Drenagem

PROJETO DE DRENAGEM

O projeto de drenagem é desenvolvido com os dados obtidos dos Estudos Hidrológicos, compreendendo o dimensionamento, a verificação hidráulica, a funcionalidade e o posicionamento das obras e dispositivos.

Um projeto de drenagem de rodovia tem por objetivo criar um sistema de drenagem que seja eficiente para a proteção do corpo estradal e do meio ambiente.

Os dispositivos de drenagem têm como objetivo, captar e conduzir para local adequado toda a água que sob qualquer forma venha a atingir o corpo estradal.

Segue abaixo a relação dos dispositivos que fazem parte de um Sistema de Drenagem.

Obras de arte correntes;

Obras de arte especiais;

Valetas de proteção de corte e aterro;

Sarjetas de corte e aterro;

Entrada d’água em aterro;

Descidas d’água de corte e aterro

Soleira de dispersão;

Caixas Coletoras

Sarjetas de banqueta de Corte e aterro;

Dreno profundo longitudinal;

Dreno transversal;

Dreno espinha de peixe;

Colchão drenante;

Dreno de talvegue;

Dreno de pavimento.

“Para que se possa obter um Projeto de Rodovias de boa qualidade,

o projetista ao conceber o sistema de drenagem, precisa pensar também na sua execução e nos serviços de manutenção ao longo da vida útil.”

(Marcos A. Jabôr)

Obras de Arte Correntes / Drenagem de Grota

O projeto de drenagem de grota tem como objetivo o dimensionamento de bueiros. Isso garante a transposição das águas de forma segura, de um lado para outro da rodovia.

O dimensionamento hidráulico das obras de arte correntes é feito com base nas vazões calculadas para todas as bacias hidrográficas interceptadas pelo traçado da rodovia, fornecidos pelos Estudos Hidrológicos e pelas informações de campo.

Uma vez calculada a vazão máxima provável nas bacias hidrográficas, inicia-se o dimensionamento dos bueiros tubulares de concreto ou bueiros metálicos ou bueiros celulares de concreto.

Para rodovias normais, as Obras de Arte Correntes são dimensionadas para operar como orifício (bueiros tubulares), tempo de recorrência de 25 anos e operar como canal (bueiros celulares), tempo de recorrência de 50 anos.

Os bueiros implantados nas rodovias em quase sua totalidade são considerados condutos curtos, portanto o seu dimensionamento hidráulico se dá através dos nomogramas com controle de entrada, ou seja, o dimensionamento dos bueiros se dá através da teoria dos orifícios.

Para bueiros tubulares novos admite-se uma carga hidráulica máxima de HW/D= 2 sendo que para os bueiros celulares novos admite-se a carga hidráulica máxima de HW/H= 1,2.

Neste caso admite-se ascensão do NA acima da boca montante do bueiro desde que esteja garantida uma boa proteção no talude de aterro.

Para o estudo de aproveitamento de obras existentes, a altura da lamina d’água admissível deverá estar numa cota máxima 1,00m abaixo da cota do sub leito (proteção do pavimento). Para que esta consideração seja aceita deverá ser verificado se a altura máxima admissível não irá causar prejuízo aos proprietários à montante e não esteja provocando erosão a jusante.

Os bueiros tubulares de concreto serão representados nas listagens de drenagem conforme descrito abaixo

BSTC – Bueiro simples tubular de concreto;

BDTC – Bueiro duplo tubular de concreto;

BTTC – Bueiro triplo tubular de concreto.

Os bueiros tubulares metálicos serão representados nas listagens de drenagem conforme descrito abaixo

BSTM – Bueiro simples tubular metálico;

BDTM – Bueiro duplo tubular metálico;

BTTM – Bueiro triplo tubular metálico.

Os bueiros celulares(galerias) serão representados nas listagens de drenagem conforme descrito abaixo

BSSC – Bueiro simples celular de concreto;

BDCC – bueiro duplo celular de concreto;

BTCC – Bueiro triplo celular de concreto.

As listagens no projeto de drenagem são as notas de serviço que irão fornecer os dados para a implantação dos dispositivos de drenagem

No dimensionamento deverão ser utilizados nomogramas elaborados pelo “U.S. Bureau of Public Roads”, apresentados a seguir:

CARGA HIDRÁULICA PERMISSÍVEL A MONTANTE

(TUBOS DE CONCRETO - CONTROLE DE ENTRADA)

CARGA HIDRÁULICA PERMISSÍVEL A MONTANTE

(BUEIROS CELULARES DE CONCRETO - CONTROLE DE ENTRADA)

CARGA HIDRÁULICA PERMISSÍVEL A MONTANTE

(TUBOS CORRUGADOS METÁLICOS - CONTROLE DE ENTRADA)

EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

Será apresentado a seguir o dimensionamento hidráulico para as vazões referentes ao exemplo de cálculo de vazões contidos a seguir.

Cálculo das Vazões das Bacias Hidrográficas

A escolha da metodologia para cálculo das vazões máximas prováveis constitui o ponto fundamental para um correto desenvolvimento dos estudos hidrológicos nos projetos rodoviários.

Para o cálculo dessas vazões existem várias fórmulas empíricas e o chamado método racional, além dos chamados hidrogramas unitários para as bacias de maior porte.

