Estudo de viabilidade do uso de drenagem compensatória tendo como base os testes de permeabilidade e caracterização dos solos

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ARTIGO ORIGINAL

CRUZ, Dário Cezar Almeida [1], SILVA, Eduardo Luiz [2], DIAS, Neemias Almeida [3], PIRES, Patrício José Moreira [4]

CRUZ, Dário Cezar Almeida. Et al. Estudo de viabilidade do uso de drenagem compensatória tendo como base os testes de permeabilidade e caracterização dos solos. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 04, Ed. 06, Vol. 07, pp. 100-115. Junho de 2019. ISSN: 2448-0959

RESUMO

O presente artigo relata dados a respeito de pulmão drenante projetados para um determinado loteamento, comprovando através de análises a capacidade de drenagem e condutibilidade hidráulica dos mesmos. Para tanto, foram feitos monitoramentos do nível do lençol freático e ensaios de permeabilidade in situ, com avaliação técnica de ambos. Após a análise foi verificado o volume de armazenamento disponível acima de cada pulmão e o tempo necessário para infiltração de água no maciço. Constatou-se que, o pulmão drenante supre o volume pluviométrico necessário.

Palavras chaves: Drenagem, pulmão drenante, lençol freático, permeabilidade, condutibilidade hidráulica.

1. INTRODUÇÃO

O presente artigo visa apresentar informações a respeito das análises de capacidade de drenagem e condutibilidade hidráulica do pulmão projetado para o loteamento Colibri, empreendimento da empresa Soma Urbanismo, localizado no Bairro Bebedouro, Linhares – Espírito Santo, na coordenada de referência UTM 382712.95 E, 7846507.36 S (Figura 1).

A elaboração deste artigo foi fundamentada na avaliação técnica de monitoramento de nível de lençol freático e ensaios de permeabilidade in situ, utilizando informações obtidas de levantamento topográfico, projeto de drenagem, análise visual em campo e de fotografias e relatos fornecidos pelo proprietário do empreendimento.

Figura 1 – Localização do terreno objeto do estudo

Fonte: Arquivo Próprio (2018)

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GERAL

Verificar a capacidade de permeabilidade do solo e dimensionar o volume necessário para absorção da chuva, em projeto no loteamento Colibri, empreendimento da Soma Urbanismo.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

  • Definir o volume da chuva em projeto;
  • Avaliar tecnicamente o monitoramento do nível do lençol freático;
  • Avaliar os ensaios de permeabilidade do loteamento;
  • Apresentar os resultados obtidos a despeito da capacidade de drenagem e condutibilidade hidráulica do pulmão projetado.

3. REFERENCIAL TEÓRICO

3.1. CONSIDERAÇÕES A RESPEITO DOS PARÂMETROS UTILIZADOS NAS ANÁLISES

Pinto (2006) aponta que para determinar o coeficiente de permeabilidade dos solos, são empregados os procedimentos de Permeâmetro de carga constante e Permeâmetro de carga variável. Baseada nos estudos do autor e a Lei de Darcy, foram encontrados os parâmetros do solo e da trincheira (coeficiente de permeabilidade, índice de vazios, porosidade e dimensões) dos ensaios das figuras 2 e 3.

Figura 2 – Propriedade do Material Aplicado no Pulmão Drenante

Fonte: Arquivo Próprio (2018)

Figura 3 – Monitoramento do Lençol Freático

Fonte: Arquivo Próprio (2018)

Uma síntese dos resultados descritos nas figuras 2 e 3 se encontra a seguir:

  • Material arenoso para o pulmão drenante:
  • e = 0,80
  • η = 44,44%
  • K = 4,4 x 10-4 m/s
  • Solo local:
  • K = 0,0248 cm/s (Quadra 1)
  • K = 0,0028 cm/s (Quadras 12 e 15)
  • K = 0,0065 cm/s (Quadra 13 e 16)

A brita, material utilizado para a construção da trincheira, apresenta porosidade em torno de 40 a 45%, usualmente. Assim, por implicação, considerou-se sua porosidade igual ao do material utilizado no campo de areia (44,44%).

