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Este documento discute a importância dos concretos permeáveis no controle do escoamento superficial de águas pluviais em áreas urbanizadas. Ao reduzir a velocidade do escoamento e aumentar a infiltração, esses concretos ajudam a reter e reutilizar água, prevenir inundações e melhorar a qualidade da água. Além disso, os concretos permeáveis apresentam resistência à compressão e podem reduzir a área de contato da água com o solo, aumentando o volume do escoamento superficial.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de aula
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Monografia apresentada à banca examinadora da Faculdade de Engenharia Civil, do Instituto Tecnológico de Caratinga (ITC MG), como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil, sob orientação Profª. Dra. Aline Rodrigues Soares.
Os prejuízos devidos às inundações na drenagem urbana nas cidades brasileiras têm aumentado exponencialmente, reduzindo a qualidade de vida e o valor das propriedades. Este processo é decorrente da urbanização e da consequente impermeabilização junto com a canalização do escoamento pluvial. As obras e o controle público da drenagem têm sido realizados por uma visão local e setorizada dos problemas, gerando mais impactos do que os pré-existentes e desperdiçando os parcos recursos existentes nas cidades. Tucci (2003). De acordo com a Associação Brasileira das Empresas de Serviço de Concretagem, o Concreto Permeável auxilia na recuperação da capacidade de infiltração do solo perdida com o avanço das áreas urbanas. Isto é, diminui os riscos de enchentes e recupera áreas degradadas. Permite recarregar os aquíferos subterrâneos e reduz a velocidade do escoamento das águas pluviais. Nas áreas urbanas, promove ganho ambiental e econômico. Diante da necessidade de se buscar soluções preventivas e eficientes para o problema, a utilização de concretos permeáveis se mostra como uma alternativa, com bons resultados comprovados em diferentes regiões do mundo. Estudos publicados recentemente indicam que essas soluções têm permitido o controle efetivo do escoamento superficial tanto em termos de vazões máximas quanto de volumes escoados, além da melhoria da qualidade da água pluvial. O concreto permeável, além de possuir uma enorme velocidade de percolação da água, também apresenta outra propriedade interessante, que é a capacidade de retenção de água dentro da massa de concreto. O objetivo deste estudo foi verificar a correlação entre as propriedades do concreto permeável utilizado na drenagem urbana e a funcionalidade do mesmo a fim de comprovar sua viabilidade técnica. As misturas de concreto permeável desenvolveram resistências de compressão axial na escala de 7,8 MPa ao sétimo dia, 12,7 MPa ao décimo quarto dia e 19,7 MPa ao vigésimo oitavo dia. A taxa de fluxo típica para a água através do concreto permeável, teve como média 261 L/m² /min. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão axial e ensaio de vazão de permeabilidade, comprovaram a viabilidade do concreto permeável, estando dentro dos padrões limites para o concreto em estudos.
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“Acioli (2005) afirma que os atuais sistemas de drenagem se encontram ultrapassados, não atendendo mais as necessidades dos centros urbanos, que, claramente, se estenderam para além dos seus limites, comprometendo todo o fluxo das águas na bacia. O seu funcionamento tem base no rápido afastamento do excedente pluvial, que simplesmente encaminha o problema de m ponto da cidade (montante) a outro (jusante). As consequências disso são: aumento das vazões de pico, aumento do volume escoado, redução do tempo de escoamento e ocorrência de cheias e enxurradas. Todos esses fatores acabam por elevar a gravidade das inundações, devido a uma gama enorme de consequências, desde danos estruturais até problemas de saúde pública.”
“Tucci (2001) entende que, durante o processo deurbanização das grandes cidades, onde o solo natural foi substituído por concreto e asfalto, houve uma perda da infiltração natural das águas pluviais nesse solo. Para permitir o escoamento dessas águas foram construídos canais e tubulações, resultando em altos custos e em um considerável impacto sobre o meio ambiente. As dimensões necessárias para a drenagem dessas águas têm relação direta com a vazão e, consequentemente, há um alto custo nessas instalações, que aumenta à medida que o processo de impermeabilização continua. Para tentar reduzir esses custos, e evitar os impactos a essa questão, a melhor opção seria a criação de sistemas que permitissem que as águas pluviais se infiltrassem novamente no solo.”
“Suderhsa (2002, apud Acioli, 2005) afirma que, para se tentar reverter o quadro de problemas de drenagem, além de modernização da drenagem urbana, devem-se gerenciar as águas pluviais na fonte da geração do escoamento superficial, não mais encaminhando o problema para outro setor da cidade.”