Método Racional

Método Racional - Área < 4 km2 ( tempo de concentração de Peltier-Bonnefant)

Q = m 3/s

A = ha

I = mm / h

C = coeficiente de deflúvio do R. Peltier - J.L. Bonnenfant

Método Racional - Área < 4 km2 (tempo de concentração-Kirpich)

Q = m 3/s

A = ha

I = mm / h

C = coeficiente de deflúvio -Baptista Gariglio e José Paulo Ferrari

Método Racional com coeficiente de retardo 4km2<área<10km2 (tempo de concentração-Kirpich)

Q = m 3/ s A = km2

I = mm / h

C = coeficiente de deflúvio de Burkli - Ziegler φ = coeficiente de retardo

A expressão para o coeficiente de retardo é:

para A em km2

n = 4, pequenas declividades, inferiores a 0.5 % (Burkli – Ziegler)

n = 5, médias declividades, entre 0.5 e 1 % ( MC MATH )

n = 6, fortes declividades, superiores a 1 % (BRIX)

Hidrograma Triangular Sintético “U.S.A. Soil Consevation Service”- Área > 10km2

Q p  K .A.qm

T p

Onde:

Qp = Vazão de pico em m³/s;

K = Constante empírica de 0,20836;

A = Área de drenagem em km²;

Tp = Tempo de pico do hidrograma.

Tp D/2+0,6Tcsendo:

D = Duração do excesso de chuva de curta duração medido para as Bacias grandes e pequenas igual a aproximadamente 2√Tc;

Tc = tempo de concentração de Kirpich.

Logo a descarga de pico da Bacia será:

Qp = 0,20836xAxqm/(0,6Tc+√Tc)

O valor de qm pode ser tirado da Equação do “ Soil Conservation Service”.

qm =(P-5,08xS)/(P+20,32xS) 2

S=1000/CN-10 P = Altura acumulada de precipitação, a contar do início da chuva, em mm;

CN = Curva correspondente ao complexo solo/vegetação.

EXEMPLOS DE CÁLCULO DE VAZÕES DAS BACIAS HIDROGRÁFICAS

CÁLCULO DAS VAZÕES

Área < 4,0 km2

Método Racional c/ Coeficiente de Deflúvio e Tempo de Concentração de Peltier/Bonnenfant

Ex: Calcular a vazão de uma Bacia com os seguintes dados físicos e geomorfológicas:

- região montanhosa

- área da bacia = 18,0 Ha

- comp. Talvegue = 0,49 Km ou 4,9 Hm

- declividade efetiva ( i ) = 0,07 m/m

- tempo de recorrência = 25 anos

Q  0,0028.C.I.A

Q = m 3/s

A = ha

I = mm / h

C = coeficiente de deflúvio do R. Peltier - J.L. Bonnenfant

Cálculo do coeficiente de forma: α = L/√A

L= comprimento do talvegue em Hm

A = área da bacia em Ha

α = 4,9/√18 ... α = 1,2

Run-off

O coeficiente de run-off é em função da área da bacia, da declividade do talvegue e do tipo de região

Região montanhosa

A = 18,0 h

i = 0,07 m/m ou i = 7,0%

Entrando no Quadro de run-off dado a seguir obtemos C= 0,36

Coeficiente de Escoamento ou Coeficiente de Deflúvio

Do volume precipitado sobre a bacia, apenas uma parcela atinge a seção de vazão, sob a forma de escoamento superficial. Isto porque parte é interceptada ou preenche as depressões ou se infiltra rumo aos depósitos subterrâneos. O volume escoado é então um resíduo do volume precipitado e a relação entre os dois é o que se denomina, geralmente de coeficiente de deflúvio ou de escoamento.

Uma definição mais simples poderá ser: Coeficiente de deflúvio ou coeficiente de escoamento superficial ou ainda coeficiente de “run-off”, é a relação entre o volume escoado superficialmente e o volume precipitado.

Coeficiente de deflúvio a ser adotado em função da área da bacia:

Área < 4km2

R. Peltier / J.L. Bonnenfant

Cálculo do Tempo de Concentração

T = T1 + T2

T2 = β x T’2

T1= é função da declividade do talvegue e do tipo da região

i = 7,0%

região montanhosa

Portanto:

T1 = 11,00 minutos

T2 = β x T’2

β = é função do tipo de região

região montanhosa - β = 1,35

T’2 = é função da declividade do talvegue, do coeficiente de forma e da área da bacia.

i = 7,0%

α = 1,2

A = 18,0 ha

Entrando no quadro abaixo, obtemos:

T’2 = 9,2 minutos

Como T2 = β x T’2

T2 = 1,35 x 9,2 ∴ T2 = 12,4 minutos

T = T1 + T2

sendo :

T1 = 11,0 minutos e T2 = 12,4 minutos

T = 23,4 minutos

O tempo de concentração = 23,4 minutos

Intensidade Pluviométrica

A intensidade pluviométrica ( I ) é função do Posto Pluviográfico adotado, do Tempo de Recorrência e do Tempo de Concentração.

Para um tempo de recorrência – Tr = 25 anos e tempo de concentração -Tc = 24 minutos e considerando-se o posto pluviográfico de Goiânia adotando o Método do Eng. Otto Pfafstetter, obteremos a intensidade pluviométrica I = 123,0 mm/h.

