UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA FACULDADE DE ENGENHARIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA FACULDADE DE ENGENHARIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL AVALIAÇÃO DO PROJETO DE DRENAGEM DE TRANSPOSIÇÃO DE TALVEGUES DA RODOVIA MUNICIPAL QUE INTERLIGA A RODOVIA MG-457 AO MUNICIPIO DE PASSA VINTE/MINAS GERAIS DIEGO DAIBERT ROCHA JUIZ DE FORA FACULDADE DE ENGENHARIA DA UFJF 2013

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL AVALIAÇÃO DO PROJETO DE DRENAGEM DE TRANSPOSIÇÃO DE TALVEGUES DA RODOVIA MUNICIPAL QUE INTERLIGA A RODOVIA MG-457 AO MUNICIPIO DE PASSA VINTE/MINAS GERAIS DIEGO DAIBERT ROCHA JUIZ DE FORA 2013

3 DIEGO DAIBERT ROCHA AVALIAÇÃO DO PROJETO DE DRENAGEM DE TRANSPOSIÇÃO DE TALVEGUES DA RODOVIA MUNICIPAL QUE INTERLIGA A RODOVIA MG-457 AO MUNICIPIO DE PASSA VINTE/MINAS GERAIS Trabalho Final de Curso apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Juiz de Fora, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil. Área de Conhecimento: Drenagem de rodovias Orientador: Prof. Guilherme Soldati Ferreira, M.Sc Juiz de Fora Faculdade de Engenharia da UFJF 2013

4 AVALIAÇÃO DO PROJETO DE DRENAGEM DE TRANSPOSIÇÃO DE TALVEGUES DA RODOVIA MUNICIPAL QUE INTERLIGA A RODOVIA MG-457 AO MUNICIPIO DE PASSA VINTE/MINAS GERAIS DIEGO DAIBERT ROCHA Trabalho Final de Curso submetido à banca examinadora constituída de acordo com o Artigo 9 o do Capítulo IV das Normas de Trabalho Final de Curso estabelecidas pelo Colegiado do Curso de Engenharia Civil, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil. Aprovado em: / / Por: Prof. Guilherme Soldati Ferreira, M.Sc - UFJF Prof. Antônio de Pádua Gouvea Pascini - UFJF Prof. Fabiano Cesar Tosetti Leal, M.Sc - UFJF

5 AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar agradeço a DEUS, por ser presença em minha vida renovando as energias, proporcionando coragem no enfrentamento dos desafios, e por mais essa conquista. Meu sincero agradecimento a todos aqueles que de alguma foram doaram um pouco de si para que a conclusão deste trabalho se tornasse possível. Aos meus pais, Moizés e Sandra, pela minha formação, apoio e carinho. À minha namorada Priscila, pela paciência e principalmente, pelo companheirismo. À minha filha Maria Eduarda, razão de minha felicidade e força para o meu crescimento. Aos irmãos Daniel e Ana Carolina, vó Odette, tia Lourdes por estarem sempre ao meu lado. À minha família, por tudo. Aos queridos amigos da Engenharia Civil por todos os momentos que passamos juntos. Não irei citar nomes, pois são muitos, mas cada um tem sua importância. Agradeço a todos os professores do curso de Engenharia Civil por terem contribuído na minha formação profissional e pessoal. Em especial ao Prof. M.Sc. Guilherme Soldati Ferreira, exemplo de dedicação ao longo desse trabalho, agradeço por aceitar me orientar nesse estudo e por acreditar em minha capacidade. Sou grato a todos os amigos e familiares que de uma forma ou de outra estiveram ao meu lado apoiando e orando a Deus por mim. iv

6 RESUMO As águas superficiais afetam e prejudicam as obras rodoviárias, tanto em fase de construção quanto após a sua conclusão. A ação da água pode se manifestar através de diversas ocorrências como, instabilidade e erosão de taludes de corte e aterro, obstrução de bueiros, quedas de pontes, redução da capacidade estrutural do pavimento, envelhecimento prematuro do revestimento, entre outros. Juntando-se a isso tem-se verificado que na elaboração de projeto executivo de engenharia rodoviária que a drenagem do corpo do pavimento, na maioria das vezes, é considerada sem um estreito cumprimento técnico com a concepção da estrutura do pavimento, portanto, sendo deixada em segundo plano, sendo dada ênfase somente na metodologia de dimensionamento de pavimento, não envolvendo em seu projeto estrutural outras variáveis que podem afetar a sua vida útil como a intensidade do tráfego e as mudanças ambientais. Pode-se observar um elevado grau de deterioração superficial em grande parte da malha rodoviária brasileira, causada pela ação de tráfego intenso e pesado, fator este associado à quase inexistência de manutenção preventiva, favorecendo para a ocorrência de danos na estrutura do pavimento associados aos efeitos promovidos pela infiltração de águas livres decorrentes das chuvas. Devido a esses acontecimentos, este trabalho final de curso, estabelece uma avaliação crítica de parte de um projeto de Transposição de Talvegues na rodovia municipal que interliga a Rodovia MG-457 ao município de Passa Vinte/MG, onde atualmente estão sendo executadas obras de melhoramento e pavimentação. v

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Valeta com seção triangular... 8 Figura 2: Valeta com seção trapezoidal... 8 Figura 3: Valeta com seção retangular... 9 Figura 4: Valeta com seção retangular Figura 5: Valeta com seção trapezoidal Figura 6: Sarjeta com seção triangular Figura 7: Sarjeta com seção retangular Figura 8: Sarjeta com seção trapezoidal Figura 9: Sarjeta do tipo meio-fio simples de concreto Figura 10: Sarjeta de aterro do tipo meio-fio simples Figura 11: Sarjeta de aterro do tipo meio-fio conjugados Figura 12: Sarjeta de canteiro central desaguando em uma Caixa Coletora Figura 13: Sarjeta de canteiro central Figura 14: Descida d'água em degraus ligada a uma Caixa Coletora Figura 15: Descida d'água em degraus Figura 16: Saída d'água Figura 17: Bueiro de Greide situado longitudinalmente em relação à Rodovia Figura 18: Bueiros de greide e Bueiros de grota Figura 19: Bueiro Simples Figura 20: Bueiro Múltiplo Figura 21: Grandezas Hidráulicas do Bueiro Tubular Figura 22: Grandezas Hidráulicas do Bueiro Celular Figura 23: Esquema de cálculo do perímetro molhado e área molhada de um tubo circular Figura 24: Bueiro trabalhando como orifício Figura 25: Carga hidráulica a montante de um bueiro trabalhando como orifício Figura 26: Ponte Metálica Figura 27: Ponte de concreto Figura 28: Pontilhão em fase de construção vi

8 Figura 29: Pontilhão Figura 30: Vista aérea da região de Passa Vinte mostrando a superfície topográfica da área Figura 31: Vista aérea da Rodovia Municipal que interliga a Rodovia MG-457 ao município de Passa-Vinte/MG Figura 32: Gráfico com as temperaturas Mínima, Máxima e Precipitação da estrada de Passa Vinte/MG Figura 33: Valores das temperaturas Mínima, Máxima e Precipitação da estrada de Passa Vinte/MG Figura 34: Parâmetros da Equação de Intensidade, Duração e Frequência da Precipitação vii

