Noções sobre estimativa de vazões – aspectos conceituais e
metodológicos
Estimativa de vazões
OBJETIVOS:
- Promover conheci-
A água que escoa na terra depois de uma chuva precisa ser avaliada ou
mento sobre a estima-
medida para que seja possível projetar e construir as valetas, as sarjetas,
tiva de vazões e discu-
os bueiros, etc. Essa avaliação chama-se estimativa de va
vazões.
zões
tir o método racional
para bacias urbanas.
- Dar noções sobre
estimativa de valores
do escoamento superficial em seções escolhidas, conceituação de
coeficiente de escoamento superficial e
método racional.
Para fazer uma estimativa das vazões, ou seja, definir a quantidade de água que passa por um
ponto/seção, os técnicos utilizam geralmente os seguintes métodos:
Medições diretas;
Comparações com outras situações;
Fórmulas matemáticas empíricas.
Uma das coisas mais importantes é conhecer a quantidade de água que é drenada no solo, para
avaliar as conseqüências do escoamento das águas no solo, depois de uma chuva.
Uma das maneiras mais conhecidas para avaliar ou fazer uma estimativa de vazões é o chamado Método Racional. Este método se aplica para pequenas bacias hidrográficas e sua fórmula
matemática é a seguinte:
Q=C.i.A
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sendo,
Q: estimativa de vazão em litros / seg.
C: número de natureza prática que representa as condições de escoamento das águas,
variando com o tipo de cobertura ou revestimento do solo que, por sua vez, dependem
da ocupação e uso do solo. É conhecido como coeficiente de escoamento superficial;
i: quantidade média de chuva que cai no solo, durante algum tempo, dada em litros /
seg.ha;
A: área da bacia hidrográfica em que a chuva cai, dada em ha.
Quando a quantidade média de chuva que cai em um determinado período
de tempo é dada em mm/hora e a área da bacia é dada em m²,
m² pode-se
utilizar a fórmula matemática do Método Racional na seguinte forma:
Q = 0,278 C.i.A
O coeficiente de escoamento superficial é tanto maior quanto maior o grau de impermeabilização do terreno. Abaixo são apresentados alguns valores deste coeficiente para diferentes tipos
de superfície:
Fonte: WILKEN, 1978.
Tipo de superfície
Coeficiente C
Pátios internos acimentados
0,90
Área construída
0,80
Ruas asfaltadas
0,70
Passeios de concreto
0,60
Áreas em terra
0,25
Área jardinada
0,15
A quantidade média de chuva, chamada de intensidade da precipitação
precipitação (i), é obtida por meio de
fórmulas matemáticas que relacionam a duração das chuvas e sua quantidade que cai em uma
determinada área.
O Método Racional leva em conta a chuva que cai, a forma e o tipo do escoamento, a quantidade de área impermeabilizada, a forma e a declividade média da bacia.
Pode-se também fazer estimativas de vazões diretamente no terreno, escolhendo um ponto de
topografia conhecida e colocando em seu bordo uma régua graduada onde se pode ver como a
água sobe e desce ao longo do tempo.
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Debate
É muito difícil fazer uma estimativa de vazão?
Como poderíamos avaliar a quantidade de água que cai de um
telhado com 50 m2 de área, de uma chuva que demorou 2 horas e
que tem uma calha ao seu redor e uma bica com uma única saída?
Como poderíamos avaliar a quantidade de água de chuva que
demorou 1 hora e que passa por uma rua pavimentada com
7,00m de largura, inclinada para um só lado (inclinação 3%), sem
Brasil (1987, p. 67).
Fonte: Panorama Geográfico do
ultrapassar o meio fio, que tem 15 cm de altura?
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Bacia hidrográfica urbana e delimitação das áreas de contribuição
OBJETIVOS:
Bacia hidrográfica urbana:
urbana é uma bacia hidrográfica ou parte dela que englo-
- Promover conheci-
ba localidades densamente habitadas pelo homem, na qual o comportamento
mento e debates entre
do escoamento da água se modifica devido às construções e a forma de ur-
os participantes sobre
banização dos espaços públicos. Dentro de uma mesma bacia hidrográfica,
podem existir várias sub-bacias.
o conceito de bacia
hidrográfica urbana e
as estratégias de delimitação da área de
contribuição para
estimativa de vazões,
esclarecendo o diferencial de delimitação
em zonas modificadas
por ação antrópica.
