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Engenharia

Obras Rodoviárias – Drenagem

By 18 de fevereiro de 2019 No Comments

1. Estudos Hidrológicos

No dimensionamento das estruturas de drenagem das rodovias, é de grande importância a consideração dos fatores de risco de superação e do grau de degradação que possam ocorrer devido a longas exposições da estrada aos efeitos das chuvas.

Os efeitos negativos das águas sobre as rodovias dizem respeito aos danos causados pela erosão e à influência sobre o tráfego. Sendo assim, os métodos de cálculos visam o estabelecimento da descarga máxima suportável, considerando desprezíveis as perdas que possam ocorrer por absorção pela vegetação ou pela evapotranspiração.

Os estudos hidrológicos têm por objetivo avaliar a vazão das bacias de contribuição para os diversos dispositivos de drenagem da rodovia, tais como: pontes, pontilhões, bueiros, valetas, sarjetas, descidas de água e caixas coletoras usados na implantação básica. Para isso há preliminarmente a coleta de dados hidrológicos.

A seguir são abordados os principais conceitos envolvidos.

 

a. Tempo de Recorrência

Para as obras de engenharia, a segurança e durabilidade frequentemente se associam a ​tempo ou período de recorrência​, cujo significado se refere ao ​espaço de tempo em anos onde provavelmente ocorrerá um fenômeno de grande magnitude, pelo menos uma vez​.

No caso dos dispositivos de drenagem, este tempo diz respeito a enchentes de projeto que orientarão o dimensionamento, de modo que a estrutura indicada resista a essas enchentes sem risco de superação.

A escolha dos tempos de recorrência será determinada através de fator técnico-econômico e deverá constar basicamente de:

  • Tipo, importância e segurança da obra;
  • Classe da rodovia;
  • Estimativa de custos de restauração na hipótese de destruição;
  • Estimativa de outros prejuízos resultantes de ocorrência de descargas maiores que as de projeto;
  • Comparativo de custo entre a obra para diferentes tempos de recorrência;
  • Risco para as vidas humanas face a acidentes provocados pela destruição da obra.

A escolha do tempo de recorrência para o projeto de uma obra de engenharia, depende da sua importância, o que resulta na adoção de um valor para o qual o risco de superação seja adequado à segurança da rodovia, no que se inclui a necessidade eventual da sua reconstrução. Deve ser considerado ainda que, quanto maior o tempo de recorrência, mais onerosa a reconstrução ou reparação.

Como os danos decorrentes da insuficiência de vazão dependem da importância da obra para o sistema, são diferentes os valores a serem adotados para o período de recorrência, variando conforme o tipo de obra. Assim, um bueiro de rodovia com capacidade de vazão insuficiente pode causar a erosão dos taludes junto à boca de jusante, ruptura do aterro por transbordamento das águas, ou inundação de áreas a montante. No caso de canal ou galeria de drenagem urbana, estes danos serão mais sentidos, pois causam a interrupção do trânsito, mesmo temporariamente, e danos em imóveis residenciais ou nas mercadorias dos estabelecimentos comerciais.

No caso da insuficiência de vazão em seções de pontes, visto que abrangem cursos d’água com maior vazão, em geral os danos são muito significativos podendo ocorrer a destruição da estrutura ou a ruptura dos aterros contíguos, proporcionando uma interrupção do tráfego, muito mais séria, exigindo obras de recomposição mais vultuosas e demoradas. Geralmente, os períodos de recorrência normalmente adotados no caso de bueiros são de 10 a 20 anos e, para as pontes, definem-se tempos de recorrência de 50 a 100 anos, conforme o tipo e importância da obra.

A escolha do tempo de recorrência da enchente de projeto deve ser revista em cada caso particular; em linhas gerais são adotados os seguintes valores usuais:

Espécie Período de Recorrência(anos)
Drenagem Superficial 5 a 10
Drenagem Subsuperficial 10
Bueiros Tubulares

15 como canal

25 como orifício

Bueiro Celular

25 como canal

50 como orifício

Pontilhão 50
Ponte 100

 

b. Tempo de Concentração

O tempo de concentração de uma bacia hidrográfica é definido pelo tempo de percurso em que o deflúvio leva para atingir o curso principal, desde os pontos mais longínquos até a obra de arte (bueiro, pontilhão, ponte, etc.), ou seja, é o tempo necessário para que toda a bacia contribua na vazão do dispositivo em estudo.

Para chuvas com duração inferior ao tempo de concentração, somente os deflúvios de parte da bacia hidrográfica se somam para formar a enchente, enquanto que, para chuvas de duração maior que o tempo de concentração, os deflúvios de todas as partes da bacia estão contribuindo para a enchente, embora com o pico de cheia já atenuado, haja vista as intensidades de chuvas decrescerem com a sua duração.

Assim, as chuvas com durações próximas ao tempo de concentração da bacia fornecem maiores vazões para um determinado tempo de recorrência. Por isso, o tempo de concentração será o tempo considerado como de duração das chuvas mais críticas da rodovia.

A determinação numérica do tempo de concentração depende primordialmente do comprimento do curso d’água principal e de sua declividade, embora alguns autores também expressem o tempo de concentração em função da área da bacia hidrográfica.

Normalmente considera-se que, nas pequenas bacias hidrográficas, com áreas menores que ​1 km²​, o deflúvio da chuva escoa em grande parte do percurso superficialmente. Sendo assim, a velocidade de escoamento é fortemente influenciada pela rugosidade do terreno, por sua cobertura vegetal e pelos detritos sobre o solo.

Nas bacias maiores, com áreas superiores a ​8 km²​, o deflúvio superficial escoa na maior parte do tempo através de canais ou cursos d’água. Desse modo, a permeabilidade e a cobertura vegetal têm efeito cada vez menos pronunciado sobre o tempo de concentração.

O cálculo do tempo de concentração de uma bacia é bastante complexo, devido aos inúmeros condicionantes envolvidos, existindo, pois, uma grande variedade de expressões de cálculo. Existem numerosas fórmulas empíricas para calcular o tempo de concentração em função do comprimento (L) do curso principal, do desnível total (H) até as cabeceiras, e eventualmente da área (A), ou de outros parâmetros escolhidos.

Apesar da existência de várias fórmulas, como diretrizes gerais para o valor do tempo de concentração temos que:

  • No estudo de enchentes para projetos de pontes e bueiros, como se trata de bacias de maior porte, é exigida a definição do tempo de concentração por procedimentos mais cuidadosos;
  • Para as obras ​drenagem superficial​, utiliza-se o tempo de concentração igual a ​5 minutos​.

 

c. Determinação das Descargas das Bacias

A metodologia a seguir na determinação das descargas das bacias dependerá:

  • da disponibilidade de dados fluviométricos e do número de anos de observação;
  • do tamanho da bacia e da importância do conhecimento da forma do fluviograma;

O DNIT recomenda a utilização dos seguintes métodos a depender da disponibilidade de dados fluviométricos e da área da bacia:

 

Dados Método de Cálculo
Com dados de 10 a 15 anos Estatísticos
Sem dados, área ≤ 4 km2 Racional
Sem dados, 4 km2 < área ≤ 10 kms Racional Corrigido
Sem dados, área > 10 km2 Hidrograma Unitário Triangular (HUT)

 

d. Métodos Estatísticos

A aplicação do método estatístico é recomendável para ​períodos de recorrência de no máximo 100 anos ou ​menor que o dobro do período de dados disponíveis​, pois, nestes casos, qualquer lei de distribuição é satisfatória, porque, normalmente, os resultados diferem pouco entre si.

Enquanto as precipitações excepcionais de chuvas tendem aproximadamente para uma lei parabólica, as descargas dos rios, por estarem sujeitas a outros fatores como permeabilidade do solo, cobertura vegetal, forma da bacia, declividade dos cursos d’água e amortecimento das descargas extravasadas, não apresentam uma distribuição estatística satisfatória para descrever picos de enchentes excepcionais de baixa frequência que atendam satisfatoriamente a todos os casos.