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Vazão, velocidade e declividade crítica de bueiros tubulares de concreto trabalhando como canal (ec = d) Tabela 2: Vazão, velocidade e declividade crítica de bueiros circulares metálicos trabalhando como canal (ec = d) Tabela 3: Vazão, velocidade e declividade crítica de bueiros celulares de concreto trabalhando como canal (ec = d) Tabela 4: Coeficientes de Vazão para bueiros tubulares segundo Manning Tabela 5: Vazão, velocidade e carga hidráulica de bueiros tubulares trabalhando como orifício(c = 0,63) Tabela 6: Vazão e velocidade dos bueiros celulares trabalhando como orifício para cargas hidráulicas em relação à altura do bueiro Tabela 7: Velocidades máximas admissíveis para a água Tabela 8: Características da seção transversal da via em estudo Tabela 9: Características do traçado em planta da via em estudo Tabela 10: Características do traçado da via em estudo Tabela 11: Características do traçado em perfil da via em estudo Tabela 12: Detalhamento dos raios da via em estudo Tabela 13: Detalhamento das extensões dos aclives e declives da via em estudo Tabela 14: Características operacionais da via em estudo Tabela 15: Dados da bacia de contribuição Tabela 16: coeficiente de rugosidade de Manning Tabela 17: Valores dos tempos de escoamento superficial de cada bacia viii

10 Tabela 18: Máxima intensidade da precipitação (mm/h) Tabela 19: Coeficiente de escoamento superficial (runoff) Tabela 20: Vazões a serem transpostas pelos bueiros Tabela 21: Bueiros recomendados segundo Tabelas do DNIT Tabela 22: Comparativo entre os bueiros instalados na Rodovia Municipal de Passa Vinte e uma das soluções encontradas ix

11 SUMÁRIO RESUMO...v LISTA DE FIGURAS...vi LISTA DE TABELAS...viii 1. INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVO DRENAGEM RODOVIÁRIA Mecanismos dos Danos Ações da Água Sobre as Estradas Drenagem Superficial Valeta de proteção de corte Valeta de proteção de aterro Sarjeta de corte Sarjeta de aterro Sarjeta de canteiro central Descida d água Saída d água Caixas coletoras Bueiros de greide Dissipadores de energia Escalonamento de taludes (banquetas) Drenagem de Transposição de Talvegues Bueiros Pontes Pontilhões O PROJETO EM ESTUDO: RODOVIA MUNICIPAL QUE INTERLIGA A RODOVIA MG-457 AO MUNICIPIO DE PASSA VINTE/MG x

12 5.1. Características do Empreendimento Rodoviário Urbano Localização e descrição Características da via após a execução do projeto de reforma Estudos de engenharia realizados APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DO RESULTADO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS Anexo Anexo Anexo Anexo Anexo Anexo Anexo Anexo xi

13 1. INTRODUÇÃO Dentro do ciclo hidrológico, a partir da precipitação, a água possui basicamente quatro possíveis destinos: a parcela que evapora retornando à atmosfera, a parcela que é absorvida e retirada pela vegetação, a parcela que penetra na crosta incorporando-se ao lençol freático e a parcela que escoa sobre a superfície. Esse último destino pode causar sérios danos às rodovias existentes, como escorregamento e erosão de taludes, diminuição da estrutura do pavimento e rompimento de aterros. Para evitar problemas desta natureza, lança-se mão da drenagem, que tem como principal função dar um destino adequado a essas águas, através da instalação de bueiros, canaletas, sarjetas, saídas d água e etc. Como define o DNIT (2006), a drenagem de uma rodovia destina-se a protegê-la das águas que de um modo ou de outro, com ela interfiram ou a prejudiquem. A drenagem efetua-se por meio da captação, condução e deságue em lugar seguro, das águas que: existam nos subleitos sob a forma de lençóis freáticos e artesianos; camadas do pavimento; penetrem, por infiltração, através do revestimento e das diversas precipitem diretamente sobre o corpo estradal ou a ele acorram provenientes das áreas adjacentes; cheguem à rodovia através dos talvegues naturais. A Drenagem tem como objetivo final a defesa do corpo estradal e de sua infraestrutura da ação danosa das águas para evitar inconvenientes, tais como destruição de aterros, redução da capacidade de suporte da camada final de terraplenagem, erosões de taludes de corte e aterro, escorregamentos de taludes, etc. Tais objetivos são atingidos por meio de obras de determinados tipos, onde cada uma das quais será denominada dispositivo de drenagem e o seu conjunto constitui o Sistema de Drenagem da Rodovia. 1

14 2. JUSTIFICATIVA A drenagem é uma etapa importante em uma construção rodoviária, pois proporciona uma série de benefícios, tais como o aumento da vida útil da rodovia, um baixo investimento, a redução dos gastos com manutenção de vias, escoamento rápido e seguro das águas superficiais facilitando o tráfego por ocasião das chuvas, proteção das obras de arte, proteção das obras de contenção (Infraestrutura), problemas de erosão no entorno e etc. E a aplicação das obras de drenagem não é exclusiva das rodovias, são também feitas em áreas urbanas, ferrovias, dutovias e aeroportos, por exemplo. Na Rodovia Municipal de Passa Vinte Minas gerais realizam-se desde fevereiro de 2012 obras de melhoramento dos sistemas de drenagem e de pavimentação asfáltica. Como consequência dessas obras, haverá um crescimento dos setores de prestação de serviços, comércio e transporte de carga, maior rapidez na viagem, por exemplo, de pessoas com enfermidades das comunidades próximas a via até um hospital ou posto de saúde mais próximo, além de gerar benefícios como aumentar a interação entre os estados de Minas Gerais e Rio de Janeiro. Em virtude da importância dessa estrada, é necessário que as condições de trafegabilidade desta, tanto às relacionadas ao conforto quanto às relacionadas com a segurança, não sejam comprometidas. Desta forma, evitam-se acidentes e diminui-se o tempo de viagem, haja vista que o usuário pode trafegar na via com a velocidade de projeto. Passa Vinte é um município brasileiro localizado no sudoeste do estado de Minas Gerais, cuja distância da capital do estado é de 390 km. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) sua população em 2010 era de habitantes e tem como principal fonte de renda o setor agropecuário, dos quais grande parte do escoamento da produção se dá pela rodovia municipal entre Passa Vinte e o entroncamento com a MG 457, cuja extensão é de 25 km. Essa Rodovia é de grande importância para região, pois se situa próximo à divisa entre os estados de Minas Gerais e Rio de janeiro, com isso se torna um rápido acesso entre os 2

15 moradores do Sul de Minas e do Sul Fluminense tanto em relação ao turismo quanto no escoamento da produção agropecuária. 3

16 3. OBJETIVO Tendo como base o projeto das obras de melhoramento da estrada municipal de Passa Vinte, o objetivo geral do presente trabalho é realizar uma avaliação do projeto de drenagem superficial e de transposição de talvegues, com uma verificação do dimensionamento dos bueiros existentes nas estacas , , , 310+5, , 678+6,35 e do trecho em questão em virtude das mudanças ocorridos nesses pontos em relação aos bueiros que ali já se encontravam ou pelo surgimento deles. Previamente, realiza-se um estudo bibliográfico sobre os sistemas de drenagem de rodovias, enfatizando os dispositivos de drenagem superficial e de transposição de talvegues, tais como valetas de proteção, sarjetas de corte e aterro, bueiros de greide e de grota, pontes e etc. 4

