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Título: Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
Título(s) alternativo(s): Numerical modeling of unsaturated flow in permeable pavement with the presence of a bottom drain
Autor(es): Vartha, Poliani Alessandra
Orientador(es): Lucas, Murilo Cesar
Palavras-chave: Inundações
Drenagem
Pavimentos
Floods
Drainage
Pavements
Data do documento: 28-Jun-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: VARTHA, Poliani Alessandra. Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2023.
Resumo: Um dos principais motivos do aumento da frequência das inundações em áreas urbanas é o aumento de superfícies impermeáveis. Práticas sustentáveis de drenagem urbana (Sustainable Drainage Systems, SuDS), como Pavimentos Permeáveis (PP), são alternativas que reduzem o volume e vazão de pico de escoamento superficial. Poucos estudos apresentando sobre modelagem numérica computacional têm considerado o processo físico do escoamento não saturado de água através das camadas do PP. O objetivo é calibrar os parâmetros hidráulicos, exclusivamente, por meio de simulações inversas. O modelo utilizado foi o Hydrus-1D e o algoritmo de otimização de parâmetros foi o de Levenberg-Marquardt. Os dados de entrada do modelo foram medidos em módulos experimentais de PP (escala de parcelas). Os módulos experimentais de PP são compostos pelas camadas de revestimento, assentamento, armazenamento e drenos de fundo. As entradas e saídas de água através do PP foram monitoradas em escala subhorária para 12 eventos de chuva. Os resultados mostram excelente ajuste com valores de 𝑁𝑆𝐸 > 0.89 e 𝑁𝑆𝐸 > 0.95 para o PP com revestimento convencional e poroso, respectivamente, pequeno erro médio (𝑀𝐴𝐸 e 𝑅𝑀𝑆𝐸 < 0.34 cm) e super e subestimação (-0,73 ≤ 𝑃𝑏𝑖𝑎𝑠 ≤10,52) do modelo em relação aos dados medidos de drenagem. O PP com revestimento poroso apresentou melhores ajustes em relação as métricas aplicadas (-0.83 ≤ 𝑃𝑏𝑖𝑎𝑠 ≤5.02) Foi possível observar que o revestimento é a camada do PP que predominantemente influencia na drenagem. Portanto, apesar da ênfase no dimensionamento da camada de armazenamento, é preciso adotar critérios mais específicos para a escolha de materiais da camada de revestimento de PP.
Abstract: One of the main reasons for the increased frequency of flooding in urban areas is the increase in impermeable surfaces. Sustainable urban drainage practices (Sustainable Drainage Systems, SuDS), such as Permeable Pavements (PP), are alternatives that reduce the volume and peak flow of surface runoff. Few studies presenting computational numerical modeling have considered the physical process of unsaturated water flow through PP layers. The objective is to calibrate the hydraulic parameters exclusively through inverse simulations. The model used was the Hydrus- 1D, and the parameters optimization algorithm was the Levenberg-Marquardt. The model input data were measured in experimental modules of PP (plot scale). The PP experimental modules comprise the wear layer, bedding layer, base layer, and bottom drains. Water inflows and outflows through the PP were monitored on a sub-hourly scale for 12 rainfall events. The results show excellent fit with NSE values> 0.89 and NSE > 0.95 for PP with conventional and porous wear layers, respectively, small mean error (MAE and RMSE < 0.34 cm) and over and underestimation (-0.73 ≤ Pbias ≤10,52) of the model concerning the measured drainage data. The PP with porous wear layer showed better adjustments concerning the applied metrics (-0.83 ≤ Pbias ≤5.02). It was possible to observe that the coating is the PP layer that predominantly influences drainage. Therefore, despite the emphasis on sizing the base layer, more specific criteria need to be adopted for the choice of materials for the PP wear layer is necessary.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32849
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