ESTRADAS I I I
2º semestre
2008
E – DRENAGEM DE RODOVIAS - OBRAS
E.1 – REVISÃO
Na primeira metade do Século XIX, Metcalf,
Telford e Mac Adam, redescobriram a “necessidade de manter secos os leitos viários”, e
apresentaram princípios como:
“ Enquanto o solo puder ser mantido seco,
poderá suportar qualquer peso, sem deformações importantes ”.
“ Se passar água através da estrada, e
saturar o solo natural, qualquer que seja a sua
espessura, perderá a sua capacidade de
suporte e se despedaçará ” .
“ É o solo que realmente suporta o peso do
tráfego ” .
Conceitos populares relacionados à estrada:
Existem três maneiras de construir uma
estrada: drenando, drenando, drenando.
A boa conservação de uma estrada, se
assemelha a boa conservação de uma casa ,
“porão seco e cobertura impermeável”.
As principais causas de deterioração de
uma estrada são:
água e martelamento dinâmico
cargas pesadas do trânsito.
das
A água, em particular, é o principal
agente agressivo – destruidor. Os principais
danos causados pela água são:
Redução da capacidade de suporte –
ação física alterando a umidade ótima;
Provocação de tensões internas – ação
física devido as mudanças de temperatura
(gelo, desgelo e vapor);
Arraste de materiais
(bombeamento);
–
ação
física
Flutuação – ação física, reduzindo o peso
específico dos materiais da base por
supersaturação;
Lâmina Líquida – ação física, provocando
deslizamento, reduzindo a aderência.
Pela oxidação, em materiais betuminosos,
que se tornam rígidos, perdendo a sua
capacidade ligante.
E– OBRAS DE TRAVESSIA
E.2.1 – GENERALIDADES
Travessia ⇒ obra especial, destinada a
transposição de um fundo de vale, por uma
via pública, de forma a permitir o livre escoamento das águas pluviais, sem risco de
represamentos causadores de inundações.
No planejamento de cidades, a melhor
maneira ecológica e econômica, consiste em
observar e resguardar ao máximo as
situações que a natureza, em milhares de
ano criou:
Para tanto, deve-se raciocinar e planejar
em termos de topografia e hidrografia.
Normalmente a hidrografia, é deixada em
segundo plano, devido custos, interesses
imediatos ⇒ investimento em obras que não
aparecem (enterradas).
Inundações:
Como conseqüências de falta ou falha de
planejamento temos como causas das
inundações:
a) ocupação desordenada: crescimento
natural de uma cidade, sem planejamento,
onde as situações críticas estabelecidas,
tem uma difícil solução econômica. É o caso
de ocupação de áreas inundáveis em fundos
de vale, de áreas de maré, etc...
b) aumento do coeficiente de escoamento
superficial (C)
A fórmula Q = C.i.A , representa a vazão
de afluência (vazão hídrica) num determinado ponto, de um fundo de vale, onde:
™ C = coeficiente de escoamento superficial,
representa a parcela de escoamento das
precipitações pluviais;
Ex: Área verde C = 0,2
Área pavimentada C = 0,8 / 0,9
™ i = intensidade da precipitação;
™ A = Área da bacia de montante.
Os fatores i, A, permanecem constantes no
tempo. O dimensionamento de uma travessia,
feita durante a cobertura verde, tem sua vazão ~
quadruplicada, como a ocupação para a área a
montante, conseqüência – inundações.
c) Elevação das cotas de fundo:
Em conseqüência do assoreamento do
leito dos rios, causado pelo lixo, arraste dos
finos dos revestimentos primários, arraste
dos materiais de terraplenagem,..., as cotas
de fundo dos rios se elevam.
A capacidade de vazão do rio, se reduz,
pela redução da sua seção e declividade.
Resultado: inundações.
d) Travessias de capacidade de vazão
insuficientes:
provocam represamentos ⇒ inundações e
contribuem p/ o a assoreamento a montante.
d) Legislação:
As Legislações Federal, Estadual e
Municipal, através de legislação específica
para ocupação e uso dos fundos de vale, as
Prefeituras estabelecem diretrizes, procurando conciliar os interesses público e privado
em relação ao:
Escoamento dimensionado,
Acesso p/ inspeção e limpeza.