Cálculo da Vazão

Q = 0,00278 . C .I. A

C = 0,36

A = 18,ha

I = 123,0 mm/h

Q = 0,00278 x 0,36 x 18 x 123,0

Q = 2,2m3/s

Método Racional c/ Coeficiente de Deflúvio dos Engenheiros Baptista Gariglio e José Paulo Ferrari e Tempo de Concentração de Kirpich

Ex: Calcular a vazão de uma Bacia com os seguintes dados físicos e geomorfológicas:

Q  0,0028.C.I.A

- região montanhosa

- área da bacia = 18,0 Ha

- comp. Talvegue = 0,49 Km

- declividade efetiva ( i ) = 7,0%

- tempo de recorrência = 25 anos

Q = m3/s

A = ha

I = mm / h

C = coeficiente de deflúvio dos engenheiros: Baptista Gariglio e José Paulo Ferrari

Coeficiente de Deflúvio

É função do tipo da região estudada.

Região montanhosa, usar tabela a seguir, C = 0,30.

2 - 4km2 < Área < 10km2 - Burkli-Ziegler

Tempo de Concentração

O tempo de concentração de Kirpich é em função do comprimento e da declividade do talvegue.

Tc = tempo de concentração em h

L = comprimento do talvegue

i = declividade efetiva do talvegue em %

O tempo de concentração mínimo a ser adotado é de 15 minutos

Intensidade Pluviométrica

A intensidade pluviométrica ( I ) é função do Posto Pluviográfico adotado, do Tempo de Recorrência e do Tempo de Concentração.

Para um tempo de recorrência –Tr = 25 anos e tempo de concentração –T = 15 minutos e considerando-se o posto pluviográfico de Formosa-Go adotando o método do Eng. Otto Pfafstter, obteremos a intensidade pluviométrica I=155,5mm/h.

Tc = (0,294L/√i)

Cálculo da Vazão

Q = 0,00278 C I A

C = 0,30

A = 18,0 ha

I = 155,5 mm/h

Q =0,00278 x 0,30 x 18,0 x 155,5

Q =2,3m3/s

Método Racional com Coeficiente de Retardo – 4 km2 < área < 10 km2

Ex: Calcular a vazão de uma Bacia com os seguintes dados físicos e geomorfológicas:

área = 8,5 km2

comp. Talvegue L= 6,2 km

declividade efetiva = 0,017 m/m

região montanhosa

Tr = 25 anos

Q = 0,28 x A x C x I x φ

A = 8,5 km2

C = coeficiente de deflúvio de Burkli-Ziegler

I = intensidade pluviométrica em mm/h

φ = coeficiente de retardo

Coeficiente de Deflúvio – Burkli - Ziegler

É função do tipo da região estudada.

Região montanhosa, usar tabela a seguir. C = 0,35.

Coeficiente de Retardo

É calculado em função da área e da declividade do talvegue

φ  1

100A1 / n

A = 8,5 km2

Para i = 0,017 m/m, o n = 6

φ  1 ∴φ  0,325

100x8,51/ 6

Tempo de Concentração

O tempo de concentração para área > 4,0 km2 é o de Kirpich, que é em função do comprimento da declividade do talvegue.

Tc = tempo de concentração em h

L = comprimento do talvegue

i = declividade efetiva do talvegue em %

Tc = (0,294x6,2/√1,7)^0,77 .: Tc = 1,29 horas ou 77,4 minutos

Intensidade Pluviométrica

A intensidade pluviométrica ( I ) é função do Posto Pluviográfico adotado, do Tempo de Recorrência e do Tempo de Concentração.

Para um tempo de recorrência – Tr = 25 anos e tempo de concentração -Tc = 77,4 minutos e considerando-se o posto pluviográfico de Goiânia adotando o Método do Eng. Otto Pfafstetter, obteremos a intensidade pluviométrica I = 65,89 mm/h.

Tc =(0,294L/√i)^0,77

Cálculo da Vazão

Q = 0,28 x A x C x I x φ

A = 8,5 km2

C = 0,35

I = 65,89 mm/h φ = 0,325

Q = 17,9 m3/s

Método do Hidrograma Triangular Sintético - Área > 10km2

Ex: Calcular a vazão de uma bacia com os seguintes dados físicos:

área = 11,0 km2

comp. talvegue – L = 6,15 km

declividade efetiva – i = 0,017 m/m ou i = 1,7 %

CN = 76

Posto Pluviográfico de Goiânia

Onde:

Qp = Vazão de pico em m³/s;

K = Constante empírica de 0,20836;

A = Área de drenagem em km²;

Tp = Tempo de pico do hidrograma

Tempo de concentração Kirpich

Tc = (0,294L/√i)^0,77 Qp = KAqm/Tp

L = 6,15

i = 1,7%

Tc = (0,294x6,15/√1,7)^0,77

Tc = 1,28horas

P - altura acumulada da precipitação

Para um tempo de recorrência – Tr = 25 anos e tempo de concentração -Tc = 1,28 horas e considerando-se o posto pluviográfico de Goiânia adotando o Método do Eng. Otto Pfafstetter, obteremos a altura acumulada da precipitação P = 85,66mm

Para um tempo de recorrência – Tr = 50 anos e tempo de concentração -Tc = 1,28 horas e considerando-se o posto pluviográfico de Goiânia adotando o Método do Eng. Otto Pfafstetter, obteremos a altura acumulada da precipitação P = 96,01m

Tempo de pico do hidrograma

Tp = √Tc+0,6Tc

Tp = √1,28+0,6x1,28 .: Tp = 1,90

Cálculo do S

S=1000/CN-10

CN=76 .: S=1000/76-10 .: S=3,15

Cálculo do qm

qm =(P-5,08xS)^2/(P+20,32S)

