Estradas 2 – Segunda Parte
Drenagem
Uma estrada é construída para permitir o tráfego em qualquer condição
climática. No Brasil isto é essencialmente verdade nas estações
chuvosas, onde ocorrem alagamentos.
A movimentação de terras provocada
interfere no processo de escoamento
terreno cortado pela estrada.
pela construção das estradas
natural da água existente no
Os sistemas de drenagem devem, então, ser construídos para encaminhar
as águas de chuva para fora da plataforma da estrada. (Evitando
alagamentos e saturação de maciço)
As águas
quais:





podem
causar
inúmeros
problemas
nas
estradas,
dentre
os
Erosões: plataforma, acostamento, taludes de corte e aterro,
pontos de intersecção greide - terreno natural (offset), divisas
de faixas de domínios e dos talvegues cortados;
Alagamentos que impedem o tráfego de veículos;
Redução da coesão dos solos e instabilidade dos taludes;
Redução da capacidade de suporte do maciço terroso;
Rupturas no pavimento.
Um bom sistema de drenagem deve ser adequadamente dimensionado e bem
localizado.
Tipos de sistemas de drenagem



Drenagem superficial: capta e conduz as vazões de águas
precipitadas ou correntes ao longo da faixa de domínio da
estrada. Localizados de modo a impedir ou minimizar o fluxo de
água nos taludes e na plataforma. Permite o escoamento
superficial – bueiros devem ser construídos de modo a permitir a
passagem da vazão conduzida por talvegues.
Drenagem subterrânea: capta e conduz as vazões de águas
subterrâneas que possam afluir nas camadas do pavimento,
saturando o subleito da estrada. Esta saturação pode gerar
deformações que viriam a causar a ruptura do pavimento. (Deve
ser garantida uma profundidade seca de 1.50 m abaixo da
plataforma)
Drenagem de pavimento: capta e conduz as águas superficiais que
infiltram-se no pavimento por suas trincas e juntas, sendo
armazenadas nos vazios das camadas granulares do mesmo. O
sistema visa impedir o pleno preenchimento desses.
Projeto de um sistema de drenagem
Etapas de um projeto de drenagem:
1. Análise da localização da obra, características do
cursos d’água existentes e informações sobre o subsolo;
terreno,
2. Levantamento de áreas próximas e previsão de alterações ao longo
da construção e operação da estrada.
3. Estudo de locais a serem drenados, projeto geométrico de
terraplenagem e pavimentação.
4. Estudos hidrológicos para determinação das precipitações e do
regime de chuvas ao longo do traçado.
5. Estudo das necessidades e potencialidades dos dispositivos de
drenagem, levando-se em conta a possibilidade de se aproveitar a
drenagem natural.
6. Seleção dos dispositivos mais adequados.
7. Elaboração do projeto básico dos mesmos (tipo, localização,
dimensões e especificações construtivas).
8. Elaboração do projeto executivo com detalhes complementares.
Drenagem superficial
Os dispositivos de drenagem superficial são os seguintes:









Valetas de proteção de corte: construídas de modo a evitar
que águas fora da faixa de estrada desçam pelos taludes de
corte.
Valetas de proteção de aterro: recolhem a água que desce pelo
talude de aterro, evitando saturação do subleito e recalque.
Valetas de canteiro central: recolhem a água precipitada na
área entre as pistas.
Sarjetas de corte
Sarjetas de aterro
Descidas d’água ou rápidos: acompanham a inclinação do talude
de corte ou aterro e conduzem as vazões pelas sarjetas e
valetas. Apresentam bacias de amortecimento de energia.
(Podem ser construídas em escada)
Saídas d’água
Caixas coletoras: localizadas nos extremos das valetas e
sarjetas, quando se faz necessário o cruzamento da vazão com
a pista de rolamento e deve ser enterrada.
Dissipadores de energia: colocados para reduzir a velocidade
da água. Seus formatos mais comuns são dentes ou pedras, na
forma de anteparos colocados em canais (verticalmente) ou em
caixas coletoras (horizontalmente).
Valetas são dispositivos de seção aberta em formato retangular,
trapezoidal ou semi-circular (não recomendado: dificuldade em se
construir valas semi-circulares para posterior encaixe de canal
concretado) revestidas ou não.
Sarjetas são canais situados na lateral da pista após os acostamentos.
Podem apresentar em corte seção triangular, trapezoidal, semi-circular
e retangular. Em aterro, as sarjetas são construídas como depressões
rasas. Devem ser construídas de modo a facilitar a saída de veículos
que possam ficar retidos na mesma.
Cálculo das vazões a serem drenadas
A vazão a ser coletada e conduzida deve ser calculada utilizando-se a
fórmula racional (bacia de contribuição com até 1km²).
Sua expressão é: 𝑄 = 𝐶 ∙ 𝑖 ∙ 𝐴
Onde:



C é o coeficiente de run-off, correlaciona a quantidade de água
escoada superficialmente e a que infiltra no terreno. Varia com
o tipo de terreno.
i é a intensidade média da chuva. O tempo de duração da chuva
deve ser igual ao tempo de concentração da bacia (toda bacia
contribuindo na seção considerada).
A é a área da bacia drenada.
O tempo de concentração deve ser avaliado de modo que a taxa de
precipitação média apresente uma duração correspondente ao observado
na área. Pode ser obtido em curvas intensidade ou em fórmulas para o
cálculo do mesmo. (alguns locais têm fórmula definida para este
cálculo)
Observações:
O período de retorno dos projetos de drenagem varia entre 10 e 50 anos
para galerias de águas pluviais e entre 10 e 25 para sistemas de
drenagem urbanos.
A duração mínima de chuva para área pavimentada é de 5 minutos e em
áreas gramadas é de 10 minutos. Adota-se em geral 15 minutos para a
chuva de projeto.
Se houver mais de um valor de escoamento superficial, o mesmo deverá
ser obtido por uma média ponderada entre as áreas parciais e seus
respectivos coeficientes de escoamento.
Dimensionamento de valetas e sarjetas
Para se realizar o dimensionamento hidráulico de valetas e sarjetas,
considera-se o cálculo em canais (escoamento livre) de tipo de
revestimento, seção transversal e declividades constantes.
Dessa forma, pode-se utilizar a formula de Manning para o cálculo das
valetas e sarjetas:
𝑄=
2
1
𝐴 ∙ 𝑅ℎ3 ∙ 𝐼
𝑛
Onde Q é a vazão a ser escoada em m³/s, n é o coeficiente de
rugosidade da superfície da valeta (tabelado), Rh é o raio hidráulico
(Área molhada/Perímetro molhado) e I a declividade longitudinal do
conduto (adimensional).
A capacidade de escoamento é determinada pela velocidade do
hidráulico, permitindo-se evitar a erosão das paredes.
𝑉=
𝑄
𝑆
fluxo
Determinada pela equação da continuidade, onde Q é a vazão previamente
calculada e S, a seção transversal do conduto.
Dimensionamento hidráulico de bueiros
Os bueiros são construídos para permitir o escoamento de águas que
fluem sobre o terreno natural e são interceptados pela execução de um
aterro da estrada. A interrupção do fluxo represaria a água,
transformando o aterro em uma barragem, exigindo uma série de cuidados
construtivos extras.
Os bueiros são classificados em:




De talvegue: quando interceptam fluxo natural de água;
De greide: quando servem de ligação entre caixas coletoras e
poços de visita.
Rígido: construídos com tubos e galerias de concreto armado
Flexível: construídos com tubos metálicos corrugados ou PVC.
Observações construtivas:




O bueiro de material rígido pode ter seções quadradas,
retangulares ou moldadas in loco. Em grande altura, o formato
pode ser ovóide.
O bueiro ainda pode ser simples, duplo ou triplo, protegidos por
abas e alas nos extremos do mesmo.
O berço deve ser formado por solo de boa qualidade, quando não
for possível deve ser composto por pedra britada ou concreto.
A fórmula para avaliação da vazão pode ser a racional.
Deve se considerar que o fluxo atua como canal e não existe controle
na entrada e na saída. Neste caso, o regime atuante é fluvial (ou
subcrítico) e a altura da lâmina d’água é superior à lâmina crítica.
O diâmetro é escolhido de modo ao fluxo ocupar 2/3 da seção do mesmo.
Verifica-se então a velocidade do fluxo, que deve ser inferior ao
valor admissível ao material e ao revestimento e superior a 0.80 m/s,
de modo a evitar sedimentação das partículas.
Drenagem subterrânea
Existem três tipos:

Drenos longitudinais: valas executadas paralelamente ao eixo da
estrada sob o acostamento. Preenchidas com pedra britada e ao
fundo assenta-se um tubo perfurado. A fim de evitar a migração
dos solos das paredes para dentro do dreno reveste-se o
perímetro externo com manta geotêxtil.
A parte superior é fechada com um selo de material impermeável
(solo) e sua profundidade média é de 1.50m A largura mais
utilizada é 0.50m. A declividade é igual à da estrada, sempre
superior a 0,5%. Os tubos mais utilizados atualmente são
plásticos corrugados. Recebem o nome de trincheira drenante caso
a altura ultrapasse 1.50m.


