.1 Aspectos Históricos Durante muito tempo a drenagem urbana foi tratada somente com uma visão higienista nos grandes centros urbanos. Grande parte das obras executadas sempre tiveram como principal objetivo retirar as águas drenadas com velocidade da região onde elas foram originadas e escoá-las para os cursos d água. Esta visão tem se mostrado ultrapassada uma vez que a impermeabilização dos solos urbanos e a canalização do escoamento das águas drenadas, diminui o tempo de concentração da bacia ocasionando maiores picos de cheias em córregos e rios, o que provoca a sobrecarga do sistema, aumentando a frequência de inundações. A história nos revela que a ocupação urbana inicia-se, geralmente, em áreas planas, baixas, próximas as várzeas dos rios ou a beira-mar e caminha em direção aos morros e colinas, isso ocorre devido importância vital dos corpos hídricos para a população. Estas áreas de várzea, também chamadas de ribeirinhas, fazem parte do leito maior do rio, e nas épocas de cheia são inundadas naturalmente devido ao seu extravasamento. O desenvolvimento urbano nestas áreas agrava muito as condições

42 de drenagem, pois há uma transferência de vazões e as inundações intensificam-se a jusante, repassando o problema para estas áreas. A inovação no conceito de drenagem urbana tem por objetivos promover o retardamento dos escoamentos, reter parcelas da chuva em reservatórios e permitir a infiltração de parte da precipitação ainda no seu local de origem. Estas medidas proporcionarão o aumento dos tempos de concentração e consequentemente reduzirão as vazões máximas, também irão amortecer os picos e minorar os volumes de enchentes. 2.3.2 Conceitos Básicos Sobre Drenagem Urbana Basicamente existem dois conceitos de drenagem urbana, o conceito de canalização e o conceito de reservação (Walesh, 1989). O conceito de canalização é aquele que já vem sendo empregado há muito tempo, principalmente no Brasil, o qual tem como objetivo principal a remoção rápida dos deflúvios superficiais, por meio de canais e galerias. Já a aplicação do conceito de reservação é mais recente, e sua característica principal é o amortecimento das ondas de cheia, ou seja, dos picos de vazão, com a utilização de reservatórios, devolução das condições originais dos córregos e rios, aumento de superfícies permeáveis, etc. (CANHOLI, 2005). 2.3.2.1 Sistemas de drenagem Os sistemas de drenagem são divididos em drenagem na fonte, microdrenagem e macrodrenagem (TUCCI, 1995). A drenagem na fonte é responsável pela captação e destinação das chuvas que ocorrem no lote individualizado (estacionamento, condomínio, residência, etc.).

43 A microdrenagem corresponde aos sistemas de águas pluviais (guias, sarjetas, bocas-de-lobo, etc.) que atendem a um conjunto de lotes ou à rede primária urbana. É projetada para chuvas de risco moderado. Define-se macrodrenagem como sendo os sistemas que coletam as águas pluviais provindas dos sistemas de microdrenagem, como por exemplo: córregos, galerias canais, etc. São projetados para precipitações de elevado risco e envolvem áreas de pelo menos 2 km². 2.3.3 Medidas de Controle das Inundações Existem dois tipos de medidas de controle contra inundações: as medidas estruturais e as medidas não-estruturais. Elas são classificadas de acordo com foco de atuação no problema. As medidas estruturais correspondem ás obras que podem ser implantadas visando a correção e/ou prevenção dos problemas decorrentes de enchentes. (CANHOLI, 2005, p.25). O mencionado autor define as medidas não-estruturais compreendendo todo esforço para redução dos danos ou das consequências causadas pelas inundações, não por meio de obras, mas pela introdução de leis, normas, regulamentos e programas voltados para o disciplinamento da ocupação do solo, conscientização sobre as manutenções dos dispositivos de drenagem e sistemas de alerta contra inundações. Para o controle das inundações, são necessários estudos e planejamento, de forma a obter uma combinação ótima entre medidas estruturais e não-estruturais. Esta combinação permitirá uma convivência harmônica da população com o rio, minimizando os prejuízos decorrentes das inundações. As medidas de controle também podem ser classificadas devido a sua forma de atuação no hidrograma da bacia hidrográfica, conforme a seguir:

44 Aceleração do escoamento: obras de canalização que tendem a transferir o volume de enchente à jusante, devido à diminuição do tempo de concentração; Armazenamento: utilização de reservatórios que retém parte do volume do escoamento e reduzem o pico de vazão; Estações de bombeamento e diques: utilizados em áreas urbanas com pouco espaço e têm como função o amortecimento da onda de cheia; Infiltração e percolação: é o aumento ou criação de superfícies permeáveis, que facilitam a infiltração e percolação da água no solo, armazenando o escoamento superficial e retardando sua chegada aos cursos d água. Este tipo de medida de controle das inundações também é conhecido como disposição no local, pois atua na fonte, próximo aos locais onde são gerados os escoamentos. São exemplos de disposição no local os métodos de superfícies de infiltração, valetas de infiltração abertas, lagoas de infiltração, bacias de percolação, poços de infiltração e principalmente os pavimentos permeáveis. 2.4 Pavimentos Permeáveis 2.4.1 Conceito Os pavimentos permeáveis surgiram como uma alternativa para minimizar os impactos das inundações urbanas, pois devido à sua estrutura porosa, permite a infiltração das águas pluviais, podendo reduzir em até 100% o escoamento superficial. Portanto, os pavimentos permeáveis devolvem ao solo as características de permeabilidade e retenção do escoamento superficial que haviam antes da bacia ser urbanizada (MARCHIONI e SILVA, 2010). Segundo os referidos autores Os pavimentos permeáveis são definidos como aqueles que possuem espaços livres na sua estrutura onde a água e o ar podem atravessar. (p.6).