P25 anos = 85,66mm

P25 anos = 96,01mm

S=3,15

qm25 =(85,66-5,08x3,15)^2/(85,66+20,32x3,15)

qm25 = 32,4

qm50 = (96,01-5,08x3,15)^2/(96,01+20,32x3,15)

qm50 = 40

Cálculo da vazão

Q25 = KAqm/Tp

K=0,20836

A=11,00 km²

qm25=32,4

Tp = 1,90

Q25 = 0,20836x11,00x32,4/1,90

Q25 = 39,0m³/s

Q50 = KAqm/Tp

Qm=40,00

Q50 = 0,20836x11,00x40/1,90

Q50 = 48,3m³/s

Dimensionamento para a vazão calculada para o Método Racional - A< 4,0km2 com tempo de concentração e coeficiente de deflúvio de Peltier –Bonnenfant

Área da Bacia : A= 18,0 Ha

Vazão Calculada para TR=15 anos: Q= 2,3 m3/s

Para o dimensionamento serão feitas as seguintes considerações:

O aterro possuiu uma altura total de 2,5 m;

Hw/D= 2,0 – máximo permitido por norma;

Será dimensionado com controle de entrada;

e os tubos serão de concreto com encaixe tipo macho e fêmea.

Para tubos de concreto utilizaremos o nomograma da página 57, e como o tubo é com encaixe do tipo macho e fêmea, utilizaremos a coluna de carga hidráulica tipo (1), caso o tubo fosse do tipo ponta e bolsa a coluna a ser utilizada seria a (2). Como a norma permite que o Hw/D seja igual a 2 então pegaremos o ponto 2 na coluna(1) ligaremos na coluna onde está a vazão em m3/s, que para o exemplo é 2,3, estende-se esta reta até a coluna onde está o diâmetro em centímetros.

Portanto o diâmetro necessário para escoar 2,3m3/s admitindo-se a relação Hw/D=2 é de 100 cm ou seja o bueiro dimensionado será um BSTC Ø 1,00 - bueiro simples tubular de concreto de diâmetro igual a a1,0m.

Obs:

O projeto de drenagem de grota compreende inicialmente a avaliação das obras existentes na rodovia, quanto a seu funcionamento, estado de conservação , suficiência de vazão e o seu posicionamento.

A inspeção de campo pode ser considerada como a etapa mais importante desta fase, pois poderão ser observados o comportamento e o funcionamento das obras existentes, bem como a possibilidade de carga hidráulica a montante. Tudo isso possibilita dimensionar obras mais baratas, mas com qualidade.

Caso a rodovia implantada seja nova e não houver bueiros, poderão ser observadas obras próximas ao local.

Informações de problemas causados e as máximas cheias ocorridas nos córregos e rios, coletadas junto aos moradores mais próximos, principais usuários da via (caminhão de leite, linhas de ônibus, etc.) e com os técnicos do órgão administrador da via, são elementos fundamentais, que tem como objetivo principal fazer o ajuste do teórico (projeto elaborado no escritório) com o prático (confirmação do que, e como realmente ocorre no campo).

No projeto das obras de arte correntes deverão ser adotados os seguintes critérios:

O diâmetro mínimo a ser adotado para bueiro de grota e greide, deverá ser aquele que atenda as vazões calculadas, evite entupimentos (função do local a ser implantado) e facilite os trabalhos de limpeza.

Altura mínima de recobrimento acima da geratriz superior dos bueiros tubulares, conforme tabela abaixo:

Obs: PS-2 = Classe de Tubo de concreto simples (não armado)

PA-1, PA-2 e PA-3 = Classe de Tubos de concreto armado

Os tubos de concreto armado podem ser do tipo macho e fêmea ou ponta e bolsa, sendo que as classes seguem tabela da ABNT - NBR 8890 em função da altura máxima de aterro.

Obras de Arte Especiais

A maneira mais indicada para o estudo e definição das obras de arte especiais, é o estudo da vazão de projeto através de estudos estatísticos quando se dispõe de dados fluviométricos no local do projeto ou próximo a ele. Como no Brasil dispomos de poucos postos fluviométricos, a vazão máxima provável é quase sempre estabelecida pelo método do Hidrograma Triangular Sintético.

O projeto de obras de arte especiais pode ser dividido em três fases: Estudo hidrológico, Estudo Hidráulico e o Projeto da Estrutura.

No estudo hidrológico, calcula-se a vazão da bacia para o tempo de recorrência recomendado pelo projeto, que em geral é 50 ou 100 anos.

No estudo hidráulico, com os elementos fornecidos pelo estudo hidrológico, calcula-se a seção de vazão necessária para permitir o escoamento da vazão de projeto da bacia, obtendo-se, assim, o comprimento e altura da obra.

Neste caso também é importantes a verificação de campo, com as informações de máxima cheia no local da travessia e máximas cheias em obras existentes próximas ao local da obra a ser projetada. Estas informações serão decisivas na aferição do cálculo de vazão e na determinação do comprimento e altura da ponte.

Deverá ser evitado sempre que possível o projeto de corta rios, pois o que a principio poderia ser uma boa solução hidráulica, passa a ser no período pós-construção, um problema constante para os serviços de manutenção.

Drenagem Superficial

O projeto de drenagem superficial tem como objetivo o dimensionamento dos dispositivos para que tenham capacidade de coletar e conduzir as águas que precipitam sobre a rodovia e suas adjacências, para um local de deságüe seguro, garantindo a integridade do corpo estradal e o fluxo contínuo dos veículos, com segurança.

O cuidado principal que se deve ter num projeto de drenagem superficial, é o seu deságüe.