São utilizados ao pé de taludes de corte para rebaixar o lençol
freático.
Drenos transversais: valas executadas transversalmente ao eixo
da pista ou com inclinação de 45º com o eixo. Sua seção
transversal é igual a do dreno longitudinal. São utilizados para
coletar as vazões oriundas de nascentes sob a estrada. Podem se
ligar aos demais drenos ou apresentar saídas exclusivas.
Drenos em sistemas de camada: constituídos por apenas uma camada
de material drenante e filtrante em relação ao solo subadjacente
ou por duas camadas (uma filtrante e outra drenante). Objetiva
interceptar o lencol freático, evitando infiltrações por
capilaridade.
Atinge
toda
a
largura
do
pavimento.
Suas
espessuras são de no mínimo 10 cm e deve atingir 100% de
compactação. Complementa os drenos longitudinais.
Caso ocorra afloramentos do lençol subterrâneo em taludes escavados em
rochas fraturadas e em solos permeáveis, empregam-se drenos subhorizontais constituídos por tubos de PVC revestidos por geotêxtil.
Se os aterros forem construídos sobre solos moles ou compressíveis,
poderá ocorrer recalques durante um longo período de tempo (além do
período de execução da obra). Os drenos verticais podem ser
construídos para acelerar o processo de recalque.
(Em geral
constituídos por colunas de areia executadas no interior do solo
argiloso que irão permitir a saída de água do solo compressível)
Podem ser utilizados geotextêis e papelões na confecção de drenos
verticais. Seu espaçamento depende do tipo de dreno e das condições
geotécnicas do solo. Entre o aterro novo e a fundação deve ser
executada uma camada drenante horizontal.
Conceitos teóricos relativos à drenagem subterrânea
As águas subterrâneas em geral são oriundas do lençol freático, por
sua vez originadas de águas infiltradas na superfície terrestre.
Em maciços sempre é possível observar a existência do lençol freático
e, em toda construção, deve-se observar se haverá interceptação ou
formação de caminho preferencial para vazões subterrâneas e se sua
eventual afluência venha acontecer em local inadequado.
A permeabilidade é a propriedade que representa a facilidade (ou
dificuldade) de escoamento de água por meio dos vazios de um solo.
Pode ser analisada pela Lei de Darcy:
𝑄 =𝑘∙𝑖∙𝐴
Onde Q é a vazão, i é o gradiente, k é o coeficiente de permeabilidade
e A é a área. O dimensionamento de um dreno é feito da seguinte forma:


Dado um solo (1), com curva granulométrica C1 e coeficiente de
permeabilidade k1.
Um solo (2) só pode ser filtro do solo (1) se o coeficiente k2
for maior que k1 (escoamento mais rápido em 1).

Os vazios do dreno devem ser menores que os grãos do solo (1),
evitando o fluxo interno ao dreno e colmatação do mesmo.
Critérios para seleção do material do dreno:

Índice de tubulação: D15(F) / D85(S)
Onde D15(F) é o diâmetro correspondente à porcentagem 15% na
curva granulométrica do solo tipo filtro.
E D85(S) é o diâmetro correspondente à porcentagem 85% na curva
granulométrica do solo.
Este índice tende a evitar o carregamento das partículas do solo (S)
para dentro do filtro (F).