45 Vale ressaltar que o conceito de pavimentos permeáveis não é apenas referente à camada de revestimento da superfície feita por pisos permeáveis, e sim por toda a estrutura que compõem o pavimento (piso, camada de assentamento, base, subbase, tubulação de drenagem, etc.). 2.4.2 Características A função principal destes tipos de pavimento é a retenção do escoamento superficial, retardando sua chegada aos sistemas de macrodrenagem, o que resulta numa diminuição do pico de vazão. Em alguns casos onde o solo não é muito compacto, ocorre a percolação das águas pluviais retidas pelo pavimento, o que contribui para a recarga dos aqüíferos subterrâneos. Marchioni e Silva (2010) ressaltam que devido à sua base granular, o pavimento permeável ainda funciona como um filtro das águas precipitadas, reduzindo a contaminação do solo. As águas pluviais infiltradas pelo revestimento permeável ficam retidas nesta base granular, que funciona como um reservatório, porém existem três situações que ocorrem devido ao tipo de solo e/ou nível do lençol freático: I. Infiltração total: toda água retida na base do pavimento é infiltrada no solo; II. Infiltração parcial: somente uma parte da água é infiltrada no solo, sendo necessária a instalação de um tubo de drenagem na base do pavimento, para que a água excedente seja conduzida até as galerias de águas pluviais; III. Sem infiltração: nesta situação não ocorre a infiltração no solo das águas pluviais retidas pelo pavimento, ou por motivo do solo estar muito compactado e impermeável, ou pelo nível do lençol freático estar muito próximo ao pavimento. Neste caso utiliza-se também uma tubulação de drenagem que encaminha as águas ao sistema de drenagem urbano. Estas três situações estão ilustradas na Figura 2.9 abaixo.

46 Figura 2.9 Situações de infiltração dos pavimentos permeáveis Fonte: Marchioni e Silva (2010). 2.4.3 Tipos de pavimentos permeáveis Os principais tipos de pavimentos permeáveis são: Bloco intertravado comum: a infiltração de água ocorre somente pelas juntas que são alargadas ou por aberturas nas arestas, ambas preenchidas com pedrisco, que facilita a percolação. A Figura 2.10 ilustra estes dois tipos de blocos intertravados; Figura 2.10 Tipos de blocos intertravados com infiltração somente pelas juntas Fonte: Marchioni e Silva (2010). Bloco intertravado poroso: devido a sua estrutura ser porosa, a infiltração ocorre por toda sua superfície, conforme Figura 2.11;

47 Figura 2.11 Bloco intertravado de concreto poroso Fonte: Pave Systems (2011). Concreto asfáltico poroso: similar ao concreto asfáltico convencional, porém devido à granulometria maior dos seus agregados, não possuindo finos, facilita a infiltração da água. A Figura 2.12 refere-se a este tipo de pavimento; Figura 2.12 Pavimento de concreto asfáltico poroso Fonte: USP (2010). Concreto poroso moldado in loco: pavimento rígido de concreto que possui poucos finos em sua composição e com agregados de granulometria maior, conforme Figura 2.13;

48 Figura 2.13 Estacionamento pavimentado com concreto poroso Fonte: Marchioni e Silva (2010). Blocos vazados de concreto: a infiltração ocorre devido ao vazio central de sua estrutura, que é preenchido por solo e grama, ilustrado na Figura 2.14; Figura 2.14 Blocos vazados de concreto Fonte: Marchioni e Silva (2010).

49 2.4.4 Estrutura do pavimento permeável Conforme ilustrado na Figura 2.15, a seção tipo dos pavimentos permeáveis é basicamente composta de: Revestimento: qualquer tipo de piso permeável, conforme citado no item anterior; Camada de assentamento: utiliza-se pedrisco ou brita nº 0. Sua função principal é fornecer uma superfície uniforme para o revestimento; Base: geralmente utiliza-se a brita nº 2, que é um meio termo entre a brita nº 0 da camada de assentamento e a brita nº 3 da sub-base, gerando um melhor encaixe entre as camadas; Sub-base: é executada com brita nº 3; Tubo de drenagem: utilizado quando a infiltração das águas pluviais no subleito é parcial ou não existe; Subleito: é a camada mais superficial do solo. Figura 2.15 Seção tipo de um pavimento permeável Fonte: Marchioni e Silva (2010).