Chamamos a linha que contorna toda a bacia de divisor de águas.
águas Essa linha encontra-se ge-
Fonte: Enciclopédia Larousse Cultural (1995, p. 11).
ralmente na parte mais elevada do terreno.
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Quando está chovendo, a água que cai dentro da área da bacia (divisor de águas) escoa das
partes altas para as mais baixas, procurando os seus caminhos naturais que estão nos vales.
Daí escoa formando córregos, riachos, rios. Finalmente, no ponto mais baixo da bacia ou subbacia, as águas irão desaguar em um único ponto, que também pode ser um riacho, córrego,
rio, uma lagoa ou até o mar.
Dá para ver que os
vários rios, riachos
Fonte: Enciclopédia Larousse Cultural (1995, p. 4627)
e córregos dentro
da bacia se ligam
uns aos outros,
procurando sair
sempre no mesmo
local. Dessa maneira, tudo que é jogado no terreno, a
depender do peso,
pode ser carregado
pela água durante a
chuva e ser transportado pelos rios,
córregos e riachos.
Toda a sujeira, todo o lixo, toda a forma de poluição jogada com descuido em qualquer ponto do terreno da bacia vai percorrer e atravessar toda a sua área e desaguar, saindo por aquele ponto e caindo em
outros rios ou lagos, poluindo, assoreando, contaminando e degradando o ambiente.
O lado bom é que as bacias hidrográficas podem ser utilizadas para planejar tudo o que pode
acontecer na bacia, facilitando o manejo das águas no seu interior.
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Como se planeja uma bacia para não degradar o ambiente?
Debate
Como se planeja a ocupação dos espaços por onde passa
um rio dentro das cidades?
Em um município podem existir várias bacias pequenas e uma bacia grande pode conter um ou
vários municípios. Se cuidarmos mal do uso e ocupação do solo de uma bacia de um município
Se o município da parte mais alta do rio resolve fazer uma grande barragem para fazer
irrigação, os municípios situados rio abaixo,
podem ficar sem água durante algum tempo
se o rio tiver pouca água.
p. 2640).
Fonte: Enciclopédia Larousse Cultural (1995,
que fica na parte alta da bacia, os municípios da parte baixa irão sofrer as conseqüências.
Temos, portanto, que planejar de maneira integrada toda a bacia, procurando conhecer os usos
e as necessidades de água de todos os municípios, tratando devidamente os esgotos e as águas
servidas, para que ninguém fique com o prejuízo ou sofra com a falta de água.
Para planejar uma bacia hidrográfica é preciso fazer alguns estudos em toda sua área. Esses
estudos servem para que possamos conhecer as características da região e os seus principais
problemas.
Se os municípios
das partes altas
do rio não tratam
os esgotos ou
jogam os dejetos
dentro dos rios,
os municípios rio
abaixo vão receber águas poluídas, imprestáveis
para o uso.
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Algumas dessas informações são encontradas em mapas chamados temáticos, que informam
sobre vários tipos de assunto, como vegetação, topografia, geologia, hidrologia, rodovia, habitação, sistema de serviços públicos, etc. Outras são obtidas no próprio local, a partir de anotações feitas por pessoas que conhecem o assunto.
Nos mapas topográficos, encontramos a representação de tudo que existe ou foi construído no
terreno, bem como as altitudes, ou seja, o relevo – que determina a direção tomada pelos rios.
Quanto mais acidentado for o terreno, maior a quantidade de rios, córregos e riachos que serão
formados durante a chuva (rios intermitentes) ou mesmo permanentemente (rios perenes).
Se durante o ano chove muito e, em determinados meses, sempre sobre uma bacia, geralmente
o numero de rios e riachos é grande e o volume de águas de cada um deles é maior. No verão
chove mais durante pouco tempo, no inverno chove pouco durante todo o tempo.