4. RESULTADOS OBTIDOS

Para melhor compreensão das situações e visualizar a diferença do nível d’água entre os diferentes poços analisados, foram traçados perfis apresentando, em sequência da camada superior para inferior, a cota de referência (passeio), a cota da trincheira em projeto e a cota do início do lençol freático (Figura 4). A cota em destaque à direita de cada perfil representa a distância da trincheira ao nível do lençol freático.

Figura 4 – Perfis simplificados dos sistemas empregados.

(a) Pulmão 1

Fonte: Arquivo Próprio (2018)

(b) Pulmão 2

Fonte: Arquivo Próprio (2018)

(c) Pulmão 3

(d) Pulmão 4/Campo de areia

Fonte: Arquivo Próprio (2018)

A intensidade pluviométrica máxima, em função do tempo de retorno (Tr) e do tempo de duração da chuva (t) pode ser calculada através da Equação 1:

Substituindo os parâmetros K, t0 e n para o município de Linhares, a equação passa a ser escrita na forma da Equação 2:

Sendo a microdrenagem a solução para o escoamento das vazões de chuvas mais frequentes, portanto, com menores recorrências e menores intensidades, é admitida a ocorrência de alagamentos pontuais quando a intensidade das chuvas aumenta. (AZEVEDO NETTO, 2015).

Apesar dos valores dos tempos de retorno serem estabelecido por legislações locais, adota-se tempo de retorno de 10 anos para microdrenagem. Assim sendo, em média, o sistema ficará sobrecarregado uma vez a cada dez anos, o que resultará em pequena enchente. (HOUGHTALEN; HWANG; AKAN, 2012).

Assim, calculou-se a intensidade pluviométrica máxima para diferentes tempos de retorno e durações das chuvas (Tabela 1), escolhendo-se a para valor de projeto a intensidade de 198,76 mm/h, correspondente a um evento com Tr = 10 anos e t = 10 min (≅ 0,17 h).

Tabela 1 – Intensidades pluviométricas máximas para diferentes tempos de retorno e durações das chuvas no município de Linhares

imáx t (min)
(mm/h) 10 15 30 60 180 360 720 1440
Tr (anos) 1 118,94 102,26 71,99 45,21 18,18 9,58 4,92 2,50
2 138,82 119,36 84,02 52,77 21,21 11,18 5,75 2,91
3 151,96 130,65 91,97 57,77 23,22 12,24 6,29 3,19
5 170,29 146,42 103,07 64,74 26,02 13,72 7,05 3,58
10 198,76 170,89 120,30 75,56 30,37 16,01 8,23 4,17
20 231,98 199,46 140,41 88,19 35,45 18,69 9,60 4,87
50 284,57 244,68 172,24 108,18 43,49 22,92 11,78 5,97

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

Daí, pode-se calcular o volume a ser infiltrado em cada trincheira e no campo de areia, oriundos das respectivas bacias. Para isso, foi necessário considerar as áreas que efetivamente contribuíssem para o escoamento de água pluvial. O PDM do município de Linhares, na Lei Complementar Nº 13 (22 de maio de 2012), institui que, para lotes de até 7200 m², deve ser considerada uma taxa de permeabilidade de 10% da área. Assim, a área de contribuição foi calculada somando-se 90% da área dos lotes juntamente com áreas de ruas, passeios e demais espaços (Tabela 2).

Tabela 2 – Áreas das bacias e áreas de contribuição

BACIA 1 BACIA 2
Área da bacia (m²): 55.389,44 Área da bacia (m²): 41.669,06
Área de contribuição (m²): 51.812,4 Área de contribuição (m²): 39.000,0

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

O cálculo dos volumes pluviométricos é feito através da Equação 3.