50 2.4.5 Desempenho Os pavimentos permeáveis atuam no controle na fonte do escoamento superficial, diminuindo a vazão máxima do hidrograma e retardando o tempo de pico. De acordo com Acioli (2005), com a utilização deste tipo de dispositivo de controle na fonte, é possível chegar-se a um cenário melhor que ao antecedente à urbanização, ilustrado pela Figura 2.16. Figura 2.16 Efeitos da utilização de dispositivos de controle na fonte sobre o hidrograma Fonte: Acioli (2005). Em um estudo realizado por Araújo, Tucci e Goldenfum (2000), no qual avaliou o desempenho dos pavimentos permeáveis na redução do escoamento superficial, foram simuladas situações de chuvas intensas sobre seis tipos de coberturas urbanas, conforme Figura 2.17. Dentre estas coberturas, duas foram de pavimentos permeáveis (concreto poroso e os blocos vazados de concreto).

51 Figura 2.17 Pavimentos simulados Fonte: Araújo, et.al. (2000). Os resultados obtidos nesta simulação são apresentados na Figura 2.18, e representam o escoamento superficial gerado nestes seis tipos de cobertura. Portanto, aqueles pavimentos onde o escoamento superficial resultante foi pequeno, demonstram a sua eficiência quanto à infiltração da água. Figura 2.18 Escoamento superficial gerado nos pavimentos ensaiados Fonte: Araújo, et al. (2000).

52 2.4.6 Projeto dos pavimentos permeáveis 2.4.6.1 Dados necessários Para a utilização dos pavimentos permeáveis, alguns itens devem ser checados para a garantia de sua eficiência. Marchioni e Silva (2010) definem que para a viabilidade deste tipo de pavimento, as áreas de contribuição não devem exceder em cinco vezes a área total do pavimento, e é recomendável a distância de no mínimo 30 m em relação a córregos, pântanos e reservatórios. É recomendável também que o pavimento tenha declividades entre 1% a 5%, e nas áreas de seu entorno, são toleráveis declividades de no máximo 20%. Isto se deve ao fato de que ao aumentarmos a declividade, a velocidade do escoamento superficial também se eleva, diminuindo a capacidade de infiltração do pavimento. Para o dimensionamento, devem ser utilizados os dados pluviométricos locais (chuvas críticas), utilizando-se normalmente um período de retorno (TR) de 5 a 10 anos. Também devem ser conhecidos os dados de tráfego no local de implantação. Esse dado é expresso em solicitações equivalentes ao eixo padrão de 18000 kip (80 kn) e normalmente se adota a vida útil do pavimento de 20 anos. (MARCHIONI e SILVA, 2010, p.11). Por último, são necessários os dados do tipo de solo (subleito), sua capacidade de suporte e o coeficiente de permeabilidade. A capacidade de suporte é obtida utilizando-se a norma brasileira NBR 9895 Solo: Índice de Suporte Califórnia, e o coeficiente de permeabilidade pode ser determinado por meio dos ensaios previstos nas normas brasileiras NBR 13292 Solo Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares à carga constante Método de ensaio ou NBR 14545 Solo Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga variável.

53 2.4.6.2 Pré-dimensionamento das camadas de base e sub-base Devem-se realizar dois tipos de dimensionamentos para os pavimentos permeáveis: o dimensionamento hidráulico, que determina o volume de água que o pavimento armazenará; e o dimensionamento mecânico, que avalia a carga a qual o pavimento suportará. 2.4.6.2.1 Pré-dimensionamento hidráulico No pré-dimensionamento hidráulico utilizam-se os dados de chuva do local, o coeficiente de permeabilidade do solo e o risco de contaminação da água. Deve-se também definir o tipo de infiltração do sistema com estes dados, conforme visto no item 2.4.2 deste trabalho. Quando o sistema de infiltração é total, toda a água armazenada no pavimento infiltra-se no subleito. No caso de infiltração parcial, utilizam-se tubos de drenagem para destinar o excesso de água armazenada para os sistemas de drenagem urbana. E por último, quando ocorre a situação do sistema sem infiltração, toda a água é direcionada para os sistemas de drenagem urbana, devido ao solo ser pouco permeável e/ou ocorrer o risco de contaminação das águas subterrâneas. Marchioni e Silva (2010) propõem a Equação 10 para a determinação da espessura mínima da base e sub-base do pavimento permeável para o armazenamento da diferença entre o volume precipitado e o volume infiltrado no subleito. h b Qc.R P f.t (Equação 10) Vr Onde: h b = altura da base e sub-base granular em m; Qc = área de contribuição em m²; R = quociente da área de contribuição e da área do pavimento;

54 P = altura da chuva de projeto em m; f = coeficiente de permeabilidade do solo em m/s; T = tempo de enchimento do reservatório em s; Vr = volume de vazios dos agregados em %. Para o tempo de enchimento do reservatório, que é o tempo de saturação na ocorrência da chuva de projeto, recomenda-se adotar 2 horas. Faz-se necessário também a verificação da altura máxima da base e sub-base permitida (Equação 11) e o nível do lençol freático. f.ts h máx (Equação 11) Vr Onde: Ts = tempo máximo de armazenamento de água em s, adota-se geralmente 3 dias de armazenamento. Caso o h b seja maior do que o h máx é necessário inserir uma tubulação de drenagem para a remoção do excesso de água, sendo utilizado o sistema sem infiltração ou com infiltração parcial. Por último, a distância da face inferior da sub-base do pavimento permeável deve ser de no mínimo 60 cm em relação ao nível do lençol freático. 2.4.6.2.2 Pré-dimensionamento mecânico Uma das formas para o pré-dimensionamento mecânico da espessura da base e sub-base é a utilização da Tabela 2.9. Para utilizá-la devemos conhecer o Índice de Suporte Califórnia do subleito e estimar o número de solicitações equivalentes para um projeto com vida útil de 20 anos.

