Prof. Dr. José Rodolfo Scarati Martins

Escola Politécnica

Universidade de São Paulo

O ‘Estado da Arte’ da Engenharia de Pavimentos Drenantes no Brasil e no Mundo

14/Junho/2011Belo Horizonte/MG

A CIDADE É A GRANDE VILÃ AMBIENTAL

• Grandes demandas concentradas sobre uma área

restrita

• Perda definitiva do equilíbrio ecológico

• Pressão multivariada sobre os recursos hídricos

• Micro-climas alterados

• Tendência irreversível

Fonte: Google Earth Junho/2011

Impactos da Urbanização

Maior densidade populacionalMaior impermeabilização

Maior escoamento superficialCultura do uso do solo

Pavimentos Permeáveis – Fatos!

• São utilizados desde os anos 1960.......

• Essencialmente três tipos: infiltrantes (limitados pela permeabilidade do solo) e armazenadores(reservatório drenado) e combinados

• Diferentes materiais de revestimento

• Diferentes formas de reservatórios

• Agem sobre a quantidade e qualidade das águas de chuva

Permeable Pavement Design Guidelines, North Shore City, Austrália, 2004

Lay-out Típico

EPA, Office of Water, Setembro/1999

Benefícios já comprovados!• Atende ao princípio de controle na fonte

• Reduz a ‘quebra’ do ciclo natural da água, reduz o

escoamento superficial, aumenta a infilgração e reduz os

contaminantes

• Pode ser conseguida alta durabilidade

• Manutenção e reparos não requerem tecnologia sofisticada

• Enquadra-se no LID (desenvolvimento de baixo impacto)

• Permite a recarga do aquífero

• Aplica-se ao controle de erosão

• Permite a remoção de poluentes

• Reduz/elimina empoçamentos no pavimento

Indicações

Categoria da Rua Função CaixaMínima

(m)

Volume de Tráfego Máximo

(veículos/dia)

TrafegoAcumulado

ESA ( 500 kPa)

Acessos residenciais, condominiais e alças de retorno

Vias de Acesso ou Retorno, Cul-de-sac< 50 unidades residenciais < 100m de comprimento

12 300 2 000

Vias residenciais < 150 unidades residenciais 17 1000 10 000

Vias Coletoras > 150 unidades residenciais 20 3000 20 000

Recomendações/LimitaçõesParâmetro Limitações

Declividade da via Não exceder 5% (1/20)Volume de Tráfego Não exceder ao indicado na tabela anteriorSubleito CBR >= 3%Áreas de Contribuição Não devem ser localizados a jusante de áreas com alta produção de

sedimentos e suscetíveis a resíduos industriais

Infiltração O modelo ‘sem infiltração’ deve ser preferencialmente adotado, excetoonde o solo local possa comprovadamente admitir infiltração.

Lençol Freático 1m acima do nível d’água máximo sazonal em solos aluvionares e 70cmem solos rochosos

Poços e Fundações Mínimo de 30m e 3 m

Interferências Podem resultar em dificuldades de manutenção e anulação do efeito dopavimento

Pennsylvania Stormwater Best Management Practices Manual, JANUARY 2005California Stormwater BMP Handbook, January 2003EPA, 1999

A questão do custo $$$$$$

• Landphair et all(2000): ‘pavimentos permeáveis são até 25% mais baratos ( ou ao menos não são mais caros que as formas convencionais de pavimentação) quando considerados todos os demais custos da construção e tais como drenagem e perdas. (aceitando-se que o maior custo do revestimento é compensado pela economia na tubulação de drenagem)

• EPA(1999): custo de manutenção estimado em U$5.000/ha/ano

Landphair, H., McFalls, J., Thompson, D., 2000, Design Methods, Selection, and Cost Effectiveness of Stormwater Quality Structures, Texas Transportation Institute Research Report 1837-1, College Station, Texas.EPA, Storm water technology facts sheet, Porous pavement, 1999

Verdades sobre o custo....