17 4. DRENAGEM RODOVIÁRIA Segundo Almeida (2007), a primeira rede viária de grande porte da história foi iniciada pelos romanos no terceiro século a.c. (antes de cristo), que sabiam dos efeitos danosos da água e procuravam construí-las acima do nível dos terrenos adjacentes, sobre uma camada de areia e cobertas por lajes de pedra cimentadas entre si. Durante vinte séculos houve pouco progresso nos processos de construção, até que, no século XIX, Tresaguet, Metcalf, Telford e McAdam "redescobriram" a necessidade de manter secas as estradas, ou seja, para evitar que se deteriorem por danos causados por pressões d'água existente nos poros (poro-pressões) do material de sua estrutura e movimentos de água livre contida nesta estrutura Mecanismos dos Danos a) A água atinge a base e/ou sub-base de um pavimento (rodoviário, ferroviário, pista de aeroporto, estacionamento, etc.), ocasionando uma redução em sua capacidade de suporte; b) Quando a água livre preenche completamente as camadas, o tráfego, por meio das rodas, produz impacto sobre a água, surgindo pressões pulsantes que causam movimentos, com erosão e ejeção de material ou mesmo o desprendimento de partes da capa asfáltica, desintegração de solos estabilizados com cimento, enfraquecimento de bases granulares pela desarrumação das partículas finas das misturas de agregados, etc.; c) A redução da proteção da camada superficial abre caminho para novas infiltrações, o que agrava o problema, que continua de forma progressiva. Para evitar este mecanismo de danos deve-se: evitar que a água atinja a estrutura da estrada; ser escoada rapidamente. caso a água atinja a base e/ou a sub-base da estrada, a mesma deve 5

18 4.2. Ações da Água Sobre as Estradas De acordo com Pereira (1959) a água que atinge as estradas provém: a) da precipitação das chuvas; b) do fluxo das águas superficiais dos terrenos adjacentes; c) da inundação dos cursos de água próximos; d) da infiltração através do solo; Qualquer que seja sua origem, a ação da água sobre as estradas é sempre nociva. Ou as alaga, tornando-as intransitáveis durante as chuvas ou transbordando dos cursos de água; ou as destrói por efeito das erosões, quando as atinge com grandes velocidades; ou sobre elas deposita o material que traz em suspensão, quando a velocidade de escoamento diminui. É necessário, portanto, remover a água para fora da área ocupada pela estrada, mediante um projeto adequado de drenagem. Distinguem-se então quatro tipos de drenagem: a) Superficial, que visa remover as águas que escoam sobre a superfície da rodovia ou nas proximidades da mesma; b) Do pavimento, que busca retirar as águas infiltradas nas camadas do pavimento (Superestrutura); c) Subterrânea ou Profunda, que procura remover a água contida em excesso na massa do terreno subjacente ou rebaixar o lençol d água subterrâneo que esteja em nível tal que a água possa, por capilaridade, atingir o greide da estrada; d) De Transposição de Talvegues, que objetiva transpor as águas que escoam por talvegues e que atravessam a rodovia, sem comprometer a estrutura do pavimento. 6

19 Diante dessa situação, cabe ao engenheiro a utilização adequada dos dispositivos de drenagem, ao projetar, construir ou restaurar rodovias. Fornecer o conhecimento indispensável para a escolha de medidas de proteção à estrada contra a ação prejudicial das águas que o atingem, como descrito anteriormente Drenagem Superficial Segundo o Manual de Drenagem do DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (2006), a drenagem superficial consiste na captação das águas que precipitam sobre o corpo estradal e áreas aos arredores, conduzindoas até um local adequado para seu deságue de forma que não comprometa a estabilidade, nem a segurança da estrada. Nesse trabalho serão abordados uma série de dispositivos de drenagem superficial, dentre eles: Valeta de proteção de corte - VPC; Valeta de proteção de aterro - VPA; Sarjeta de corte - SC; Sarjeta de aterro - SA; Sarjeta de canteiro central - SCC; Descida d água - DAD; Saída d água; Caixas coletoras; Bueiro de greide; Dissipadores de energia; Escalonamento de taludes; 7

20 Valeta de proteção de corte São dispositivos que tem por finalidade evitar que as águas provenientes da montante do terreno escorram para o talude provocando, dessa forma, prejuízos ao corpo estradal. O material retirado para ser feita a valeta é colocado ao lado e apiloado manualmente entre a valeta e a crista do aterro, a uma distância que pode variar de 2,0 a 3,0 metros. Quanto a sua forma ela pode apresentar três formas geométricas: triangular, trapezoidal e retangular, como pode ser observado nas Figuras 1, 2 e 3, respectivamente. Figura 1: Valeta com seção triangular (DNIT, 2006). Figura 2: Valeta com seção trapezoidal (DNIT, 2006). 8

21 Figura 3: Valeta com seção retangular (DNIT, 2006). O revestimento do dispositivo é utilizado com a intenção de evitar que a água infiltre no solo provocando danos ao talude do corte, podendo ser utilizado concreto com 08 (oito) cm de espessura, alvenaria de tijolos ou pedra rejuntada com argamassa, pedra arrumada ou vegetação dependendo do tipo de solo e da vazão de projeto Valeta de proteção de aterro São dispositivos que tem por finalidade interceptar a água, de forma a evitar que ela atinja e/ou fique estagnada no pé do aterro, causando maiores danos ao pavimento. São construídos quando a inclinação do terreno for maior ou igual a 10% no sentido da rodovia e nas proximidades de pontes e pontilhões. O material que é retirado para construção da valeta é colocado ao lado e apiloado manualmente a uma distância de 2,0 a 3,0 metros entre a valeta e o pé do talude do aterro. As mesmas podem ser executadas em seções trapezoidais ou retangulares, como mostradas nas Figuras 4 e 5 respectivamente, com revestimentos de concreto com 08 (oito) cm de espessura, alvenaria de tijolos ou pedra rejuntada com argamassa, pedra arrumada ou vegetação. 9

22 Figura 4: Valeta com seção retangular (DNIT, 2006) Sarjeta de corte Figura 5: Valeta com seção trapezoidal (DNIT, 2006). Esse dispositivo possui a função de captar as águas que se precipitam sobre a estrada e taludes e conduzi-las longitudinalmente ao longo da rodovia, até um ponto de transição entre corte e aterro, permitindo a saída lateral da água para o terreno natural ou para valetas de aterro, ou então, para a caixa coletora de um bueiro de greide. As sarjetas devem ser construídas em todos os cortes a margem dos acostamentos. Quanto à forma, podem ser adotadas seções triangulares, retangulares ou trapezoidais, como pode ser observado nas Figuras 6, 7 e 8, a seguir. 10

23 Figura 6: Sarjeta com seção triangular (DNIT, 2006). Segundo o Manual de Drenagem (2006), os limites de valores 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. Caso a seção da vazão ainda for insuficiente, deverá então ser adotada seção tipo trapezoidal ou retangular. Figura 7: Sarjeta com seção retangular (DNIT, 2006). 11

24 Figura 8: Sarjeta com seção trapezoidal (DNIT, 2006). Em relação ao material utilizado para sua confecção, pode vir a ser utilizado o concreto (Figura 9), alvenaria de tijolo, alvenaria de pedra argamassada, pedra arrumada ou revestimento vegetal. Figura 9: Sarjeta do tipo meio-fio simples de concreto (Rodovia BR040, 2013). 12