De acordo com a bibliografia existente sobre velocidades máximas de erosão de solos, haveria necessidade de dispositivos de proteção (dissipadores de energia) praticamente em todos os deságües, entretanto o comportamento de campo não confirma os valores estabelecidos, o que comprova a importância da experiência de campo.

O projeto de drenagem superficial está ligado diretamente aos custos de manutenção.

Valetas de Proteção de Corte e Aterro

As valetas de proteção têm como finalidade impedir que as águas procedentes das encostas de montante atinjam a rodovia, evitando erosões e desestabilização do talude de corte e aterro, garantindo sua estabilidade.

A valeta com a forma trapezoidal possuiu uma melhor eficiência hidráulica.

Recomenda-se que sua localização seja a uma distância mínima de 3.00 m da linha de off-set, que o material removido na escavação seja apiloado e depositado à jusante da valeta, formado com a mesma o coroamento de seu lado inferior.

Escoamento Superficial Material Apiloado

Recomenda-se também a não fazer cantos com ângulos superiores a 45º, no caso de não ser possível deve-se inserir uma curva.

As águas coletadas pelas valetas serão conduzidas para o bueiro mais próximo, ou para a linha d’água mais próxima. Nos casos onde for projetada valeta revestida de concreto e o seu deságüe ocorrer em solo natural e a velocidade do escoamento for maior que a velocidade inicial de erosão do solo, deverá ser projetado dissipador de energia.

Dimensionamento hidráulico

Para proceder ao dimensionamento hidráulico das valetas, há necessidade de estimar a descarga de contribuição, utilizando-se o método racional, onde a área de drenagem é limitada pela própria valeta e pela linha do divisor de águas da vertente a montante.

A expressão da fórmula racional é:

Q=ciA/(3,6x〖10〗^6 )

onde:

Q = descarga de contribuição em m3/s;

= coeficiente de escoamento, adimensional, fixado de acordo como complexo solo-cobertura vegetal e declividade do terreno;

= intensidade de precipitação, em mm/h para a chuva de projeto, fixada no estudo hidrológico;

A = área de contribuição, em m2, determinada através de levantamentos topográficos, aerofotogramétricos ou expeditos.

Fixada a vazão de contribuição, passa-se ao dimensionamento hidráulico propriamente dito através da fórmula de Manning associada a equação da continuidade.

V=1/n R^(2/3) I^(1/2) (fómula de Manning)

R=A/P

Q= AV (equação da continuidade)

onde:

V = velocidade de escoamento, em m/s;

I = declividade longitudinal da valeta, em m/m;

n = coeficiente de rugosidade de Manning, adimensional, função do tipo de revestimento adotado;

R = raio hidráulico, em m; A = área molhada, em m2; P = perímetro molhado;

Q = vazão admissível na valeta, em m3/s;

Acontece na prática, não raro, a necessidade de retirada da água da valeta de proteção de corte para a sarjeta ou para a caixa coletora de um bueiro de greide, devido às seguintes particularidades:

Quando nos cortes muito extensos e de pequena declividade o comprimento crítico da valeta é atingido, o aumento da capacidade de vazão obrigaria a construção de seção com grandes dimensões;

Quando o terreno a montante da valeta apresentar um talvegue secundário bem definido ocasionando a concentração de água num único local;

Quando o perfil longitudinal da valeta apresentar-se sinuoso com vários pontos baixos, obrigando, para que haja em escoamento contínuo, grandes profundidades da valeta.Nesses casos, o dispositivo de saída d’água da valeta de proteção de corte para a plataforma é comumente denominado descida d’água.

Essas descidas d’água em geral são construídas em degraus, como mostra a figura abaixo.

Sarjetas de Corte e Aterro

Sarjeta de Corte

Tem como objetivo captar as águas que precipitam sobre a plataforma e taludes de corte e conduzi-las, longitudinalmente à rodovia, até a transição entre o corte e o aterro, de forma a permitir a saída lateral para o terreno natural ou, então, para a caixa coletora de um bueiro de greide.

Seção – Tipo

As sarjetas de corte podem ter diversos tipos de seção,sendo mais comum a de forma triangular, obedecendo aos seguintes critérios:

Sarjeta Triangular – como mostra a figura abaixo, a sarjeta deve ter do lado de montante a declividade máxima de 25%. Segundo estudos realizados nos Estados Unidos, a declividade acima de 25% gera uma condição de insegurança para os veículos.

Sarjeta Trapezoidal - é adotada quando a sarjeta triangular de máximas dimensões permitidas for insuficiente para atender às condições impostas pela descarga de projeto e ao comprimento crítico. Existem dois tipos de sarjeta trapezoidal: com barreira e com capa

- com capa:

Pode-se projetar a sarjeta capeada descontinuamente do modo que permita a entrada d’água pela abertura existente entre as duas placas. As placas são de concreto armado.

- com barreira:

A barreira constituída com meio fio tem a finalidade de servir como balizador orientando os veículos para afastarem daquele ponto. Por outro lado, possui aberturas calculadas, em espaçamento conveniente, de modo a permitir a entrada dágua.

sarjeta

Esta solução deverá se utilizada somente quando se esgotarem todas as outras soluções possíveis e mais seguras, pois com o tempo os meio fios são quebrados pelos veículos eliminando a proteção visual que ele exercia.

Dimensionamento Hidráulico

A bacia de contribuição para uma sarjeta é um paralelepípedo de altura igual à precipitação pluvial(P) cuja largura (l) é a largura do implúvio e o comprimento(L) é o comprimento crítico a se determinar.