Índice de permeabilidade: D15(F) / D15(S)
D15(S) é o diâmetro que corresponde à porcentagem 15% na curva
do solo.
Define a condição mínima para que o filtro deva apresentar para se
tornar um conduto preferencial para as vazões a serem escoadas.
Os dois índices permitem definir uma faixa granulométrica adequada
para o material de filtro.
Execução dos dispositivos de drenagem
Revestimento: sarjetas e valas podem ser em concreto, grama ou sem
revestimento (as últimas são bastante passíveis de erosão). Para as de
concreto, preferencialmente devem ser moldadas in loco.
A execução, neste caso, ocorre após as operações de terraplenagem, com
superfícies de assentamento executadas manualmente. (Envolve cortes,
aterros e acertos) As valetas de proteção podem ser executadas com
combinações manuais e mecânico-manuais: uso de motoniveladoras, pás
carregadeiras etc.
Sua construção deve seguir gabaritos feitos por guias de madeira –
servem
de
referência
para
concretagem
com
seção
transversal
correspondente as formas de cada dispositivo, espaçando-se os
gabaritos em 2m. A concretagem deve ser lançada em planos alternados,
espalhada e lançada com ferramentas manuais.
As guias serão retiradas dos segmentos ao início da cura do concreto.
Os meios-fios são pré-moldados e as guias são moldadas in loco. São
empregados em trechos urbanos das rodovias. Escava-se a faixa
prevista, coloca-se um berço de concreto magro (10 cm de espessura),
dispondo-se os meios-fios e as formas de madeira para as sarjetas.
Entradas e descidas d’água: revestidos de concreto moldado in loco
construídos da seguinte forma:
1. Escava-se a vala de implantação (alinhamentos, cotas e dimensões
indicadas no projeto)
2. Executa-se uma base de brita para regularização
3.
4.
5.
6.
Instala-se formas e cimbramento;
Lança-se e vibra-se o concreto;
Retira-se as guias e formas laterais;
Preenche-se as juntas com argamassa cimento-areia (1:3).
Dissipadores: construídos com leito de pedra argamassada visam a
dissipação do fluxo por canalização com dispersão da lamina d’água
(reduz a velocidade). Os dissipadores com forma de caixas com berço de
pedra nas saídas e entradas de bueiros visam a diminuir o impacto do
escoamento.O fundo em dentes ou degraus é utilizado em canalizações
muito íngremes.
Estas estruturas são todas
seqüência construtiva:
moldadas
in
loco
e
seguem
a
seguinte
1. Escavação do terreno jusante do dispositivo de dissipação;
2. Compactação da superfície resultante da escavação;
3. Preenchimento da porção inferior da caixa escavada com argamassa
cimento-areia (1:3) com espessura de 5cm;
4. Preenchimento com pedra-de-mão (d>=15cm) rejuntada com a mesma
argamassa.
Se as paredes forem de concreto, ainda são necessárias as seguintes
etapas:
1.
2.
3.
4.
Instalação das formas laterais;
Lançamento do concreto e adensamento manual ou mecânico;
Retirada das formas após cura;
Preenchimento com pedra-de-mão argamassada.
Espalhar sobre o concreto uma camada de argamassa de 5cm de espessura
antes de despejar as pedras.
Existe a possibilidade de se utilizar dissipadores com dentes em sua
superfície, assim existem formas para os dentes, que devem ser
retiradas posteriormente. Em degraus, o fundo da canalização deve ser
escalonada nos diversos patamares com declividade inferior ao terreno
natural.
Bueiros tubulares: as etapas de construção são as seguintes:





Antes da locação, deve ser deslocado o eixo do bueiro do leito
do talvegue ou deve ser preenchida a vala com pedra-de-mão para
proporcionar o fluxo das águas de infiltração.
Com a regularização do fundo, a obra deve ser locada com réguas
e gabaritos (espaçadas no máximo a 5 m cada) a fim de garantir
alinhamento, declividade e profundidade do bueiro.
A
declividade
longitudinal
deve
ser
contínua,
evitando
descontinuidade no perfil dos bueiros.
Caso seja interrompida a sarjeta ou canalização, deve ser
instalado um dispositivo de transferência para o bueiro: caixa
de passagem, caixa coletora etc.
A escavação da cava deve permitir a execução do berço de
concreto, por processo mecânico ou manual. Sua largura deve ser



superior à do berço em pelo menos 30 cm permitindo a implantação
de formas.
Se for necessário aterrar para atingir a cota de assentamento, o
material deve ser inserido em camadas de no máximo 15 cm. A
compactação deve ser mecânica, garantindo o GC desejado.
Posteriormente, devem ser instaladas formas laterais para o
berço de concreto (resist. Mínima 11MPa) com espessura de 10 cm.
Após a concretagem, acabamento e cura os tubos devem ser
assentados e rejuntados com argamassa cimento-areia (1:4).
O tubo deve ser, posteriormente, envolvido com o mesmo tipo de
concreto,
obedecendo
a
geometria
prevista
no
projeto
(recobrimento mínimo: 15 cm)
Bueiros celulares:
Semelhante execução, quando da execução do berço acrescentam-se as
seguintes observações:






Se o terreno não apresentar resistência adequada devem ser
realizados trabalhos de reforço:
cravação de estacas,
substituição ou mistura de solos etc.
A armadura da laje de fundo deve ser colocada e amarrada
somente
após
a
concretagem,
acabamento
e
cura.
Posteriormente, deve ser lançado, espalhado e amassado o
concreto de fundo até a cota superior da mísula inferior.
Com isso, devem ser posicionadas as armaduras laterais e
colocadas formas das paredes e lançado o concreto, que deverá
atingir a cota inferior da mísula superior.
Simultaneamente
à
concretagem
da
laje
superior,
deve
complementar o corpo do bueiro, juntamente com as vigas de
cabeceira ou muros de testa.
As juntas de dilatação devem estar espaçadas em segmentos de
no máximo 10 m de comprimento. Devem ter 1 cm de espessura e
serão realizadas com madeira compensada e isopor. (retiradas
após a concretagem, rejuntadas com cimento asfáltico e
cimento a quente - fungenband)
O bueiro deve ser aterrado com material escavado.
Drenos subterrâneos:




Implementados durante a fase de acabamento da terraplenagem
(executados na operação de corte). Podem ser construídos de PVC
ou metálicos.
Se as extensões passam os 80 m, devem ser executadas caixas de
passagem para permitir a limpeza dos drenos. O fechamento só
acontecerá após vistoria e
comprovação do funcionamento.
(tamponados em construção evitando a colmatação do material)
Os tubos e as dimensões devem ser assentadas em berços
compactados e acabados, de modo a preservar as cotas de projeto
estáveis para o carregamento.
O
material
deve
ser
firmemente
adensado,
impedindo
o
deslocamento dos tubos e a gradação granulométrica dos materiais
drenante e filtrante.




As juntas da ponta e da bolsa deverão ser colocadas permitindo o
posicionamento ascendente das ultimas (quanto à declividade).
A parte superior da vala deve ser preenchida com material
argiloso, garantindo a quantidade da permeabilidade (para
esgotamento das águas que possam ficar retidas).
Os materiais devem ser compactados.
Devem ser instalados tubos e terminais nas extremidades de saída
das valas.
Drenos sub-horizontais:
Instalados nos taludes de corte ou aterro, proporcionam o escoamento
das águas retidas nos maciços aliviando o empuxo (o qual pode
comprometer a estabilidade do talude). São instalados ortogonalmente
ao eixo – implantados no desenvolvimento da fase de terraplenagem.
Devem seguir as etapas:







Locações e perfurações devem seguir o previsto em projeto. Os
pontos indicados no projeto podem ser ajustados na execução.
O equipamento de perfuração deve ser instalado, podendo ser
necessário o uso de andaimes.
A água utilizada deve ser canalizada e lançada evitando-se danos
ao talude e ao sistema de drenagem.
Os tubos de PVC devem possuir ranhuras e devem estar previamente
envolvidos pelo capuz de manta filtrante.
Feito isso, deve ser executada a boca de saída. (proteção e
fixação do dreno)
Se forem muitos drenos, pode ser executado o barrilete de
recepção dos mesmos, lançando as águas em ponto adequado.
A perfuração pode ser realizada de modo alternativo – jatos
d’água, perfuratrizes de ar comprimido, etc.
Caixas coletoras e outros dispositivos:
Dispositivos construídos nas extremidades dos bueiros que captam e
transferem os deflúvios para as canalizações construídas em nível
inferior.
Poços de inspeção são caixas destinadas à conexão de canalizações com
alinhamento e declividades diferentes. Podem ser utilizados em
segmentos longos de canalizações de modo a facilitar limpeza e
manutenção.
Bocas de lobo:
São caixas destinadas a receber vazões conduzidas pelas sarjetas – são
dispositivos de coleta de drenagem urbana.


A escavação para a sua instalação deve ser feita de modo a
permitir espaços laterais para a colocação de formas, armaduras
e concreto.
Estes dispositivos são enterrados e executados nas fases de
fechamento das operações de terraplenagem





O fundo da cava deve ser regularizado e compactado (permitindo
uma fundação de boa qualidade). Posteriormente deve ser
concretado utilizando-se concreto magro, para regularização da
superfície.
Posteriormente, devem ser assentados os tubos e ser concretadas
as laterais, com concreto de maior resistência. A concretagem
deve ser feita com pouca queda e adensamento por vibradores de
imersão.
As formas só devem ser removidas após a cura do concreto,
seguido do reaterro do vazio entre as paredes da estrutura com o
lançamento
de
material
de
boa
qualidade
energicamente
compactado.
Procede-se com a limpeza da caixa para remoção de entulhos e
assenta-se as grelhas/tampas indicadas no projeto. A relação
água-cimento deve ser a mínima possível.
Podem ser realizadas em alvenaria.