O uso de pavimentos que possibilitam a infiltração de água para o solo não visa resolver o problema das enchentes, que muitas vezes são decorrentes da ocupação indevida das várzeas dos rios, mas sim colaborar para diminuir as inundações. Este tipo de estrutura irá colaborar com a evacuação das águas pluviais pela diminuição de áreas impermeáveis que aumentam em muito o acúmulo de águas na superfície e demandam a necessidade de enormes sistemas de escoamento que muitas vezes não são insuficientes ou sofrem problemas de entupimento vindo a resultar no fenômeno da inundação. Este tipo de pavimento, também colabora na reposição dos níveis de lençóis freáticos o que desperta a atenção de organizações de proteção ao meio ambiente. Segundo Febestral, 2005:
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“O princípio de funcionamento das estruturas de pavimentos permeáveis está fundado em três elementos. As águas decorrentes de chuvas são estocadas nos vazios dos blocos permeáveis e nos vazios da estrutura do pavimento que posteriormente se infiltram no solo do subleito em função de seu grau de permeabilidade e a quantidade de água que não se infiltra é evacuada por sistemas tradicionais de escoamento.”
O presente projeto propõe a utilização de um método com princípios diferentes do método tradicionalmente usado. Sendo que os métodos tradicionalmente usados para escoar as águas pluviais, tais como calhas, sarjetas, bocas de lobo e tubulações enterradas, não colaboram para uma gestão eficaz da questão das cheias, pois não resolvem a questão da falta de infiltração e terminam simplesmente transferindo o problema para a jusante (foz/baixadas). Já o método proposto neste projeto colabora para uma gestão eficaz da questão das cheias, sendo o método, o uso de concretos permeáveis, que são um tipo de pavimento altamente eficiente, que não só podem ajudar na infiltração, mas também atuar como reservatórios temporários de um considerável volume de água, por isso, considera-se que os mesmos podem ter um papel fundamental na gestão de águas pluviais. A alta permeabilidade é, portanto, a principal razão porque esse material está sendo investigado e produzido nos dias atuais. Quando o concreto permeável é utilizado em pavimentação externa, a água da chuva pode infiltrar diretamente no solo, diminuindo a vazão que segue para o sistema de drenagem urbano. Além disso, a sua adoção também contribui para a manutenção dos aquíferos subterrâneos e à redução da velocidade e da quantidade do escoamento superficial dessas águas. E, por permitir a infiltração natural das águas pluviais, ele acaba contribuindo para um uso mais eficiente do solo, pois não são mais necessárias obras de drenagem, como pontos de retenção, valas, tubulações e outros mais. Esse sistema de drenagem pode resolver o problema das enchentes urbanas, pois com seu alto poder de permeabilidade juntamente com um preparo adequado da superfície onde o mesmo ganha alta capacidade retenção de água diminuindo o volume pico das enchentes. Em casos onde a vazão da aguas for maior que a capacidade de infiltração do solo, pode se construir estruturas que armazenem a água por um período, até que passe o maior volume de precipitação com as mesmas sendo esvaziadas aos poucos, após o pico de vazão da bacia. Outra grande característica que esse sistema nos proporciona é a não movimentação do lixo, pois nesse sistema não ocorrem fluxos de agua que levariam esses resíduos até o leito dos rios, e entra também como um grande ponto positivo a filtragem natural da água da chuva, pois além do próprio pavimento poroso ter características filtrantes sua base é
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A tendência moderna na área de drenagem urbana é a busca da manutenção das condições de pré-desenvolvimento, atuando-se na fonte da geração do escoamento superficial. Para tanto, devem ser utilizados dispositivos de acréscimo de infiltração e de aumento do retardo do escoamento. Um tipo de dispositivo utilizado com este fim é o pavimento permeável, que é capaz de reduzir volumes de escoamento superficial e vazões de pico a níveis iguais ou até inferiores aos observados antes da urbanização. Como hipótese, de acordo com a revisão bibliográfica a utilização do concreto permeável na drenagem urbana é viável, comprovadamente através dos ensaios que serão realizados. O objetivo geral deste estudo foi verificar a correlação entre as propriedades do concreto permeável utilizado na drenagem urbana e a funcionalidade do mesmo a fim de comprovar sua viabilidade técnica. E os objetivos específicos foram a Realização de ensaios para caracterizar um padrão viável para o concreto permeável; e a analise dos aspectos positivos e os resultados obtidos nos ensaios de laboratório do concreto permeável, integrando com os aspectos ambientais.
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Este capítulo detalha a questão da drenagem urbana, a sua situação atual, as consequências de tomadas de atitudes errôneas quanto a esta e a sua necessidade de mudanças, sobretudo quanto à impermeabilização do solo.
