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XVIII Congresso Regional De Iniciação Científica e Tecnológica

Engenharia Civil CRICTE 2003 1 / 1

AVALIAÇÃO DE SISTEMAS DE DRENAGEM ATRAVÉS DE SIMULAÇÕES DE CHUVA EM UM MODELO REDUZIDO DE

LABORATÓRIO

Ellen Stefania V. Tambosetti, Luis Fernando P. Sales Universidade do Vale do Itajaí - UNIVALI

Rua Uruguai, 458 – CEP 88302-202 – Itajaí/SC {ellenstefania, sales } @cttmar.univali.br

Resumo. A eficiência do sistema de drenagem é um fator de grande importância para evitar alagamentos, minimizar os riscos de escorregamentos, diminuir os prejuízos causados por chuvas fortes e possibilitar o desenvolvimento urbano de forma harmônica, articulada e sustentável. Neste trabalho é analisada a eficiência de dois sistemas de drenagem subsuperficial com o uso de geossintéticos, através de simulações de chuva sobre um modelo reduzido em laboratório. O modelo reduzido é constituído por uma caixa bipartida em estrutura metálica e paredes de vidro, de forma que se permite comparar a eficiência de dois sistemas distintos de drenagem em cada simulação. Está sendo analisado comparativamente o desempenho de um geocomposto drenante com um sistema de vala constituído por brita n°2 envolta por uma manta geotêxtil. São medidas as vazões de entrada e saída em cada sistema sob a influencia de uma mesma condição de chuva, de forma que se permite avaliar o desempenho final em cada caso. Os resultados, embora iniciais, mostraram que ambos os sistemas são eficientes e comparativamente são muito parecidos Palavras-chave: Drenagem sub-superficial, Modelo reduzido. 1. INTRODUÇÃO

As chuvas fortes provocam com freqüência

inúmeras tragédias sociais comuns em diversas cidades brasileiras, incluindo importantes cidades catarinenses. A ruptura de encostas e o soterramento brusco de construções e estradas, assim como inundação de áreas ocupadas são danos possíveis e muitas vezes irreversíveis que este processo apresenta (TAMBOSETTI E SALES, 2003).

Um outro incidente comum em épocas de chuvas forte é os escorregamentos de solos que ocorrem nas encostas dos morros, cortes de taludes ou mesmo aterros feitos sem técnicas adequadas. Para que isso aconteça, soma-se uma série de fatores, como o lançamento de águas servidas sem controle, acúmulo de lixo, remoção indiscriminada da vegetação, o rompimento de adutoras, etc (FIGUEREDO, 1999).

Este relato trata do emprego de geossintéticos como materiais drenantes e filtrantes analisando suas eficiências em dois sistemas diferentes de valas drenantes através de simulações em um modelo reduzido de laboratório. 2. GEOSSINTÉTICO

Segundo Vidal (2001) geossintético é a denominação genérica de um produto polimérico, industrializado, cujas propriedades contribuem para melhoria de obras geotécnicas, desempenhando funções de: reforço, filtração,



drenagem, proteção, separação, impermeabilização e controle de erosão superficial.

Neste estudo analizou-se a eficiência de um geocomposto para drenagem e um geotêxtil não tecido como elementos drenantes e filtrantes. 2.1 Geocomposto para drenagem [GCD]

É composto por um núcleo drenante denominado geoespaçador, que é uma geomanta tridimensional pré-comprimida com 95% de vazios, fabricada em filamentos de poliamida (MACCAFERRI, 1999). 2.2 Geotêxtil não-tecido [GTN]

Composto por fibras cortadas ou filamentos contínuos, distribuídos aleatoriamente, os quais são interligados por processos mecânicos, térmicos ou químicos (IGS BRASIL, 2003). Sua alta permeabilidade possibilita a livre passagem das águas de infiltração para o meio drenante, garantindo rapidez no estabelecimento das vazões do projeto. 3. ELABORAÇÃO DO MODELO REDUZIDO

Neste trabalho construiu-se uma caixa do modelo reduzido em aço com paredes em vidro não temperado, de espessura 6 mm. A mesma é bipartida em dois compartimentos, onde cada célula possui as dimensões de 1,0 m de comprimento, 0,4 m de largura e 0,7 m de altura.

Na parte inferior de cada compartimento do modelo físico foi instalado um geotubo da marca (kanaflex) como dreno coletor, de diâmetro 100 mm, que servirá como elemento para medição da vazão de saída de cada sistema de drenagem.

Na figura 1 é possível visualizar uma vista geral da caixa, onde se destacam os compartimentos individualizados para análise dos diferentes

sistemas de drenagem, bem como os tubos perfurados utilizados nos experimentos.

Figura 1 Vista geral do modelo reduzido.

Para simular o efeito de chuva foi

desenvolvido um sistema projetado a partir do modelo desenvolvido pelo DER/PR (BOSSO et al, 1992). Baseado nesta experiência projetou-se um simulador de chuva que se adequasse ao modelo reduzido, proporcionando a mesma vazão para ambas as células.