Fonte: Enciclopédia Larousse Cultural (1995, p. 4265).
Quando a água de chuva cai sobre
a bacia, parte dela evapora, outra
infiltra no solo e a restante forma
rios e riachos escorrendo pelo
solo.
Da parte da água que se infiltrou
no terreno, uma pode ser absorvida pelas plantas e retornar à
atmosfera
(transpiração),
outra
pode se infiltrar no solo e voltar
aos rios, riachos e lagos e uma
parte pode, por percolação, alcançar os aqüíferos e neles se
depositar ou escoar no subsolo
sob forma de lençóis de água.
A chuva não cai por igual em toda a bacia: em algumas regiões, as chuvas são fortes e caem
sempre e, em outras, chove menos e durante pouco tempo. Geralmente, nas zonas mais altas
chove mais.
Os rios transportam
leve que é jogado ou
depositado
neles,
servindo,
assim,
como
agente
de
modificação do ambiente.
Escavam
o
terreno e transportam os solos dissolvidos
junto
com
folhas, galhos, para
1001).
Fonte: Enciclopédia Larousse Cultural (1995, p.
todo material mais
rios ou mares mais
distantes.
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É preciso conhecer o caminho natural dos rios, a quantidade de água que passa por eles, os
tipos de materiais que eles transportam e que tipo de prejuízo pode causar aos ocupantes das
áreas, rio abaixo.
Os rios podem fornecer água para abastecer cidades ou povoados, irrigar lavouras, alimentar
indústrias, gerar eletricidade e para matar a sede dos animais, além do atendimento aos hábitos higiênicos e funções alimentares.
Para aumentar a capacidade de fornecimento de água de um rio, podem-se construir, ao longo
do seu leito, em locais apropriados, reservatórios denominados bar
barragens.
ragens
Fonte: Enciclopédia Larousse Cultural (1995, p. 2738).
Quando o rio transporta
muito
solo,
devido a escavações
(erosões), as barragens
construídas
podem diminuir o seu
volume
de
armaze-
namento, devido ao
depósito destes solos
no seu reservatório,
fato que se denomina
sedimentação
ou
assoreamento.
A quantidade de água que escoa por um rio (vazão) não é constante, nem ao longo dos anos e
nem durante os meses do ano. A vazão depende de como as chuvas caem na bacia, com que
intensidade e como são distribuídas durante o dia, os meses e os anos (regime de chuvas).
Os terrenos mais permeáveis possibilitam maiores infiltrações; os mais impermeáveis garantem
retenções no armazenamento; os solos férteis possibilitam a lavoura e o surgimento de vegetação. Terrenos granulares, principalmente os arenosos, facilitam o processo das erosões; solos
finos são mais facilmente transportados e depositados sob a forma de sedimentação. Os solos
coesivos, como os argilosos, resistem melhor à erosão.
Como não podemos escolher o tipo de solo de uma bacia, temos que aprender a cuidar do manejo da água, de modo a causar o menor dano possível.
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uma bacia, seja ela
floresta,
mata
mesmo
ou
forragens
rasteiras,
protege
o
terreno, evitando as
erosões e suas conseqüências,
reter,
além
de
conveniente-
mente, parte da água,
diminuindo a possibilidade de inundações
4146)
Fonte: Enciclopédia Larousse Cultural (1995, p.
A cobertura vegetal de
rio abaixo.
Como vivemos apoiados sobre o terreno e ele serve de base para nossas construções e para
plantarmos as nossas lavouras, é necessário conhecer a formação dos solos da bacia.
O planejamento e o manejo de águas em uma bacia devem levar em consideração o controle do
desmatamento e garantir a manutenção das forragens vegetais mais convenientes.
Hoje, a vegetação existente é quase toda criada pelo homem. As florestas foram desmatadas
para dar lugar à agricultura e à pecuária. Temos que admitir que a plantação de árvores para
substituir as florestas tem evoluído bastante.
