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UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA RENATA DA SILVA KNUPP PROPOSTA DE SOLUÇÃO DE DRENAGEM PLUVIAL: RUA DE ACESSO A ESTAÇÃO DE BRT VILA MILITAR – ESTUDO DE CASO Rio de Janeiro 2018 RENATA DA SILVA KNUPP PROPOSTA DE SOLUÇÃO DE DRENAGEM PLUVIAL: RUA DE ACESSO A ESTAÇÃO DE BRT VILA MILITAR – ESTUDO DE CASO Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil pela Universidade Veiga de Almeida sob orientação do Prof. Moacir Porto Ferreira, M.Sc. Rio de Janeiro 2018 RENATA DA SILVA KNUPP PROPOSTA DE SOLUÇÃO DE DRENAGEM PLUVIAL: RUA DE ACESSO A ESTAÇÃO DE BRT VILA MILITAR – ESTUDO DE CASO Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil pela Universidade Veiga de Almeida. Aprovada em 28 de novembro de 2018. Banca Examinadora: ____________________________________________ Moacir Porto Ferreira, M.Sc Orientador ____________________________________________ Ângela de Fátima Marques, M.Sc Examinador UVA ___________________________________________ Danielle Malvaris Ribeiro, M.Sc Examinador UVA Aos meus pais Roberto e Lina, por toda dedicação e apoio, a minha filha Jade que, mesmo tão pequenina, foi paciente e compreensiva por minha ausência durante todo o processo dessa conquista. Vocês são meus maiores tesouros, dedico este trabalho a vocês! AGRADECIMENTOS A Deus, por tudo o que tem feito em minha vida, me dando direção, saúde e força para superar as dificuldades. Ao meu orientador Moacir, pelo suporte no pouco tempo que lhe coube, pelas suas correções e incentivos. E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito obrigado. Seja quem você for, seja qualquer posição que você tenha na vida, nível altíssimo ou mais baixo social, tenha sempre como meta muita força, muita determinação e sempre faça tudo com muito amor e com muita fé em Deus, que um dia você chega lá. De alguma maneira você chega lá. (Ayrton Senna) RESUMO Este trabalho apresenta um estudo de caso realizado para a microdrenagem da Rua General Alcindo, via de acesso ao BRT da Vila Militar no Rio de Janeiro, via que tem sofrido alagamentos com precipitações de baixa intensidade. Tem como objetivo investigar as causas dos alagamentos na via e propor uma possível solução para mitigação desses alagamentos. O trabalho foi estruturado em pesquisa bibliográfica, consulta ao acervo do Rio Águas e visita de campo. As soluções aqui propostas estão voltadas para medidas de controle na fonte. Das três propostas, a que melhor se adequou a realidade da área de estudo foi a Trincheira de Infiltração que, além de atender as necessidades estruturais, possui baixo custo de implantação e manutenção, tem rápida execução. Concluiu-se que a utilização de sistema de drenagem de controle na fonte é eficiente na mitigação de alagamentos mesmo sem uma rede de drenagem existente, desde que o solo possua as características mínimas recomendadas e que haja manutenção no sistema. Palavras-chave: drenagem urbana; águas pluviais; alagamento; controle na fonte. ABSTRACT This work results from a case study performed toward the micro drainage of Rua General Alcindo, an access route to Rio de Janeiro Vila Militar BRT (Bus Rapid Transit) system, as that thoroughfare has been subject to recurrent floodings caused by light rainfalls. The work scope is to investigate what is causing those thoroughfare floodings and present a reasonable solution for mitigation of such recurrent adversity. The subject work has been based on bibliographical research, Rio Aguas Foundation archives search, and field visits as well. The corrections presented in this paper are focused on the adoption of controlling measures at the source. Out of three proposals, the Infiltration Trench is the most suitable to the prevailing area of study, as it complies with structural requirements and has low implantation and maintenance costs, besides being of a quick execution. This leads to the conclusion that the at-source drainage controlling system is effective for mitigation of floodings, even without existence of a drainage system, provided that the ground has the minimal features required and such system is properly maintained. Keywords: urban drainage; rainwater; flooding; source drainage controlling. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Avenida Sumaré e Paulo VI antes e depois da urbanização. ................................... 13 Figura 2 – Alagamento 07:20h do dia 08 de janeiro de 2018 ..................................................... 15 Figura 3 – Alagamento 17:30h do dia 30 de janeiro de 2018 ..................................................... 15 Figura 4 – Pluviometria da Estação A621, Vila Militar Janeiro 2018 .......................................... 16 Figura 5 – Ciclo Hidrológico ........................................................................................................ 17 Figura 6 – Unidades Hidrográficas da RH Atlântico Sudeste e principais cidades .................... 18 Figura 7 – Distribuição da água em subsuperfície ...................................................................... 21 Figura 8 – Esquema de drenagem urbana ................................................................................. 