Dimensionamento de Trincheira de Infiltração

8/17/2019 Dimensionamento de Trincheira de Infiltração

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE CONTROLE DE ESCOAMENTO

SUPERFICIAL: TRINCHEIRA DE INFILTRAÇÃO E PAVIMENTO PERMEÁVEL

ANDRÉ FILIPE MAFRA DE SOUZA

EDUARDO FIGUEIREDO ESSIG

BLUMENAU2014


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ANDRÉ FILIPE MAFRA DE SOUZA

EDUARDO FIGUEIREDO ESSIG

DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE CONTROLE DE ESCOAMENTOSUPERFICIAL: TRINCHEIRA DE INFILTRAÇÃO E PAVIMENTO PERMEÁVEL

Trabalho apresentado para avaliaçãona disciplina de Sistemas de DrenagemUrbana do Curso de Engenharia Civildo Centro de Ciências Tecnológicas daFundação Universidade Regional deBlumenau.

Prof.: Adilson Pinheiro

BLUMENAU2014


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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 1

2 OBJETIVO ............................................................................................................... 2

3 MEMORIAL DE CÁLCULOS ................................................................................. 3

3.1 A CIDADE ................................................................................................................ 3

3.2 ESCOLHA DA ESTAÇÃO PLUVIOMÉTRICA ...................................................... 3

3.3 DETERMINAÇÃO DO SOLO ................................................................................. 3

3.4 APRESENTAÇÃO DO TERRENO .......................................................................... 4

3.5 DIMENSIONAMENTO DA TRINCHEIRA DE INFILTRAÇÃO ........................... 4

3.5.1 Parâmetros de cálculo utilizados ............................................................... 4

3.5.2 Cálculo de “β” .................................................................................................. 5

3.5.3 Cálculo de “ γ” .................................................................................................. 5

3.5.4 Cálculo de “k1” ................................................................................................ 6

3.5.5 Cálculo de “k2” ................................................................................................ 7

3.5.6 Cálculo de “H” ................................................................................................. 8

3.5.7 Cálculo de “He” e “Hs” .................................................................................. 8

3.5.8 Cálculo de “Vmáx” ............................................................................................. 8

3.6 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO PERMEÁVEL ...................................... 9

3.6.1 Cálculo de “β” ................................................................................................. 9

3.6.2 Cálculo de “Vmáx” ............................................................................................ 9

3.6.3 Determinação de “H” ................................................................................. 10

3.7 DISPOSIÇÃO FINAL DO TERRENO .................................................................. 10

4 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 12

5 REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 13


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1 INTRODUÇÃO

Durante as primeiras preocupações do homem para com as

consequências que o ciclo hídrico poderiam incidir em seu habitat, as soluções

mais frequentes não resolviam o ônus do problema, mas transferiam os danos

às regiões jusantes – o que desenquadraria suas ações como “soluções” em si.

Nos períodos contemporâneos, o homem vem tentado subjugar o

problema através de técnicas que manejam o escoamento superficial na fonte.

Ou seja, as soluções mais inteligentes a serem aplicadas hoje em dia estendem-

se entre aquelas que anulam o problema com ações que o próprio município –

ou região – adota.

Este trabalho apresentado pelos dois acadêmicos de Engenharia Civil

da FURB demonstra o dimensionamento para um conjunto das tais soluções

mencionadas: trincheira de infiltração e pavimento permeável.

Ambas soluções serão teoricamente aplicadas a um terreno onde

deverá conter uma edificação construída. O trabalho terá apresentada a planta

baixa da situação dessa edificação no terreno fictício escolhido.

Após a escolha do terreno a equipe teve de calcular as dimensões das

soluções adotadas, de modo que as mesmas sejam alocadas de maneira viável

de acordo com a localização da edificação dentro do terreno e que respeitem

os padrões mínimos para dimensionamento citados na literatura revisada.

Com o dimensionamento realizado, a trincheira e o pavimento

permeável foram detalhados através de desenho em CAD.


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2 OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é a apresentação do dimensionamento e

alocação de trincheira de infiltração e de pavimento permeável num terreno

com edificação de dimensões escolhidas pelo professor orientador do

trabalho.


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3 MEMORIAL DE CÁLCULOS

3.1

A CIDADE

Cidade escolhida: Blumenau

Figura 1 – Bandeira da cidade

Os dados a seguir foram obtidos no portal do IBGE:

População estimada (2013): 329.082 hab.

Área: 518,497 km²

3.2 ESCOLHA DA ESTAÇÃO PLUVIOMÉTRICA

A cidade de Blumenau conta com 3 estações pluviométricas. A equipe

escolheu a estação de código 2649010, de acordo com o website da Agência

Nacional de Águas. A estação escolhida abrange principalmente a área do

bairro Itoupava Central.