55 Tabela 2.9 Espessura mínima da camada de base e sub-base Índice de Suporte Califórnia do Subleito Solicitações equivalentes para 20 anos* >15 10 à 14 5 à 9 50.000 125 mm 175 mm 225 mm 150.000 150 mm 200 mm 275 mm 600.000 175 mm 225 mm 350 mm Fonte: Smith, 2006, apud Marchioni e Silva, 2010, p.15. *Solicitações equivalentes ao eixo padrão de 18kip=80kN Nota: Todas as espessuras são após compactação e são aplicáveis para todas as condições de infiltração. Para aplicações para tráfego de pedestres apenas a espessura mínima recomendada é de 150mm. O valor final da espessura da base e sub-base será o maior entre o dimensionamento hidráulico e o mecânico. A espessura da camada de base será sempre de 100 mm e a camada de sub-base será a diferença entre a espessura total dimensionada e os 100 mm da base, conforme exemplo da Figura 2.19. Figura 2.19 Exemplo das espessuras das camadas do pavimento Fonte: Marchioni e Silva (2010).

56 2.4.7 Manutenção De acordo com Marchioni e Silva (2010) estima-se que o pavimento permeável perca 90% de sua capacidade de infiltração em 10 anos, devido ao acúmulo de sedimentos em suas juntas e superfície. Porém isso pode variar, pois depende do volume de tráfego o qual o pavimento é submetido e a proximidade com áreas que geram muitos sedimentos, como jardins, taludes, etc. No caso de blocos intertravados onde a infiltração ocorre somente pelas juntas, os sedimentos carreados ficam depositas no topo do rejuntamento, portanto para sua manutenção basta a substituição do material de rejuntamento. É recomendável a limpeza anual do pavimento para a retirada dos sedimentos acumulados, podendo-se utilizar equipamentos de aspiração. Faz-se necessário também retirar a vegetação que cresce entre as juntas do pavimento, pois diminui a capacidade de infiltração de água.

57 3 MÉTODO DE TRABALHO No processo de elaboração deste trabalho, foram realizadas pesquisas em livros, trabalhos acadêmicos, apostilas, revistas técnicas e sites relacionados ao tema, onde foi obtido embasamento técnico e científico suficiente para a abordagem do tema. Foram separadas e organizadas bibliografias referentes à hidrologia, drenagem urbana e controle de inundações para a elaboração da revisão bibliográfica, onde se destaca o livro Drenagem Urbana e Controle de Enchentes (CANHOLI, 2005), devido a ser o trabalho nacional mais atual e prático do tema. Para obtenção de mais informações sobre pavimentos permeáveis e sua utilização como um sistema de drenagem, foram feitas visitas a fornecedores, pesquisa de reportagens publicadas, conversa com profissionais da área e realização de curso da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP). Vale destacar também, que para esclarecimento das questões relativas à execução e manutenção destes tipos de pavimento, fez-se necessário realizar visitas a obras já concluídas onde os mesmos foram utilizados e obras em execução. Por ainda não existir uma normatização no Brasil referente aos pavimentos permeáveis, foram consultadas normas técnicas da Inglaterra e Estados Unidos.

58 4 MATERIAIS E FERRAMENTAS Os principais materiais utilizados na realização da revisão bibliográfica foram livros e apostilas de drenagem urbana e hidrologia, onde se pode colher informações teóricas, gráficos, tabelas, ilustrações e dados históricos da evolução da drenagem urbana. O estudo de caso foi realizado com base na análise dos pavimentos permeáveis existentes no estacionamento do Centro Tecnológico de Hidráulica (CTH) da Universidade de São Paulo (USP) e a sua eficiência quanto ao controle de inundações. Foram feitas visitas ao local e se pode trocar informações com o Engº Afonso Virgiliis, um dos responsáveis pela idealização e execução deste protótipo. Através do curso de pavimentos permeáveis realizado na Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), ministrado pela Engª Mariana Marchioni e pelo Engº Cláudio Silva, obteve-se material técnico referente à execução de pavimentos permeáveis, sua estrutura, utilização como controle de inundações urbanas, normatização, legislação e dados de ensaios em laboratório. Para a coleta de dados referentes à fabricação, composição, custo e desenvolvimento dos pavimentos permeáveis, realizou-se uma visita ao fabricante de pisos Intercity, na qual foi conseguido material para o conhecimento mais aprofundado destes pavimentos.