Onde,

V: volume, em m³

C: coeficiente de escoamento

I: intensidade pluviométrica, em mm/h

A: área de contribuição, em m²

t: tempo do evento pluviométrico, em s

O coeficiente de escoamento superficial, C, foi determinado pela média ponderada dos coeficientes das áreas ocupadas pelas edificações, áreas de ruas e passeios e área permeável dos lotes (Equação 4).

Para os valores de C de cada uma das áreas (Tabela 3), tomou-se como referência a tabela apresentada pela Prefeitura do Rio de Janeiro, que consta no Anexo 1.

Tabela 3 – Coeficiente de escoamento

C
Cedif: 0,50
Cruas: 0,10
Cpermeável: 0,83
C: 0,59

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

A Tabela 4 apresenta as áreas de contribuição consideradas e os respectivos volumes de água provenientes de cada bacia, calculados por meio da Equação 3.

Tabela 4 – Volumes de água infiltrantes

BACIA 1 BACIA 2
C 0,59 C 0,59
Tempo (s): 600,00 Tempo (s): 600,00
i (mm/h): 198,76 i (mm/h): 198,76
Área de contribuição (m²): 51812,4 Área de contribuição (m²): 39000,0
Volume infiltrante (m³): 1013,4 Volume infiltrante (m³): 762,8

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

O seccionamento do sistema no projeto deve ser tal que resulte em áreas de contribuição em torno dos valores considerados e, consequentemente, dos volumes infiltrantes calculados.

Em função da porosidade dos materiais, é possível determinar o volume de vazios das trincheiras e do campo. A capacidade de armazenamento de água (Tabela 5), então, é igual ao volume de vazios da estrutura acrescido do volume possível de ser armazenado acima da trincheira (para esse último foi considerada uma cota máxima do nível d’água 20 cm abaixo do passeio). A porosidade da areia aplicada no pulmão foi determinada após extração de amostras em campo (Figura 2) e é igual a 44,44%. Foram considerados, ainda, os valores de armazenamento da própria tubulação do sistema (Tabela 6).

Tabela 5 – Capacidades de armazenamento

TRINCHEIRA 1 TRINCHEIRA 2
Porosidade (%) 44,44% Porosidade (%) 44,44%
Altura do pulmão (cm): 10,0 Altura do pulmão (cm): 10,0
Área do pulmão (m²): 255,77 Área do pulmão (m²): 255,77
Volume acima do pulmão (m³): 322,27 Volume acima do pulmão (m³): 299,25
Volume total do pulmão (m³): 25,58 Volume total do pulmão (m³): 25,58
Volume de vazios do pulmão (m³): 11,37 Volume de vazios do pulmão (m³): 11,37
TRINCHEIRA 3 TRINCHEIRA 4 + CAMPO DE AREIA
Porosidade (%) 44,44% Porosidade (%) 44,44%
Altura do pulmão (cm): 10,0 Altura do pulmão (cm): 10,0
Área do pulmão (m²): 255,77 Área do pulmão (m²): 367,70
Volume acima do pulmão (m³): 222,52 Volume acima do pulmão (m³): 375,05
Volume total do pulmão (m³): 25,58 Volume total do pulmão (m³): 36,77
Volume de vazios do pulmão (m³): 11,37 Volume de vazios do pulmão (m³): 16,34

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

Tabela 6 – Volumes das tubulações

BACIA 1 BACIA 2
Comprimento D = 600 mm (m) 458,74 Comprimento D = 600 mm (m) 712,51
Volume D = 600 mm (m³) 129,71 Volume D = 600 mm (m³) 201,46
Comprimento D = 800 mm (m³) 129,83
Volume D = 800 mm (m³) 65,26
Comprimento D = 1000 mm (m) 125,41
Volume D = 1000 mm (m³) 98,50
Volume total (m³): 365,21

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

Também foram considerados os volumes dos bueiros existentes, que totalizam 23 (13 na primeira bacia e 10 na segunda). Por terem dimensões distintas, para o cálculo foram considerados bueiros com 1m x 1m x 1m (C x L x H), ou seja, 1 m³. Assim, têm-se as capacidades armazenamento dos sistemas (Tabela 7).