22 Figura 9 – Contorno da Rua General Alcindo ............................................................................. 25 Figura 10 – Caixa Ralo obstruída................................................................................................ 26 Figura 11 – Caixas-Ralo criadas na via de acesso ao BRT Vila Militar ...................................... 26 Figura 12 – Dispositivo de drenagem sem manutenção ............................................................. 27 Figura 13 – Dispositivo de Drenagem sem manutenção ............................................................ 27 Figura 14 – Dados da Estação Pluviométrica da Vila Militar ...................................................... 28 Figura 15 - Jardim de Chuva ....................................................................................................... 29 Figura 16 – Piso Intertravado Permeável com Juntas Alargadas ............................................... 31 Figura 17 – Maior precipitação da estação A621 de 2008 a 2017 ............................................. 34 Figura 18 – Corte de uma Trincheira de Infiltração..................................................................... 36 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Caracterização Geral da RH do Atlântico Sudeste .................................................... 19 Tabela 2 – Valores típicos de taxas de infiltração....................................................................... 33 Tabela 3 – Fator de Segurança para coeficiente de infiltração .................................................. 33 Tabela 4 – Porosidade efetiva para materiais típicos ................................................................. 34 Tabela 5 – Quantitativo e valores de materiais para implantação do Piso Permeável ............... 35 Tabela 6 – Quantitativo e valores de materiais para implantação da Trincheira de Infiltração .. 39 LISTA DE SÍMBOLOS 𝜑 Porosidade efetiva do material de preenchimento 𝐴 Área a ser drenada 𝐴𝑏 Área base do sistema de infiltração 𝑑 Duração ℎ𝑚á𝑥 Profundidade máxima do sistema de infiltração 𝐼 Intensidade da chuva 𝑃 Perímetro𝑞 Coeficiente de infiltração SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 13 1.1 OBJETIVOS ............................................................................................... 14 1.1.1 Objetivo Geral ..................................................................................... 14 1.1.2 Objetivos Específicos .......................................................................... 14 1.2 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA ............................................................... 14 1.3 METODOLOGIA ........................................................................................ 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................... 17 2.1 O CICLO HIDROLÓGICO .......................................................................... 17 2.2 REGIÃO HIDROGRÁFICA ........................................................................ 18 2.3 PRECIPITAÇÃO ........................................................................................ 19 2.4 ESCOAMENTO SUPERFICIAL ................................................................. 19 2.5 PERMEABILIDADE DO SOLO .................................................................. 20 2.6 LENÇOL FREÁTICO ................................................................................. 20 2.7 DRENAGEM .............................................................................................. 21 2.7.1 Sistema de Microdrenagem ................................................................ 22 2.7.1.1 Guias ................................................................................................... 23 2.7.1.2 Sarjetas ............................................................................................... 23 2.7.1.3 Caixa Ralo ........................................................................................... 23 2.7.1.4 Tubos e galerias de condução ............................................................ 23 2.7.1.5 Poços de visita .................................................................................... 24 2.7.2 Sistema de Macrodrenagem ............................................................... 24 3 ESTUDO DE CASO................................................................................... 25 3.1 PESQUISA DE CAMPO ............................................................................ 25 3.2 ABORDAGEM DAS POSSÍVEIS SOLUÇÕES .......................................... 28 3.2.1 Jardim de Chuva ................................................................................. 29 3.2.1.1 Dimensionamento do Jardim de Chuva .............................................. 30 3.2.2 Pavimento Permeável ......................................................................... 31 3.2.2.1 Dimensionamento do Pavimento Permeável ...................................... 32 3.2.2.2 Custos com materiais .......................................................................... 