DESMATAMENTO:
A taxa de desmatamento na Amazônia entre
REFLORESTAMENTO:
os anos de 1995 e 2000 foi de 1,90 milhões
mil hectares, o maior índice de replantio já
de hectares por ano (LAURENCE, ALBERNAZ e
DA COSTA, 2007).
Em 2005, foram recuperados no Brasil 553
feito no país (BRASILCONPET, 2007).
O Brasil já plantou em 2007 o equivalente a
Modelos matemáticos estimam que, até o ano
16 milhões de árvores, garantindo uma vaga
de 2050, 40% da floresta amazônica já poderá
entre os maiores reflorestadores do mundo
ter desaparecido (SOARES FILHO e OUTROS,
(POLÍTICA E SUSTENTABILIDADE, 2007).
2005).
Cerca de 12 a 20 hectares de florestas desaparecem a cada minuto (DESMATAMENTO,
2007).
As modificações no uso do solo causam ganhos econômicos significativos, mas alteram o comportamento dos recursos hídricos da bacia e prejudicam o ambiente, principalmente pelo aumento das erosões e comprometimento da qualidade das águas.
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Com o manejo do terreno
para atividades agrícolas ou
mesmo para desmatamento
no meio rural e escavações
para construção nas cidades, as partículas de solo
acabam se desagregando e
sendo arrastadas pelos rios,
córregos
e
riachos
para
outros locais, prejudicando
mais uma vez o ambiente.
O manejo do solo traz melhorias, mas cria problemas ao ambiente natural. O planejamento adequado do
uso do solo e dos recursos hídricos de uma bacia minimiza esse problema. Esse é o preço que se paga
pelas melhorias econômicas que se deseja alcançar. Temos que encontrar os limites para conviver com as
A questão não é crescer apenas pela necessidade de progresso, mas sim, crescer
de maneira planejada.
-bonduki.jpg
http://revistacult.uol.com.br/website/images/website/arquitetura%203nabil
Fonte:
duas coisas: a preservação e o uso do ambiente para extrair as necessidades das empresas, governos e o
homem.
Com o aumento da população, no campo e nas cidades, cresce o consumo de água. O volume
de água tratada destinado ao suprimento da população é de cerca de 200 a 250 litros por pessoa. Para chegar a esses valores, os números tradicionalmente utilizados para representar o
consumo de água por pessoa são acrescidos a um valor correspondente a usos múltiplos, como
criação de animais, plantio de hortas, etc. A maior parte dessa água é retirada diretamente dos
rios e só uma pequena parte dos lençóis subterrâneos.
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Trabalho de grupo
Metade do grupo defende o desenvolvimento econômico.
A outra metade defende a preservação do meio ambiente.
É eleito um representante para cada grupo.
Os dois representantes devem chegar a um consenso.
Se chegarem a um consenso, cada um deles explica para o
Se não chegarem a um consenso, cada um deles explica pa-
grupo porque cedeu de suas posições iniciais.
ra o grupo porque não cedeu de suas posições iniciais.
O
problema
é
que
cerca de 80% dessa
água
é
devolvida
à
bacia sob a forma de
esgotos e águas servidas,
aumentando
a
necessidade de tratamento de esgotos e da
água nas bacias rio
abaixo.
Quando se retira água de rios de uma bacia para utilização em outra bacia, causamos uma perda real, que deve ser avaliada pelo processo de planejamento, de modo a não criar problemas
ao ambiente ou faltar para o abastecimento e a necessidades da bacia de origem.
Os peixes que povoam os rios são muito importantes para a manutenção dos sistemas naturais.
Quando são lançados esgotos nos rios, ocorre o aparecimento de microorganismos que se alimentam desse material, havendo o consumo do oxigênio que está presente na água, deixando
pouco oxigênio para os peixes, que acabam morrendo. Com isso, os rios perdem os peixes e,
com a poluição, terminam morrendo. Além disso, a água do rio fica imprópria para o consumo
humano, encarecendo o tratamento da água.
Debate
O que fazer para preservar os rios?
Como evitar que o lixo seja jogado nos rios?
Como evitar que o esgoto seja lançado nos rios?
Por que os peixes morrem em rios poluídos?