Sendo assim, os resultados dos estudos estatísticos de descargas máximas de rios devem ser aceitos com muita reserva e precaução, especialmente para enchentes de períodos de recorrência muito elevados, pois é grande a irregularidade que pode ocorrer na sua sucessão natural, sendo frequente o aparecimento de uma descarga tão excepcionalmente maior que as outras, da série observada, que se tem dúvida sobre o tempo de recorrência a ser atribuído ou sobre o grau de influência a ser adotado na curva de ajustamento estatístico.

Os modelos estatísticos mais conhecidos são as Leis de Distribuição de Gumbel, Hazen e Log Pearson III, sendo que nenhum deles pode ser considerado melhor que os outros, visto que uma lei estatística não pode traduzir com fidelidade as complexas relações envolvidas na ocorrência de descargas mais raras.

 

e. Método do Hidrograma Unitário

Para o dimensionamento de pontes ou bueiros rodoviários, na maioria dos casos, não se dispõe de dados fluviométricos do curso d’água envolvido, ou mesmo próximo à obra, especialmente tratando-se de bacias hidrográficas de pequena importância hidrológica, que são as mais comuns.

Nesses casos, a metodologia de cálculo mais indicada refere-se à aplicação do fluviograma​, ou ​hidrograma unitário sintético​, como é com mais freqüência designado, cujas características se baseam na generalização das condições médias de escoamento de numerosos estudos para os quais se dispõe de dados fluviométricos.

O hidrograma unitário sintético possui uma formulação muito complexa, e suas principais características, definidas a partir do comprimento e da declividade do curso d’água, são de validade duvidosa em regiões onde os modelos não tenham sido suficientemente comprovados. Para aplicação prática, devido à sua formulação mais simples e por ser suficientemente preciso, adota-se com mais freqüência o ​hidrograma unitário triangular​.

O hidrograma unitário é o hidrograma resultante de um escoamento superficial de volume unitário, decorrente da chuva unitária, que corresponde à altura pluviométrica e duração unitária.

A figura seguinte mostra o hidrograma unitário adimensional curvilíneo, deduzido da média de um grande número de hidrogramas unitários naturais de bacias com tamanhos muito variados e situações diversas. Nessa metodologia, o tempo de concentração da bacia igual ao tempo entre o fim da chuva e o ponto de inflexão no ramo descendente do hidrograma unitário. O atraso da onda ou “Lag” é aqui definido pelo tempo entre o centro da chuva unitária e o pico do hidrograma unitário, valendo 0,6 TC para condições médias     de bacia hidrográfica e deflúvios com distribuição aproximadamente uniforme sobre a área.

Recomenda-se a substituição do hidrograma adimensional curvilíneo por um hidrograma triangular cuja forma se adapta razoavelmente ao primeiro, conforme mostra a obtida a partir do tempo de concentração TC, e da duração unitária DU, dadas por:

Obtém-se a descarga de ponta ​Qp​, ou a ordenada máxima do hidrograma unitário observando-se que a área do triângulo representa o volume escoado da bacia para um deflúvio de 1 mm.

Disso resulta a seguinte expressão:

onde:

Qp​​= descarga máxima, em m3/s por mm do deflúvio,

A​​r= área da bacia, em km²,

T​​b= base do fluviograma unitário, em minutos,

0,03 = coeficiente de compatibilização de unidades.

 

f. Método Racional

Esse é o método para o cálculo de vazão mais difundido, que calcula a descarga máxima de uma enchente de projeto por uma expressão muito simples, relacionando o valor desta descarga com a área da bacia de contribuição, a intensidade da chuva, e o coeficiente de deflúvio. Essa metodologia é indicada para bacias de contribuição com área inferior a 4 km².

O ​coeficiente de deflúvio representa essencialmente a relação entre a vazão e a precipitação que lhe deu origem, o que envolve além do volume da precipitação vertida, a avaliação do efeito da variação da intensidade da chuva e das perdas por retenção e infiltração do solo durante a tempestade de projeto. Este é um parâmetro que expressa o comportamento da área na formação do deflúvio, consequentemente reunindo todas as incertezas dos diversos fatores que nele interferem.

Apesar da dificuldade quanto ao coeficiente de deflúvio, por sua extraordinária facilidade de cálculo, seu cálculo é, dentre todos os métodos de avaliação de descargas de projeto para os sistemas de drenagem, aquele que é utilizado com maior frequência, não só no Brasil, mas em todo o mundo, principalmente nas bacias de pequeno porte ou em áreas urbanas.

Admite-se que a precipitação sobre a área é constante e uniformemente distribuída sobre a superfície da bacia. Para considerar que todos os pontos da bacia contribuem na formação do deflúvio é estabelecido que a duração de chuva deve ser igual ou maior que o seu tempo de concentração e, como a intensidade da chuva decresce com o aumento da duração, a descarga máxima resulta de uma precipitação (chuva) com duração igual ao tempo de concentração da bacia.

Nesse caso, a descarga máxima (Q) é dada simplesmente pelo produto da área da bacia (A), pela intensidade da precipitação (i), com duração igual ao tempo de concentração (Tc), multiplicado pelo coeficiente de deflúvio (C) :

sendo:

Q​= descarga máxima, em m³/s;

C​= coeficiente de deflúvio;

i​= intensidade da chuva = P / Tc, em milímetros por hora

P​= precipitação, em milímetros;

A​= área da bacia hidrográfica, em quilômetros quadrados;

Tc​= tempo de concentração, em horas.

 

g. Método Racional Corrigido

Para corrigir os efeitos da distribuição das chuvas nas bacias hidrográficas, consideradas uniformes no Método Racional, principalmente em bacias de médio porte com áreas superiores a 1 km² , são introduzidos coeficientes redutores das chuvas de ponta designados ​Coeficientes ou ​Fatores de Distribuição​.

O mais comum destes fatores, normalmente utilizado em projetos rodoviários é dado por:

onde as variáveis são definidas como anteriormente, e ​n​ é adimensional.

 

 

2. Drenagem de Transposição de Talvegues

Em sua função primordial, a drenagem de uma rodovia deve eliminar a água que, sob qualquer forma, atinge o corpo estradal, captando-a e conduzindo-a para locais em que menos afete a segurança e durabilidade da via.

No caso da transposição de talvegues, essas águas originam-se de uma bacia e que, por imperativos hidrológicos e do modelado do terreno, têm que ser atravessadas sem comprometer a estrutura da estrada. Esse objetivo é alcançado com a introdução de uma ou mais linhas de bueiros sob os aterros ou construção de pontilhões ou pontes transpondo os cursos d’água, obstáculos a serem vencidos pela rodovia.

 

a. Bueiros

Os bueiros são obras destinadas a permitir a passagem livre das águas que acorrem as estradas. Compõem-se de bocas e corpo.

Corpo ​é a parte situada sob os cortes e aterros. As ​bocas ​constituem os dispositivos de admissão e lançamento, a montante e a jusante, e são compostas de soleira​, ​muro de testa ​e ​alas​.

No caso de o nível da entrada d’água na boca de montante estar situado abaixo da superfície do terreno natural, a referida boca deverá ser substituída por uma ​caixa coletora​.

 

Classificações

Os bueiros podem ser classificados em quatro classes, a saber:

  • quanto à forma da seção;
  • quanto ao número de linhas;
  • quanto aos materiais com os quais são construídos;
  • quanto à esconsidade.

 

Quanto à forma da seção

 

São ​tubulares​, quando a seção for circular; ​celulares​, quando a seção transversal for retangular ou quadrada; ​especial​, elipses ou ovóides, quando tiver seções diferentes das citadas anteriormente, como é o caso dos arcos, por exemplo. Para o caso dos bueiros metálicos corrugados, existe uma gama maior de formas e dimensões, entre elas: a circular, a lenticular, a elíptica e os arcos semicirculares ou com raios variáveis (ovóides).

 

Quanto ao número de linhas

São ​simples​, quando só houver uma linha de tubos, de células etc; ​duplos e triplos​, quando houver 2 ou 3 linhas de tubos, células etc. Não são recomendáveis números maiores de linhas por provocar alagamento em uma faixa muito ampla.