25 Sarjeta de aterro Esse dispositivo tem a função de conduzir as águas precipitadas sobre o pavimento até um local de deságue seguro, evitando desta forma a ocorrência de erosão na borda da via e/ou no talude do aterro. Geralmente esse dispositivo é construído em locais onde: a velocidade das águas que estão sobre a pista provoque erosão na mesma e em trechos onde, em conjunto com a terraplenagem, for mais econômica a utilização de sarjetas. Quanto a sua forma geométrica, ela pode adquirir as mesmas que são utilizadas nas sarjetas de corte, que são as seções triangulares, as retangulares e as trapezoidais; além disso, podem ser complementadas com mais dois tipos que são: meio-fio simples e meio-fio-sarjeta conjugados, como mostrados nas Figuras 10 e 11, respectivamente. Em relação ao material utilizado para a confecção das sarjetas, pode-se utilizar concreto cimento, concreto betuminoso, solo betume, solo cimento e solo. Figura 10: Sarjeta de aterro do tipo meio-fio simples (DNIT, 2006). 13

26 Figura 11: Sarjeta de aterro do tipo meio-fio conjugados (DNIT, 2006) Sarjeta de canteiro central São dispositivos com a função de captar as águas provenientes tanto das pistas quanto do canteiro central e conduzi-las longitudinalmente até serem captadas por caixas coletoras de bueiros de greide (Figura 12). As seções adotadas nesses dispositivos são em geral triangulares, como a demonstrada na Figura 13. Porém podem adquirir outras formas geométricas como, por exemplo, trapezoidal. Figura 12: Sarjeta de canteiro central desaguando em uma Caixa Coletora (Rodovia BR040, 2013). 14

27 Figura 13: Sarjeta de canteiro central (Rodovia BR040, 2013) Descida d água São dispositivos complementares responsáveis por conduzir as águas provenientes dos taludes de corte até a sarjeta de corte ou até as caixas coletoras localizadas em locais específicos de forma a evitar o acúmulo de água ao longo da via. Quando as águas forem provenientes de taludes de aterro, nos pontos mais baixos da via as águas captadas serão conduzidas através das descidas d água até o terreno natural a beira da estrada. As descidas d água podem ser de dois tipos: rápidas ou em degraus (Figuras 14 e 15). A escolha de cada uma se dá através da escolha do projetista, após análise do terreno a qual a mesma será instalada, de forma a não causar erosão. Elas podem ser retangulares, semicirculares ou em tubos, sendo aconselhável a utilização de peças pré-moldadas para a execução desse dispositivo. 15

28 Figura 14: Descida d'água em degraus ligada a uma Caixa Coletora (Rodovia BR040, 2013). Figura 15: Descida d'água em degraus (Av. Deusdedith Salgado - Juiz de Fora, 2013) Saída d água São dispositivos de transição que levam as águas provenientes das sarjetas e as encaminham para tubulações ou outro dispositivo de drenagem de forma rápida e segura, sem causar danos à via. São localizadas nas bordas do greide, como no exemplo da Figura 16, em locais onde ocorre o maior acúmulo de água em cima do corpo estradal, e são usados em pontes, pontilhões e viadutos, onde também se faz necessário a utilização deste dispositivo. 16

29 Caixas coletoras Figura 16: Saída d'água (Rodovia BR040, 2013). citar: São dispositivos que possuem diversas funções, dentre as quais podemos coletar as águas provenientes das sarjetas; 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; possibilitar mudanças de dimensão de bueiros, de sua declividade e direção ou ainda quando a um mesmo local concorre mais de um bueiro; permitir a inspeção de condutos que por elas passam, com o objetivo de verificação de sua funcionalidade e eficiência. De acordo com a função do dispositivo ele pode ser denominado de: caixas coletoras, caixa de inspeção ou caixas de passagem. Caixas coletoras podem localizar-se em terreno natural, junto ao pé do aterro, quando se deseja construir bueiro de transposição de talvegue abaixo da cota do 17

30 terreno, sendo, portanto, inaplicável o bueiro convencional; nas extremidades dos comprimentos críticos das sarjetas de corte, conduzindo as águas para o bueiro de greide ou coletor longitudinal; nos canteiros centrais das rodovias com pista dupla e em qualquer lugar onde seja necessário captar águas superficiais, e conduzi-las para os bueiros. Caixas de passagem serão encontradas em locais onde ocorra a chegada de mais de um bueiro ou quando houver necessidade de mudar a dimensão, declividade ou direção dos mesmos. Caixas de inspeção existirão em locais destinados a vistoria dos condutos construídos com a intenção de se verificar a eficiência e conservação deste dispositivo e nos trechos com drenos profundos com o objetivo de vistoriar seu funcionamento Bueiros de greide Esse dispositivo será abordado mais a frente neste trabalho, em uma visão mais detalhada, então basicamente pode-se dizer que são dispositivos que possuem a função de captar as águas dos dispositivos de drenagem superficial e conduzi-las até um local seguro de deságue. Esse dispositivo pode ser construído tanto transversalmente como longitudinalmente (Figura 17) em relação à rodovia e quanto ao material utilizado para sua confecção pode ser concreto ou metálico. 18

31 Figura 17: Bueiro de Greide situado longitudinalmente em relação à Rodovia (Rodovia BR040, 2013) Dissipadores de energia São dispositivos utilizados com a função de dissipar a energia acumulada durante o fluxo de água, reduzindo desta forma a velocidade da água através do dispositivo de drenagem ou durante o deságue da água no terreno natural. Esse dispositivo pode ser classificado como dissipadores localizados (bacia de amortecimento) ou dissipadores contínuos. O primeiro geralmente é utilizado nos pés das descidas d água nos aterros; na boca de jusante dos bueiros e em pontos de passagem corte-aterro. Já o segundo é utilizado em descidas d água, na forma de degraus, e também ao longo do aterro Escalonamento de taludes (banquetas) Esse dispositivo tem como função evitar que as águas precipitadas sobre a plataforma e sobre os taludes, atinjam 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 banquetas, que conduzirão as águas ao desague seguro. 19

32 4.4. Drenagem de Transposição de Talvegues Segundo o Manual de Drenagem (2006), talvegue, significa a linha que com o decorrer do tempo fica na parte mais profunda de um rio ou um vale, para vencer esses possíveis obstáculos pode-se recorrer à construção de bueiros, pontes e pontilhões de acordo com a necessidade de cada local. Veremos abaixo cada um desses três dispositivos Bueiros Os bueiros são dispositivos que têm por objetivo permitir a transposição de talvegues atingidos pela rodovia ou proporcionar condições de passagem de fluxos d água superficiais para o lado da jusante. Os bueiros são classificados pelo DNIT em duas categorias (Figura 18): Bueiro de greide que são bueiros nos quais a entrada d água é normalmente feita através de caixas coletoras e são empregados para permitir a transposição de fluxos d água coletados por dispositivos de drenagem superficial, notadamente, sarjetas. Podem coletar os fluxos provenientes de talvegues naturais ou ravinas interceptadas pela rodovia em segmentos de corte; Bueiro de grota que são bueiros que se instalam no fundo dos talvegues. No caso de obras mais significativas correspondem a cursos d água permanentes e consequentemente, obras de maior porte. E também conduz as águas de córregos e canais já existentes. 20