Como combater a erosão?
Por que o desmatamento prejudica o ambiente em uma bacia?
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A carga de esgoto gerada pelas indústrias é seis vezes maior que a do esgoto doméstico. Além
do esgoto que o homem lança nos rios em cada bacia, devemos acrescentar o volume de lixo
neles depositado.
Cada pessoa produz cerca de
0,54 kg de lixo por dia. Se não
houver coleta eficiente do lixo,
uma grande parte dele vai
parar nos rios e córregos.
As bacias, principalmente as muito povoadas, estão com sérios problemas ambientais, porém o
principal deles parece ser a falta de tratamento dos esgotos domésticos e os efluentes industriais.
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Noções de hidráulica aplicada à drenagem das águas pluviais urbanas
Hidráulica: ciência que investiga de forma simplificada o escoamento de
fluidos (especialmente a água) e as aplicações tecnológicas de alguns ti-
OBJETIVOS:
- Proporcionar aos
pos de escoamento.
participantes o contato
A hidráulica geral aplica os conceitos e estudos dos movimentos dos flui-
à drenagem das águas
dos e o resultado de experiências de laboratório nas soluções de proble-
pluviais urbanas: no-
com conceitos básicos
de hidráulica aplicada
mas práticos que têm a ver com o manejo das águas e sua condução nos
canais ou tubulações.
ções básicas sobre o
escoamento em condutos livres, critérios e
parâmetros de dimen-
Os condutos em tubos ou canais são projetados para transportar a água
sionamento.
Fonte: http://www.phd.poli.usp.br/cabucu/fotos.htm
de um ponto até um destino desejado e apropriado para lançamento ou armazenamento.
Os canais abertos, ou seja, quando a superfície superior do líquido está em contato direto com o ar, funcionam em escoaescoamento livre.
livre
Quando a seção transversal da canalização
tem uma forma geométrica fechada, como
tubos circulares, estes podem, em determinadas situações, funcionar sob pressão.
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portamento da água
no interior dos canais
ou para facilitar a
entrada e saída deles,
são projetadas estruturas hidráulicas complementares. As mais
importantes são as
estruturas de captação, os dispositivos de
transição ou mudança
0002/valeparaiba.htm
http://www.daee.sp.gov.br/acervoepesquisa/relatorios/revista/raee
Fonte:
Para melhorar o com-
de seção, vertedouros,
dissipadores de energia e obras de lançamento.
Quando a energia não é suficiente para levar a água por ação da gravidade ou quando existe
necessidade de transpor obstáculos, utilizam-se estações de bombeio equipadas com bombas
com potência suficiente para empurrar a água para onde se deseja.
A hidráulica fluvial estuda o escoamento das correntes naturais dos rios, riachos e córregos, a
sua velocidade, inundações, erosão, sedimentação, etc.
Os escoamentos superficiais podem ser permanentes e uniformes. Para calcular a velocidade da
água em situação de escoamento superficial, utiliza-se uma fórmula matemática chamada FórFórmula de Manning.
2
1
(R )3 × i 2
V= H
n
V = velocidade média, em m/s;
RH = raio hidráulico, em m.;
i = declividade média do conduto, em m/m;
n = coeficiente de rugosidade (tabelado). (PORTO, 2005)
RH
O Raio Hidráulico é determinado pela relação entre a Área Molhada (AM) e o Perímetro
Molhado (PM). Sua fórmula matemática é:
RH =
AM
PM
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A figura abaixo representa a área molhada e o perímetro molhado da seção de um conduto:
Quando a velocidade da água no interior dos canais é muito grande, há o risco de se danificar
os revestimentos devido à abrasão. Quando esta é muito pequena, ocorre deposição de pequenos sedimentos, que podem entupir as canalizações. Dessa forma, devemos garantir uma velocidade mínima que arraste os sedimentos (velocidade de autolimpeza) e que não seja muito
elevada a ponto de danificar os revestimentos dos canais.
Debate
Você saberia dizer o que significa a expressão Q = V . A?
Como você estimaria a vazão que passa por um canal a partir das informações fornecidas pela fórmula de Manning?