 

Quanto ao material

Os materiais atualmente usados para a construção de bueiros no DNIT são de diversos tipos: ​concreto simples​, ​concreto armado​, ​chapa metálica corrugada ou polietileno de alta densidade​, ​PEAD​, além do ​PRFV ​– plástico reforçado de fibra de vidro.

Nas ​bocas​, ​alas e ​caixas coletoras usa-se alvenaria de pedra argamassada, com recobrimento de argamassa de cimento e areia, ou blocos de concreto de cimento, além de concreto pré-moldado.

 

Quanto à esconsidade

A esconsidade é definida pelo ângulo formado entre o eixo longitudinal do bueiro e a normal ao eixo longitudinal da rodovia. Os bueiros podem ser: ​normais – quando o eixo do bueiro coincidir com a normal ao eixo da rodovia; ​esconsos – quando o eixo longitudinal do bueiro fizer um ângulo diferente de zero com a normal ao eixo da rodovia.

Classificação quanto à esconsidade

 

Elementos de Projeto

O projeto terá que ser precedido de um ​levantamento topográfico adequado, com curvas de nível, de metro em metro, para permitir o detalhamento do comprimento e inclinação do bueiro.

Normalmente, a ​declividade de seu corpo deve variar entre 0,4 e 5%​. Quando essa declividade ​for ​elevada​, o bueiro deve ser projetado com ​degraus ​e deverá dispor do berço com dentes ​para fixação ao terreno.

Quando a velocidade do escoamento na boca de jusante for superior à recomendada para a natureza do terreno natural existente a jusante, devem ser previstas bacias de amortecimento​.

O cálculo da ​seção transversal ou ​seção de vazão do bueiro vai depender de dois elementos básicos: a descarga da bacia a ser drenada e a declividade adotada.

A descarga é definida pelos estudos hidrológicos e a declividade, de escolha do projetista, deverá atender a esta descarga com a obra operando em condições de segurança.

Os bueiros podem ser, sob o ponto de vista construtivo, obras de arte correntes ou apresentarem características que as coloquem entre as obras de arte especiais, face ao seu tamanho e/ou condições adversas dos terrenos de fundação. Estão neste caso, muitas vezes, as obras celulares, pontilhões e as galerias.

Os ​bueiros circulares de concreto podem, quanto às ​fundações​, ter soluções mais simples, com assentamento direto no terreno natural ou em valas de altura média do seu diâmetro. Entretanto ​é muito mais seguro a adoção de uma base de concreto magro​, para melhor adaptação ao terreno natural e distribuição dos esforços no solo.

Para os ​bueiros metálicos​, independente da forma ou tamanho, as fundações serão simples, necessitando, quase sempre, apenas de uma regularização do terreno de assentamento. Em função da altura dos aterros podem, porém, exigir cuidados especiais no que se refere à fundação, adotando-se inclusive o estaqueamento.

 

Dimensionamento Hidráulico

Em termos hidráulicos os bueiros podem ser dimensionados como ​canais​, vertedouros ​ou ​orifícios​. A escolha do regime a adotar depende da possibilidade da obra poder ou não trabalhar com carga hidráulica a montante, que poderia proporcionar o transbordamento do curso d’água causando danos aos aterros e pavimentos e inundação a montante do bueiro.

Não sendo possível a carga a montante, o bueiro deve trabalhar livre como canal. Por outro lado, caso a elevação do nível d’água a montante não traga nenhum risco ao corpo estradal, ou a terceiros, o bueiro pode ser dimensionado como orifício, respeitando-se, evidentemente, a cota do nível d’água máximo a montante.

Para bueiros trabalhando hidraulicamente como canais, a metodologia adotada é a referente ao escoamento em regime crítico, baseada na energia específica mínima igual à altura do bueiro.

Para bueiros com carga a montante o escoamento é considerado como canal em movimento uniforme, à seção plena, sem pressão interna. Para o dimensionamento dos bueiros como vertedores, considera-se a obra como orifício, em que a altura d’água sobre a borda superior é nula.

No caso de bueiros trabalhando como canais, o dimensionamento será feito baseado em duas hipóteses:

 

  • a) Considerando o funcionamento do bueiro no regime supercrítico, limitando-se sua capacidade admissível à vazão correspondente ao regime crítico​, com energia específica igual ao seu diâmetro ou altura, o que exige a proteção à montante e a jusante aos riscos de erosão.

 

  • b) Considerando o funcionamento do bueiro no regime ​subcrítico​.

 

No caso (a), a capacidade máxima considerada para o projeto está definida pela vazão correspondente a uma energia específica igual à altura da obra, estabelecendo assim a condição do bueiro funcionar com a entrada não submersa. Este método não leva em conta as condições externas ao corpo do bueiro, sendo adequado apenas se a altura d’água a jusante ficar abaixo da altura crítica correspondente à descarga.

Para o dimensionamento dos bueiros como vertedores, considera-se a obra como orifício, em que a altura d’água sobre a borda superior é nula.

Define-se a ​energia específica de um líquido como sendo a energia total por unidade de peso em relação ao fundo do canal. Deste modo, ela será a soma das energias cinética e de pressão, correspondendo, esta última, a profundidade do líquido; como melhor será entendido pela observação da figura a seguir.

A energia então é definida como:

onde ​g é a aceleração da gravidade, ​V é a velocidade do fluxo e ​h é a profundidade do escoamento.

Para uma mesma vazão, podemos ter energias diferentes de fluxo, o que se faz com a variação da inclinação e da altura da lâmina d’água (h), dentro do canal. Em outras palavras, com o aumento da inclinação temos o aumento da velocidade de escoamento e a diminuição de (h); e com a diminuição da inclinação temos a diminuição da velocidade e o aumento de (h).

Ao se traçar um gráfico (vide a seguir) considerando a energia do fluxo em função da profundidade (h) do escoamento, verifica-se que, para alturas elevadas, a energia é alta, e diminui à medida que se reduz (h), passando por um mínimo, e aumentando posteriormente com a diminuição de (h), haja vista o acréscimo significativo de (V).

O ponto de ​energia mínima​ define a altura h do ​regime crítico​.

No ​regime lento​, ou de ​fluxo subcrítico​, o escoamento tem em relação ao regime crítico: altura maior, velocidade e inclinação menores.

No ​regime rápido​, ou de ​fluxo supercrítico​, o escoamento tem em relação ao regime crítico: altura menor, velocidade e inclinação maiores.

 

Regime Supercrítico

Nesse caso, a energia crítica é igualada ao diâmetro (​D​) do bueiro tubular,

ou então igualada à altura (​H​) dos bueiros celulares:

Desenvolvendo matematicamente essas expressões, chega-se à vazão crítica, velocidade crítica e inclinação crítica. Para os bueiros tubulares:

onde ​n é o coeficiente de rugosidade de Manning. Para os bueiros celulares, onde ​B é a largura e ​H a altura:

No dimensionamento pelo regime supercrítico, a vazão crítica deverá ser igualada à vazão obtida por meio dos estudos hidrológicos, com vistas a obter as dimensões adequadas dos bueiros.

Além disso, no regime supercrítico, a inclinação do bueiro deverá ser maior que ​Ic e a velocidade de escoamento deverá ser maior que ​V​c, porém, limitada a 4,5 m/s.

 

Regime Subcrítico

Se a declividade da obra é maior ou igual à declividade crítica, o dimensionamento se fará de acordo com as expressões das grandezas críticas.

Porém, se a declividade da obra for menor que a crítica, as expressões para o dimensionamento são diferenciadas.

Nesse caso, a partir das grandezas conhecidas: vazão (Q), declividade (I), e coeficiente de rugosidade (n) do material do bueiro, para a obtenção das dimensões adequadas para o bueiro utilizam-se a ​equação da continuidade e a ​equação de Manning​, respectivamente:

onde R é o raio hidráulico (área molhada / perímetro molhado), A é a área molhada, I é o gradiente hidráulico, considerado igual à inclinação do canal quando o fluxo é uniforme.

 

3. Drenagem Superficial

A drenagem superficial de uma rodovia tem como objetivo interceptar e captar, conduzindo ao deságue seguro, as águas provenientes de suas áreas adjacentes e aquelas que se precipitam sobre o corpo estradal, resguardando sua segurança e estabilidade.