• O asfalto poroso é 10 a 15% mais caro que o asfalto convencional

• O concreto poroso chega a custar 25% mais do que o convencional

• Blocos de pavimentação podem custar até 4 vezes mais do que o concreto ou o asfalto convencional

• A correta preparação do local pode aumentar os custos, assim como as distâncias de transporte e o material de drenagem

• Os custos da manutenção recomendada chegam a U$200 por acre/ano

Lake Superior Stormwater plan (http://www.lakesuperiorstreams.org/general/aboutus.html)

A questão da poluição

• ....o uso de dispositivos infiltradores com uma razoável camada de solo sobre o lençol freático é preferível aos poços de infiltração , trincheiras e poços de injeção, a menos que a água seja livre de poluentes. ...

• ....como a infiltração é muito efetiva no controle do runoff urbano a tendência de que seja utilizada para repor a permeabilidade natural perdida....

• ... Infiltração de águas urbanas com alto potencial de poluentes deve ser restrita e sujeita a pré tratamento ....

Pitt et All., Groundwater contamination potential from stormwater contamination practices, UrbanWater, 1999,217-236

Remoção de poluentes (?????)Poluentes comuns esperados na água da drenagem de vias são hidrocarbonetos, precipitados atmosféricos, nutrientes e metais

Adaptado de Rowe, A et ali. Pervious Pavement System Evaluation Low Impact Development 2008, ACSE

Evaluation of Four Permeable Pavement Sites in Eastern North Carolina for Runoff Reduction and Water Quality ImpactsBean et all, ASCE, 2007

A questão da limpeza (???)

As recomendações de limpeza...

•2 a três por ano•Início do outono (abril/maio)•Final da primavera (novembro)

Adaptado de EPA(1999)

A questão da declividade....

As diferentes variantes

Asfalto Permeável

Asfalto Convencional e Poroso

(Califórnia, 2004)

Foto tomada durante o furacão Floyd em 1983, CA, USA

(Delaware, USA, 1991)

(Estacionamento universitário na Carolina do Norte, USA, 2001)

Aspecto Asfalto x Bloco de Concreto Poroso

Estacionamento universitário em São Paulo, Brasil (Pinto, 2011)

Detalhes da Construção

(Pennsylvania, 2005) (Pennsylvania, 2005)

(Virgiliis, 2009)(Virgiliis, 2009)

Sistema de Drenos

(Pennsylvania, 2005)

(Virgiliis, 2009)

(Virgiliis, 2009)

(Virgiliis, 2009)

Dimensionamento do Reservatório

• Bettess (1996)

• Hmáx = espessura total da camada reservatório

(m);

• D = duração da chuva (h);

• R = relação entre a área drenada e a área de

infiltração;

• μ = porosidade do material granular (relação

entre volume de vazios e volume total);

• i = intensidade pluviométrica (m/h).

• Smith (2001)

• Hmáx = profundidade da camada de base granular (m);

• ΔQc = precipitação excedente da área de contribuição para uma dada chuva de projeto (m);

• R = relação entre a área de contribuição e a área de pavimento permeável (Ac/Ap);

• Ac = área de contribuição (m²)• Ap = área de pavimento permeável constituído de

BCP (m²)• P = precipitação de projeto (m);• f = taxa de infiltração no solo (m/hr);• Te = tempo efetivo de enchimento da camada

reservatório, geralmente igual a 2 horas (horas);• μ = porosidade do material de base, geralmente

igual a 0,40.

Pinto, 2011)

Desempenho

Eficiência em outros experimentos

Eficiência

Disposição dos Drenos

Caso Prático

Dimensionamento Hidráulico

• Área de Contribuição: 75 x 60 = 4.500 m²• Declividade da via: 2%• Área de Infiltração: 7 x 100 = 700 m²• Chuva de Projeto: (Tr 10 anos-10 min): 24,40mm• Chuva Efetiva: 11,2mm• Porosidade do material granular: 35%

• Altura do reservatório:

• Espaçamento dos drenos transversais: 20m

• Vazão de projeto dos drenos:

• Diâmetro do dreno: 300mm

cmhres 150128,035,0

6

0244,0

700

500.4167,0

slQd /84600

2,11500.4

75

100

125150

200

250300

500

0,1

1

10

100

1000

0,1 1 10

Vaz

ão M

áxim

a p

ara

y/D

=0,8

(

l/s)