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Geometria e funcionalidade dos dispositivos drenantes para
Quando as águas de chuva caem
OBJETIVOS:
sobre as cidades, uma grande parcela escoa pelas ruas.
- Proporcionar aos
participantes conhecimentos básicos sobre
dimensionamento de
sistemas de drenagem
com escoamento em
estruturas superficiais
e em galerias.
- Apresentar a geometria das estruturas e
dispositivos de drena-
d2052d.jpg
http://www.procuretudo.com.br/noticias/fotos/2229
Fonte:
escoamento de deflúvios
gem superficial e subterrânea, assim como
os procedimentos para
a avaliação funcional
das estruturas e noções de métodos cons-
A água de chuva, ao cair sobre o solo, escorre inicialmente por caminhos
trutivos.
naturais formando os córregos, riachos e rios. Nas cidades, além desses
caminhos naturais, as águas de chuva escoam pelos terrenos, pelos telhados das casas e pelas
ruas, que na realidade são grandes canais, onde causam problemas para os pedestres e para os
veículos que por elas circulam.
Muitas vezes, quando chove,
as
ruas
funcionam
como
canais que se tornam inconFonte: MASCARÓ (1989, p. 18).
venientes para a circulação
das pessoas e dos veículos.
Para evitar esses inconvenientes, é necessário construir
algumas
obras
chamadas
dispositivos drenantes, para
melhorar
as
condições
de
circulação e escoamento das
águas.
Os dispositivos drenantes mais comuns são:
Valetas de proteção de corte e aterros.
Sarjetas em cortes, aterros, no pé do meio fio e no canteiro central.
Saídas e descidas de água.
Bocas de lobo.
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Caixas coletoras e de inspeção.
Poços de visita.
Galerias e bueiros.
Dissipadores de energia.
Para o dimensionamento hidráulico de todos os dispositivos drenantes, utiliza-se o Método
Racional. Como apresentado anteriormente no item que abordou a estimativa de vazão, a fórmula matemática para o cálculo da quantidade de água que passa na seção geométrica do dispositivo de drenagem é dada por:
Q = C ×i× A
VER PÁGINA 33
Pode-se também, se necessário, calcular a velocidade com que a água passa na seção considerada do dispositivo drenante ou fazer medições diretas. Deve-se fazer essa verificação para
controlar a ação agressiva das águas sobre as superfícies de revestimento dos dispositivos, que
podem ser erodidos ou danificados se a velocidade da água ultrapassar os limites recomendados.
Foi mostrado no item sobre noções de hidráulica que a velocidade pode ser medida ou calculada também com o uso de uma equação matemática chamada fórmula de Manning (equação da
continuidade).
V=
(R H )
2
3
×i
1
2
VER PÁGINA 46
n
DISPOSITIVOS DRENANTES
http://www.drenagem.ufjf.br/06dren_sup02_VPC.htm
Fonte:
Valetas de Proteção
Valetas de proteção de cor
corte:
são construídas no topo dos
cortes, para canalizar as águas
que escorrem morro abaixo e
impedir
que
escoem
pelos
taludes, causando erosões.
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tangulares ou triangulares. O tipo
mais comum é a trapezoidal, porque
são fáceis de construir e apresentam
uma melhor eficiência de funcionaFonte:
mento hidráulico.
Os tipos de revestimentos mais recomendados são:
vegetação;
concreto;
alvenaria de pedra;
alvenaria de tijolo.
As valetas de crista de corte devem ser projetadas no lado em que a água tende a escoar pelos taludes para evitar que o escoamento comprometa a segurança do corpo da via, devido à
http://www.drenagem.ufjf.br/06dren_sup03_VPA.htm
Fonte:
erosão dos taludes.
Valetas de proteção de
pé de aterro: coleta as
águas
que
escorrem
pelo terreno em direção ao pé dos aterros,
impedindo-as de atingir o corpo da via.
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18
_sup02_VPC.htm
aterros podem ser trapezoidais, re-
http://www.drenagem.ufjf.br/06dren
As valetas de proteção de cortes e