Para um sistema de drenagem superficial eficiente, utiliza-se uma série de dispositivos com objetivos específicos, a saber:

  • Valetas de proteção de corte;
  • Valetas de proteção de aterro;
  • Sarjetas de corte;
  • Sarjetas de aterro;
  • Sarjetas de canteiro central;
  • Descidas d’água;
  • Saídas d’água;
  • Caixas coletoras;
  • Bueiros de greide;
  • Dissipadores de energia;
  • Escalonamento de taludes;
  • Corta-rios.

a. Valetas de Proteção de Corte

As valetas de proteção de cortes têm como objetivo interceptar as águas que escorrem pelo terreno natural a montante, ​impedindo-as de atingir o talude de corte​. As valetas de proteção serão construídas em todos os trechos em corte onde o escoamento superficial proveniente dos terrenos adjacentes possa atingir o talude, comprometendo a estabilidade do corpo estradal.

Deverão ser localizadas proximamente paralelas às cristas dos cortes, a uma distância entre ​2,0 a 3,0 metros​. O material resultante da escavação deve ser colocado entre a valeta e a crista do corte e apiloado manualmente, conforme indicado na figura abaixo.

 

Elementos de Projeto

As valetas de proteção de cortes podem ser ​trapezoidais, retangulares ou triangulares​. Na escolha do tipo de seção deve-se observar que as seções triangulares criam plano preferencial de escoamento d’água, por isso são pouco recomendadas para grandes vazões. Por motivo de facilidade de execução, a seção a adotar nos cortes em rocha deverá ser retangular.

As valetas com forma ​trapezoidal são mais recomendáveis por apresentarem maior eficiência hidráulica​.

Os revestimentos da valeta de corte deverão ser escolhidos de acordo com a velocidade do escoamento e conforme a natureza do material do solo. Em princípio, convém sempre revestir as valetas, sendo isso obrigatório quando elas forem abertas em terreno permeável, para evitar que a infiltração provoque instabilidade no talude do corte.

Atenção especial deve ser dado ao revestimento da valeta triangular, pois, pela própria forma da seção, há uma tendência mais acentuada à erosão e infiltração.

Os tipos de revestimentos mais recomendados são:

  • concreto;
  • alvenaria de tijolo ou pedra;
  • pedra arrumada;
  • vegetação.

Em caso de revestimento de concreto este deverá ter espessura mínima de 0,08 m. e resistência Fck / 15Mpa para 28 dias. Quando do revestimento em pedra, esta deverá ser rejuntada com argamassa de cimento-areia no traço 1:4.

 

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.

Em resumo, o dimensionamento segue a seguinte metodologia:

  • Fixa-se o tipo de seção a ser adotada (trapezoidal, triangular ou quadrada), e a declividade da valeta (I).
  • Fixa-se a velocidade máxima admissível (v), tendo em vista o tipo de revestimento escolhido e, consequentemente o valor do coeficiente de rugosidade (n).
  • Através de tentativas, dão-se valores para a altura (h), recalculando-se os respectivos elementos hidráulicos da seção, tais perímetro molhado, raio hidráulico e área molhada, e aplicando a fórmula de Manning e a equação de continuidade, determina-se a velocidade e a descarga admissível da valeta.
  • A comparação entre a descarga afluente (segundo os estudos hidráulicos) e a vazão admissível orientará a necessidade ou não do aumento da altura h;
  • A comparação entre a velocidade de escoamento e a velocidade admissível orientará a necessidade ou não de alterar o revestimento previsto;
  • Calcula-se a altura crítica da valeta;
  • A altura do fluxo na valeta, na situação de projeto, dentro de uma faixa de 10% da altura crítica deve ser evitada.
  • Determina-se o bordo livre da valeta, que é a distância vertical do topo da valeta à superfície da água na condição do projeto, verificando a inocorrência de bordos livres inferiores às admissíveis.

 

b. Valetas de Proteção de Aterro

As valetas de proteção de aterros têm como objetivo interceptar as águas que escoam pelo terreno a montante, impedindo-as de atingir o pé do talude de aterro. Além disso, têm a finalidade de receber as águas das sarjetas e valetas de corte, conduzindo-as com segurança ao dispositivo de transposição de talvegues.

 

Elementos de Projeto

As valetas de proteção de aterro deverão estar localizadas, aproximadamente paralelas ao pé do talude de aterro a uma distância entre 2,0 e 3,0 metros. O material resultante da escavação deve ser colocado entre a valeta e o pé do talude de aterro, apiloado manualmente com o objetivo de suavizar a interseção das superfícies do talude e do terreno natural.

As seções adotadas podem ser ​trapezoidais ou retangulares​.

O revestimento da valeta de proteção de aterro deverá ser escolhido de acordo com a velocidade do escoamento, natureza do solo e fatores de ordem econômica e estética.

Os tipos de revestimento mais recomendados são:

  • concreto;
  • alvenaria de tijolo ou pedra;
  • pedra arrumada;
  • vegetação.

 

Dimensionamento Hidráulico

São idênticos os dimensionamentos hidráulicos de valetas de proteção de cortes e aterros, apenas tomando-se cuidado especial na fixação da área de contribuição quando a valeta tiver como objetivo adicional a captação das águas provenientes das sarjetas e valetas de proteção de corte.

 

c. Sarjetas de Corte

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

As sarjetas devem localizar-se em todos os cortes, sendo construídas à margem dos acostamentos, terminando em pontos de saída convenientes (pontos de passagem de corte para aterro ou caixas coletoras).

 

Elementos de Projeto

 

As sarjetas de corte podem ter diversos tipos de seção, dependendo da capacidade de vazão necessária.

A ​sarjeta triangular é um tipo bem aceito, pois, além de apresentar uma razoável capacidade de vazão, conta a seu favor com o importante fato da redução dos riscos de acidentes.

De acordo com a figura abaixo a sarjeta deve ter do lado do acostamento a declividade de 25% ou seja 1:4, e do lado do talude a declividade deste.

 

Os valores extremos da distância da borda do acostamento ao fundo da sarjeta (L1), situam-se entre os valores de 1,0 a 2,0 metros, de acordo com a seção de vazão necessária. Mantendo as declividades transversais estabelecidas, o aumento de L1 fornecerá um acréscimo de L2, H e LT, e conseqüentemente um acréscimo na capacidade hidráulica da sarjeta. Quando para o valor máximo de L1 = 2,00m a seção da vazão ainda for insuficiente,deverá então ser adotada seção tipo trapezoidal ou retangular, com dimensões convenientes para atender à descarga de projeto.

Quando a sarjeta triangular de máximas dimensões permitidas for insuficiente para atender à descarga de projeto, deve-se adotar a ​sarjeta de seção trapezoidal​.

A sarjeta é dotada de uma ​barreira tipo meio-fio​, com a finalidade de proteger os veículos desgovernados que tendam a cair na mesma.

O meio fio barreira deverá ter aberturas calculadas, em espaçamento conveniente de modo a permitir a entrada d’água proveniente da pista.

Pode-se também projetar a ​sarjeta capeada descontinuamente​, de modo a permitir a entrada d’água pela cobertura existente entre duas placas consecutivas. As placas têm a finalidade também de evitar que a sarjeta seja obstruída pela entrada de materiais carreados pelas águas.

Quando a seção triangular não atender à vazão para a descarga de projeto, ou em caso de cortes em rocha pela facilidade de execução, pode-se optar pela ​sarjeta retangular​.

Usa-se nesse caso também o meio fio de proteção com a mesma finalidade já citada. A sarjeta retangular tem a vantagem de poder variar sua profundidade ao longo do percurso, proporcionando uma declividade mais acentuada que o greide da rodovia, aumentando assim sua capacidade hidráulica.

A escolha do revestimento das sarjetas de corte deve levar em conta o aspecto técnico-econômico, isto é, as consequências da erosão e do custo do revestimento.

Os principais tipos de revestimentos são:

  • concreto;
  • alvenaria de tijolo;
  • alvenaria de pedra argamassada;
  • pedra arrumada revestida;
  • pedra arrumada;
  • revestimento vegetal.