35 3.2.3 Trincheira de Infiltração ....................................................................... 36 3.2.3.1 Dimensionamento da Trincheira de Infiltração .................................... 37 3.2.3.2 Custo com Materiais ............................................................................ 39 4 CONCLUSÃO ............................................................................................ 40 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 41 ANEXO I – Divisão Hidrográfica Nacional ........................................................ 44 ANEXO II – Tipos de solo Rio de Janeiro ........................................................ 45 ANEXO III – Relatório Técnico 5-3-D-306 página 3 ......................................... 46 ANEXO IV – Índices Pluviométricos (2008 a 2017) ......................................... 47 ANEXO V – Planta baixa da Rua Coronel Alcindo ........................................... 52 13 1. INTRODUÇÃO Com o crescimento urbano, áreas de mata virgem passam a dar lugar as cidades. A urbanização e o loteamento de uma área significam, na prática, na retirada de parte significativa da vegetação, na execução de corte e aterro para criação de ruas, na planificação e edificação de lotes e na pavimentação de ruas e habitação. Essas intervenções causam modificação na topografia e na geologia da região, como pode ser observado na figura 1. Figura 1 – Avenida Sumaré e Paulo VI antes e depois da urbanização. Fonte: (RIOS E RUAS, 2011) Uma nova situação é criada, causando alteração no equilíbrio do sistema. As águas pluviais não deixarão de ocorrer na área e, com áreas cada vez mais impermeáveis, a infiltração das águas no solo torna-se quase impossível, ocasionando a aceleração da velocidade de escoamento superficial, gerando um grande aumento nos volumes escoados e nas vazões de pico, reduzindo o tempo de escoamento. Como solução clássica para amenizar este problema, ao urbanizar uma área, recorre-se a um sistema de drenagem, que será o responsável por fazer o escoamento superficial das águas de chuva, evitando a acumulação das mesmas nos centros urbanos. No entanto, essa solução não é definitiva pois, à 14 medida que o centro urbano se desenvolve, o sistema precisa ser remodelado a fim de suprir as novas necessidades, o que resulta em altos custos para os cofres públicos. Além disso, é preciso ser levado em consideração as manutenções, os assoreamentos e ligações clandestinas. 1.1 OBJETIVOS 1.1.1 Objetivo Geral Analisar possíveis deficiências na microdrenagem da área em estudo e apresentar soluções para o caso estudado. 1.1.2 Objetivos Específicos • Identificar a rede de drenagem urbana existente na via de acesso à linha de BRT Vila Militar; • Investigar as causas dos alagamentos; • Propor medidas, com base nos dados obtidos, para melhorar o sistema de drenagem da área estudada; • Dimensionar um novo sistema de drenagem conforme solução proposta; • Estimar custo de implantação da solução proposta. 1.2 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA A presente pesquisa foi motivada após a autora deste trabalho, que é usuária da linha de BRT TransOlímpica, observar a grande incidência de 15 alagamento na via de acesso à estação de BRT Vila Militar (Figuras 2 e 3). Esses alagamentos são ocasionados por chuvas de baixa intensidade (Figura 4), causando transtorno não apenas aos usuários do BRT, como também aos da SuperVia da Vila Militar. Encontrar e aplicar uma solução viável, proporcionará aos usuários mais segurança e tranquilidade. Figura 2 – Alagamento 07:20h do dia 08 de janeiro de 2018 Fonte: Acervo pessoal. Figura 3 – Alagamento 17:30h do dia 30 de janeiro de 2018 Fonte: Acervo pessoal 16 Figura 4 – Pluviometria da Estação A621, Vila Militar Janeiro 2018 Fonte: Site INMEP 1.3 METODOLOGIA A pesquisa será por levantamento de dados em revisão bibliográfica e pesquisa de campo. Em um primeiro momento, serão coletadas informações sobre índices pluviométricos da região objeto de estudo no site do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia). Os projetos de drenagem da área serão consultados no acervo disponível na sede da Rio Águas, onde constam as redes de águas pluviais do Estado do Rio de Janeiro. Em posse destes dados e da planta baixa da via em questão, com o auxílio de referências teóricas de publicações de livros do acervo da Universidade Veiga de Almeida e de outras instituições. Em conjunto, será feita pesquisa de campo, para averiguação de possíveis patologias. Após todo este levantamento, será feita uma avaliação e apresentada uma proposta de solução viável para o caso. 17 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 O CICLO HIDROLÓGICOIndispensável para a vida no planeta, a água pode ser encontrada nos estados líquido, sólido ou gasoso. Ela circula de forma contínua, podendo ser encontrada na natureza em rios, lagos, mares, oceanos, em camadas subterrâneas do solo ou em geleiras. O ciclo hidrológico (Figura 5) pode ser definido como o processo permanente de transformação e circulação da água na natureza. Essa transformação e circulação são impulsionadas essencialmente