3.3

DETERMINAÇÃO DO SOLO

Com a seleção da área abrangida pela estação pluviométrica, um

terreno fictício da região foi adotado e o tipo de solo pôde ser determinado a

partir de estudo. A equipe chegou à conclusão de que o solo mais adequado –

dentre os apresentados pelo professor orientador – seria o Podzólico

Vermelho-Amarelo Álico Tb A moderado, de textura argilosa (composição: silte

= 11 %, argila = 51 %).


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3.4 APRESENTAÇÃO DO TERRENO

Os critérios dados pelo professor para determinação do terreno para a

implantação do projeto foram os seguintes:

Área total do terreno: 1500 m²;

Área edificada: 500 m².

Os valores adotados durante a realização do dimensionamento foram:

Área do pavimento permeável: 253,92 m²;

Área de jardim: 746,08 m².

3.5

DIMENSIONAMENTO DA TRINCHEIRA DE INFILTRAÇÃO

Os próximos itens dizem respeito aos cálculos para o

dimensionamento da trincheira de infiltração do projeto em questão.

3.5.1 Parâmetros de cálculo utilizados

Abaixo seguem os parâmetros utilizados nos cálculos de

dimensionamento da trincheira de infiltração, com base no material visto em

sala de aula:

C - áreade

jardim

C - áreaedificada

Períodode

retorno(anos)

Duraçãoda

chuva(min)

Coeficienteredutor decolmatação

Largura(m)

Profundidade(m)

Porosidade( η) - brita

0,20 0,80 5 30

0,5(trincheira)e 0,1 (pav.

permeável)

0,80 1,00 0,35

Tabela 1 – Valores iniciais utilizados no dimensionamento da trincheira de infiltração

A partir dos próximos cálculos, deve-se utilizar o método iterativo para

se determinar o comprimento da trincheira (L). Para isso, é preciso adotar um

valor para “L” e passar por todos os cálculos para encontrar o valor de “H”.

Este valor precisa ser igual a 1 m (determinado pelo professor). Se não for,

deve-se repetir o processo, adotando outro valor de “L”, até se chegar ao

resultado esperado. Para fins acadêmicos, apenas será apresentado aqui ovalor de “L” ideal para se chegar ao “H” igual a 1 m (L = 47,43 m).


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3.5.2

Cálculo de “β”

O produto do coeficiente de escoamento pela razão entre a área de

contribuição e a área do dispositivo é calculado através da fórmula abaixo:

= × × Onde:

C = Coeficiente de escoamento ponderado;

A = Área de contribuição (área do terreno);

B = Largura da trincheira;

L = Comprimento da trincheira.

O coeficiente de escoamento deve ser obtido através de uma média

ponderada entre os coeficientes dos dois tipos de zonas contidas no terreno

que não sejam completamente permeáveis (jardim e edificação). Basta adotar

as áreas mencionadas anteriormente (746,08 m² para área de jardim e 500 m²

para área edificada, resultando num total de 1246,08 m²):

= 1× A 1 + 2× A 2A = 0,20×746,08 + 0,80×500

1246,08 = , Aplicando o valor encontrado acima e o valor de “L” igual a 47,43 m,

temos:

= 0,43 × 15000,8×47,43 = 17,00

Com isso, pode se dar procedência no método iterativo para cálculo do

comprimento da trincheira (L).

3.5.3

Cálculo de “ γ”

A razão entre área de percolação e o volume do dispositivo é

encontrada a partir da fórmula:

γ = 2 = 2800 = 0,0025


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3.5.4

Cálculo de “k 1”

O parâmetro “k1” é calculado conforme a fórmula:

= 60 × × ⁄ Primeiramente, a intensidade média máxima da chuva deve ser

calculada pelo método usual, através da fórmula:

= . + Onde:

I = Intensidade média máxima da chuva;

T = Período de retorno (anos);

t = Duração da chuva (min);

K, m, d, n = Parâmetros da equação determinados para o local.

A estação pluviométrica escolhida corresponde à estação de número

16 na tabela 21 de Back. A tabela 22 nos traz os parâmetros necessários para

o cálculo da intensidade média máxima pelo método usual.

Duração dachuva (min)

K m b = d n R²

30 (


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= 1,32−,, = ,

= ×

+ = , /

Com os valores encontrados, deve-se corrigir o valor de “a”, através da

seguinte relação:

= ×

= 77,954923,5071 .912,2310 = , O “I” corrigido através de Talbot e o novo valor de “a" fica idêntico ao

“I” encontrado através do método usual.

Teremos, então, “k1” como:

= 33,7413 3.5.5 Cálculo de “k 2”

O parâmetro “k2” é calculado conforme a fórmula:

= 60 × γ × O valor faltante (q s) é calculado com a fórmula:

q = 0,5 × Para tanto, é necessário o “ks”, obtido através da determinação do tipo

de solo estudado:

= 210− × (4,26 + ) × 0,981 Onde:

ms = fração de silte;

mc = fração de argila.