A largura de implúvio (I) é a projeção horizontal da largura de contribuição. O comprimento crítico (L) é definido como o comprimento máximo de utilização da sarjeta, para que não haja transbordamento d’água e/ou início de processo erosivo.

Determinação do comprimento crítico pelo Método de Equivalência de Vazões.

A vazão decorrente de precipitações pluviais é dada pela fórmula:

Q=ciA/(3,6x〖10〗^6 )

Onde:

Q = descarga de contribuição em m3/s;

c = coeficiente de escoamento, adimensional, fixado de acordo como complexo solo-cobertura vegetal e declividade do terreno;

i = intensidade de precipitação, em mm/h para a chuva de projeto, fixada no estudo hidrológico; A = área de contribuição, em m2 ( A= L x l )

L = comprimento crítico l = largura de implúvio

Q=ciLi/3,6x10

Para sarjetas de corte iremos adotar c = 0,70 e para sarjetas de aterro c = 0,90.

A vazão Q deverá ser equivalente à vazão Q’ na sarjeta:

Q’= S.

A fórmula de manning nos dá

V=1/n R^((2/3) ) I^(1/2)

R=A/P

onde:

V = velocidade de escoamento, em m/s;

I = declividade longitudinal da valeta, em m/m;

n = coeficiente de rugosidade de Manning, adimensional, função do tipo de revestimento adotado; R = raio hidráulico, em m;

A = área molhada, em m2; P = perímetro molhado;

S= seção de vazão, em m2; Q = vazão em m3/s;

Determinação da largura de implúvio( l )

A largura de implúvio, no caso mais geral, é uma soma de 4 parcelas:

l= l1+ l2 + l3 + l4

l1 = contribuição da pista de rolamento; l2 = contribuição do acostamento;

l3 = contribuição do talude corte;

l4= contribuição da área compreendida entre a crista do corte e a valeta de proteção.

Para o valor de l3, toma-se, normalmente, 2/3 da altura máxima do corte

Sarjeta de Aterro

Tem como objetivo captar as águas precipitadas sobre a plataforma de modo a impedir que provoquem erosões na borda do acostamento e ou no talude do aterro, conduzindo-as ao local de deságüe seguro.

São dimensionadas de forma análoga a de corte, sendo que a contribuição será somente da pista.

SARJETA DE CONCRETO EM ATERRO

SCA

Saídas D’Água de Aterro

As saídas d’água também denominadas entradas d’água são coletores das águas das sarjetas de aterro conduzindo-as para as descidas d’água. São utilizadas quando é atingido o ponto crítico da sarjeta, e nos pontos baixos das curvas verticais côncavas e junto às pontes.

Descida D’Água em Aterro

São dispositivos que tem como objetivo, conduzirem as águas provenientes das sarjetas de aterro quando é atingido seu comprimento crítico e nos pontos baixos das curvas verticais côncavas, desaguando em terreno natural.

São dois os tipos de dispositivos de descida d’água: Rápido e em degraus

Dimensionamento Hidráulico para descida d’água do tipo Rápido:

O dimensionamento pode ser feito através da expressão empírica seguinte, fixando-se o valor da largura ( L ) e determinando-se o valor da altura ( H ).

Q  2,07.L0,9.H 1,6

Onde:

Q = Descarga de projeto a ser conduzida pela descida d’água, em m3/s;

L = Largura da descida d’água, em m;

H = Altura das paredes laterais da descida, em m.

Cálculo da velocidade no pé da descida.

V =2 gh

Onde:

V = velocidade no pé da descida, em m/s;

g = aceleração da gravidade ( 9,8 m/s );

h = altura do aterro, em m.

O objetivo da determinação da velocidade no pé da descida d’água é o dimensionamento da bacia de amortecimento e da necessidade ou não de dissipadores de energia.

Descida D’Água em Corte

São dispositivos destinados a dirigir as águas proveniente da valeta de proteção de corte para as caixas coletoras dos bueiros de greide, de onde serão conduzidas para fora do corpo estradal.

Planta: Corte:

Dissipadores de Energia

São dispositivos destinados a dissipar a energia do fluxo d’água, reduzindo consequentemente sua velocidade de modo que não haja risco de erosão no final das saídas, descidas d’água, valeta de proteção e bueiros.

Caixas Coletoras

As caixas coletoras têm por finalidade coletar as águas oriundas das sarjetas de corte, das descidas d’água dos cortes e talvegues, conduzindo-as para fora do corpo estradal através dos bueiros de greide ou bueiros de grota.

A altura máxima da caixa coletora recomendável é de 3,00m

Sarjetas de Banqueta de Corte e Aterro

As sarjetas de banqueta são dispositivos que tem como objetivo captar e conduzir a água precipitada no talude e na plataforma das banquetas conduzindo longitudinalmente a um local seguro.

Utiliza - se normalmente os mesmos dispositivos indicados para a valeta de proteção de corte, com a forma trapezoidal.

Drenagem Profunda

O projeto de drenagem profunda tem como objetivo o dimensionamento dos dispositivos e a especificação dos materiais mais adequados, para promover a interceptação e/ou remoção, coleta e condução das águas provenientes do lençol freático e da infiltração superficial nas camadas do pavimento.

A visita técnica ao campo, também neste caso, é de fundamental importância para a garantia de um bom projeto A partir dela é possível observar os locais com excesso de umidade através de vários indicadores: afundamentos em trilhas de roda, existência de vegetação característica de regiões úmidas, informações junto aos usuários da via de atoleiros no período chuvoso, altura dos cortes e a extensão e conformação da encosta de montante.

