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.