33 Figura 18: Bueiros de greide e Bueiros de grota Os bueiros devem dispor de seção de escoamento seguro de deflúvios, o que representa atender às descargas de projeto calculadas para períodos de recorrência preestabelecidos. Para o escoamento seguro e satisfatório, o dimensionamento hidráulico deve considerar o desempenho dos bueiros com velocidade de escoamento adequada, além de evitar a ocorrência de velocidades erosivas, tanto no terreno natural, como na própria tubulação e dispositivos acessórios. Os tubos de concreto para bueiros devem ser do tipo e dimensões indicadas no projeto e de encaixe tipo e bolsa ou macho e fêmea, obedecendo às exigências da NBR 8890 Tubo de concreto armado, de seção circular, para esgoto sanitário, da ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. Em relação à forma, estes dispositivos podem ser: Bueiros Tubulares: quando a seção do mesmo for circular; Bueiros Celulares: quando a seção do mesmo representar um quadrado ou um retângulo e Bueiros Especiais: quando apresentar uma geometria diferente, como por exemplo, um arco ou uma elipse. Quanto ao número de linhas estes dispositivos podem ser classificados como simples quando possuírem somente uma linha de tubos (Figura 19) ou duplos 21

34 (Figura 20) e triplos quando possuírem duas ou três linhas de tubos. Além desses limites recomendam-se obras de maior porte como pontilhões e pontes. Figura 19: Bueiro Simples ( Figura 20: Bueiro Múltiplo ( Para a confecção de um tubo destinado a drenagem de rodovia pode ser utilizado tubos de concreto simples ou armado, porém obedecendo sempre ao projeto-tipo estabelecido pelo DNIT, onde os mesmos são confeccionados em formas metálicas e adensados por vibração ou então pode ser utilizados tubos metálicos que devem ser fabricados segundo normas estabelecidas pela American Association of State Highway and Transportation Officials - AASHTO e American Society for Testing and Materials - ASTM além de serem revestidos de forma a evitar a corrosão dos mesmos devido às condições ambientais a que os mesmos serão submetidos. 22

35 Quanto à esconsidade destes dispositivos, têm-se duas classificações, que são para bueiros normais: quando o eixo do bueiro formar um ângulo de 90º com o eixo da rodovia ou então para bueiros esconsos: quando o eixo longitudinal do bueiro fizer um ângulo diferente de 90º com o eixo da rodovia. Os dispositivos de drenagem constituem uma das partes mais importantes durante a execução de uma estrada, visto que, sem ela a água rapidamente irá destruir todo o trabalho que foi feito. Os locais mais comuns para a instalação dos bueiros são: i. sob os aterros, onde se procura neste caso lançar o bueiro na linha do talvegue; não sendo isto possível, deslocar o talvegue para uma locação que obrigará o desvio ou a retificação do canal natural, em certa extensão, a montante e a jusante. Outra opção é procurar uma locação que afaste o eixo do bueiro o mínimo possível da normal ao eixo da rodovia, com as devidas precauções para os deslocamentos dos canais de entrada e saída d água do bueiro; ii. nas bocas de corte quando o volume d água dos dispositivos de drenagem (embora previstos no projeto) for tal que possa erodir o terreno natural nesses locais; iii. nos cortes de seção mista quando a altura da saia de aterro não for muito elevada, ou quando a capacidade das sarjetas for insuficiente. Nestes casos, não se trata mais de transposição de talvegues, e sim de bueiros de greide (drenagem superficial). Em um projeto, os elementos a definir são: a) Área da seção de vazão que é determinada a partir da descarga da bacia a ser drenada. b) Comprimento da obra, total, a montante e a jusante que são determinados a partir do levantamento topográfico e respectiva planta, com curvas de nível de metro em metro em grau de detalhamento. 23

36 c) Declividade, após a escolha da posição do bueiro considerar que, normalmente, a declividade do corpo deve variar de 0,4 a 5%. Se a declividade superar 5 %, projetar o bueiro em degraus e fazer o berço com dentes de fixação no terreno. Quando a velocidade do fluxo na boca de jusante for superior à recomendada para a natureza do terreno natural, prever-se bacias de amortecimento. d) Recobrimento do bueiro que deverá obedecer as seguintes determinações: em qualquer tipo de bueiro tubular o recobrimento é de uma vez e meia o diâmetro externo do tubo, sendo valor minimo usual de 60 cm; as alturas máximas de aterro para os tubos de concreto, de acordo com sua forma de assentamento, dependem da capacidade de carga do tubo usado; nos bueiros tubulares de concreto o valor mínimo do recobrimento será de 1,5 vezes o diâmetro nominal do tubo a partir da geratriz superior do mesmo; nos bueiros celulares os recobrimentos são os indicados pelo projeto geométrico para os quais a laje superior foi calculada com carga estática. O valor mínimo é o recomendado para a boa execução do aterro e das camadas do pavimento; Os bueiros celulares, de acordo com o projeto geométrico, poderão admitir como recobrimento apenas a camada de revestimento do pavimento, adotando-se nestes casos as medidas necessárias à boa aderência entre ela e a laje dos bueiros. e) Esconsidade que é determinada pela posição do talvegue em relação a normal ao eixo da estrada, não é recomendado valores superiores a 45º para a esconsidade de bueiro. f) Dispositivos de captação (bocas, caixas, etc.) e de dispersão (valas, descidas d água, bacias de amortecimento, etc.). 24

37 Na definição desses elementos tornam-se necessárias informações locais originárias de outras áreas de projeto de rodovia como: Levantamento topográfico e Geometria do corpo estradal; Descarga de projeto, que é obtida pelos estudos hidrológicos segundo métodos próprios, tendo em vista a área da bacia hidrográfica a drenar e os elementos pluviométricos disponíveis. Os tempos de recorrência (TR) para os cálculos da descarga de projeto dos bueiros deverão ser fixados levando-se em conta o risco a temer quando à destruição da obra. Os estudos geotécnicos que devem ser feitos através de sondagens, se necessário, para avaliação da capacidade de suporte do terreno natural, principalmente nos casos de aterros altos e nos locais de presumível presença de solos compressíveis. Após a determinação da descarga de projeto, os bueiros deverão ser dimensionados ou verificados em sua eficiência, considerando-os como canal ou orifício. Para dimensionamento do bueiro trabalhando como canal o tempo de recorrência é TR = 15 anos e para verificação do bueiro trabalhando como orifício, TR = 25 anos; O valor da carga hidráulica fica limitado pela velocidade máxima compatível com a de erosão das paredes do bueiro e do terreno natural (sem bacia de amortecimento); e pela cota do reforço do subleito, material de que é constituído o aterro e ainda a existência de zonas que não possam ser inundadas a montante. A velocidade mínima de escoamento d água no bueiro fica limitada pela probabilidade de sedimentação das partículas carreadas. 25

38 Dimensionamento do Bueiro como canal Grandezas hidráulicas de bueiros tubulares Área molhada: Figura 21: Grandezas Hidráulicas do Bueiro Tubular (DNIT, 2006). (1) Perímetro molhado: (2) Raio Hidráulico: (3) Profundidade hidráulica: (4) Grandezas hidráulicas de bueiros celulares Figura 22: Grandezas Hidráulicas do Bueiro Celular (DNIT, 2006). 26