pela energia solar em associação com a gravidade e a rotação da Terra e determina variações climáticas (CARVALHO & SILVA, 2006). Os processos envolvidos no ciclo hidrológico são: evaporação, condensação, precipitação, infiltração e transpiração. Destes processos, a precipitação possui maior importância no desenvolvimento deste trabalho pois, uma das formas de precipitação é a chuva. Figura 5 – Ciclo Hidrológico Fonte: (BRAGA, et al., 2005) 18 2.2 REGIÃO HIDROGRÁFICA De acordo com a Resolução Nº 32, de 15 de outubro de 2003, do Ministério do Meio Ambiente, o Brasil é dividido por doze Regiões Hidrográficas (Anexo I). Segundo a Resolução Nº32 do Ministério do Meio Ambiente (2003, p. 01) Considera-se como região hidrográfica o espaço territorial brasileiro compreendido por uma bacia, grupo de bacias ou sub- bacias hidrográficas contíguas com características naturais, sociais e econômicas homogêneas ou similares, com vistas a orientar o planejamento e gerenciamento dos recursos hídricos. A área estudada neste trabalho está situada na Região Hidrográfica Atlântico Sudeste que é formada pelas bacias hidrográficas de rios que deságuam no Atlântico no trecho Sudeste. Esta região possui cinco Unidades Hidrográficas (Figura 6). A Unidade Hidrográfica que iremos abordar é a Unidade Litorânea SP RJ, atendendo a uma população total de 2.711.141 milhões, com área aproximada de 30688 ha (Tabela 1). Figura 6 – Unidades Hidrográficas da RH Atlântico Sudeste e principais cidades Fonte: (AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS, 2015) 19 Tabela 1 - Caracterização Geral da RH do Atlântico Sudeste Unidades Hidrográfica Área aprox. (ha) Sedes municípios (nº) Pop Urbana (milhões) Pop Rural (milhões) Pop Total (milhões) Doce 85.147 210 15.022.062 246.826 15.268.888 Litorânea RJ ES 22.685 51 378.659 199.409 578.068 Litorânea SP RJ 20.688 51 2.419.993 351.148 2.771.141 Paraíba do Sul 60.729 165 2.506.105 846.679 3.352.784 Ribeira de Iguape 24.916 29 5.669.870 595.685 6.265.555 Fonte: (AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS, 2015) 2.3 PRECIPITAÇÃO Segundo TUCCI (1993 p. 177), precipitação é toda água vinda da atmosfera que alcança a superfície terrestre. O estado em que a água se encontra é o que vai diferenciar o tipo de precipitação, podendo vir em forma de neblina, chuva, granizo, saraiva, orvalho, geada ou neve. As principais características da precipitação são o seu total, sua duração e sua distribuição no espaço e no tempo. A chuva é o tipo de precipitação mais importante para a hidrologia pois tem grande capacidade em produzir escoamento superficial. 2.4 ESCOAMENTO SUPERFICIAL Escoamento superficial é a fase do ciclo hidrológico que trata das águas que se deslocam sobre a superfície terrestre. É um dos elementos mais importante para os dimensionamentos hidráulicos. É o excedente de precipitação que não consegue se infiltrar no terreno devido a impermeabilidade ou saturação do solo, passando a se deslocar livremente na superfície do terreno pela ação da gravidade, seguindo seu declive (CARVALHO & SILVA, 2006). 20 2.5 PERMEABILIDADE DO SOLO A permeabilidade é a propriedade que o solo apresenta de permitir o escoamento da água através dele, sendo o seu grau de permeabilidade expresso numericamente pelo "coeficiente de permeabilidade". (CAPUTO, 1988) O coeficiente de permeabilidade é feito baseado na Lei de Darcy (Equação 1), do engenheiro francês Henry Darcy, que propôs em 1856 que a velocidade de percolação (𝑉 = 𝑄 𝐴⁄ ) é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico (𝑖 = ℎ 𝐿⁄ ). Equação 1 – Lei de Darcy 𝑄 = 𝑘 ℎ 𝐿 𝐴 ∴ 𝑄 = 𝑘. 𝑖. 𝐴 O coeficiente de permeabilidade varia de acordo com o tipo de solo, índice de vazios e temperatura. Sua determinação pode ser feita por meio de formulas, em laboratório ou in loco. 2.6 LENÇOL FREÁTICO As águas pluviais, ao se infiltrarem por gravidade no terreno, circulam entre os vazios dos solos e das rochas, por meio dos poros, fraturas ou cavidades. No início da infiltração, elas passam pela zona não saturada – ZNS, situada abaixo da superfície topográfica e acima do nível freático (Figura 7). Nessa zona, os poros possuem vazios preenchidos parcialmente por água e ar. Parte das águas pluviais que se infiltraram evapora ou é absorvida pelas raízes das plantas. As águas que não evaporarem ou não forem absorvidas pelas plantas, continuarão se movimentando por meio de gravidade até chegarem em regiões mais profundas onde todos os vazios são constituídos por água e lá se 21 acumularão, a zona saturada – ZS. A água que circula nessa zona é denominada de água subterrânea. O limite entre estas duas zonas é chamado de lençol freático. Pode haver variação de sua profundidade ao longo do ano, por sofrer ação da variação do clima. Em período de maior incidência de chuva, há maior infiltração de água e o nível do lençol freático se eleva. Em período de estiagem, devido à redução de infiltração de águas pluviais e um maior processo de evapotranspiração, o nível da água tenderá a ficar mais profundo. Figura 7 – Distribuição da água em subsuperfície Fonte: (IRITANI & EZAKI, 2009) 2.7 DRENAGEM O sistema de drenagem é o principal