O revestimento vegetal, apesar do excelente desempenho como função estética, tem o inconveniente do alto custo de conservação.

Sarjetas de corte sem revestimento devem ser evitadas​.

 

Dimensionamento Hidráulico

Os elementos básicos para o dimensionamento da sarjeta de corte são: as características geométricas da rodovia; a área de precipitação, equivalente à projeção horizontal da área do talude de corte e de parte da plataforma da rodovia (devido ao abaulamento); o coeficiente médio de escoamento superficial, levando-se em conta a diversidade do revestimento que compõe a bacia de captação, (faixas de rolamento e talude de corte); e os elementos hidrológicos para o cálculo da descarga de projeto.

Para o cálculo da descarga de projeto, calcula-se a contribuição por metro linear da rodovia pela aplicação do método racional, de vez que as áreas de contribuição, sendo pequenas, estão dentro do limite de aplicabilidade desse método.

Havendo escalonamento de taludes (banquetas), a largura máxima a ser considerada no cálculo da vazão é referente à projeção horizontal do primeiro escalonamento, já que os demais terão as águas conduzidas por meio de dispositivos próprios para fora do corte. Excetuam-se os casos em que se torna necessária a construção de descidas com deságue diretamente na sarjeta de corte.

A capacidade hidráulica máxima da sarjeta é obtida pela associação das equações de Manning e da continuidade.

 

d. Sarjetas de Aterro

A 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.

A indicação da sarjeta de aterro deve fundamentar-se nas seguintes situações: trechos onde a velocidade das águas provenientes da pista provoque erosão na borda da plataforma; trechos onde, em conjunto com a terraplenagem, for mais econômica a utilização da sarjeta, aumentando com isso a altura necessária para o primeiro escalonamento de aterro; interseções, para coletar e conduzir as águas provenientes dos ramos, ilhas, etc.

 

Elementos de Projeto

A sarjeta de aterro posiciona-se na ​faixa da plataforma contígua ao acostamento​. A seção transversal pode ser ​triangular, trapezoidal, retangular​, etc, de acordo com a natureza e a categoria da rodovia. Sendo a sarjeta de aterro um dispositivo que pode comprometer a segurança do tráfego, cuidados especiais devem ser tomados quanto ao posicionamento e à seção transversal a ser utilizada, de modo a garantir a segurança dos veículos em circulação.

Um tipo de sarjeta de aterro muito usado atualmente nas rodovias federais, estaduais, interseções e trechos urbanos é o ​meio-fio-sarjeta conjugados​.

Em situações eventuais, no caso de ser possível considerar um alagamento temporário do acostamento, o tipo ​meio-fio simples também poderá ser usado.

Quanto ao revestimento, ​não há recomendações rígidas no tocante ao material a ser empregado na construção da sarjeta de aterro. Deve-se, todavia levar em conta a velocidade limite de erosão do material empregado, a classe da rodovia e os condicionantes econômicos. Assim, os materiais utilizados são os próprios revestimentos do acostamento da rodovia.

Os materiais mais indicados para a construção do dispositivo são:

  • concreto de cimento;
  • concreto betuminoso;
  • solo betume;
  • solo cimento;
  • solo.

As sarjetas em solo são indicadas apenas para rodovias secundárias, de pequena importância econômica, ou durante período curto de utilização, podendo também ser construídas para funcionamento temporário durante o tempo de execução da rodovia.

 

e. Valeta do Canteiro Central

Quando uma rodovia for projetada em pista dupla, isto é, onde as pistas são separadas por um canteiro central côncavo, torna-se necessário drená-lo superficialmente através de um dispositivo chamado de valeta do canteiro central.

Esta valeta tem como objetivo captar as águas provenientes das pistas e do próprio canteiro central e conduzi-las longitudinalmente até serem captadas por caixas coletoras de bueiros de greide.

 

Elementos de Projeto

As seções transversais das valetas do canteiro central ​são em geral de forma triangular ​cujas faces têm as declividades coincidentes com os taludes do canteiro.

Podem ser usadas seções de forma circular, tipo ​meia cana​, e formas ​trapezoidal ou ​retangular​, quando ocorrer a insuficiência hidráulica das seções de forma triangular ou meia cana.

Quanto ao revestimento da valeta do canteiro central, deve-se levar em conta a velocidade limite de erosão do material empregado. O ​revestimento vegetal​, apesar do excelente desempenho como função estética, tem o ​inconveniente do alto custo de conservação​.

Valetas do canteiro central ​sem revestimento devem ser evitadas​, a não ser em casos de canteiros muito largos e planos.

Dimensionamento Hidráulico

O dimensionamento hidráulico da valeta do canteiro central segue a mesma metodologia para sarjeta de corte baseada na fórmula de Manning associada à equação de continuidade.

 

f. Descidas d’Água

As descidas d’água têm como objetivo conduzir as águas captadas por outros dispositivos de drenagem, pelos taludes de corte e aterro.

Tratando-se de cortes, as descidas d’água têm como objetivo principal conduzir as águas das valetas quando atingem seu comprimento crítico, ou de pequenos talvegues, desaguando numa caixa coletora ou na sarjeta de corte.

No aterro, as descidas d’água conduzem as águas provenientes das sarjetas de aterro quando é atingido seu comprimento crítico, e, nos pontos baixos, através das saídas d’água, desaguando no terreno natural.

As descidas d’água também atendem, no caso de cortes e aterros, às valetas de banquetas quando é atingido seu comprimento crítico e em pontos baixos.

Não raramente, devido à necessidade de saída de bueiros elevados desaguando no talude do aterro, as descidas d’água são necessárias visando conduzir o fluxo pelo talude até o terreno natural.

Posicionam-se sobre os taludes dos cortes e aterros seguindo as suas declividades e também na interseção do talude de aterro com o terreno natural nos pontos de passagem de corte-aterro.

 

Elementos de Projeto

As descidas d’água podem ser do ​tipo rápido ou em ​degraus​. A escolha entre um e outro tipo será função da ​velocidade limite do escoamento para que não provoque erosão, das ​características geotécnicas dos taludes, do terreno natural, da necessidade da quebra de energia do fluxo d’água e dos ​dispositivos de amortecimento na saída.

A descida d’água, por se localizar em um ponto bastante vulnerável na rodovia, principalmente nos aterros, requer que cuidados especiais sejam tomados para se evitar desníveis causados por caminhos preferenciais durante as chuvas intensas e consequentes erosões que podem levar ao colapso toda a estrutura.

Assim, deve ser previsto o confinamento da descida no talude de aterro, devidamente nivelada e protegida com o revestimento indicado para os taludes.

As descidas d’água podem ter a seção de vazão das seguintes formas:

  • retangular, em calha tipo rápido ou em degraus;
  • semicircular ou meia cana, de concreto ou metálica ;
  • em tubos de concreto ou metálicos.
  • desaconselhável a seção de concreto em módulos, pois a ação dinâmica do fluxo pode acarretar o descalçamento e o desjuntamento dos módulos, o que rapidamente atingiria o talude, o erodindo. No caso da utilização de módulos, as peças deverão ser assentadas sobre berço previamente construídos.

Quanto à execução, as descidas retangulares podem ser executadas no local com formas de madeira, em calha ou degraus.

 

g. Saídas d’Água

As saídas d’água, nos meios rodoviários também denominados de entradas d’água, são dispositivos destinados a conduzir as águas coletadas pelas sarjetas de aterro lançando-as nas descidas d’água.

São, portanto, dispositivos de ​transição entre as ​sarjetas de aterro e as ​descidas d’água​.

Localizam-se na borda da plataforma, junto aos acostamentos ou em alargamentos próprios para sua execução, nos pontos onde é atingido o comprimento crítico da sarjeta, nos pontos baixos das curvas verticais côncavas, junto às pontes, pontilhões e viadutos e, algumas vezes, nos pontos de passagem de corte para aterro.

 

Elementos de Projeto

As saídas d’água devem ter uma seção tal que permita uma rápida captação das águas que escoam pela borda da plataforma conduzindo-as às descidas d’água.