39 Área molhada: (5) Perímetro molhado: (6) Raio hidráulico: (7) Profundidade hidráulica: (8) Segundo DNIT (2006), o dimensionamento como canal deverá ser feito pela fórmula de Manning associada à Equação da Continuidade. - Fórmula de Manning (9) Onde: V = velocidade de escoamento (m/s); R = raio hidráulico (m); I = declividade do bueiro (m/m); n = coeficiente de rugosidade de Manning (adimensional). O raio hidráulico é obtido pela expressão: (10) 27

40 Onde: R = raio hidráulico (m); A = área da seção molhada (m²); P = perímetro molhado (m). Figura 23: Esquema de cálculo do perímetro molhado e área molhada de um tubo circular (DNIT, 2006). - Equação da Continuidade (11) Onde: Q = vazão do bueiro (m³/s); A = área da seção molhada (m²); V = velocidade de escoamento (m/s); Das equações anteriores resulta: (12) 28

41 admissível é função da: Assim, no caso de bueiro dimensionado como canal a vazão declividade do bueiro; coeficiente de rugosidade do tubo, de acordo com a tabela de Manning; raio hidráulico; área da seção de vazão. Quando o bueiro for dimensionado trabalhando como canal deverá ser levado em conta em que o escoamento poderá verificar-se segundo o fluxo supercrítico, critico e subcrítico. Sempre que as condições permitirem os bueiros deverão ser dimensionados de acordo com a teoria do fluxo crítico. A energia especifica da água escoando em um bueiro é a energia total da unidade de peso d água em relação ao fundo da obra, tomando como plano de referência. Nessas condições a energia especifica será a soma da energia cinética e da pressão estática ou de pressão, correspondente à profundidade d água. A expressão da energia será então: (13) Onde: E = energia específica (J/N); V = velocidade de escoamento (m/s); g = aceleração da gravidade (m²/s); h = profundidade do líquido (m). Denomina-se fluxo crítico aquele que se verifica com a energia específica mínima, ou seja, para E = mínimo. A velocidade e profundidade verificada para Emínimo (Ecrítico = Ec), ou seja, para o fluxo crítico, denomina-se velocidade crítica (Vc) e profundidade crítica (hc). 29

42 A. Expressões do fluxo Crítico para Bueiros Circulares Para a condição de Ec = D tem se: (14) (15) (16) Vazão crítica: (17) Velocidade crítica: (18) Declividade crítica: (19) Igualando e, encontra-se como solução = 4,0335 rad que corresponde a um tirante crítico dc = 0,716 D. Substituindo-se o valor de nas equações acima, chega-se nas fórmulas finais para o dimensionamento dos bueiros tubulares no regime critico: (m³/s) (20) (m/s) (21) (m/m) (22) 30

43 Esses valores são apresentados na Tabela 1 para as dimensões usuais dos bueiros BSTC (Bueiro simples tubular de concreto), BDTC (Bueiro duplo tubular de concreto) e BTTC (Bueiro triplo tubular de concreto) e na Tabela 2 para as dimensões usuais dos bueiros BSTM (Bueiro simples tubular metálico). Tabela 1: Vazão, velocidade e declividade crítica de bueiros tubulares de concreto trabalhando como canal (ec = d) (DNIT, 2006). 31

44 Tabela 2: Vazão, velocidade e declividade crítica de bueiros circulares metálicos trabalhando como canal (ec = d) (DNIT, 2006). Nessas expressões D é o diâmetro expresso em metros, sendo Ac, Rc, Vc, Qc e Ic respectivamente a área da seção molhada, raio hidráulico, velocidade, vazão e declividade crítica. Verifica-se que a declividade crítica depende também do coeficiente de rugosidade de Manning, ou seja, em última análise da natureza das paredes do bueiro (concreto, metálico, etc.). 32

45 B. Expressões do fluxo Crítico para Bueiros Celulares Para a condição de Ec = H tem se: (m²) (23) (m) (24) Velocidade crítica: (m/s) (25) Vazão crítica: (m³/s) (26) Declividade crítica: (m/m) (27) Quando a célula for quadrada B = H = L (lado), resulta: (m/s) (28) (m³/s) (29) (m/m) (30) Estes valores são apresentados na Tabela 3 para as dimensões usuais dos bueiros BSCC (Bueiro simples celular de concreto), BDCC (Bueiro duplo celular de concreto) e BTCC (Bueiro triplo celular de concreto) 33

46 Tabela 3: Vazão, velocidade e declividade crítica de bueiros celulares de concreto trabalhando como canal (ec = d) (DNIT, 2006) Onde B, H (base e altura da seção) e L (lado da seção quadrada) são dados em metros e, e Ic são a vazão, velocidade e declividade crítica. Verifica-se ainda que também nos bueiros celulares a declividade é função do coeficiente de rugosidade das paredes. Com referência à declividade dos bueiros que funcionam como canal, deverá ser observado o seguinte: quando a declividade do terreno natural for superior à declividade crítica, isto é, I > Ic a vazão admissível deverá ser calculada para Ic; quando a declividade do terreno for inferior à declividade critica, a vazão admissível deverá ser calculada para I. 34

47 Quando o valor da declividade for acentuado acarretando uma velocidade de escoamento muito elevada, este inconveniente poderá ser evitado pela redução daquele valor, de acordo com as alternativas seguintes: pela construção de uma caixa coletora profunda a montante do bueiro, em geral da boca, abaixando-se desse modo a cota de entrada d água; pela colocação da boca de jusante no talude do aterro natural, projetando-se neste caso uma descida d água. Quando o bueiro só puder ser implantado com declividade inferior à critica (I < Ic), diz-se que o fluxo no seu interior é subcrítico e a obra trabalha parcialmente cheia. Neste caso, a aplicação da fórmula de Manning associada à Equação da Continuidade, conforme a exposição feita no item , conduz às seguintes equações: C. Expressões do Fluxo Subcrítico nos Bueiros Tubulares (31) (32) Onde: V = velocidade de escoamento (m/s); Q = vazão admissível na valeta (m³/s); D = diâmetro do tubo (m); I = declividade da obra (m/m); n = coeficiente de rugosidade das paredes do bueiro; = ângulo central correspondente ao tirante d (radianos); 35

48 Fazendo-se: (33) (34) As expressões da velocidade e da vazão assumem a forma seguinte: (35) (36) D. Expressões do Fluxo Subcrítico nos Bueiros Celulares (37) (38) Onde: V = velocidade de escoamento (m/s); Q = vazão admissível na valeta (m³/s); B = largura do bueiro (m); d = altura da lâmina d água (m); I = declividade da obra (m/m); n = coeficiente de rugosidade das paredes do bueiro; Da mesma forma, as expressões: (39) 36

49 (40) São calculadas a partir da fixação de B para valores entre 1,0m e 3,0m. Dessa forma, as expressões da velocidade e da vazão assumem a seguinte forma: (41) (42) Dimensionamento do bueiro como orifício Diz-se que um bueiro trabalha como orifício (Figura 24) quando o nível d água a montante (Hw) atende à condição: Hw 1,2D ou Hw 1,2H Sendo D o diâmetro e H a altura do bueiro. Figura 24: Bueiro trabalhando como orifício (DNIT, 2006). Diz-se, nesse caso que a vazão depende de sua carga a montante, vale dizer, da diferença de cotas dos níveis d água a montante e a jusante, sendo independente da rugosidade das paredes, do comprimento e da declividade do bueiro. O dimensionamento do bueiro baseia-se na expressão da velocidade de escoamento como orifício associada à Equação da Continuidade. 37