O projetista de drenagem deverá solicitar na sondagem do subleito que no momento da coleta de material, seja medida a umidade natural do solo para posterior comparação com a umidade ótima. Deverá solicitar também o ensaio de granulometria do solo por sedimentação para fins de estudo da faixa granulométrica ideal para os dispositivos de drenagem profunda.

Quando o VMD-Volume Médio Diário de Tráfego de uma rodovia for maior ou igual a 3.000(três mil) veículos e a solução de pavimento prever revestimento com massa asfáltica, haverá necessidade do ensaio de permeabilidade das camadas do pavimento.

Dreno Profundo Longitudinal

O dreno profundo longitudinal é utilizado para interceptar e/ou rebaixar o lençol freático, tendo como objetivo principal proteger a estrutura do pavimento.

A indicação de drenos longitudinais profundos é feita após análise conjunta dos resultados de sondagens e ensaios, verificações de umidade e observação de campo. Nos projetos de restauração além das análises já citadas, devemos incorporar a análise conjunta dos resultados das medições com Viga Benkelman e inventário da superfície do pavimento - PRO-08 / DNER.

Os drenos profundos são instalados, preferencialmente, em profundidade da ordem de 1,50 a 2,00 m.

Os drenos profundos mais usuais são:

Projeto tipo DNIT, DPS-01 (Material filtrante e tubo )- é indicado nos locais onde a umidade natural estiver acima da ótima, porém sem a presença de N.A;

Projeto tipo DNIT, DPS-07 e DPS-08 (Material drenante, tubo e manta geotextil não tecida envolvendo a vala)-Nos locais com presença de N.A .

A granulometria dos materiais drenantes e filtrantes, e outras considerações, são obtidas pelo processo de TERZAGHI, pelas determinações de BUREAU OF RECLAMATION E SOIL CONSERVATION SERVICE, e no caso de geotexteis pelo método do COMITÊ FRANCES DE GEOTEXTEIS e geomembranas.

As recomendações de TERZAGHI, que deverão ser atendidas no projeto de Drenagem Profunda, são as seguintes:

Condição de permeabilidade

d15%F > 5 d 15% S (máximo de 5% passando em peneira nº 200)

Condição de não entupimento do material filtrante

d15% F < 5 d 85% S

onde:

d15 % F = diâmetro correspondente à porcentagem de 15% passando do material filtrante;

d15 % S = diâmetro correspondente à porcentagem de 15% passando do solo a drenar;

d85 % S = diâmetro correspondente à porcentagem de 85% passando do solo a drenar

Dreno Espinha de Peixe

São drenos destinados à drenagem de grandes áreas, pavimentadas ou não. São usados em série, em sentido oblíquo em relação ao eixo longitudinal da rodovia, ou área a drenar.

Geralmente são de pequena profundidade e, por este motivo, sem tubos, embora possam eventualmente ser usados com tubos.

Podem ser exigidos em cortes quando os drenos longitudinais forem insuficientes para a drenagem da área.

Podem ser projetados em terrenos que receberão aterros e nos quais o lençol freático estiver próximo da superfície.

Podem também ser necessários nos aterros quando o solo natural seja impermeável.

Conforme as condições existentes podem desaguar livremente ou em drenos longitudinais, conforme se vê na figura abaixo.

Dreno Sub-Horizontal

Os drenos sub-horizontais são aplicados para a prevenção e correção de escorregamentos nos quais a causa determinante da instabilidade é a elevação do lençol freático ou do nível piezométrico de lençóis confinados.

Colchão Drenante

O colchão drenante tem como objetivo drenar as águas existentes situadas à pequena profundidade do corpo estradal, quando forem de volume tal que possam ser drenadas pelos drenos “espinha de peixe”.

São utilizados:

Nos cortes em rocha;

Nos cortes em que o lençol freático estiver próximo ao terreno natural;

Nos aterros sobre terrenos impermeáveis.

A remoção das águas coletadas pelos colchões drenantes deverá ser feita por drenos longitudinais.

Terminal de Dreno Profundo

Os drenos profundos deverão, na transição corte/aterro, defletir-se de cerca de 45º, com raio de curvatura da ordem de 5 m, prolongando-se além do bordo da plataforma, de modo que o deságüe se processe, no mínimo, a um metro do off-set.

Nos corte extensos os drenos deverão ser ligados às caixas coletoras.

Dreno Subsuperficial de Pavimento

São dispositivos que tem como função receber as águas drenadas pela camada do pavimento de maior permeabilidade conduzindo-as até o local de deságüe.

São dois os tipos de Drenos de pavimento:

Drenos laterais de base

Drenos transversais

Drenos laterais de base

São drenos longitudinais, devendo ser posicionados no bordo do pavimento para dentro da sarjeta, abaixo da face superior da camada de maior permeabilidade.

Drenos transversais

São drenos que tem como função interceptar, captar e conduzir as águas que, atravessam as camadas do pavimento e escoam no sentido longitudinal.

Permeabilidade

Podemos definir permeabilidade como sendo a propriedade que os solos apresentam de permitir a passagem da água em maior ou menor quantidade.

A permeabilidade de um material é medida pelo seu coeficiente de permeabilidade (K) que é expresso em cm/s.

K=Q/iA onde:

Q = vazão A = área

i = gradiente hidráulico

A permeabilidade é função direta da granulometria como pode ser observado no quadro abaixo:

Escala de Permeabilidade K ( cm/s)

CONSIDERAÇÕES PARA CONCEPÇÃO E CONSTRUÇÃO DE DRENOS DE PAVIMENTO Permeabilidade dos materiais

Em rodovias com tráfego alto e percentual significativo de veículos pesados, o estudo da permeabilidade das camadas do pavimento é tão importante quanto os ensaios de CBR. Porém não é comum os projetistas fazerem pois não são solicitados nos editais de Projeto..