O rebaixamento gradativo da seção é um método eficiente de captação. O rebaixamento da borda deve ser controlado com rigor, e considerado nas notas de serviço de pavimentação.

Considerando sua localização, as saídas d’água devem ser projetadas obedecendo aos seguintes critérios:

  • Greide em rampa: Neste caso, o fluxo d’água se realiza num único sentido.

  • Curva vertical côncava (ponto baixo): Neste caso o fluxo d’água se dá nos dois sentidos, convergindo para um ponto baixo.

Quanto ao revestimento, as saídas d’água podem ser de concreto com superfície lisa ou de chapas metálicas.

As saídas d’água de concreto são executadas no local conjuntamente com as descidas d’água. As chapas metálicas são moldadas no canteiro de obra e fixadas no local, através de chumbadores.

 

h. Caixas Coletoras

As caixas coletoras têm como objetivos principais:

  • Coletar as águas provenientes das sarjetas e que se destinam aos bueiros de greide;
  • Coletar as águas provenientes de áreas situadas a montante de bueiros de transposição de talvegues, permitindo sua construção abaixo do terreno natural;
  • Coletar as águas provenientes das descidas d’água de cortes, conduzindo-as ao dispositivo de deságue seguro;
  • Permitir a inspeção dos condutos que por elas passam, com o objetivo de verificação de sua funcionalidade e eficiência;
  • Possibilitar mudanças de dimensão de bueiros, de sua declividade e direção, ou ainda quando a um mesmo local concorre mais de um bueiro.

 

Elementos de Projeto

As caixas coletoras, quanto à sua função, podem ser: caixas coletoras, caixas de inspeção ou caixas de passagem e, quanto ao fechamento, podem ser com tampa ou abertas.

As ​caixas coletoras localizam-se:

  • Nas extremidades dos comprimentos críticos das sarjetas de corte, conduzindo as águas para o bueiro de greide ou coletor longitudinal, que as levará para o deságüe apropriado.
  • Nos pontos de passagem de cortes para aterros, coletando as águas das sarjetas de modo a conduzi-las para o bueiro, nos casos em que as águas ao atingir o terreno natural possam provocar erosões;
  • Nas extremidades das descidas d’água de corte, quando se torna necessária a condução das águas desses dispositivos para fora do corte sem a utilização das sarjetas;

  • No terreno natural, junto ao pé do aterro, quando se deseja construir um bueiro de transposição de talvegues abaixo da cota do terreno, sendo, portanto, inaplicável a boca convencional;
  • Nos canteiros centrais das rodovias com pista dupla;
  • Em qualquer lugar onde se torne necessário captar as águas superficiais, transferindo-as para bueiros

.    As ​caixas de passagem localizam-se:

  • Onde houver necessidade de mudanças de dimensão, declividade, direção ou cotas de instalação de um bueiro;
  • Nos lugares para os quais concorra mais de um bueiro.

 

As ​caixas de inspeção localizam-se:

  • Nos locais destinados a vistoriar os condutos construídos tendo em vista verificar sua eficiência hidráulica e seu estado de conservação.
  • Nos trechos com drenos profundos com o objetivo de vistoriar seu funcionamento.

As ​caixas com tampa​, em forma de grelha, são indicadas quando tem a finalidade coletora, sendo localizadas em pontos que possam afetar a segurança do tráfego ou se destinem a coletar águas contendo sólidos em volume apreciável e que possam obstruir os bueiros ou coletores.

As ​caixas com tampa removível são indicadas quando têm a finalidade de inspeção e de passagem.

As ​caixas abertas são indicadas quando têm finalidade coletora e localizam-se em pontos que não comprometam a segurança do tráfego.

 

i. Bueiros de Greide

Os bueiros de greide são dispositivos destinados a conduzir para locais de deságue seguro as águas captadas pelas caixas coletoras.

Localizam-se nos seguintes pontos:

  • Nas extremidades dos comprimentos críticos das sarjetas de corte em seção mista ou quando, em seção de corte for possível o lançamento da água coletada através de janela de corte. Nas seções em corte, quando não for possível o aumento da capacidade da sarjeta ou a utilização de abertura de janela no corte a jusante, projeta-se um bueiro de greide longitudinalmente à pista até o ponto de passagem de corte-aterro.
  • Nos pés das descidas d’água dos cortes, recebendo as águas das valetas de proteção de corte e/ou valetas de banquetas, captadas através de caixas coletoras.
  • Nos pontos de passagem de corte-aterro, evitando-se que as águas provenientes das sarjetas de corte desaguem no terreno natural com possibilidade de erodi-lo.
  • Nas rodovias de pista dupla, conduzindo ao deságue as águas coletadas dos dispositivos de drenagem do canteiro central.

 

Elementos de Projeto

Os elementos constituintes de um bueiro de greide são;

  • caixas coletoras;
  • corpo;
  • boca.

 

As caixas coletoras poderão ser construídas de um lado da pista, dos dois lados da pista e ainda no canteiro central. As caixas coletoras que atendem aos bueiros de greide, por estarem posicionadas próximo às pistas, são geralmente dotadas de tampa em forma de grelha.

O corpo do bueiro de greide é constituído em geral de tubos de concreto armado ou metálicos, obedecendo às mesmas considerações formuladas para os bueiros de transposição de talvegues.

A boca será construída à jusante, ao nível do terreno ou no talude de aterro, sendo neste caso necessário construir uma descida d’água geralmente dotada de bacia de amortecimento.

Tendo em vista maior facilidade de limpeza, o ​diâmetro mínimo a adotar para o bueiro de greide é de ​0,80m​.

 

j. Bacias de Amortecimento

As bacias de amortecimento, ou ​dissipadores de energia localizados​, são obras de drenagem destinadas, mediante a dissipação de energia, a diminuir a velocidade da água quando esta passa de um dispositivo de drenagem superficial qualquer para o terreno natural, de modo a evitar o fenômeno da erosão.

As bacias de amortecimento serão instaladas de um modo geral nos seguintes locais:

  • No pé das descidas d’água nos aterros;
  • Na boca de jusante dos bueiros;
  • Na saída das sarjetas de corte,nos pontos de passagem de corte-aterro.

É recomendável a utilização de dissipador tipo ​rip-rap na saída das bacias de amortecimento, saída de bueiros, e na saída de outros dispositivos cuja velocidade da água não comprometa seriamente o terreno natural, justificando neste caso o projeto completo de uma bacia de amortecimento.

A extensão do ​rip-rap​, deve ser adequada para a velocidade e volume d’água que sai do dissipador e as condições do leito a jusante. Deve ser construído com as pedras dispostas em desordem, as quais devem possuir formas irregulares.

 

k. Dissipadores Contínuos

O dissipador contínuo tem como objetivo, mediante a dissipação de energia, diminuir a velocidade da água continuamente ao longo de seu percurso, de modo a evitar o fenômeno da erosão em locais que possa comprometer a estabilidade do corpo estradal.

Localizam-se em geral nas descidas d’água, na forma de degraus , e ao longo do aterro, de forma que a água precipitada sobre a plataforma seja conduzida pelo talude, de forma contínua, sem criar preferências e, portanto, não o afetando.

 

l. Escalonamento de Taludes

O escalonamento de taludes tem como objetivo evitar que as águas precipitadas sobre a plataforma e sobre os taludes, atinjam,através do escoamento superficial, uma velocidade acima dos limites de erosão dos materiais que os compõe.

As ​banquetas neste caso são providas de dispositivos de captação das águas, sarjetas de banqueta, que conduzirão as águas ao deságue seguro.

 

Elementos de Projeto

Os elementos de projeto necessários ao cálculo do escalonamento são: a intensidade de precipitação, a largura da plataforma (L), o parâmetro definidor da declividade do talude (a), os coeficientes de escoamento do talude e da plataforma, o coeficiente de rugosidade de Strickler, a declividade transversal e longitudinal da plataforma e a velocidade admissível de erosão do talude.

