Estudo da utilização de pavimentos drenantes com fins de captação de água pluvial para economia de água potável em universidades públicas

Abstract

Este trabalho tem como objetivo o estudo de pavimentos drenantes com fim de captação de água pluvial para usos não-potáveis em edificações universitárias. Foram definidas seis edificações modelo, com base em edificações da UFSC, e foram escolhidas oito cidades brasileiras com padrões pluviométricos distintos e com a presença de universidades públicas. Os dados utilizados das edificações foram relacionados ao consumo hídrico mensal e à área de estacionamento adjacente. Os dados utilizados das cidades foram a série histórica pluviométrica, de quinze anos, e as curvas IDF (intensidade-duração-frequência) locais. Com os dados, foi possível realizar simulações de potencial de economia de água potável em cada edificação e cidade combinadas. Também foram variados os percentuais de demanda de água pluvial, de modo a verificar a influência do parâmetro nos resultados. Para as simulações foi utilizado o programa computacional Netuno 4. O segundo aspecto avaliado no projeto de pavimentos drenantes foi o dimensionamento estrutural, no qual foram utilizados dois métodos presentes na literatura: AASHTO e ABCP. O terceiro aspecto avaliado foi o dimensionamento hidrológico-hidráulico do pavimento drenante por diferentes métodos encontrados na literatura. As espessuras calculadas foram comparadas com as espessuras obtidas por meio do programa computacional Permeable Design Pro. Para os métodos da literatura foi utilizada uma simplificação da vazão de drenagem, enquanto para o programa computacional foram inseridas características da drenagem. Como resultados foram obtidos potenciais de economia de água potável entre 18,42 e 84,81%, dependendo da cidade, edificação e demanda de água pluvial consideradas. As edificações do Departamento de Projetos de Arquitetura e Engenharia e da Engenharia Civil apresentaram os menores consumos hídricos, o que fez com que a constância do regime pluviométrico fosse o fator mais impactante nos resultados. Os maiores resultados de potencial de economia de água potável nessas duas edificações ocorreram em Florianópolis, a qual apresentou o maior volume anual entre as cidades com regime pluviométrico regular. Para as edificações da Reitoria, Biblioteca Universitária, Centro Tecnológico e Arquitetura e Urbanismo, o consumo foi superior e, desse modo, o mais importante para o resultado foi o volume total precipitado. Os maiores potenciais de economia de água potável aconteceram em Manaus, a cidade com maior volume precipitado entre todas as avaliadas. Florianópolis também apresentou resultados bons para essas edificações, ficando em terceiro lugar, atrás de Recife. Os resultados do dimensionamento estrutural obtidos por meio de ambos os métodos revisados foram similares, porém, observou-se que a existência de variáveis relacionadas à drenagem e a possibilidade de inclusão da camada choker course faz com que seja preferível a utilização do método da AASHTO, mais fiel ao modelo utilizado. Quanto ao dimensionamento hidrológico-hidráulico, as espessuras obtidas por meio dos métodos da literatura foram superiores às espessuras obtidas no programa Permeable Design Pro. Com isso, mostra-se que a simplificação realizada para a drenagem do pavimento ficou a favor da segurança. Conclui-se que sistemas de captação de água pluvial por meio de pavimentos drenantes são promissores, alinhando o auxílio à drenagem, a capacidade estrutural e o potencial de economia de água potável.

The main objective of this work is to study pervious pavements as a means of harvesting stormwater for non-potable uses in university buildings. Six model buildings were defined, based on UFSC buildings, and eight Brazilian cities were chosen, with different rainfall patterns and the presence of public universities. The data used for the buildings were related to monthly water consumption and the adjacent parking lot area. The data used for the cities were the fifteen-year rainfall history series and the local IDF (intensity-duration-frequency) curves. Based on such data, it was possible to perform simulations of potable water savings in each building and city combined. Non-potable water demand was also varied in order to verify its influence on the results. For the simulation, the computer programme Netuno 4 was used. The second aspect evaluated in the design of pervious pavements was the structural design, in which two methods available in the literature were used: AASHTO and ABCP. The third aspect evaluated was the hydrological-hydraulic design of the pervious pavement by different methods found in the literature. The designed thicknesses were compared with the thicknesses obtained through the computer programme Permeable Design Pro. For the literature methods, a simplification of the drainage flow was used, while for the programme input, drainage characteristics were inserted. As results, potentials for potable water savings between 18.42 and 84.81% were obtained, depending on the city, building and non-potable water demand considered. The buildings of the Department of Architecture and Engineering Projects and Civil Engineering presented the lowest water consumption, which made the constancy of the rainfall regime the factor that most affected the results. The highest potable water savings potential in these two buildings occurred in Florianópolis, which presented the highest annual volume among cities with regular rainfall. For the buildings of the Rectory, University Library, Technology Center and Architecture and Urbanism, consumption was higher and, thus, the total precipitated volume was the factor that most affected the results. The highest results of potable water savings potential on these buildings happened in Manaus, the city with the highest precipitated volume among all evaluated. Florianópolis also presented good results for these buildings, ranking third behind Recife. For the structural design, the thicknesses obtained by using both methods were similar; however, it was observed that the existence of variables on drainage and the possibility of inclusion of the choker course layer makes it preferable to use the AASHTO method, closer to the model used. Regarding the hydrological-hydraulic design, the thicknesses obtained from the literature methods were higher than the thicknesses obtained using the Permeable Design Pro programme. This shows that the simplification performed for the pavement drainage was in favour of safety. In conclusion, rainwater harvesting systems with pervious pavements are promising, aligning the drainage aid, the structural capacity and the potential for saving potable water.