Dados do IPEA (Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada), do ano 2000, mostraram que o Brasil apresentava uma taxa de população urbana de aproximadamente 82%, próxima à saturação, sendo que 13 cidades já possuíam mais de um milhão de habitantes. Segundo Popclock (2009) a população mundial de nossos tempos já é de 6.789.901.681 habitantes e deverá dobrar até o ano de 2100. Este crescimento populacional é altamente preocupante, principalmente se analisarmos a população urbana separadamente. Segundo Fontes (2003) o processo de urbanização traz profundas modificações no uso do solo, que por sua vez causam marcas permanentes nas respostas hidrológicas das áreas urbanizadas, apresentando os efeitos mais notáveis no aumento do escoamento superficial e na diminuição da infiltração, o que tem como consequência direta a ocorrência de inundações urbanas. Os efeitos causados pela urbanização acentuada, que se iniciou na década de 50 foram, além das inundações, a deterioração da qualidade das águas dos meios receptores, levaram a uma reflexão sobre o conceito dos sistemas separativos de drenagem (Azzout, 1996). O fato é que muitas cidades se desenvolveram ao longo dos rios, e o processo de urbanização se consolidou nas áreas ribeirinhas, que foram urbanizadas ou usadas, eventualmente, para abrigar redes arteriais de trânsito. A integração urbana através de avenidas de fundo de vale, associada à canalização dos rios urbanos, é uma estratégia perniciosa, pois destrói o sistema natural, estrangula o rio e desobedece a legislação florestal eliminando a área de proteção dos rios. Isto no final acaba comprometendo a qualidade de vida da população. O problema se agrava pela deficiência na gestão da coleta e deposição final dos resíduos sólidos, questão crítica em áreas densamente povoadas. O lixo residencial em muitas cidades é depositado nas calçadas e fica aguardando a coleta. Se ocorrer uma chuva, o mesmo é carreado e bloqueia o sistema de drenagem conforme ilustra a Figura 1.
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Nessa nova abordagem o uso de pavimentos permeáveis acaba sendo uma importante contribuição. Os concretos permeáveis são um tipo de pavimento altamente eficiente, que não só podem ajudar na infiltração, mas também atuar como reservatórios temporários de um considerável volume de água. Por isso, considera-se que os mesmos podem ter um papel fundamental na gestão de águas pluviais.
Os sistemas clássicos de drenagem urbana são inspirados nos princípios do higienismo. As águas pluviais são captadas e levadas a condutos artificiais, preferencialmente subterrâneos, funcionando por gravidade, sendo evacuadas das zonas urbanas e lançadas em corpos d’água rapidamente. Este tipo de sistema é caracterizado, portanto, pela implantação de condutos que promovem uma maior eficiência hidráulica do escoamento, que passa a ocorrer com maior velocidade. Porém, os sistemas clássicos de drenagem apresentam inconveniências: com o aumento da velocidade do escoamento, as cheias são propagadas para jusante mais rapidamente e as áreas urbanas de montante causam inundações nas áreas de jusante. Além disso, estes sistemas não consideram os aspectos de qualidade das águas. Com o crescimento da ocupação das áreas de drenagem, estes sistemas apresentam falhas, provocando inundações. Para solucionar tais falhas, os sistemas têm as dimensões de suas canalizações ampliadas, por meio de obras onerosas.