O simulador consiste em um sistema de tubulação interligado na rede de água, com um hidrômetro acoplado para medir o volume de água imposto nos experimentos. Na figura 2 é possível visualizar o funcionamento do simulador de chuva durante um experimento.

Figura 2 Detalhe do funcionamento do simulador de chuva. 4. PROCEDIMENTO MONTAGEM DOS SISTEMAS DRENANTES



Em cada compartimento foi utilizado um tipo diferente de composição de materiais drenantes. Isto permite a avaliação do comportamento de diferentes sistemas de drenagem sob condições similares de chuvas e de geometria.

Como material de fundo (simulando o comportamento do terreno natural), foi utilizado um solo típico da região de Itajaí/SC, compactado (95% Proctor Normal), caracterizado como silte argiloso.

Em um dos compartimentos foi utilizado um sistema de drenagem subsuperficial comumente empregado na prática de engenharia, composto por: vala de brita nº 2, com espessura de 30 cm, envolta por uma manta geotêxtil não-tecido (BIDIM OP-20), subjacente a um colchão de areia de 10 cm de espessura. Na tabela 1 são apresentados os dados da caracterização granulométrica do solo siltoso, da brita e da areia empregados. Tabela 1 Caracterização física dos materiais.

Parâmetros Solo siltoso

Brita Areia

% Pass. # 1” 100,00 61,78 100,00 % Pass. # 3/4” 94,55 3,32 100,00 % Pass. # 10 68,18 0,08 88,42 % Pass. # 30 61,34 0,08 29,42 % Pass. # 40 59,94 0,08 9,18 % Pass. # 100 53,76 0,08 3,07 % Pass. # 200 43,13 0,08 -

LL 34 % - - IP NP - -

γsmax (kN/m3) 17,30 - - hotm (%) 13,0 - -

Nota: LL = limite de liquidez; IP = índice de plasticidade; γsmax = peso específico seco máximo; hotm = teor de umidade ótimo.

No Segundo compartimento foi executada uma camada de solo siltoso, com 30 cm de espessura, subjacente à camada de colchão drenante de areia de espessura igual a 10 cm.

Este solo representa o material de campo, em seu estado natural. Como material drenante, foi utilizado o geocomposto Mac Drain (Enkadrain), produzido pela empresa Maccaferri do Brasil. O Mac Drain envolve a tubulação, seguindo até a parte inferior do colchão de areia. O uso deste produto se deve pelo interesse em se estudar este tipo de material e a parceira firmada entre o curso de Engenharia Civil da UNIVALI e a empresa Maccaferri do Brasil, fabricante do produto.

Na figura 3 é possível visualizar a composição das camadas dos dois sistemas de drenagem analisados neste trabalho. No compartimento do lado esquerdo tem-se o sistema com geocomposto e no compartimento do lado direito o sistema de vala com brita e geotêxtil.

Figura 3 Detalhe da disposição das camadas dos sistemas de drenagem.

Cabe ressaltar o cuidado na montagem das

camadas, uma vez que a geometria e a forma de colocação dos elementos geotêxtil e geocomposto são fundamentais para garantir o funcionamento desejado para os respectivos sistemas de drenagem. Outro fator importante é o controle de compactação dos materiais de preenchimento.

5. RESULTADOS EXPERIMENTAIS



Para se ter dados comparativos do comportamento dos dois sistemas de drenagem analisados neste trabalho, fez-se uma série de cinco simulações. Em cada simulação procurava-se medir a vazão total de entrada de água no sistema, o tempo de saída de água em cada tubo (representando a resposta imediata do sistema analisado) e o volume de água captada em um recipiente posto na saída dos tubos.

Na Tabela 2 são apresentados os resultados de cada simulação, tanto para o sistema composto pelo Mac Drain como o da brita nº 2. A vazão de entrada de água (Qentrada) foi medida através da leitura do hidrômetro antes e depois do ensaio. Já a vazão de saída (Qsaída) foi medida através do volume de água captada em um béquer, posto na saída de cada tubo. Procurando obter um parâmetro capaz de medir a capacidade de resposta de cada sistema de drenagem, mediu-se o intervalo de tempo em que se verificou a saída de água em cada tubulação (tsaída).

Tabela 2 Resultados das simulações.