meio de escoamento de água superficiais. Caso não haja um bom sistema de drenagem, as chuvas podem 22 causar sérios danos às cidades e, consequentemente à população. O sistema é dividido em microdrenagem e macrodrenagem O termo drenagem urbana é entendido [...] como o conjunto de medidas que tenham por objetivo minimizar os riscos a que as populações estão sujeitas, diminuir os prejuízos causados por inundações e possibilitar o desenvolvimento urbano de forma harmônica articulada e sustentável. (TUCCI, 2001, p805) 2.7.1 Sistema de Microdrenagem A microdrenagem é a rede primária de condução de águas pluviais. Ela é a responsável por coletar as águas de escoamento superficial e transportá-las até a macrodrenagem e, para desempenhar esse papel, ela faz uso de diversos dispositivos de drenagem (Figura 8). As ruas são de grande importância no escoamento das águas pluviais pois, são a grande responsável por direcionar esse escoamento até as sarjetas que as conduzirão até um dispositivo de captação. Figura 8 – Esquema de drenagem urbana Fonte: (MORAES, 2015) Iremos abordar apenas os dispositivos que compõe a área objeto de estudo: guias, sarjetas, caixa ralo, tubos e galerias de condução e poços de visita. 23 2.7.1.1 Guias Feitas de granito ou concreto pré-moldado, são responsáveis por limitar o passeio do leito carroçável. São confeccionadas de diversos tamanhos. 2.7.1.2 Sarjetas Usadas para fixar as guias, são responsáveis por conduzir as águas pluviais até os dispositivos de captação. Confeccionadas de concreto simples moldados in loco ou de paralelepípedo argamassados. 2.7.1.3 Caixa Ralo Dispositivo responsável por captar verticalmente as águas de escoamento pluvial, que são direcionadas pelas sarjetas. Este dispositivo é formado por grelha, caixa de recepção e tubo de ligação de água ao sistema principal. 2.7.1.4 Tubos e galerias de condução São responsáveis por conduzir as águas de escoamento superficial até a jusante. São tradicionalmente feitos de concreto (simples ou armado),sendo encontrado atualmente no mercado, tubos corrugados de PEAD, que possui alta resistência mecânica e facilidade de instalação. 24 2.7.1.5 Poços de visita Tem por finalidade permitir a inspeção dos tubos e galerias de condução de águas pluviais, bem como permitir a limpeza e desobstrução das mesmas. Também são construídas quando existe mudança de diâmetro dos tubos, mudança da direção da galeria, trechos muito longos e em cruzamentos de ruas. 2.7.2 Sistema de Macrodrenagem A macrodrenagem é o destino do sistema de microdrenagem, é para lá vão as águas captadas pelas caixas ralos e eu foram conduzidas pelos tubos e galerias de condução. Formada por córregos e rios que estão localizados nos talvegues, é a rede de drenagem natural, pré-existente à urbanização. Esses rios e córregos podem receber ser modificadas por meio de canalizações, barragens, diques e outras (AQUAFLUXUS, 2013). 25 3 ESTUDO DE CASO Nosso estudo de caso está localizado na Rua General Alcindo (Figura 9), localizada no bairro da Vila Militar no município do Rio de Janeiro. O bairro tem pouco mais de 100 anos e teve sua origem quando Marechal Hermes da Fonseca decidiu transferir os seis batalhões do primeiro e segundo Regimento de Infantaria de São Cristóvão para um local de fácil interligação com as unidades de Realengo. Ela surge no período do governo de Afonso Pena, da desapropriação das fazendas de Engenho de Sapopemba e de Gericinó, (MRS ESTUDOS AMBIENTAIS LTDA, 2012). Figura 9 – Contorno da Rua General Alcindo Fonte: Adaptação Google Earth Baseado no EIA (Estudo de Impacto Ambiental) feito pela MRS para a execução do corredor viário Transolímpico, os tipos de solo característicos da região são o Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico abrupto ou típico e o Planossolo Háplico distrófico típico ou arênico (ANEXO II). 3.1 PESQUISA DE CAMPO Em um primeiro momento, foi feito consulta ao acervo digital do Rio-Águas afim de obter projetos da rede de drenagem da Rua General Alcindo, rua objeto de nosso estudo. Por se tratar de área militar, não foram encontrados acervos 26 relevantes quanto o histórico da rede de drenagem. No entanto, foram localizados os projetos executivos da rede de drenagem relacionado a construção da TransOlímpica, onde foi possível identificar todo o caminhamento e desague da mesma no Rio Marangá. Além dos projetos executivos, também foi localizado um relatório técnico para o V Jogos Mundiais Militares, onde é relatado o problema de drenagem da Rua General Alcindo, mostrando que o problema não é algo novo (ANEXO III). A via tem pouco mais de 250m de extensão com duas pistas de 5m cada e um canteiro central de aproximadamente 3,5m, além de dois passeios, um com 4,70m de largura e outro com 3m. Em visita de campo, constatou-se que a rede de drenagem da via existente antes da construção da TransOlímpica encontra- se totalmente obstruída (Figura 10), tornando-a inutilizável. Figura 10 – Caixa Ralo obstruída Fonte: Acervo pessoal. Toda a água de chuva que passa na via, tem seu escoamento feito por duas bocas de lobo criadas no fim da via durante as obras de construção da TransOlímpica (Figura 11). Figura 11 – Caixas-Ralo criadas na via de acesso ao BRT Vila Militar Fonte: Acervo pessoal. 