E.2.2 - OBRAS DE TRAVESSIAS
As travessias em fundo de vale podem ser, em
função da área de bacia, e do tipo de construção:
- Pontes,
- Viadutos,
- Bueiros circulares,
- Bueiros quadrados, retangulares.
Fig. 1 – Obras de Travessia.
- As pontes e viadutos, tem a sua
superestrutura, ao nível do greide da rua.
*Sendo em concreto armado, estrutura
metálica, ou em alvenaria de pedra quando em
arco.
- Os bueiros são obras enterradas, com um
recobrimento, em função do dimensionamento
estrutural e em função da capacidade de vazão.
Alturas disponíveis e o
custo
é
que
determinam o tipo de bueiro adotado.
- As galerias têm a extensão da largura da
estrada, ou rua, acrescidas de extensão
necessária a proteção dos taludes.
Como materiais, empregamos:
- Tubulação de concreto,
- Tubulação metálica,
- Tubulação em PVC,
- Bueiro em alvenaria de pedra,
- Bueiros celulares (simples, duplos e triplos).
Abreviatura de obras de arte:
P = pontes,
V = viadutos,
M.A.A = muro de arrimo de alvenaria,
M.A.C = muro de arrimo de concreto,
B.S.T.C. = bueiro simples de tubos de concreto,
B.D.T.C. = bueiro duplo de tubos de concreto,
B.S.T.M. = bueiro simples de tubo metálico,
B.S.T.F. = bueiro simples de tubo de ferro,
B.S.C.C. = bueiro simples celular de concreto.
RECOMENDAÇÕES :
- As obras das travessias em fundo de vale,
devem preceder os serviços de terraplenagem,
a fim de garantir sua continuidade.
- Embora as condições de vazão permitam φs
inferiores -em travessias de altos aterros- adotar
uma dimensão mínima 0,8 a 1,0 m, para permitir
as vistorias e eventuais acessos para limpeza.
-Para condutores até 1,2 m é conveniente o
emprego de seção circular, sendo admissível
estruturalmente, o emprego de até 2,0 m de φ
interno.
-No entanto,quando a dimensão interna exceder 1,2 m é mais conveniente o emprego de
seções retangulares, de preferência quadrada.
-As paredes de seção retangular, não devem
ultrapassar 3,0 m, a fim de não tornar muito fundo
o bueiro celular, e criar uma lâmina d'água
demasiadamente alta. Recorre-se aos bueiros
celulares múltiplos.
E.3 - OBRAS DE DRENAGEM SUPERFICIAL
E.3.1 - FINALIDADES
- Consiste em captar e conduzir as águas das
precipitações para seu destino final, o mais
rapidamente possível.
Drenagem
superficial
revestida com biomanta.
Vantagens ⇒ infiltração
parcial da água no solo,
pois quando a biomanta
satura, a água escorre
superficialmente sobre
ela, drenando o fluido
com
rapidez
e
eficiência.
Fig. 3 – Canaletas revestidas
de biomantas.
- Em estrada temos: o abaulamento (tornar
curvo), valetas, calhas, ...
- Em ruas temos: o abaulamento, as galerias,
as sarjetas, as bocas de lobo, ...
- Boca de Lobo: estrutura hidráulica destinada a
captar as águas superficiais, consistindo de
uma caixa de alvenaria ou pré-moldado de
concreto localizada sob o passeio ou sob a
sarjeta. No 1o caso, capta águas superficiais
através da abertura na guia; no 2o caso, capta
águas superficiais por meio de grelha de ferro
fundido.
- Boca de Lobo na calçada: maior vazão, não
é sifonada, há problema de mau cheiro,
entope mais fácil e não tem grelha.
- Boca de Lobo com grelha: é melhor, não
entope, é sifonada, não volta o cheiro e
diminui a vazão.
Fig. 4 – Boca de Lobo com Grelha.
-Galeria: conduto destinado a transportar a
água pluvial desde a captação até o local de
despejo. Pode ter seção circular, retangular,
oval ou de outra forma.
-Sarjeta: canal longitudinal destinado a coletar
e conduzir as águas superficiais da faixa
pavimentada da via pública à boca de lobo .
Dispositivos com o objetivo
de impedir que as águas
precipitadas
sobre
a
plataforma escoem pelo
talude de aterro, provocando
erosões neste ou na borda do
acostamento.