59 5 ESTUDO DE CASO Este trabalho tem como estudo de caso a avaliação de um projeto experimental de pavimentos permeáveis executado numa área de estacionamento com tráfego leve. Tal projeto foi realizado para a verificação da eficiência desses tipos de pavimento como amortecedor de cheias e sua viabilidade técnica. 5.1 Conceituação do Protótipo de Pavimentos Permeáveis O protótipo contempla a construção de dois tipos de pavimento permeável no estacionamento do Centro Tecnológico de Hidráulica situado na Universidade de São Paulo, Brasil. Os pavimentos permeáveis utilizados neste estacionamento são de concreto poroso asfáltico (CPA) e os blocos intertravados de concreto poroso (BCP), conforme ilustrado na Figura 5.1. Figura 5.1 Projeto geométrico do estacionamento protótipo Fonte: Pinto (2011).

60 De acordo com Pinto (2011), este projeto experimental somente foi possível ser realizado a partir de 2008, quando a Prefeitura do Município de São Paulo, por meio da Secretaria de Infraestrutura Urbana e Obras SIURB, que entendeu a importância desta pesquisa e custeou o projeto. O desenvolvimento deste modelo físico teve a participação dos departamentos de Hidráulica (PHD) e Transportes (PTR) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 5.1.1 Objetivos do protótipo de pavimentos permeáveis Os principais objetivos do protótipo foram os seguintes: Verificar os tempos de retardo dos escoamentos de águas pluviais em cada tipo de pavimento; Analisar o tempo de esvaziamento do reservatório, ou seja, da camada de base e sub-base, e compará-los com os tempos propostos na bibliografia; Determinar os volumes armazenados com relação ao total do evento pluviométrico; Calcular o coeficiente de escoamento superficial para os dois tipos de pavimento. 5.1.2 Caracterização do modelo físico Os dois tipos de pavimento foram executados de forma a não haver infiltração no subleito, sendo assim, houve a necessidade da captação de todo volume de água infiltrado no pavimento por meio de drenos instalados no fundo de cada reservatório. O escoamento subsuperficial coletado pelos drenos é destinado para caixas coletoras onde há a medição de vazão.

61 Já para o escoamento superficial, foi instalado um sistema de micro-drenagem composto por guias, sarjetas e bocas-de-lobo. Este escoamento também é direcionado para uma caixa coletora onde é feita a medição da vazão. 5.1.3 Porosidade das camadas de base e sub-base A porosidade dos materiais das camadas de base e sub-base são elementos fundamentais na determinação da espessura da camada do reservatório, pois os vazios existentes no material granular permitirão a percolação e o armazenamento da água da chuva. Para cada um dos módulos foram determinadas as camadas de base e sub-base em virtude do tipo de revestimento, da capacidade de suporte de cada um e da disponibilidade de materiais. A Figura 5.2 apresenta os materiais que constituem a estrutura das camadas dos módulos de pavimentos tipo BCP e CPA. Os valores de, e e k referem-se à porosidade do material, espessura da camada e o coeficiente de permeabilidade, respectivamente. Figura 5.2 Características físicas das camadas integrantes dos módulos de BCP e CPA. Fonte: Pinto (2011).

62 5.2 Dimensionamento No dimensionamento do reservatório do pavimento permeável, base e sub-base, são necessárias as determinações da chuva de projeto, da área de contribuição e da permeabilidade do solo de subleito, neste caso não foi considerado o estudo de permeabilidade, pois o experimento não permite a infiltração no solo. Períodos de retorno entre 10 e 100 anos podem extrapolar a capacidade da estrutura de reservação dos pavimentos permeáveis, no entanto a escolha da chuva de projeto pode variar bastante e depende de regulamentações locais. Geralmente utiliza-se chuva com período de retorno de seis meses e duração de 24 horas. Se no momento do dimensionamento não houver nenhum suporte de regulamentação é necessário avaliar os riscos gerado por inundações devido ao crescimento urbano. O importante para determinar o período de retorno para obras de drenagem é estabelecer a função do tipo de estrutura, sua importância para a população e o impacto que ele causará. É comum a utilização da tabela 2.1 exposta no capitulo 2, sub-item 2.2.4, onde se determina o período de retorno de acordo com o tipo de obra, microdrenagem ou macrodrenagem, e o tipo de ocupação da área, os valores de período de retorno, dados em anos, são aceitos e muito utilizados no meio técnico. O modelo físico deste estudo de caso é classificado como uma obra de microdrenagem por se tratar de um simples estacionamento de veículos leves. De acordo com esta premissa foi adotado para este protótipo uma chuva de projeto com duração igual a dez minutos e período de retorno de dez anos. 5.2.1 Dimensionamento hidrológico-hidráulico O dimensionamento hidrológico-hidráulico nada mais é do que a definição da capacidade de armazenamento da camada reservatório do pavimento. Para protótipo em questão considerou-se as seguintes premissas para este dimensionamento:

63 Equação IDF desenvolvida por Martinez e Magni (1999), a partir de dados da cidade de São Paulo; A porosidade do material constituinte da estrutura do pavimento; Características da seção transversal de cada pavimento. Inicialmente a camada reservatório do pavimento foi dimensionada conforme a Equação 12: H máx Vmáx P (Equação 12) Onde: H máx = espessura da camada reservatório em m; V máx = volume máximo da camada reservatório em mm; = porosidade do material de constituinte da camada reservatório em %; P = chuva de projeto em mm. Porém, devido à necessidade de diferentes declividades para cada pavimento, utilizou-se a Equação 13 adaptada de Acioli (2005): S. S. L m L1 j ' 2 H H máx (Equação 12) 2 2 Sendo: H = espessura média da camada reservatório em mm; H máx = espessura da camada reservatório em mm; S m = declividade adotada na direção de montante do projeto em m/m; L 1 = comprimento do reservatório na direção de montante em m; S j = declividade adotada na direção de jusante do projeto em m/m; L 2 = comprimento do reservatório na direção de jusante em m;