 

m. Corta-Rios

Os corta-rios são canais de desvio abertos com a finalidade de:

  • Evitar que um curso d’água existente interfira com a diretriz da rodovia, obrigando a construção de sucessivas obras de transposição de talvegues.
  • Afastar as águas que ao serpentear em torno da diretriz da estrada, coloquem em risco a estabilidade dos aterros.
  • Melhorar a diretriz da rodovia.

n. Drenagem de Alívio de Muros de Arrimo

A drenagem interna de estruturas de arrimo tem por objetivo aliviar as pressões hidrostáticas e hidrodinâmicas do lençol d’água porventura existente no maciço a ser arrimado, nas proximidades da obra, de modo a diminuir o empuxo total sobre ela . O efeito da água em contato com a estrutura é apreciável, chegando a dobrar o empuxo calculado para o solo sem água.

O nível d’água no maciço e a vazão d’água a ser percolada através do sistema de drenagem são elementos vitais para o projeto da drenagem.

O sistema de drenagem serve ainda para captar possíveis infiltrações devidas a rupturas em canalizações de serviços públicos, causa comum de colapso de obras de arrimo em áreas urbanas.

O posicionamento dos elementos drenantes é crucial para o desempenho e o cálculo dos esforços atuantes na obra.

O emprego de drenos sub-horizontais é muito eficiente e frequentemente adotado em cortinas.

Os ​barbacãs são drenos curtos cuja função é retirar a água acumulada atrás de um muro de arrimo ou de qualquer obra que esteja em contato com o solo.

Um projeto de obra de contenção deve necessariamente enfatizar os detalhes de drenagem, apresentando métodos executivos e fornecendo os elementos necessários a uma boa execução dos serviços.

A substituição de camadas de materiais granulares filtrantes por materiais sintéticos (geotêxteis) é possível, devendo ser o seu uso objeto de uma análise técnico-econômica em função de suas facilidades de instalação e características de desempenho em confronto com eventuais dificuldades de instalação e não disponibilidade dos materiais granulares filtrantes.

O dimensionamento do geotêxtil tem que ser criterioso, de acordo com o métodos constantes na literatura e nas recomendações dos fabricantes de forma a tentar atingir o melhor desempenho.

As camadas drenantes podem ser substituídas por tubos-dreno de plástico perfurados, revestidos por envelope apropriado. O envelope deve seguir os critérios de proteção contra a erosão do solo e deve ser escolhido em função do tipo de solo ou aterro através das curvas granulométricas. Materiais comumente utilizados são as mantas geotêxteis, misturas de solo, areias grossas, pedriscos, seixos rolados, lavados e peneirados e pedras britadas, entre outros.

Para cálculo do diâmetro do tubo, deve-se levar em conta a contribuição que o dreno recebe por metro linear, a declividade do tubo, o comprimento do muro e a capacidade de vazão do dreno atestada pelo fabricante

 

4. Drenagem do Pavimento

O avanço da técnica da drenagem dos pavimentos tem sido grande nas últimas décadas e os técnicos vêm reconhecendo cada vez mais a sua importância. De um modo geral, essa drenagem se faz necessária, no Brasil, nas regiões onde anualmente se verifica uma altura pluviométrica maior do que 1.500 milímetros e nas estradas com um TMD (tráfego médio diário) de 500 veículos comerciais.

Seu objetivo é defender o pavimento das águas que possam danificá-lo, originárias de infiltrações diretas das precipitações pluviométricas e aquelas provenientes de lençóis d’água subterrâneos.

Essas águas, que atravessam os revestimentos numa taxa variando de 33 a 50 % nos pavimentos com revestimentos asfálticos e de 50 a 67 % nos pavimentos de concreto cimento, segundo pesquisa realizada, podem causar sérios danos à estrutura do pavimento, inclusive base e sub-base, se não forem adotadas dispositivo especial para drená-las.

Os dispositivos usados são::

  • camada drenante;
  • drenos rasos longitudinais;
  • drenos laterais de base;
  • drenos transversais.

 

a. Camada Drenante

É uma camada de material granular, com granulometria apropriada colocada logo abaixo do revestimento, seja ele asfáltico ou de concreto de cimento, com a finalidade de drenar as águas infiltradas para fora     da pista de rolamento.

As bases drenantes localizam-se entre o revestimento e a base e se estendem até os drenos rasos longitudinais ou as bordas livres. As figuras mostram a posição em que são

colocadas, em relação aos demais elementos do pavimento, sendo que a segunda é utilizada nos casos em que é possível conectar com os drenos profundos, caso existentes.

 

b. Drenos Rasos Longitudinais

São drenos que recebem as águas drenadas pela camada drenante, aliviadas pelos drenos laterais e transversais que recebem as águas por ele transportadas, quando atingida sua capacidade de vazão, conduzindo-as para fora da faixa estradal.

Deverão ser construídos quando não é técnica e economicamente aconselhável a extensão da camada drenante a toda largura da plataforma ou quando não é possível, ou aconselhável, interconectar a camada drenante com drenos longitudinais profundos que se façam necessários ao projeto.

Os drenos longitudinais são localizados abaixo da face superior da camada drenante e de modo que possam receber todas as suas águas.

A forma do dreno longitudinal é a de um pentágono achatado ou de um retângulo, com a face superior localizada no prolongamento da face superior da base drenante.

Os materiais usados terão, no mínimo, a mesma condutividade hidráulica da camada drenante.

 

c. Drenos Laterais de Base

São drenos que tem a função de recolher as águas que se infiltram na camada de base, sendo usualmente utilizados nas situações em que o material da base dos acostamentos apresenta baixa permeabilidade, encaminhando-as para fora da plataforma.

Têm a mesma função dos drenos rasos longitudinais, qual seja, a de recolher a água drenada pela camada drenante, porém explorando mais a sua capacidade de escoamento.

As águas drenadas passam a correr junto à base dos acostamentos até esgotar a capacidade da camada drenante quando serão captadas pelos drenos laterais de base que as conduzirão a lugar de deságue seguro, atravessando os acostamentos.

Os drenos laterais de base posicionam-se no acostamento entre a borda da camada drenante e a borda livre, provocando o fluxo das águas segundo geralmente a reta de maior declive determinada pelas declividades longitudinal e transversal do acostamento.

Os materiais dos drenos laterais de base devem ser inertes e ter, pelo menos, os valores dos coeficientes de condutividade hidráulica dos materiais usados nas respectivas camadas drenantes.

 

d. Drenos Transversais

São os drenos posicionados transversalmente à pista de rolamento em toda a largura da plataforma, sendo, usualmente, indicada sua localização nos pontos baixos das curvas côncavas, ou em outros locais onde se necessitar drenar as bases.

Destinados a drenar as águas que atravessam as camadas do pavimento, ou suas interfaces, longitudinalmente, são indicados nos seguintes locais: em pontos baixos das curvas verticais côncavas; nos locais em que se deseje drenar águas acumuladas nas bases permeáveis, não drenadas por outros dispositivos (caso das restaurações).

Os drenos transversais do pavimento são projetados como ​drenos cegos​, isto é, sem tubos​, ou com tubos-dreno ranhurados ou perfurados.

Os materiais usados nos drenos transversais, com tubos ou sem tubos, devem ter coeficientes de condutividade hidráulica maiores ou, pelo menos, iguais aos agregados das bases drenantes, no caso de pavimentos existentes ou camadas drenantes, no caso de projetos novos.

 

5. Drenagem Subterrânea ou Profunda

Os drenos profundos têm por objetivo interceptar e rebaixar o lençol d’água subterrâneo para impedir a deterioração progressiva dos suportes das camadas dos terraplenos e pavimentos.

No que interessa à drenagem das estradas, a água das chuvas tem dois destinos: parte escorre sobre a superfície dos solos e parte se infiltra, podendo formar lençóis subterrâneos.

É claro que estas situações não são únicas e distintas, havendo variação das condições em função das graduações que tornam os solos mais ou menos permeáveis ou impermeáveis, criando condições próprias para cada região, influenciadas pelo tipo de solo, topografia e clima.

Há ainda um terceiro aspecto pelo qual a água se apresenta: a “franja capilar”, resultante da ascensão capilar a partir dos lençóis d’água, obedecendo às leis da capilaridade. A influência produzida pela “franja capilar” deve ser eliminada, ou reduzida, pelos rebaixamentos dos referidos lençóis freáticos.