Fig. 5 – Sarjeta de aterro.
Por escoamento longitudinal,
levam as águas até local de
desague, em caixas coletoras
ou no terreno natural.
Fig. 6 – Sarjeta de corte.
Captam a água e a conduzem para que saia
lateralmente para o terreno, para a valeta de aterro,
ou para a caixa coletora de um bueiro de greide.
Fig. 7 – Caixas Coletoras.
- As galerias, são representados pelos bueiros
de grande extensão, e os processos de direcionamento, são semelhantes, utilizando a fórmula
de CHÉZI:
Q = W . V, sendo:
Q = vazão de afluência,
V = velocidade,
W = seção.
V=C.R. I
C = coeficiente de rugosidade hidráulico,
R = raio hidráulico = W / P,
P = perímetro molhado,
I = declividade.
C = R . 1/6
n
FÓRMULA DE
MANNING
n = 0,011⇒ seção retangular em concreto
n = 0,013 ⇒ seção circular em concreto
E.3.2 - Tipos e critérios (cobertas/descobertas)
a) As galerias, em áreas urbanas, p/
pequenas vazões, são normalmente cobertas,
apresentando seções circulares ou retangulares.
Como recomendações, no planejamento,
temos:
- emprego de seção circular até Ø 1,2 m,
- em casos especiais admiti-se até 2 m,
- quando exceder Ø 1,2 m, é conveniente a
seção retangular, de preferência quadrada, com
altura máxima de 3 m.
- as galerias retangulares, poderão ser múltiplas, e neste caso deverão ser abertas janelas
de comunicação entre as seções, para equilibrar
as alturas de lâmina líquida, com espaçam. máx.
de 50 m.
- os condutores que servem a uma única boca
de lobo, devem ter um Ø mín. de 30 cm, p/ evitar
entupimentos constantes.
- a velocidade máx. permitida será de 3,5 m/s p/
evitar erosão excessiva. Pode-se admitir até 6 m/s,
se for previsto revestimento adequado.
- a declividade da galeria, tanto quanto possível,
deve ser igual a do terreno, para termos menos
escavação.
b) as galerias descobertas (a céu aberto) não
são aconselháveis nas áreas urbanas.
As seções, nesses casos são:
- seção retangular
- seção trapezoidal
- seção semicircular
A tendência, o bom senso e o elevado
custo das canalizações recomendam, na
fase de planejamento, a máx. manutenção
das condições geológicas, topográficas e
hidrológicas.
Desta forma, as áreas de fundo de vale,
serão urbanizadas com pequenas obras de
correção, respeitando estas características.
Ex: bacias de detenção (lagos), instalações
desportivas, avenidas marginais...
E . 4 – OBRAS DE DRENAGEM PROFUNDA
E.4.1 – Finalidades/Tipos
Em qualquer obra de eng. de construção, a
economia depende do custo final total, considerado sobre toda sua vida útil incluindo não
somente o investimento inicial, mas também
todos os custos significativos de manutenção e
reposição.
Estes custos crescentes de manutenção e
reparos ocorrem devido à diversas causas,
inclusive o crescente tráfego de caminhões
pesados, mas há pouca dúvida de que os
efeitos danosos das rodas pesadas sobre os
leitos rodoviários saturados ou inundados
contribuem pesadamente para estes custos
inesperados.
- As prefeituras municipais normalmente
despendem maiores recursos na manutenção,
que na execução de novas obras de pavimentação.
Ex.: São Paulo ± 2/3 na manutenção,
1/3 na implantação.
As conseqüências das falhas nas construções
das travessias e da drenagem superficial, são
imediatamente visíveis.
Quanto à drenagem profunda, mesmo projetistas
e construtores, consideram um “dispendioso luxo”.
Porém grandes gastos são necessários permanentemente para reparar e substituir pavimentos
danificados.
- No próprio método de dimensionamento do
DNER, o Fator Climático (FR), leva em conta
as variações de umidade dos materiais do pavimento, em função da média anual de chuva.
Até 800 mm/ano......................FR = 0,70
De 800 à 1.500 mm/ano..........FR = 1,40
Acima de 1.500 mm/ano..........FR = 1,80
- Em testes de perfuração de bases e sub-bases,
em pavim. bem e mal drenados, as condições de
suporte eram completamente diferentes e consequentemente a vida útil remanescente da rodovia.