Tabela 7 – Volumes totais de armazenamento

BACIA 1 BACIA 2
Volume das trincheiras (m³): 878,15 Volume das trincheiras + campo (m³): 391,39
Volume da tubulação (m³): 129,71 Volume da tubulação (m³): 365,21
Volume dos bueiros (m³): 13,00 Volume dos bueiros (m³): 10,00
Volume total (m³): 1020,8 Volume total (m³): 766,6

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

Compara-se o volume de água infiltrante (Vinf) com o volume de armazenamento total (Varm) disponível pra cada bacia. Se Vinf < Varm, então o dimensionamento do sistema é considerado suficiente. Caso contrário, é necessário o redimensionamento.

Em posse dos resultados dos ensaios de permeabilidade in situ, calcula-se o tempo necessário para que o volume precipitado possa infiltrar no solo considerando apenas infiltração na direção vertical pela base do sistema (Tabela 8).

Tabela 8 – Capacidade e tempo de infiltração

TRINCHEIRA 1 TRINCHEIRA 2
Coeficiente de permeabilidade (cm/s): 0,025 Coeficiente de permeabilidade (cm/s): 0,0028
Coeficiente de permeabilidade (m/h): 0,09 Coeficiente de permeabilidade (m/h): 0,10
Taxa de infiltração (m³/h): 22,84 Taxa de infiltração (m³/h): 25,69
Tempo para infiltração (h): 1,14 Tempo para infiltração (h): 10,18
TRINCHEIRA 3 TRINCHEIRA 4
Coeficiente de permeabilidade (cm/s): 0,0065 Coeficiente de permeabilidade (cm/s): 0,0065
Coeficiente de permeabilidade (m/h): 0,23 Coeficiente de permeabilidade (m/h): 0,23
Taxa de infiltração (m³/h): 59,67 Taxa de infiltração (m³/h): 85,78
Tempo para infiltração (h): 4,38 Tempo para infiltração (h): 11,24

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Em virtude da pequena espessura das trincheiras e do pulmão drenante, houve a necessidade de se considerar que o espaço livre até cerca de 20 cm abaixo da cota do nível da rua/passeio funcionaria como um reservatório para acumular a água proveniente de eventos pluviométricos mais intensos. Assim, foi verificado o volume de armazenamento disponível acima de cada trincheira e o tempo necessário para infiltração de água no maciço.

O volume infiltrante proveniente da Bacia 1 foi considerado em sua totalidade abastecendo as trincheiras 1, 2 e 3, visto que elas são interligadas e funcionam como um sistema único. Vale ressaltar que o seccionamento da tabulação no projeto deve obedecer aos valores de áreas consideradas para cada bacia, evitando o mal funcionamento do sistema por excesso de volume infiltrante.

Ademais, a continuidade no monitoramento do nível do lençol freático é de suma importância, visando de evitar comprometimento da capacidade do sistema de drenagem.

REFERÊNCIAS

AZEVEDO NETTO, J.M. Manual de Hidráulica. 9. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2015.

DNIT – DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES. Manual de hidrologia básica para estruturas de drenagem. 2. ed. Rio de Janeiro, 2005.

FESTI, A.V. Coletânea das equações de chuva do Brasil. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 17, 2007, São Paulo. Anais… São Paulo: ABRH, 2007.

HOUGHTALEN, R.J.; HWANG; AKAN, O. Engenharia Hidráulica. 4. ed. Belo Horizonte: Pearson, 2012.

LINHARES (Município). Lei complementar nº 13, de 22 de maio de 2012. Linhares, 2012. Disponível em: < https://leismunicipais.com.br/a/es/l/linhares/lei-complementar/2012/2/13/lei-complementar-n-13-2012-dispoe-sobre-o-uso-e-ocupacao-do-solo-urbano-no-municipio-de-linhares-e-da-outras-providencias>. Acesso em: 18 abr. 2018.

PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.