50 Figura 25: Carga hidráulica a montante de um bueiro trabalhando como orifício (DNIT, 2006). (43) Onde: V = velocidade do fluxo na seção contraída (m/s); C1 = coeficiente de velocidade (adimensional); g = aceleração da gravidade (adotar 9,81 m/s²); h = carga hidráulica a montante (m). Equação da Continuidade: Q = Ac x V (44) Onde: Q = vazão (m³/s); Ac = área da seção contraída (m²); V = velocidade do fluxo na seção contraída (m/s); 38

51 A área da seção contraída é obtida a partir da área total do bueiro (A) e do coeficiente de contração (C2) de acordo com a seguinte relação: Ac = A x C2 (45) Levando-se em conta a Equação da Continuidade, a expressão da velocidade e o coeficiente do orifício, pode-se escrever: C2 x C1 x (46) O produto do coeficiente de velocidade C1 (variando entre 0,97 e 0,98) pelo coeficiente de contração C2 (variando entre 0,62 e 0,64) é denominado de coeficiente de orifício (c): c = C2 x C1 (47) Daí resulta a expressão para o dimensionamento: c x (48) Os valores geralmente adotados para o coeficiente de orifício (ou vazão) e aceleração da gravidade são: c = 0,63 (adimensional) e g = 9,81 m/s² Verifica-se que no dimensionamento dos bueiros trabalhando como orifícios, a vazão admissível é função da seção da obra, da forma de entrada (orifício), da descarga hidráulica e da aceleração da gravidade, sendo, entretanto, independe da rugosidade das paredes dos bueiros e de sua declividade. Para Bueiros Tubulares de Diâmetro D Vazão: (m³/s) (49) 39

52 Velocidade: (m/s) (50) Para Bueiros Celulares de B x H (base x altura) Vazão: (m³/s) (51) Velocidade: (m/s) (52) Chamando L o comprimento do bueiro e D o seu diâmetro, Manning recomenda para L/D = 75 e L/D = 100, respectivamente, os coeficientes de vazão 0,588 e 0,548. Esses dois valores para o diâmetro do bueiro de 1,0 metro representam alturas de aterro de, respectivamente, 20 e 30 metros. Em resumo, os Coeficientes de Vazão c, para o caso dos bueiros tubulares, segundo Manning são os seguintes: Tabela 4: Coeficientes de Vazão para bueiros tubulares segundo Manning (DNIT, 2006). 40

53 Tabela 5: Vazão, velocidade e carga hidráulica de bueiros tubulares trabalhando como orifício (c = 0,63) (DNIT, 2006). Tabela 6: Vazão e velocidade dos bueiros celulares trabalhando como orifício para cargas hidráulicas em relação à altura do bueiro (DNIT, 2006). *A Velocidade excede o valor limite de erosão do concreto (4,5 m/s), significando nesses casos que a vazão do bueiro corresponderá à carga hidráulica que satisfaça a velocidade admissível, ou substituição por material compatível com tal velocidade. 41

54 Tabela 7: Velocidades máximas admissíveis para a água (DNIT, 2006) Pontes De acordo com Freitas (1978), chama-se ponte a uma obra destinada a manter a continuidade de uma via de comunicação qualquer, através de um obstáculo natural ou artificial, com características de não interromper totalmente esse obstáculo. Em sentido restrito, o termo ponte é utilizado quando o obstáculo transposto pela obra é representado, de forma predominante, pela água. É o caso do cruzamento de rios, canais, trechos de mar e lagos. Seus elementos estruturais são constituídos pela infraestrutura, mesoestrutura e superestrutura, onde a primeira é composta por elementos que possuem a função de receber as cargas aplicadas na superestrutura, móveis e fixas, através da mesoestrutura e transmitir as mesmas para o solo. Fazem parte da infraestrutura: sapatas ou blocos, blocos de coroamento, estacas e tubulões e as vigas de ligação. A segunda é uma estrutura intermediária que recebe cargas verticais e horizontais, transmitindo-as da super para a infraestrutura, sendo a mesma composta por pilares, vigas travessas e cortinas. Por fim a superestrutura que recebe diretamente as cargas aplicadas na ponte, sendo ela constituída por: 42

55 faixas de rolamento, passeio, guarda corpo, guarda rodas, revestimento, laje central, laje em balanço, vigas principais ou longarinas e as vigas secundárias ou transversinas. Este dispositivo de transposição de talvegue pode ser classificado de diversas maneiras, dentre elas: Quanto a sua finalidade: podendo o mesmo ter a finalidade de servir ao setor rodoviário, ferroviário ou rodoferroviário, permitindo sempre a passagem de pedestres. Quanto ao material que é utilizado para sua construção, tem-se a madeira como o primeiro material a ser utilizado para a confecção de pontes. A pedra foi provavelmente o segundo material a ser utilizado, agora de forma intencional. Mais tarde vieram as pontes metálicas (Figura 26), compostas de ferro e aço e as de concreto armado (Figura 27) e protendido. Figura 26: Ponte Metálica ( 43

56 Pontilhões Figura 27: Ponte de concreto ( Segundo o Manual de Drenagem (2006), os pontilhões são obras usadas para a transposição de talvegues nos casos em que, por imposição da descarga de projeto ou do greide projetado, não possam ser construídos bueiros. O processo de construção de um pontilhão (Figuras 28 e 29) segue o mesmo roteiro pré-designado para execução de uma ponte, onde a principal diferença entre ambas consiste na extensão, tendo os pontilhões vãos até dez metros. Figura 28: Pontilhão em fase de construção ( 44

57 Figura 29: Pontilhão ( 45

58 5. O PROJETO EM ESTUDO: RODOVIA MUNICIPAL QUE INTERLIGA A RODOVIA MG-457 AO MUNICIPIO DE PASSA VINTE/MG Apresentam-se, a partir de informações coletadas no Projeto Executivo de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG, as considerações técnicas sobre a pesquisa desenvolvida, intitulada Avaliação do Projeto de Drenagem de Transposição de Talvegues da Rodovia Municipal que interliga a Rodovia MG-457 ao Município de Passa Vinte/MG. Procurou-se estabelecer avaliação crítica com base nos procedimentos metodológicos geralmente empregados na prática profissional da engenharia para a elaboração do projeto e dimensionamento dos dispositivos de drenagem rodoviária (diretrizes contidas no Manual de Drenagem de Rodovias/DNIT, 2006, e no documento intitulado Álbum de Projetos-Tipo de Dispositivos de Drenagem/DNIT, 2010) Características do Empreendimento Rodoviário Urbano Localização e descrição O espaço geográfico onde está implantada a obra em estudo caracteriza-se topologicamente como uma região de topografia montanhosa a ondulada, como pode ser observado na Figura 30. Situada próxima a Serra da Mantiqueira, a rodovia municipal de Passa Vinte se desenvolve a partir da Rodovia MG-457 próximo ao município de Santa Rita de Jacutinga e vai até o município de Passa Vinte (Figura 31). Com isso essa rodovia é caracterizada por fazer a ligação entre os municípios das mesorregiões da Zona da Mata e do Sul/Sudoeste de Minas Gerais. E sua importância se dá pelo fato de ser um importante acesso entre as cidades do Sul de Minas e do Sul Fluminense devido ao turismo e principalmente no escoamento da produção agropecuária. Anteriormente ao inicio das obras, as condições da via eram de ruim a péssimas e sua conservação era precária, o que causava sérios prejuízos aos 46

