Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Vartha, Poliani Alessandra
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Pato Branco
Brasil
Programa de Pos-Graduação em Engenharia Civil
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32849
Resumo: 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.
id UTFPR-12_ea01fa4f75cf98ae876cc0fd2ae88b2d
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/32849
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundoNumerical modeling of unsaturated flow in permeable pavement with the presence of a bottom drainInundaçõesDrenagemPavimentosFloodsDrainagePavementsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVILEngenharia/Tecnologia/GestãoOne 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.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.Universidade Tecnológica Federal do ParanáPato BrancoBrasilPrograma de Pos-Graduação em Engenharia CivilUTFPRLucas, Murilo Cesarhttps://orcid.org/0000-0002-1732-0241http://lattes.cnpq.br/1100869829722540Gomes, Francisco Augusto Aparecidohttp://lattes.cnpq.br/4960562897145659Destro, Cesar Augusto Medeiroshttp://lattes.cnpq.br/1997309391706114Lucas, Murilo Cesarhttp://lattes.cnpq.br/1100869829722540Tiezzi, Rafael de Oliveirahttps://orcid.org/0000-0001-8682-7807http://lattes.cnpq.br/7979063304544915Vartha, Poliani Alessandra2023-11-10T14:36:11Z2023-11-10T14:36:11Z2023-06-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfVARTHA, 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.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32849porhttps://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-06-12T19:13:48Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/32849Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-06-12T19:13:48Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
Numerical modeling of unsaturated flow in permeable pavement with the presence of a bottom drain
title Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
spellingShingle Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
Vartha, Poliani Alessandra
Inundações
Drenagem
Pavimentos
Floods
Drainage
Pavements
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Engenharia/Tecnologia/Gestão
title_short Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
title_full Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
title_fullStr Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
title_full_unstemmed Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
title_sort Modelagem numérica de escoamento não saturado em pavimentos permeáveis com presença de drenos de fundo
author Vartha, Poliani Alessandra
author_facet Vartha, Poliani Alessandra
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Lucas, Murilo Cesar
https://orcid.org/0000-0002-1732-0241
http://lattes.cnpq.br/1100869829722540
Gomes, Francisco Augusto Aparecido
http://lattes.cnpq.br/4960562897145659
Destro, Cesar Augusto Medeiros
http://lattes.cnpq.br/1997309391706114
Lucas, Murilo Cesar
http://lattes.cnpq.br/1100869829722540
Tiezzi, Rafael de Oliveira
https://orcid.org/0000-0001-8682-7807
http://lattes.cnpq.br/7979063304544915
dc.contributor.author.fl_str_mv Vartha, Poliani Alessandra
dc.subject.por.fl_str_mv Inundações
Drenagem
Pavimentos
Floods
Drainage
Pavements
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Engenharia/Tecnologia/Gestão
topic Inundações
Drenagem
Pavimentos
Floods
Drainage
Pavements
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Engenharia/Tecnologia/Gestão
description 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.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-11-10T14:36:11Z
2023-11-10T14:36:11Z
2023-06-28
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv 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.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32849
identifier_str_mv 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.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32849
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Pato Branco
Brasil
Programa de Pos-Graduação em Engenharia Civil
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Pato Branco
Brasil
Programa de Pos-Graduação em Engenharia Civil
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498241355841536