27 Essas duas bocas de lobo, que estão interligadas por meio de um tubo de 200mm, não suportam a vazão do escoamento superficial de toda a via, ocasionando a inundação da mesma, fazendo com que parte significativa das águas pluviais escoem para a pista da TransOlímpica, sobrecarregando o sistema para ela projetado. No trecho analisado da TransOlímpica, não foi possível evidenciar uma rotina de manutenção na rede de drenagem (Figuras 12 e 13). Figura 12 – Dispositivo de drenagem sem manutenção Fonte: Acervo pessoal. Figura 13 – Dispositivo de Drenagem sem manutenção Fonte: Acervo pessoal. 28 No site do INMET, foram obtidos os dados da estação pluviométrica mais próxima da região estudada (Figura 14) e os dados pluviométricos dos últimos 10 anos (ANEXO IV), informação essencial para o dimensionamento do sistema de drenagem. Figura 14 – Dados da Estação Pluviométrica da Vila Militar Fonte:http://www.inmet.gov.br em 24/09/2018 3.2 ABORDAGEM DAS POSSÍVEIS SOLUÇÕES Em face a todos os problemas observados na via, é possível dizer que se faz necessário a substituição de toda a rede de drenagem que foi construída antes das obras da TransOlímpica. Uma opção de correção no sistema de drenagem já levantada (ANEXO III), seria levar essa drenagem até a Vala da Vila Militar, vala essa que precisa ser dragada e ter sua seção ampliada na parte canalizada. Além de geração de grandes custos, essa intervenção irá colaborar com a sobrecarga do sistema da micro e macrodrenagem. Tendo em vista os grandes custos que a substituição da rede de drenagem obstruída iria gerar, bem como a sobrecarga que a mesma poderia 29 gerar ao sistema, buscamos alternativas de drenagens de baixo impacto, que fossem capazes de diminuir as vazões escoadas, sem a necessidade da criação de uma nova rede, amortecendo os alagamentos e aliviando o sistema de drenagem tradicional já instalado. As propostas de soluções aqui tratadas, estão voltadas para o controle de drenagem na fonte. Este tipo de drenagem, compensa as alterações feitas ao meio ambiente pelo homem, deixando o local o mais próximo possível do seu estado natural, contribuindo para a reconstrução da vazão de pré-ocupação. Esse tipo de sistema tem como princípio a percolação e posterior infiltração das águas pluviais no solo, recompondo o lençol freático, reduzindo a demanda dos sistemas de microdrenagem e desafogando a macrodrenagem. Dois fatores são de suma importância para este tipo de sistema: a permeabilidade do solo e o nível do lençol freático. Esses dois fatores são determinantes para a viabilidade de qualquer sistema de controle de drenagem na fonte pois vão influenciar na velocidade da infiltração da água no solo. Dentre os sistemas de controle na fonte, podemos citar: Jardim de Chuva, Trincheira de Infiltração e Pavimento Permeável. 3.2.1 Jardim de Chuva Também conhecido como Sistema de Biorretenção (Figura 15), são canteiros formados pelo rebaixamento do solo, com aberturas em seu entorno, possibilitando a entrada e retenção provisória das águas pluviais que irão se infiltrar no solo gradualmente. Figura 15 - Jardim de Chuva Fonte: Soluções para cidades 30 De acordo com a publicação do site Soluções para Cidades, Projeto Técnico: Jardins de Chuva, o solo precisa ter capacidade de infiltração entre 7 e 200mm/h e, o nível de lençol freático deve estar até 1m do fundo do dispositivo, caso contrário, torna-se inviável o uso de Jardim de Chuva. Esse sistema, além de reduzir o volume do escoamento superficial por meio da infiltração da água no solo, gerando alívio no sistema convencional de drenagem e a redução das inundações nas bacias, contribui com o paisagismo das ruas e colabora com a remoção de sedimentos e poluentes das águas por meio das atividades das plantas e micro-organismos, devolvendo ao sistema uma água mais limpa. O risco de contaminação de aquífero, a possibilidade de colmatação, a necessidade de disponibilidade de área para implantação e a impossibilidade de implantação na presença de instalações subterrâneas são algumas desvantagens deste sistema. 3.2.1.1 Dimensionamento do Jardim de Chuva De acordo com CHRISTENSEN & SCHMIDT (2008, apud Melo, 2011, p. 36), o dimensionamento do Jardim de Chuva é feito por meio de uma porção de 5% a 20% da superfície impermeável. • Área a ser drenada (𝐴 = 𝑚2) 𝐴 = (258 × 20) − 609 ∴ 𝐴 = 4551𝑚² • Área Jardim de Chuva (𝐴𝑗𝑎𝑟𝑑𝑖𝑚= 𝑚 2) 𝐴𝑗𝑎𝑟𝑑𝑖𝑚 = 𝐴 × 5% ∴ 𝐴𝑗𝑎𝑟𝑑𝑖𝑚 = 4551 × 5% ∴ 𝐴𝑗𝑎𝑟𝑑𝑖𝑚 = 227,55𝑚² O único local disponível para a implantação do Jardim de Chuva em nossa área de estudo seria o passeio com cerca de 4,80m de largura e 256m de extensão. Seria necessária a utilização de uma área de pelo menos 2m de 31 largura e 115m de extensão deste passeio e neste percurso, existem várias árvores e instalações subterrâneas, o que torna este dispositivo inviável para o nosso estudo de caso. 3.2.2 Pavimento Permeável Esse tipo de pavimento possui uma norma específica que estabelece requisitos mínimos e todos os procedimentos para aplicação desse tipo de pavimento, a NBR (Norma Brasileira Regulamentadora) 