De um modo ou de outro, há sempre a necessidade indiscutível de manter-se o lençol freático a profundidades de 1,50 a 2,00 metros do subleito das rodovias, dependendo do tipo de solo da área considerada.

Para resolver os problemas causados pela água de infiltração, empregam-se os seguintes dispositivos:

  • Drenos profundos;
  • Drenos espinha de peixe;
  • Colchão drenante;
  • Drenos horizontais profundos;
  • Valetões laterais;
  • Drenos verticais de areia.
  • conhecimento da topografia da área;
  • observações geológicas e pedológicas necessárias, com obtenção de amostras dos solos por meio de sondagens a trado, percussão, rotativa e em certos casos, por abertura de poços a pá e picareta;
  • conhecimento da pluviometria da região, por intermédio dos recursos que oferece a hidrologia.

 

a. Drenos Profundos

Os drenos profundos têm por objetivo principal ​interceptar o fluxo da água subterrânea através do rebaixamento do lençol freático, impedindo-o de atingir o subleito​.

Os drenos profundos são instalados, preferencialmente, em profundidades da ordem de ​1,50 a 2,00m​, tendo por finalidade captar e aliviar o lençol freático e, consequentemente, proteger o corpo estradal.

Devem ser instalados nos trechos em corte, nos terrenos planos que apresentem lençol freático próximo do subleito, bem como nas áreas eventualmente saturadas próximas ao pé dos taludes.

Os ​materiais empregados nos drenos profundos diferenciam-se de acordo com as suas funções, a saber:

  • materiais filtrantes: areia, agregados britados, geotêxtil, etc.
  • materiais drenantes: britas, cascalho grosso lavado, etc.
  • materiais condutores: tubos de concreto (porosos ou perfurados), cerâmicos (perfurados), de fibro-cimento, de materiais plásticos (corrugados, flexíveis perfurados, ranhurados) e metálicos.

Há casos em que não são colocados tubos no interior dos drenos. Nestes casos eles são chamados de ​drenos cegos​.

Os drenos profundos devem ser instalados nos locais onde haja necessidade de interceptar e rebaixar o lençol freático, geralmente nas proximidades dos acostamentos. Nos trechos em corte, recomenda-se que sejam instalados, no mínimo, a 1,50m do pé dos taludes, para evitar futuros problemas de instabilidade.

Podem, também, ser instalados sob os aterros, quando ocorrer a possibilidade de aparecimento de água livre, bem como quando forem encontradas camadas permeáveis sobrepostas a outras impermeáveis, mesmo sem a presença de água na ocasião da pesquisa do lençol freático.

Elementos de Projeto

Os drenos profundos são constituídos por vala, materiais drenante e filtrante, podendo apresentar tubos-dreno, juntas, caixas de inspeção e estruturas de deságue.

No caso de drenos com tubos podem ser utilizados envoltórios drenantes ou filtrantes constituídos de materiais naturais ou sintéticos.

As ​valas​, abertas manual ou mecanicamente, devem ter no fundo a largura mínima de 50cm e de boca a largura do fundo mais 10 cm. Sua altura vai depender da profundidade do lençol freático podendo chegar a 1,50 m, ou no máximo 2,00m.

O ​material de enchimento da vala pode ser filtrante ou drenante.A função do material filtrante é permitir o escoamento da água sem carrear finos e consequentemente evitar a colmatação do dreno, podendo ser utilizados materiais naturais com granulometria apropriada (areias) ou geotêxteis. A função do ​material drenante é a de captar e ao mesmo tempo conduzir as águas a serem drenadas, devendo apresentar uma granulometria adequada à vazão escoada.

Devem ser constituídos por ​tubos de concreto, de cerâmica, de plástico rígido ou flexível corrugado, e metálicos. Os diâmetros dos tubos comerciais variam de 10 a 15 cm.

Na medida da necessidade, poderão ser perfurados, no canteiro de obras, tubos de diâmetros maiores.

 

Normalmente, os tubos deverão ser instalados com os furos voltados para baixo, mas em casos especiais de terrenos altamente porosos ou rochas com fendas amplas, os furos devem ser voltados para cima.

A ​posição dos furos​, voltados para cima, exige que se encha a base da vala do dreno com material impermeável até a altura dos furos iniciais e na outra condição deve-se colocar filtro como material de proteção no fundo da vaIa.

No caso de ​tubos plásticos corrugados flexíveis​, por disporem de orifícios em todo o perímetro, não há necessidade de direcionar as aberturas de entrada d’água.

 

b. Drenos em Espinhas de Peixe

São drenos destinados à ​drenagem de grandes áreas​, ​pavimentadas ou não​, normalmente 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 for impermeável​.

Conforme as condições existentes podem desaguar livremente ou em drenos longitudinais.

 

c. Colchão Drenante

O objetivo das camadas drenantes é drenar as águas, situadas a pequena profundidade do corpo estradal, em que o volume não possa ser drenado pelos drenos espinha de peixe.

São usadas:

  • nos cortes em rocha;
  • nos cortes em que o lençol freático estiver próximo do greide da terraplenagem;
  • na base dos aterros onde houver água livre próximo ao terreno natural;
  • nos aterros construídos sobre terrenos impermeáveis.

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

 

d. Drenos Sub-Horizontais

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. No caso de escorregamentos de grandes proporções, geralmente trata-se da única solução econômica a se recorrer.

São constituídos por tubos providos de ranhuras ou orifícios na sua parte SUPERIOR, introduzidos em perfurações executadas na parede do talude, com inclinação próxima à horizontal. Os tubos drenam a água do lençol ou lençóis, aliviando a pressão nos poros. Considera-se mais importante que o alívio da pressão a mudança da direção do fluxo d’água, orientando-se assim a percolação para uma direção que contribui para o aumento da estabilidade.

Em solos ou rochas permeáveis ou muito fraturadas a vazão pode ser grande, enquanto que em solos menos permeáveis a vazão pode ser pequena ou nula, embora o alívio de pressão esteja presente; neste caso as vazões podem ser tão pequenas que a água recolhida evapora ao longo de seu caminho no interior do tubo, sendo porém seu efeito positivo. Neste último caso, somente com a instalação de instrumentação adequada poderá este efeito ser aquilatado.

 

e. Valetões Laterais

Existem casos em que se recomendam os valetões laterais formados a partir do bordo do acostamento, sendo este valetão constituído, de um lado, pelo acostamento, e do outro pelo próprio talude do corte, processo este designado por falso-aterro.

Não obstante a economia obtida no sistema de drenagem, a estrada ficará sem acostamento confiável na época das chuvas e nos tempos secos terá um acostamento perigoso, face à rampa necessária, a não ser que hajam alargamentos substanciais, o que equivale a dizer que os valetões laterais vão funcionar independentemente da plataforma da rodovia.

O dispositivo, por outro lado, em regiões planas, pode exercer sua dupla função sem dificuldade, visto poder trabalhar como sarjeta e dreno profundo, ao mesmo tempo.

Recomenda-se o revestimento dos taludes do canal com gramíneas. A profundidade do mesmo será de 1.5 a 2.0 m e os taludes de 3:2, quando possível.

f. Drenos Verticais

Os drenos verticais de areia consistem, basicamente, na execução de furos verticais penetrando na camada de solo compressível, nos quais são instalados cilindros com material granular de boa graduação. A compressão decorrente expulsa a água dos vazios do solo mole o que, aliado ao fato de que normalmente a permeabilidade horizontal é menor que a vertical, faz com que se reduza o tempo de drenagem.

O uso dos drenos de areia, apesar de ser uma solução onerosa, ao ser empregada deve sempre ser precedida de ampla investigação técnica-econômica, sendo indicada para acelerar o aumento da resistência ao cisalhamento e, assim, contribuir para a estabilização do aterro ou da fundação e para apressar, igualmente, o processo de adensamento, diminuindo, pois, os recalques pós-construção. O processo de adensamento com drenos fibro-químicos tem a mesma sistemática.

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