Para o revestimento, quando CBUQ, não se faz necessário tal ensaio, pois a sua permeabilidade deverá ser considerada, não no início de sua vida útil onde ele se apresenta praticamente impermeável (CBUQ na faixa C possuiu uma permeabilidade K= 10-7 cm/s equivalente a de um solo argiloso), mas sim após o início do aparecimento de fissuras e trincas, quando então passa ocorrer uma penetração d’água significativa.

Para que se possa assegurar que a água não irá interferir na vida útil do pavimento, há que se garantir no estudo dos materiais a serem utilizados nas camadas do pavimento, que tenham permeabilidade suficiente para percorrer livremente ou que seja impermeável impedindo a sua penetração.

No caso de uma ou mais camadas do pavimento possuírem uma boa permeabilidade K >10-3cm/s e abaixo um solo com a permeabilidade mais baixa, haverá necessidade de se projetar um sistema drenante eficiente

.Porém quando todas as camadas do pavimento tiverem a permeabilidade K< 10-6 cm/s ( praticamente impermeáveis) não haverá necessidade de dreno de pavimento.

Para a camada de base de um pavimento rodoviário não deverá ser utilizado materiais cujo ensaio de permeabilidade obtenha-se resultados dentro do intervalo 10-3 cm/s < K < 10-6 cm/s pois neste intervalo a água consegue penetrar porém demora muito para sair(drenagem lenta), tornando com isto ineficiente qualquer tipo de dreno de pavimento.Portanto quando o projetista encontrar esta situação, deverá procurar como solução fazer uma mistura no material selecionado de forma a melhorar a sua permeabilidade, ou torna-lo praticamente impermeável.

Para rodovias com baixo volume de trafego, com pista simples, largura de plataforma de pavimento acabado até 10,00 m e revestimento em TSD, não há necessidade de estudos de permeabilidade das camadas de pavimento nem de dispositivos de drenagem de pavimento

Formato da vala e materiais utilizados

A vala do dreno de pavimento deverá ter a forma retangular (0,30m x 0,20m) ou quadrada (0,30m x 0,30m), pois facilita o processo executivo com a utilização de retro-escavadeira na abertura das valas.

Muitas vezes nos deparamos com projetos onde os drenos de pavimento são projetados com forma triangular. A inconveniência de se adotar esta forma é que o processo executivo tem que ser manual, o que vem atrasar a etapa seguinte da execução do revestimento.

Os materiais a serem utilizados no enchimento das valas deverão ser Brita-1 (K=15,0 cm/s) ou Brita-2 (K=25,0 cm/s), conforme a necessidade do volume a ser escoado.

O envolvimento da vala com manta geotextil não tecida, se faz necessário quando a camada permeável possui agregado fino com possibilidade de ser carreada para o dreno, podendo vir a causar o seu entupimento.

Deve-se evitar a utilização de tubo na vala, pois passa a ser um ponto fraco. Raramente há necessidade da utilização de tubos, pois sempre que for preciso descarregar o dreno de pavimento e este estiver em corte, poderá ser encaminhado para o dreno profundo longitudinal.

O formato da vala, suas dimensões, os materiais empregados no seu enchimento, são comuns tanto para os drenos laterais de base como para os drenos transversais.

Localização

Drenos laterais de base

Para diminuir o efeito do tráfego, principalmente dos veículos pesados, que poderá provocar afundamento na vala do dreno pela impossibilidade de se obter uma compactação do material de enchimento compatível com as camadas do pavimento, é conveniente executar o dreno no bordo da pista para dentro da sarjeta. (fig. 1)

Figura 1

Drenos transversais

Os locais indicados para sua utilização são:

Pontos baixos de curvas verticais côncavas. (fig. 2);

Em locais onde existem águas acumuladas nas bases permeáveis (sangrias). Situações encontradas nas restaurações de pavimento;

Próximo às Pontes. (fig.3).

FIGURA 2 - Dreno Transversal em Curva Vertical Côncava

Obs: o espaçamento é em função da declividade longitudinal.

FIGURA 3 - Dreno Transversal Próximo as Pontes

Processo executivo

É de fundamental importância tomar alguns cuidados para garantir o funcionamento desejado do dreno de pavimento:

Após a abertura da vala, fazer a limpeza e compactar o fundo de forma a garantir a declividade projetada, que deverá ser a declividade do greide, porém nunca inferior a 0,5%;

No enchimento da vala com os agregados, fazer um coroamento (excesso de volume) para ajudar no adensamento dos materiais, evitando afundamento futuros;

Quando ocorrer a necessidade de descarregar o dreno de pavimento num dreno longitudinal profundo de areia, é necessário no local da descarga envolver a brita c/ manta geotextil não tecida formando um tubo;

Deverão ser feitos terminais de dreno em concreto, de forma a facilitar as futuras manutenções do dreno.

Deverão ser feitos poços de visita numa distancia máxima de 50,0m entre eles, de forma a permitir a realização dos serviços de manutenção.

Manutenção

A manutenção dos drenos de pavimento deverá ser feita anualmente limpando a tubulação da vala, desobstruindo os terminais para garantir o seu perfeito funcionamento, mantendo livre o escoamento das águas provenientes da interceptação do lençol freático.