16416:2015. Fabricados em concreto, este tipo de pavimento pode ser utilizado em passeios, estacionamento e vias de tráfego leve. Podem ser encontrados em peças de concreto intertravadas, placas de concreto ou pavimento de concreto moldado in loco (Figura 16). Figura 16 – Piso Intertravado Permeável com Juntas Alargadas Fonte: http://oterprem.com.br As áreas pavimentadas com esse tipo de pavimento são consideradas como 100% permeáveis. Sua permeabilidade se dá pelos espaços livres na sua http://oterprem.com.br/ 32 estrutura, por onde a água vai percolar. Para que o pavimento tenha eficiência, é de extrema importância que o mesmo seja construído sobre uma estrutura que também permita a percolação e/ou o acúmulo temporário das águas pluviais. Desta forma, as camadas de base e sub-base devem ser construídas de material de granulometria aberta, com índice de vazios de no mínimo 32%. Para que o sistema seja dimensionado, é necessário ter conhecimentos dos dados pluviométricos da região, do tipo de tráfego e das características do solo. Além de permitir a infiltração da água ele é um pavimento de fácil manutenção e possibilita uma boa urbanização. Não é aconselhado sua aplicação em ruas de tráfego intenso e/ou de carga pesada, pois pode pôr em risco a eficiência do sistema. Como qualquer outro tipo de dispositivo controle de drenagem na fonte, possui a desvantagem da possibilidade de contaminação do lençol freático por contaminação da água drenada e a necessidade de manutenção preventiva para evitar o entupimento dos vazios. 3.2.2.1 Dimensionamento do Pavimento Permeável O procedimento adotado por CIRIA (1996, apud Prefeitura Municipal de Porto Alegre, 2005; p.45) pode ser adaptado para os projetos de pavimentos permeáveis. Por ele conseguimos dimensionar a profundidade máxima do dispositivo. • Coeficiente de Infiltração de projeto (𝑞𝑝𝑟𝑜𝑗 = 𝑚 ℎ)⁄ Equação 2 – Coeficiente de Infiltração de projeto 𝑞𝑝𝑟𝑜𝑗 = 𝑞 𝐹𝑆 Como não foi possível fazer ensaios de taxa infiltração do solo, estaremos utilizando a taxa de infiltração para o solo característico da região - Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico e o Planossolo Háplico distrófico. 33 Conforme Sartori (2005), esses solos se enquadram nos Grupos Hidrológico B e D respectivamente (Tabela 2). Tabela 2 – Valores típicos de taxas de infiltração Grupo Hidrológico do Solo Taxa de Infiltração (mm/h) lo (inicial) lb (solo saturado) A 254,0 25,4 B 203,2 12,7 C 127,0 6,35 D 76,2 2,54 Fonte: (PREFEITURA MUNICIPAL DE PORTO ALEGRE, 2005) Como os dois tipos de solo são bem distintos, e não há como precisar o tipo de solo na área estudada, vamos estar utilizando a taxa de infiltração do Grupo Hidrológico C, que está mais próximo ao mínimo recomendado para implantação de dispositivos de infiltração (6,35mm/h). Tabela 3 – Fator de Segurança para coeficiente de infiltração Área a ser drenada m² Consequência da falha do dispositivo de infiltração Nenhum dano ou inconveniência Inconveniência menor, como alagamento de um estacionamento Danos à construção ou estrutura, inconveniência maior, como inundações em estradas <100 1,50 2 10 100 a 1000 1,50 3 10 >1000 1,50 5 10 Fonte: CIRIA (1996, apud Prefeitura Municipal de Porto Alegre, 2005; p.40) Como a região já conta com um sistema de drenagem que capta parte das águas pluviais, não estaremos utilizando 1,5 como FS. 𝑞𝑝𝑟𝑜𝑗 = 0,00635 1,5 ∴ 𝑞𝑝𝑟𝑜𝑗 = 4,23 × 10 −3 • Área a ser drenada (𝐴 = 𝑚2) 𝐴 = (258 × 20) − 609 ∴ 𝐴 = 4551𝑚² 34 • Porosidade efetiva do material de preenchimento 𝜑 = 40% (𝑇𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎 4) Tabela 4 – Porosidade efetiva para materiais típicos Material Porosidade (%) Pedras britadas (Blasted rock) 30 Pedras britadas uniformemente graduadas 40 Pedras graduadas maiores que 19mm 30 Areia 25 Pedregulho 15-25 Fonte: Urbonas e Stahre (1993, apud Plínio Tomaz, 2010, p. 17-1) • Área base do sistema de infiltração (𝐴𝑏 = 𝑚 2) 𝐴𝑏 = (258𝑥20) − 609 ∴ 𝐴𝑏 = 4551𝑚² • Razão de Drenagem 𝑅 = 𝐴 𝐴𝑏 𝑅 = 4551 4551 ∴ 𝑅 = 1 • Intensidade da chuva (𝐼 = 𝑚 ℎ⁄ ) Figura 17 – Maior precipitação da estação A621 de 2008 a 2017 Fonte: (INMET, s.d.) 35 𝐼 = 64𝑚𝑚/ℎ ∴ 𝐼 = 0,064 𝑚/ℎ • Profundidade máxima do dispositivo (ℎ𝑚á𝑥 = 𝑚) Equação 3 – Profundidade máxima do dispositivo (Pavimento Permeável) ℎ𝑚á𝑥 = 𝑡 𝜑 × (𝐼 − 𝑞) ℎ𝑚á𝑥 = 1 0,40 × (0,064 − 4,23 × 10−3) ∴ ℎ𝑚á𝑥 = 0,15𝑚 • Tempo de esvaziamento (6ℎ ≥ 𝑡𝑒𝑠𝑣 ≤ 12ℎ) Equação 4 – Tempo de esvaziamento dispositivo Pavimento Permeável 𝑡𝑒𝑠𝑣 = 𝜑 × ℎ𝑚á𝑥 𝑞 𝑡𝑒𝑠𝑣 = 0,40 × 0,26 4,23 × 10−3 ∴ 𝑡𝑒𝑠𝑣 = 14,12ℎ 𝑡𝑒𝑠𝑣 > 12ℎ 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎, 𝑠𝑒𝑟á 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠á𝑟𝑖𝑜 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑟 𝑝𝑎𝑟𝑎 ℎ 𝑢𝑚 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑎 0,13𝑚 3.2.2.2 Custos com materiais Tabela 5 – Quantitativo e valores de materiais para implantação do Piso Permeável Insumo Quantidade Fornecedor Valor unitário (R$) Valor total/ item (R$) Brita 3 546 m³ Pedreira Bangu R$ 60,00 R$ 32.760,00 Areia média lavada 137 m³ Preço médio R$ 69,90 R$ 9.576,30 Manta Geotextil 4551 m² Geomaks R$ 3,35 R$ 15.245,85 Piso intertravado junta alargada 4551 m² Oterprem R$ 