Os sistemas compensatórios ou alternativos de drenagem urbana se opõem ao conceito de evacuação rápida das águas pluviais, baseiam-se na infiltração e retenção das águas precipitadas, acarretando uma diminuição no volume de escoamento superficial, bem como o rearranjo temporal das vazões. Quando adequadamente concebidos, eles podem exercer um importante papel na melhoria da qualidade das águas pluviais. Eles podem assumir múltiplas formas, podendo ser utilizados em diferentes escalas, desde pequenas parcelas, até o projeto de sistemas de drenagem para cidades inteiras, além de poderem ser facilmente integrados ao
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meio ambiente, permitindo usos diversos pela população, como áreas de estacionamento, áreas para a prática de esportes, áreas de parques ou de lazer inundáveis. Baptista (2001) classifica essas técnicas em três tipos distintos, segundo a forma de controle de vazões:
Segundo a NBR 9575/2003, impermeabilização é o produto resultante de um conjunto de componentes e serviços que objetivam proteger as construções contra a ação deletéria de fluidos, de vapores e da umidade. Picchi (1996) afirma que a impermeabilização é considerada um serviço especializado dentro da construção civil, sendo um setor que exige uma razoável experiência, no qual detalhes assumem um papel importante e onde a mínima falha, mesmo localizada, pode comprometer todo o serviço. Além disso, há a necessidade de acompanhamento da rápida evolução dos materiais e sistemas, o que propicia o surgimento de projetistas especializados. Agra (2001) defende a idéia de que o fator determinante que agrava a questão da drenagem urbana é a impermeabilização do solo associada à ocupação urbana. Através do intenso processo de urbanização das cidades brasileiras, principalmente na formação de regiões metropolitanas, têm-se gerado muitos problemas de infra-estrutura urbana, especialmente em relação à drenagem de águas pluviais. A causa dos problemas está
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com elementos modulares (bloquetes ou placas), vazados ou não. Além disso, se tem registro de estudos sobre concretos asfálticos porosos como o de Acioli (2005). A vantagem do concreto permeável, em relação às outras formas de implantação de pavimentos permeáveis, é que o mesmo não só permite a infiltração, como pode atuar como reservatório. Dado o grande índice de vazios, o material, em conjunto com uma base de brita, pode armazenar uma grande quantidade de água, colaborando para a redução do pico inicial de muitos eventos de enxurradas. A infiltração é o processo de transferência do fluxo de água da superfície para o interior do solo segundo Pinto (2006). Para proporcionar uma boa infiltração é preciso considerar vários aspectos do solo, como a granulometria e o estado de umidade da camada superior do solo, também chamada de zona não saturada. A capacidade de percolação, no caso dos sistemas de drenagem, é uma variável fundamental, que determina a velocidade com que as águas pluviais passam através da camada de solo, até alcançar o lençol freático, ou seja, a zona saturada. O estado de umidade da camada superior do solo e o tipo de solo também influenciam no processo de percolação das águas pluviais. Existem alguns tipos de solos, mais argilosos, onde a percolação das águas se processa com maior dificuldade. Para garantir um bom processo de percolação das águas, é preciso que se tenha um solo adequado. A baixa permeabilidade do solo vai dificultar a infiltração, reduzindo a possibilidade de usar essa estratégia para controlar o escoamento superficial. Mesmo solos argilosos, quando secos, podem permitir bons índices de percolação. Mas, quando úmidos, os valores diminuem fortemente. Em solos arenosos, as chances de conseguir bons índices de percolação aumentam consideravelmente, se tornando a melhor opção para a instalação de dispositivos de infiltração. Discutindo novas alternativas para as tradicionais técnicas de drenagem, Azzout et. al. (1994) também destacam a possibilidade de uso de pavimentos permeáveis, é neste contexto que esse trabalho de pesquisa se inseriu.
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O capítulo 3 explica as principais características da fabricação de concretos permeáveis tendo como base, principalmente, dados extraídos da literatura.
A tendência moderna na área de drenagem urbana é a busca da manutenção das condições de pré-desenvolvimento, atuando-se na fonte da geração do escoamento superficial. Para tanto, devem ser utilizados dispositivos de acréscimo de infiltração e de aumento do retardo do escoamento. Um tipo de dispositivo utilizado com este fim é o pavimento permeável, que é capaz de reduzir volumes de escoamento superficial e vazões de pico a níveis iguais ou até inferiores aos observados antes da urbanização (ARAÚJO et al., 2000). O pavimento permeável e caracterizado por possuir elevada porosidade e boa drenabilidade, dependendo da sua composição. Devido a essa capacidade de deixar a agua infiltrar através de sua estrutura porosa, a utilização dessas estruturas, quando corretamente projetadas e implantadas, pode influenciar significativamente nas vazões de pico que ocorrem durante eventos de chuva em determinado local. O concreto permeável é um material composto por ligante hidráulico, material britado de graduação uniforme, água e pouca ou nenhuma quantidade de agregado miúdo. Adicionalmente, pode-se utilizar uma combinação de diferentes tipos de adições e aditivos que possuem a finalidade de atribuir ao concreto melhor desempenho, durabilidade, resistência e trabalhabilidade. Segundo Li (2009), o uso do concreto permeável teve inicio ha mais de 150 anos, embora a sua real aplicação para as mais diversas finalidades somente veio a apresentar grande avanço ha pouco mais de 20 anos, principalmente nos EUA. Recentemente, as pesquisas sobre o comportamento mecânico e hidráulico desse tipo de material se tornaram atrativas, uma vez que o concreto permeável pode apresentar bom desempenho e durabilidade quando utilizado como revestimento de pavimentos em áreas de veículos leves, o que, aliado a sua capacidade drenante, permite o seu emprego como equipamento urbano de mitigação dos níveis de impermeabilização intensificado pela urbanização das cidades.