64 Para este projeto foram adotados os seguintes parâmetros: Chuva de projeto o TR = 10 anos o Duração = 10 minutos Porosidade do material granular = 25% Utilizando estes dados e mais as medidas topográficas, foi calculada uma espessura média de 0,30 m para a camada reservatório de cada pavimento. As Figuras 5.3 e 5.4 apresentam as seções transversais dimensionadas para os revestimentos de CPA e BCP, respectivamente. Figura 5.3 Perfil do módulo revestido com CPA Fonte: Pinto (2011).

65 Figura 5.4 Perfil do módulo revestido de BCP Fonte: Pinto (2011). 5.2.2 Dimensionamento mecânico O objetivo do dimensionamento mecânico é verificar a espessura de base e subbase necessária para o suporte do tráfego ao qual o pavimento se destina. No caso deste protótipo de estacionamento, o tráfego é considerado como leve. Para a verificação de suporte do subleito, foram realizadas sondagens a trado, e com as amostras coletadas realizou-se o ensaio DNER ME 049/94 Determinação do Índice de Suporte Califórnia Utilizando Amostras não Trabalhadas. De acordo com Pinto (2011), foi obtido com este ensaio um valor de CBR médio de 10 % na umidade ótima, porém para o dimensionamento do pavimento foi considerado um CBR de 8%, que representa o valor mínimo encontrado nos ensaios. Quanto ao tráfego que o pavimento deverá suportar, adotou-se um número de repetições de carga igual 10 5. O resultado para este dimensionamento mecânico foi uma camada de base com 0,19 m, porém adotou-se o maior valor obtido no dimensionamento hidrológicohidráulico, conforme item 5.2.1.

66 5.3 Execução Inicialmente foi realizado levantamento topográfico a fim de localizar alguns pontos de grande importância para a realização do pavimento, tais como cotas de assentamento, caimentos e nível das tubulações de drenagem. Seguindo esse levantamento, foram utilizadas escavadeiras para a limpeza do terreno, rebaixamento do mesmo até a cota de interesse e também para escavação de valas que abrigam as tubulações de drenagem, conforme Figura 5.5. Com o auxilio de um rolo pé de carneiro, foi feita a compactação do solo até que o mesmo atingisse o ponto ideal. Utilizando uma motoniveladora, o subleito e as camadas subseqüentes foram preparados de acordo com o levantamento topográfico, obedecendo as cotas e os caimentos na direção transversal e longitudinal. Figura 5.5 Seqüência construtiva da obra do estacionamento Fonte: Virgiliis, apud Pinto (2011). O intuito do protótipo do pavimento teste foi fazê-lo semelhante a um reservatório. Por tanto, para os dois tipos de revestimento foram colocadas geomembranas

67 impermeáveis de PEAD na camada mais inferior em contato com o subleito, para que toda precipitação coletada pelo pavimento não infiltre no solo, e assim seja possível avaliar o volume de água que a estrutura capta. Concluída a instalação da geomembrana, foi despejado e sarrafeado uma camada de 5 cm de pó de pedra e em seguida uma camada de brita 3 é espalhada. Com um rolo liso foi feita compactação entre os dois materiais, tornando a superfície o mais uniforme possível. A Figura 5.6 apresenta os detalhes da colocação da geomembrana, dos tubos dreno e do espalhamento da camada de brita da sub-base do pavimento. Figura 5.6 Seqüência construtiva da obra do estacionamento Fonte: Virgiliis, apud Pinto (2011). Para os revestimentos de CPA e BCP foram executados respectivamente com os seguintes perfis:

68 5.3.1 Módulo de CPA Após a conclusão da base, com o espargidor iniciou-se a aplicação do betuminoso ligante sobre a base já concluída, o mesmo serve para dar uma boa aderência entra a base e o revestimento asfáltico. Em seguida, com a acabadora asfáltica foi aplicada a camada de concreto asfáltico poroso (CPA) e na seqüência o rolo liso de pneu fez a compactação e homogeneização do revestimento asfáltico concluindo o processo de pavimentação, conforme Figura 5.7. Figura 5.7 Seqüência construtiva da obra do estacionamento Fonte: Virgiliis, apud Pinto (2011). 5.3.2 Módulo de BCP Após a finalização da sub-base do módulo de BCP com pedra britada nº 3, aplicouse para a base, brita graduada simples para dar sustentação da estrutura. Antes do material de assentamento foi instalada uma manta geotêxtil para que possíveis sedimentos não passem para as camadas abaixo da mesma.