SNIRH – Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos. Séries Históricas. Disponível em: < http://www.snirh.gov.br/hidroweb/publico/medicoes_historicas_abas.jsf>. Acesso em 22 jun. 2018.

TOLEDO (Município). Secretaria do Planejamento Estratégico. Manual de drenagem urbana – Volume 1. Toledo, 2017.

VITÓRIA (Município). Secretaria Municipal de Obras. Manual de drenagem urbana do município de Vitória. Vitória, 2014.

ANEXO 1

COEFICIENTES DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL EM FUNÇÃO DO TIPO DE ÁREA

Tipologia da área de drenagem Coeficiente de escoamento superficial
Áreas Comerciais 0,70 – 0,95
áreas centrais 0,70 – 0,95
áreas de bairros 0,50 – 0,70
Áreas Residenciais
residenciais isoladas 0,35 – 0,50
unidades múltiplas, separadas 0,40 – 0,60
unidades múltiplas, conjugadas 0,60 – 0,75
áreas com lotes de 2.000 m2 ou maiores 0,30 – 0,45
áreas suburbanas 0,25 – 0,40
áreas com prédios de apartamentos 0,50 – 0,70
Áreas Industriais
área com ocupação esparsa 0,50 – 0,80
área com ocupação densa 0,60 – 0,90
Superfícies
asfalto 0,70 – 0,95
concreto 0,80 – 0,95
blocket 0,70 – 0,89
paralelepípedo 0,58 – 0,81
telhado 0,75 – 0,95
solo compactado 0,59 – 0,79
Áreas sem melhoramentos ou naturais
solo arenoso, declividade baixa < 2 % 0,05 – 0,10
solo arenoso, declividade média entre 2% e 7% 0,10 – 0,15
solo arenoso, declividade alta > 7 % 0,15 – 0,20
solo argiloso, declividade baixa < 2 % 0,15 – 0,20
solo argiloso, declividade média entre 2% e 7% 0,20 – 0,25
solo argiloso, declividade alta > 7 % 0,25 – 0,30
grama, em solo arenoso, declividade baixa < 2% 0,05 – 0,10
grama, em solo arenoso, declividade média

entre 2% e 7%

0,10 – 0,15
grama, em solo arenoso, declividade alta > 7% 0,15 – 0,20
grama, em solo argiloso, declividade baixa < 2% 0,13 – 0,17
grama, em solo argiloso, declividade média

2% < S < 7%

0,18 – 0,22
grama, em solo argiloso, declividade alta > 7% 0,25 – 0,35
florestas com declividade <5% 0,25 – 0,30
florestas com declividade média entre 5% e 10% 0,30 -0,35
florestas com declividade >10% 0,45 – 0,50
capoeira ou pasto com declividade <5% 0,25 – 0,30
capoeira ou pasto com declividade entre 5% e 10% 0,30 – 0,36
capoeira ou pasto com declividade > 10% 0,35 – 0,42

Fonte: Instruções técnicas para elaboração de estudos hidrológicos e dimensionamento hidráulico de sistemas de drenagem urbana (Prefeitura do Rio de Janeiro, 2010)

ANEXO 2

ENSAIOS DE PERMEABILIDADE IN SITU

Fonte: Arquivo Próprio (2018)
Fonte: Arquivo Próprio (2018)
Fonte: Arquivo Próprio (2018)

[1] Graduado em Engenharia Civil da Faculdade do Centro Leste (UCL) e graduando do curso de Pós-Graduação em Engenharia Geotécnica do Instituto Brasileiro de Educação Continuada (INBEC).

[2] Graduando em Engenharia Civil na Universidade Vila Velha (UVV).

[3] Graduado em Engenharia Civil e Mestre em Engenharia Civil (Geotecnia e Fundações) ambas pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Professor Adjunto da Universidade Vila Velha.

[4] Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal da Paraíba (UFPB), Mestre e Doutor em Engenharia Civil pela Pontífica Universidade Católica do Rio de Janeiro. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Enviado: Maio, 2019.

Aprovado: Junho, 2019.

 

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