Parâmetros Mac Drain Brita nº 2 Qentrada (m3/s) 2,5x10 -4 2,5x10-4 Qsaída (m3/s) 9,1x10 -6 -

Sim

ul. 1

tsaída (s) 93,0 - Qentrada (m

3/s) 2,2x10 -4 2,2x10-4 Qsaída (m3/s) 1,05x10-5 2,7x10-6

Sim

ul. 2

tsaída (s) 81,0 92,0 Qentrada (m

3/s) 2,2x10 -4 2,2x10-4 Qsaída (m3/s) 9,8x10 -6 2,4x10-6

Sim

ul. 3


3/s) 2,8x10 -4 2,8x10-4 Qsaída (m3/s) 9,8x10 -6 1,2x10-6

Sim

ul. 4


3/s) 2,7x10 -4 2,7x10-4 Qsaída (m3/s) 1,3x10 -5 1,4x10-5

Sim

ul. 5

tsaída (s) 69,0 87,0

Nota: Qentrada = vazão total de entrada de água no sistema, através do simulador de chuva; Qsaída = vazão total de saída de água; tsaída = tempo

decorrido para medição da vazão de saída de água.

Procurando determinar a capacidade plena de drenagem dos dois sistemas, fez-se a coleta e a medição da quantidade total de água drenada em cada sistema. O simulador de chuva ficou acionado durante um intervalo de tempo de 2min. e 37seg. O experimento foi conduzido até se verificar a não ocorrência de fluxo de água nas tubulações, de forma que se tinha a quantidade total de água drenada (Vsaída) e o tempo decorrido para tal (ttotal). Os dados desse experimento estão apresentados na Tabela 3.

Tabela 3 Resultados da simulação 6.

Parâmetros Mac Drain Brita nº 2

Qentrada (m3/s) 2,2x10 -4 2,2x10-4 Vsaída (m

3) 1,10x10-2 1,18x10 -2

Sim

ul. 6

ttotal (s) 1800 1800

6. CONCLUSÕES

Os experimentos apresentados neste trabalho estão em fase inicial e refletem os primeiros dados coletados da caixa do modelo reduzido, de forma que ainda não podem ser considerados como conclusivos. A partir dos resultados aqui apresentados, espera-se detalhar melhor as análises dos comportamentos dos sistemas de drenagem estudados, bem como, avaliar outros sistemas também usados na prática de engenharia.

Com base nas simulações realizadas, pode-se observar que:

- O sistema de drenagem composto pelo Mac Drain, por ter um caminho preferencial de drenagem mais curto e com menos vazios, apresentou um tempo de resposta mais rápido que o sistema de vala com brita nº 2. Ou seja, em



todas as simulações foi verificado que a água saia antes pelo tubo do sistema Mac Drain;

- O sistema composto pelo Mac Drain, por estar em contato mais próximo com o solo natural (silte argiloso), fato este que favorece o carreamento de finos, apresentou uma água drenada com maior teor de sedimentos que o sistema de vala com brita. Já a água drenada pelo sistema de vala com brita se apresentou relativamente límpida, sem coloração ou turbidez, funcionando como um verdadeiro filtro;

- Os dados medidos de vazão de saída em cada simulação se mostraram bastante parecidos entre os dois sistemas. Ou seja, ambos apresentaram a mesma eficiência quanto à capacidade de drenagem quando analisados comparativamente e sob uma mesma condição de chuva e tempo;

- Através da simulação 6, pôde-se avaliar a capacidade de drenagem da cada sistema até se verificar a não ocorrência de fluxo de água nos tubos de saída. Os tempos medidos em cada sistema foram muito parecidos, próximos dos 30 minutos (para uma vazão total de entrada de 2,2x10-6 m3/s). Os resultados de medição dos volumes de água nas saídas dos tubos permitem afirmar que ambos os sistemas drenaram quantidades de águas semelhantes (11 litros), o que equivale a 65% do volume total de água imposto no ensaio;

- Embora os dados não sejam conclusivos, os resultados mostraram que ambos os sistemas são eficientes e possuem comportamentos similares, para as condições impostas nas simulações aqui apresentadas. Agradecimentos Os autores agradecem à empresa Maccaferri do Brasil por ceder os materiais empregados neste trabalho.

7. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE GEOSSINTÉTICOS IGS BRASIL. “Os geossintéticos e suas funções”. Disp. em <www.igsbrasil.org.br > acesso em: 29/05/03.

BOSSO, A. C. et al. (1992). “Um simulador de drenagem profunda: resultados preliminares” 26a.Aracaju: 1992. 30p.

BOTELHO, Manuel Henrique Campus. “Águas de chuva: engenharia das águas pluviais nas cidades”. São Paulo: Edgar Blücher, 1998.

FIGUEREDO, Ricardo Brandão. “Engenharia Social: soluções para áreas de risco”. São Paulo, Markron Books, 1994.

MACCAFERRI (1999). "Drenagens subterrâneas e subsuperficiais: problemas e soluções". Catálogo Maccaferri do Brasil, 04/99, 11p.

TAMBOSETTI, E.S.V., SALES, L.F.P. “Avaliação de sistemas de drenagem através de simulações em um modelo reduzido”. Relatório final Artigo 170. Itajaí: UNIVALI, 2003.

VIDAL, Delma. “Os geossintéticos e suas funções”. São José dos Campos, SP: Instituto Tecnológico de Aeronáutica-ITA, 2001.

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