65,00 R$ 295.815,00 Custo total R$ 353.397,15 36 3.2.3 Trincheira de Infiltração São dispositivos lineares, constituídos por valetas longas e estreitas, preenchidas com material granular, com porosidade em torno de 35% (brita, pedra de mão e outros). O material granular é revestido por manta geotêxtil, que funciona como filtro, reduzindo o risco de colmatação por materiais finos e funcionando também como filtro anti-contaminante, melhorando a qualidade das águas no lençol freático (Figura 18). Figura 18 – Corte de uma Trincheira de Infiltração Fonte: CIRIA (1996, apud Prefeitura Municipal de Porto Alegre, 2005; p.59) Seu princípio de funcionamento é o armazenamento temporário das águas pluviais nos vazios do material de preenchimento da trincheira, com posterior infiltração no solo, retardando ou mesmo evitando enchentes. Tem como vantagem a redução do escoamento superficial e amortecimento em função do armazenamento e como desvantagem a redução da eficiência do sistema ao longo do tempo devido aos materiais sólidos que podem ser drenados para o sistema. 37 3.2.3.1 Dimensionamento da Trincheira de Infiltração O método de dimensionamento de trincheira de infiltração é o de CIRIA (1996, apud Prefeitura Municipal de Porto Alegre, 2005; p.53). Por ele, conseguimos calcular a profundidade máxima do dispositivo conforme as particularidades do projeto. • Coeficiente de Infiltração de projeto (𝑞𝑝𝑟𝑜𝑗 = 𝑚 ℎ)⁄ 𝑞𝑝𝑟𝑜𝑗 = 4,23 × 10 −3 • Área a ser drenada (𝐴 = 𝑚2) 𝐴 = 4551𝑚² • Porosidade efetiva do material de preenchimento𝜑 = 1 (𝑇𝑟𝑖𝑛𝑐ℎ𝑒𝑖𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎çã𝑜) • Área base do sistema de infiltração (𝐴𝑏 = 𝑚 2) Será utilizando trincheira em ambos os lados da via, com extensão de 250m para cada lado e largura de 60cm. 𝐴𝑏 = 500𝑥0,60 ∴ 𝐴𝑏 = 300𝑚² • Perímetro do sistema de infiltração (𝑃 = 𝑚) 𝑃 = 2𝑥(500 + 0,6) ∴ 𝑃 = 1001,20𝑚 38 • Índice b Equação 5 – Índice b 𝑏 = 𝑃 × 𝑞 𝐴𝑏 × 𝜑 𝑏 = 1001,20 × 4,23 × 10−3 300 × 1 ∴ 𝑏 = 14,13 × 10−3 • Intensidade da chuva (𝐼 = 𝑚 ℎ⁄ ) 𝐼 = 0,064 𝑚/ℎ • Índice a Equação 6 – Índice a 𝑎 = 𝐴𝑏 𝑃 − 𝐴 × 𝐼 𝑃 × 𝑞 𝑎 = 300 1001,20 − 4551 × 0,064 1001,20 × 4,23 × 10−3 ∴ 𝑎 = −68,42 • Profundidade máxima do dispositivo (ℎ𝑚á𝑥 = 𝑚) Equação 7 – Profundidade máxima do dispositivo ℎ𝑚á𝑥 = 𝑎 × (𝑒 −𝑏×𝑡 − 1) ℎ𝑚á𝑥 = −68,42 × (𝑒 −14,13×10−3 − 1) ∴ ℎ𝑚á𝑥 = 0,96𝑚 • Tempo de esvaziamento da metade (𝑡𝑒𝑠𝑣 < 24ℎ) Equação 8 – Tempo de esvaziamento da metade 𝑡𝑒𝑠𝑣 = 𝜑 × 𝐴𝑏 𝑞 × 𝑃 × 𝑙𝑛 × ( ℎ𝑚á𝑥 + 𝐴𝑏 𝑃 ℎ𝑚á𝑥 2 + 𝐴𝑏 𝑃 ) 39 𝑡𝑒𝑠𝑣 = 1 × 300 4,23 × 10−3 × 1001,20 × 𝑙𝑛 × ( 0,96 + 300 1001,20 0,96 2 + 300 1001,20 ) ∴ 𝑡𝑒𝑠𝑣 = 20,94ℎ 𝑡𝑒𝑠𝑣 < 24ℎ 𝑜𝑘‼! 3.2.3.2 Custo com Materiais Tabela 6 – Quantitativo e valores de materiais para implantação da Trincheira de Infiltração Insumo Quantidade Fornecedor Valor unitário (R$) Valor total/ item (R$) Brita 3 288 m³ Pedreira Bangu R$ 60,00 R$ 17.277,31 Manta Geotextil 1600 m² Geomaks R$ 3,35 R$ 5.360,00 Areia média lavada 9 m³ Preço médio R$ 69,90 R$ 629,10 Piso intertravado junta alargada 300 m² Oterprem R$ 65,00 R$ 19.500,00 Custo total R$ 42.766,41 40 4 CONCLUSÃO Tendo em vista o panorama dos alagamentos na via, foi feita pesquisa de campo onde pode ser constatado que a principal causa é a falta de uma rede de drenagem em condições de uso ao longo da via. O único equipamento de coleta de escoamento superficial em funcionamento encontra-se no final da via. A fim de encontrar uma solução para este problema, este trabalho abordou três propostas de drenagem alternativa, voltadas para controle de drenagem na fonte. Esse tipo de sistema permite que as águas pluviais que antes escoariam pela superfície do terreno devido a impermeabilidade do solo passem a se infiltrar, desafogando a microdrenagem e a jusante. Os cálculos de dimensionamento dos sistemas de controle de drenagem na fonte aqui feitos não levaram em consideração a rede de drenagem existente. Assim sendo, os dispositivos de drenagem na fonte serão capazes de absorver todo o escoamento superficial gerado pela via, mostrando-se eficiente mesmo sem a rede de drenagem convencional, desde que seja feita manutenção apropriada no sistema. É importante salientar que, antes da implantação de qualquer sistema de drenagem na fonte, se faz necessário o estudo da permeabilidade do solo da região e do conhecimento do nível do lençol freático pois são fatores que podem inviabilizar sua utilização. Mediante as duas opções viáveis, a Trincheira de Infiltração mostrou ser a com menor custo de materiais. Seu sistema construtivo simples, possui rápida construção, desta forma, terá menor custo de mão de obra e equipamentos, mostrando-se a opção mais viável para implantação na área de estudo. Tendo em vista que essas medidas, além de reduzirem as vazões de escoamento e de lançamento, também implicam em soluções mais verdes e convenientes para o meio ambiente urbano contemporâneo. 41 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABCP; FCTH, s.d. Soluções para cidades. [Online] Available at: http://solucoesparacidades.com.br/saneamento/4-projetos- saneamento/jardins-de-chuva/ [Acesso em 2018]. ABNT, 2015. NBR 16416:2015, Rio de Janeiro: ABNT. 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