Calculando e convertendo as unidades, temos:

= 210− × (4,26 + ) × 0,981 = 503,43 /ℎ


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Com isso, “q s” fica:

q = 0,5×1,398×10− = 251,72 /ℎ E, finalmente, temos o “k2”:

= , 3.5.6

Cálculo de “H”

Finalmente, chegamos à fórmula para o cálculo da profundidade da

trincheira:

= [ × √ ]

Sendo que “H” deve possuir o valor fixo de 1 m, os demais valores são

encontrados e assim – pelo método iterativo citado anteriormente – se chega

ao comprimento da trincheira de infiltração:

= ,

3.5.7

Cálculo de “He” e “Hs”

O cálculo das lâminas de água afluente (He) e efluente (Hs) se dão pelas

fórmulas, respectivamente:

= × × + × 160 = 22,0861

= × × ×

60 = 314,6465

3.5.8 Cálculo de “Vmáx”

O volume máximo foi calculado pela fórmula:

= [ 60 × × ⁄ 60 × √ × × ]

= 350


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3.6 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO PERMEÁVEL

Abaixo seguem os cálculos para dimensionamento do pavimento

permeável. Para o terreno estudado, foi escolhido o concregrama.

Vale ressaltar que a altura do material drenante do pavimento

permeável não pode ultrapassar 300 mm. Logo, os cálculos seguintes foram

feitos de maneira iterativa para se conseguir uma área suficiente para entrar

nesse parâmetro. Obs.: a área utilizada foi calculada conforme sendo múltiplo

da área de uma vaga de garagem (11,04 m²).

3.6.1 Cálculo de “β”

O “β” deve ser calculado novamente, porém com uma pequena

alteração em sua fórmula:

= + × Onde:

Apav = Área do pavimento permeável;

A = Área restante do terreno.

Utilizando a área calculada ao longo do método iterativo, temos:

= 253,92 + 0,43 × 1246,08253,92 = 3,1102 3.6.2 Cálculo de “Vmáx”

O volume máximo do pavimento permeável (expresso em mm) é

calculado através da fórmula:

= [ 60 × × ⁄ 60 × ]

Neste passo, podemos aproveitar os valores obtidos durante o

dimensionamento da trincheira de infiltração. Logo, temos:

= ,


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3.6.3 Determinação de “H”

A espessura da camada reservatório sob o pavimento permeável é

calculada pela fórmula:

= á = 103,64

0,35 = ,

3.7 DISPOSIÇÃO FINAL DO TERRENO

Com os resultados dos dimensionamentos, o layout do terreno pôde

ser finalizado em CAD. O comprimento total da trincheira foi dividido em dois,

como representado na Figura 1. A soma dos comprimentos da trincheirassupera o valor do comprimento encontrado no método iterativo. Isso ocorre

pois, por questões de layout, os comprimentos devem ser múltiplos de 2,4 m

– largura de uma vaga de garagem –, o que resultou de um total de 23 vagas.

Abaixo seguem a planta baixa do terreno e os cortes dos dispositivos

dimensionados.

Figura 1–

Layout em planta baixa do terreno estudado


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Figura 2 – Corte genérico da trincheira

Figura 3 – Corte genérico do pavimento permeável


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4 CONCLUSÃO

Os dimensionamentos aqui estudados têm fins acadêmicos. Porém, são

exemplos que poderiam ser aplicados a áreas urbanas no período atual, noqual sofremos com o escoamento superficial nessas áreas.

Pode-se concluir que a trincheira de infiltração, aliada ao pavimento

permeável, reduz ou até anula o efeito do escoamento superficial que assolaria

a área na qual a mesma seria aplicada.

No caso estudado, prova-se que soluções de baixo custo de

implementação podem ser facilmente cultivadas, desde que haja empenho por

conta do empreendedor.


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5 REFERÊNCIAS

AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS. Estações com dados de chuva,

Estação de Blumenau: Código: 2649010; 1941-2012. Disponível em:http://www.ana.gov.br/PortalSuporte/frmDadosEstacao.aspx?estacao=

2649010&Ano=2013&tipo=Chuvas. Acesso em 05/05/2014.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR

15527:2007 – Água de chuva – Aproveitamento de coberturas em

áreas urbanas para fins não potáveis – Requisitos. Rio de Janeiro, 2007.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Dados gerais

do município de Blumenau. Disponível em:http://cidades.ibge.gov.br/xtras/perfil.php?lang=&codmun=420240&se

arch=santa-catarina|blumenau. Acesso em 05/05/2014.

PINHEIRO, Adilson. Apostila: Drenagem Urbana Sustentável. Curso de

Engenharia Civil, 9° semestre. FURB: Blumenau, 2014.

DA SILVEIRA, André Luiz Lopes. GOLDNFUM, Joel Avruch. Metodologia

Generalizada para Pré-Dimensionamento de Dispositivos de Controle

Pluvial na Fonte.

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