69 O assentamento do piso intertravado foi feito sobre uma camada de areia. Em seguida uma placa vibratória foi utilizada para garantir um melhor assentamento do piso. Finalizado o assentamento do revestimento, foi executado o rejunte dos blocos com areia polimérica e alguns cuidados tiveram que ser tomados, pois este tipo de areia em contato com a umidade reage e inicia seu processo de endurecimento, que poderia colmatar os poros do revestimento. Portanto, somente após o término da aplicação da areia aditivada entre as juntas dos blocos, foi realizada a hidratação da mesma. As etapas da execução do módulo de BCP podem ser vistas na Figura 5.8. Figura 5.8 Seqüência construtiva da obra do estacionamento Fonte: Virgiliis, apud Pinto (2011).

70 5.4 Eventos pluviométricos 5.4.1 Sistema de monitoramento dos pavimentos teste Para o registro das precipitações ocorridas nos dois pavimentos, o protótipo possui uma estação pluviométrica instalada em seu canteiro central, conforme mostrado na Figura 5.9. Figura 5.9 Estação pluviométrica do protótipo Fonte: Pinto (2011). A precisão deste pluviômetro de origem americana é de ± 3% para precipitações entre 0,2 mm e 50 mm por hora e de ± 5% para precipitações entre 50 mm e 100 mm por hora. Em cada tipo de pavimento do protótipo também estão instalados 2 caixas dotadas de vertedouro triangular, conforme mostram as Figuras 5.10 e 5.11, para a coleta da vazão do escoamento superficial e do escoamento subsuperficial, ou seja, a parcela de chuva infiltrada no pavimento. Vale ressaltar que as caixas utilizadas para a coleta do escoamento superficial possuem boca-de-lobo, que pode ser vista na Figura 5.12.

71 Figura 5.10 Caixa para coleta de escoamento Figura 5.11 Vertedouro triangular

72 Figura 5.12 Caixa para coleta de escoamento com boca-de-lobo Para o registro das lâminas d água formadas nas quatro caixas com vertedouros, foram instalados sensores de nível ultrassônicos de origem americana com precisão de ± 0,2%, conforme mostra a Figura 5.13. Figura 5.13 Sensor para registro da altura de lâmina d água

73 Os dados registrados pelos sensores são transmitidos em intervalos de 10 minutos por meio de data loggers e enviados via telefonia celular para a página da internet do SAISP, que é operado pelo FTCH. Com os dados das alturas de lâmina d água nas caixas coletoras é possível fazer o cálculo das vazões efluentes. 5.4.2 Eventos pluviométricos registrados O monitoramento do protótipo teve início no dia 19 de janeiro de 2010, porém devido à instalação remota de coleta de dados instalada só possuir quatro canais, não foi possível a coleta simultânea dos dados de escoamento superficial dos dois pavimentos. Para a solução deste problema, optou-se em fazer a seguinte sistemática para a coleta dos dados de escoamento superficial: De 19 de janeiro a 07 de fevereiro foram monitorados os dados do pavimento de BCP; De 08 de fevereiro a 22 de março o monitoramento ocorreu no pavimento de CPA; De 23 de março a 12 de abril somente BCP; A partir de 13 de abril somente CPA. Cabe lembrar que esta sistemática de monitoramento somente ocorreu para o escoamento superficial, pois o escoamento subsuperficial foi monitorado simultaneamente para os dois pavimentos. Durante o período de monitoramento foram registrados dados referentes a 23 eventos pluviométricos, porém conforme seleção feita por Pinto (2011), apenas os eventos de intensidade relevante foram analisados. A Tabela 5.1 apresenta as chuvas selecionadas para o estudo.

74 Tabela 5.1 Eventos pluviométricos ocorridos nos pavimentos teste Nº do evento Data Pavimento Monitorado Precipitação (mm) Duração do Evento (horas) 1 01/02/2010 BCP 23,60 02:00 2 02/02/2010 BCP 16,60 03:20 3 04/02/2010 BCP 42,60 02:10 4 06/02/2010 BCP 2,80 00:50 5 25/02/2010 CPA 35,40 07:00 6 06/03/2010 CPA 31,20 06:50 7 14/03/2010 CPA 16,40 09:40 8 15/03/2010 CPA 20,00 20:10 9 25/03/2010 BCP 73,40 02:10 10 06/04/2010 BCP 18,80 01:10 11 23/04/2010 CPA 17,20 04:10 12 08/05/2010 CPA 21,40 04:20 Fonte: Modificado de Pinto (2011, p.108). 5.5 Resultados obtidos A partir do monitoramento dos vertedouros nos eventos pluviométricos ocorridos no protótipo, foram obtidos os dados de escoamento superficial e subsuperficial para os módulos de BCP e CPA. Pinto (2011) ressalta que para as precipitações de baixa intensidade não houve escoamento superficial, portanto toda chuva foi infiltrada no pavimento. A Tabela 5.2 refere-se aos dados relativos ao desempenho do pavimento teste obtidos durante os eventos pluviométricos mais expressivos no período de monitoramento.