CONCLUINDO: A drenagem profunda contribui
para o prolongamento da vida útil da obra, e a
conseqüente redução de custo final.
E.4.2 – Dreno profundo longitudinal: se estende
paralelamente a rodovia, a uma profundidade média de 1,2 a 2 m, destinado a interceptar as águas
de acesso lateral e rebaixar o lençol freático.
E.4.3 – Drenos profundos transversais: são drenos
executados transversalmente a uma rodovia, com
a finalidade de interceptar o lençol freático quando
este corta a estrada longitudinalmente.
Fig. 8 – Saída de dreno longitudinal
profundo, com geotêxtil.
E.4.4 – Dreno profundo sub-horizontais: são
geralmente executados em túneis e taludes.
Correspondem a perfuração no solo, onde é
instalado um tubo de PVC perfurado, coberto
com tela nylon devidamente fixada. Preenchimento ou não do espaço restante com areia.
E.4.5 – Drenos profundos verticais: são perfurações verticais preenchidas com material permeável, que apressam o recalque por adensamento
em solos saturados.
A água dos vazios do solo, drenam verticalmente p/ a superfície, pelo estabelecimento de
uma “permeabilidade vertical”, em conexão com
uma camada de “permeabilidade horizontal”, que
descarrega a céu aberto.
E.4.6 – Colchão drenante:
No caso de estradas de rodagem, o sistema
de camadas pode possuir:
-uma só camada filtrante - drenante
-uma camada filtrante e 1 camada drenante.
O sistema (colchão drenante) tem por finalidade, interceptar, as infiltrações por capilaridadade, e drenar as águas de infiltração
superficial.
E.4.7 – Materiais empregados:
Os materiais aplicados em drenagem profunda devem garantir: permeabilidade e assegurar
a descarga.
Os materiais aplicados podem ser discriminados de acordo com a sua finalidade:
a) Materiais drenantes,
b) Materiais filtrantes,
c) Tubos drenantes coletores.
a) Materiais drenantes
-Materiais granulares, são materiais de granulometria fina (areias), empregados nos drenos
tradicionais.
-Materiais sintéticos, não tecidos, são mantas
produzidas por travamento e/ou entrelaçamento de fibras ou fios de material sintético, efetuados por processos mecânicos ou térmicos ou
químicos (Agulhamento).
a) Materiais drenantes
- Atualmente se empregam filamentos de:
Poliester/ Poliamida/ Polipropileno/ Polietileno.
- Material sintético, como drenos verticais,
correspondem as estacas de areia, temos as
fitas de papel ou material sintético.
b) Materiais filtrantes (areia, agregados, britados, geotêxtil, etc)
Materiais de granulometria graúda, dimensionada em função do material granular fino
envolvente ⇒ baixo custo e bom funcionamento.
GEOTÊXTIL NÃO-TECIDO
É uma manta não-tecida de filamentos de
polipropileno, fabricada por um processo de
superagulhagem em véus de fibras não
orientadas. Trata-se de um material cujas propriedades hidráulicas o tornam substituto de filtros
de areia convencionais. Indicados para projetos
de drenagem, constitui-se em excelente alternativa técnico-econômica.
™ Apresenta baixos valores de filtração mesmo
para pequenas gramaturas, acarretando grande
economia na determinação da gramatura
necessária em cada projeto.
sua alta permeabilidade possibilita a livre
passagem das águas de infiltração para o meio
drenante, garantindo rapidez no estabelecimento
das vazões do projeto.
Fig. 9 – Geotêxtil.
c) Tubos drenantes coletores
-Manilhas cerâmicas perfuradas,
-Tubos de concreto poroso
-Tubo dreno corrugado (tigre).
Fig. 10 – Tubo drenante.
d) Outros materiais
-Telas de nylon,
-Bambu (obras temporárias, sem responsabilidade)
-Fibras de Vidro, etc,...
CONCLUSÕES
A drenagem profunda, dipõem de materiais
locais, e atualmente de uma série de produtos
que permitem uma série de opções.
Não há razão portanto, de omitir tais cuidados,
em obras de caráter permanente.