Declividade (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600

Q e

ngo

lida

l/s/

m

D Interno (mm)

Formas de implantação

• Período de transição– Políticas afirmativas para o usuário comum residencial

e comercial de pequeno porte– Compulsório para empreendimentos de grande

impacto– Padrão para obras públicas

• Implantação– Compulsório para novos empreendimentos em geral– Aceito como medida compensatória em loteamentos

populares e regularização fundiária– Potencial construtivo

Conclusões

• Grande eficiência na redução do escoamento superficial• Retenção da poluição difusa• Utiliza materiais convencionais e técnicas de fácil

aprendizado• Excelente desempenho para tráfego leve• Acúmulo de sujeira nos poros pode diminuir a capacidade

de absorção• Interferências na via podem comprometer o desempenho• Declividade da pista deve ser leve• Custo direto atual é cerca de 20% mais alto, mas é

compensado pela redução no sistema de drenagem

Aplicabilidade

• Ruas residenciais e comerciais de trafego leve,

estacionamentos e áreas pavimentadas sem tráfego

• Novas pavimentações ou reforma das existentes

• Instrumento de compensação ambiental

• Compensação do excesso de área impermeável em

empreendimentos novos ou existentes

• Substituição de áreas permeáveis já construídas

Próximas etapas

• Extensão para vias de trafego pesado e

rodovias

• Captação compulsória de água nos lotes

• Verificação do desempenho, durabilidade e

manutenção ao longo do tempo (5, 10, 15 e

20 anos)

Referências Bibliográficas

• Schlüter W, Spitzer A, Jefferies C; Performance of Three Sustainable Urban Drainage Systems in East Scotland, ASCE, Urban Drainage, 2002

• Amy A. Rowe, Michael Borst, Thomas P. O’Connor and Emilie K. Stander; Pervious Pavement System Evaluation. World Environmental and Water Resources Congress 2009: Great Rivers, ASCE, 2009

• B. A. Dempsey and D. M. Swisher; Evaluation of Porous Pavement and Infiltration in Centre County, PA; World Water Congress 2003, ASCE.

• Virgiliis, A.L.C., Procedimentos de Projeto e Execução de Pavimentos Permeáveis Visando Retenção e Amortecimento dos Picos de Cheia. Dissertação de Mestrado. USO, 2009.

• Pinto, L.L.C, o desempenho de pavimentos permeáveis como medida mitigadora da Impermeabilização do solo urbano. Tese de Doutorado. USP, 2011.

• Diyagama, Tilaka et all. Permeable Pavement Design Guidelines. Draft Document.New Zewland.2004.

• Pennsylvania Stormwater Best Management Practices Manual. Comprehensive Stormwater Management: Structural BMPs. DRAFT - JANUARY 2005.

• California Stormwater BMP Handbook New Development and Redevelopment. Pervious Pavement SD-20. January,2003.

• Interpave. The Precast concrete Paving and Kewrb Association. Guidance for designers, developers, planners and local authorities. Ed. 3. 2010.

• Interpave. The Precast concrete Paving and Kewrb Association. Guide to design, construction and mainteance of concrete blockpernts. Ed. 6. 2010.

• Lake County Forest Preserves. Permeable Paver Research Summary.Feb. 2003.

• EPA. Storm Water Technology Fact Sheet. Porous Pavement. 1999.

• Pitt, R. et all.Ground Water Contamination Potencial from stormwater infiltration Practices. Urbanwater. 1999

• Bean, E Z; Hunt , W F, Bidelspach , D A, Evaluation of Four Permeable Pavement Sites in Eastern North Carolina for Runoff Reduction and Water Quality Impacts. Journal of irrigation and Drainage Engineering, ASCE 2007.

• Scholz, Miklas . Grabowiecki, Piotr. Review of permeable pavement systems. Building and Environment 42 (2007)

• Pratt, C.J. Use of Permeable, Resevoir Pavement constructions for stormwater treatment and storage reuse. Water Science andTechnology. Vol. 39, No. 5, 1999.

As referências não citadas diretamente no texto podem ser encontradas aqui.

http://projeto1.fcth.br/pavperm

scarati@usp.br