75 Data Tabela 5.2 Desempenho dos pavimentos teste durante os eventos pluviométricos Precipitação (mm) Duração do Evento (horas) Volume total precipitado sobre o BCP (m³) Volume total precipitado sobre o CPA (m³) Volume escoado superficial no BCP (m³) Volume infiltrado no BCP (m³) Volume escoado superficial no CPA (m³) Volume infiltrado no CPA (m³) Volume retido no reservatório (m³) 01/02/10 23,60 02:00 17,65 18,08 1,12 0,14 SD 9,24 16,39 02/02/10 16,60 03:20 12,42 12,71 9,74 0,35 SD 9,47 2,33 04/02/10 42,60 02:10 31,86 32,63 4,40 6,98 SD 25,25 20,48 25/02/10 25,20 02:50 18,85 19,30 SD 0,048 0,07 12,51 6,72 06/03/10 31,20 06:50 23,34 23,90 SD 4,38 0,86 21,69 1,35 14 a 15/03/10 20,00 20:10 14,96 15,32 SD 8,88 0,10 10,06 5,16 25/03/10 73,40 02:10 54,90 56,22 31,88 21,61 SD 53,08 1,41 08 a 09/05/10 30,00 17:40 22,44 22,98 SD 8,94 3,47 16,57 2,94 Fonte: Modificado de Pinto (2011, p.135). Segue abaixo uma breve descrição dos eventos onde ocorreram os principais resultados dos pavimentos teste. 5.5.1 Chuva do dia 04 de fevereiro de 2010 Nesta data ocorreu uma precipitação acumulada de 42,60 mm, com início às 15h40min e término às 17h50min, portanto com duração de duas horas e dez minutos. O sensor para registro do escoamento superficial estava ligado no vertedouro do pavimento de blocos intertravados de concreto poroso (BCP). O escoamento subsuperficial, ou seja, o volume de chuva infiltrado no pavimento, só começou a ser registrado pelo sensor do BCP após 50 minutos do início da chuva, o que demonstra a eficiência do pavimento no retardo do escoamento. Já para o módulo de CPA, o tempo de retardo foi de 20 minutos, isso devido ao fato de sua camada de base e sub-base ter um maior coeficiente de permeabilidade com relação ao BCP. Entretanto, o escoamento subsuperficial gerado no CPA foi maior do que o gerado no BCP, e mesmo sem ter o monitoramento do escoamento superficial do CPA para esta chuva, os resultados nos levam a crer que o mesmo foi muito pequeno. A Figura 5.14 apresenta os dados registrados pelos sensores referentes aos escoamentos superficial (Bloc. Superf.) e subsuperficial (Bloc. Fundo e Asf. Fundo).

76 Figura 5.14 Dados registrados pelos sensores dos vertedouros no dia 04/02/2010 Fonte: Pinto (2011). A eficiência do pavimento de BCP quanto ao armazenamento e retardo das ondas de cheia pode ser verificado com os resultados obtidos na Tabela 5.2. O volume total precipitado no pavimento foi 31,86 m³, e deste volume apenas 4,40 m³ gerou escoamento superficial, portanto 27,46 m³ foram infiltrados. Quanto ao tempo de descarga do volume de chuva armazenado no reservatório do BCP, verificou-se que após 23h40min após o fim da chuva, somente 6,98 m³ já havia saído do reservatório, restando portanto, 20,48 m³ reservados. 5.5.2 Chuva do dia 25 de fevereiro de 2010 No evento pluviométrico registrado neste dia, o sensor de escoamento superficial estava instalado no pavimento de CPA. A precipitação acumulada foi de 25,20 mm, com início do evento às 03h00min e término às 05h50min, portanto com duração de duas horas e cinquenta minutos, como pode ser visto na Figura 5.15. Figura 5.15 Precipitação desagregada do dia 25/02/2010 Fonte: Pinto (2011).

77 O escoamento subsuperficial no módulo de CPA só começou a ser registrado pelo sensor após 40 minutos do início da precipitação, resultando num tempo de retardo significativo do lançamento no sistema de drenagem. Já para o módulo de BCP, o tempo de retardo foi de uma hora e trinta minutos, ou seja, 2,25 vezes maior que o do CPA. Entretanto, o escoamento subsuperficial gerado no BCP foi menor do que o gerado no CPA, nos levando a crer que o escoamento superficial deve ter sido significativo no BCP. A Figura 5.16 refere-se aos dados registrados pelos sensores. Figura 5.16 Dados registrados pelos sensores dos vertedouros no dia 25/02/2010 Fonte: Pinto (2011). A eficiência do pavimento de CPA quanto ao armazenamento e retardo das ondas de cheia pode ser verificado com os resultados obtidos na Tabela 5.2. O volume total precipitado no pavimento foi de 19,30 m³, e deste volume apenas 0,07 m³ gerou escoamento superficial, portanto 19,23 m³ foram infiltrados. Quanto ao tempo de descarga do volume de chuva armazenado no reservatório do CPA, verificou-se que após 01h00min após o fim da chuva, somente 12,51 m³ já haviam saído do reservatório, restando, portanto, 6,72 m³ reservados. O módulo de BCP gerou resultados inferiores ao módulo de CPA quanto à infiltração das águas pluviais, pois sua estrutura possui porosidade menor devido ao tipo de revestimento, ao rejunte impermeável dos blocos intertravados e principalmente da camada de base, composta por brita graduada faixa B, cuja porosidade é inferior à camada de base do módulo de CPA. Significa, portanto, que no módulo de BCP a precipitação encontra mais obstáculos até atingir a camada de macadame hidráulico. (PINTO, 2011, p.122).