59 motoristas que por ali trafegavam e aos passageiros, já que muitos veículos (ônibus principalmente) quebravam no caminho e comprometiam o tempo da viagem e o escoamento de produtos regionais. Figura 30: Vista aérea da região de Passa Vinte mostrando a superfície topográfica da área. (Google Earth, 01/04/2013). Figura 31: Vista aérea da Rodovia Municipal que interliga a Rodovia MG-457 ao município de Passa- Vinte/MG. (Google Earth, 01/04/2013). 47

60 Características da via após a execução do projeto de reforma As Tabelas a seguir apresentam de forma sucinta as características do projeto de reforma da rodovia em estudo. Tabela 8: Características da seção transversal da via em estudo. (Fonte: Projeto Executivo de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG). CARACTERÍSTICAS DA SEÇÃO TRANSVERSAL CARACTERÍSTICAS VALORES Largura da pista de rolamento 3,50 Largura do acostamento (faixa de segurança) 0,00 / 1,20 Largura do dispositivo de drenagem 0,00 / 1,00 Abaulamento transversal da plataforma 3% Superelevação máxima 8% Inclinação dos taludes de corte 2/3 Inclinação dos taludes de aterro 3/2 Largura da faixa de domínio total 30m Tabela 9: Características do traçado em planta da via em estudo. (Fonte: Projeto Executivo de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG). CARACTERISTICAS DO TRAÇADO EM PLANTA CARACTERISTICAS DESENVOLVIMENTO OU EXTENSÃO (m) PORCENTAGEM (%) Extensão em tangente 9.937,02 39,75 Extensão em curva ,41 60,25 Total ,43 100,00 48

61 Tabela 10: Características do traçado da via em estudo. (Fonte: Projeto de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG). CARACTERÍSTICAS DO TRAÇADO VALORES Raio mínimo de curvatura horizontal 25,00 Frequência de raio mínimo 1 Número total de curvas horizontais 187 Número de curvas por quilômetro 7,48 Tabela 11: Características do traçado em perfil da via em estudo. (Fonte: Projeto de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG). CARACTERISTICAS DO TRAÇADO EM PERFIL VALORES Rampa máxima (%) 22,00 Rampa mínima (%) - Extensão máxima da maior rampa (m) 60,00 Extensão máxima da menor rampa (m) 25,72 Extensão em curvas (m) ,00 Tabela 12: Detalhamento dos raios da via em estudo. (Fonte: Projeto de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG). RAIO (m) ABSOLUTA FREQUÊNCIA RELATIVA (%) DESENVOLVIMENTO ABSOLUTO RELATIVO (%) 5 < R , ,90 19, < R , ,87 42, < R , ,25 23, < R , ,42 7, < R ,14 480,67 3, < R ,53 131,15 0, < R ,53 70,45 0, < R < R ,07 111,76 0, < R < R ,60 154,61 1,03 R > ,33 TOTAL , ,41 98,

62 Tabela 13: Detalhamento das extensões dos aclives e declives da via em estudo. (Fonte: Projeto de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG). (%) EXTENSÃO DOS ACLIVES ABSOLUTA (m) RELATIVA (%) EXTENSÃO DOS DECLIVES ABSOLUTA (m) RELATIVA (%) 0 < % ,00 22, ,80 28,64 1 < % 2 890,00 14,02 535,00 8,83 2 < % 3 575,00 9,06 240,00 3,96 3 < % 4 630,00 9,93 540,00 8,91 4 < % 5 300,00 4,73 404,55 6,68 5 < % 6 25,00 0,39 705,00 11,63 6 < % 7 715,00 11,27 175,00 2,89 7 < % 8 355,00 5,59 355,08 5,86 8 < % 9 355,00 5,59 685,00 11,30 9 < % ,00 2,44 515,00 8,50 10 < % ,00 6,78 75,00 1,24 11 < % ,00 4,41 60,00 0,99 12 < % ,00 2,84 35,00 0,58 13 < % 14 60,00 0, < % TOTAL 6.346,00 100, ,43 100,00 Tabela 14: Características operacionais da via em estudo. (Fonte: Projeto de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG). CARACTERÍSTICAS OPERACIONAIS VALORES Classe Velocidade diretriz Distância de visibilidade de ultrapassagem (m) Número equivalente N eixo padrão de 8,2 t - 10 anos (2007) Tipo de superfície de rolamento Volume médio diário Ano de abertura (2008) / Ano final vida útil (2017) IV 40 Km/h / 60 Km/h 270m 1,02 x 105 Tratamento Superficial Duplo 170 / 222 veículos 50

63 Estudos de engenharia realizados A seguir serão sucintamente descritos os principais dados pesquisados para a avaliação e comparação do Projeto de Drenagem de Transposição de Talvegues da Rodovia Municipal que interliga a Rodovia MG-457 ao Município de Passa Vinte/Minas Gerais, nas estacas (Anexo 1), (Anexo 2), (Anexo 3), (Anexo 4), (Anexo 5), 638+6,35 (Anexo 6) e (Anexo 7) na perspectiva de subsidiar esse Estudo Estudos Hidrológicos Foram adotados os parâmetros característicos das mesorregiões da Zona da Mata e do Sul/Sudoeste por se situar entre elas. Pluviometria e clima - Pluviosidade A altura anual média da precipitação situa-se em torno de 1736 mm. A distribuição das precipitações é variável ao longo do ano, destacando-se, entretanto, uma maior concentração das chuvas no inicio e no fim de cada ano, quando as alturas das precipitações atingem valores da ordem de grandeza de 300 mm por mês. A Figura 32 mostra o gráfico com as temperaturas Mínima, Máxima e Precipitação da estrada de Passa Vinte retiradas de uma série de dados de 30 anos e a Figura 33 mostra esses valores. 51

64 Figura 32: Gráfico com as temperaturas Mínima, Máxima e Precipitação da estrada de Passa Vinte/MG. ( Figura 33: Valores das temperaturas Mínima, Máxima e Precipitação da estrada de Passa Vinte/MG. ( - Temperatura A média anual é de 18,8ºC. A média mensal varia durante o ano entre o valor mínimo de 12,0ºC, em junho e julho, e o valor máximo de 25,0ºC, em outubro. 52

65 A temperatura máxima é, em média, 22,0ºC, no inverno, e 24,0ºC no verão, enquanto a mínima oscila entre 12,0ºC e 13,0ºC, no inverno, e 17,0ºC, no verão. - Classificação climática Segundo o Projeto Final e Revisão / Melhoramento de Projeto de Engenharia Rodoviária para Pavimentação do Trecho: Passa Vinte Entrº MG/457, o clima é classificado no sistema Koppen, como sendo do tipo Cw (Clima seco e chuvas de verão), caracterizando-se por ter invernos secos e frios e verões chuvosos com temperaturas amenas. Os parâmetros da Equação de Intensidade, duração e frequência da precipitação foram retirados do programa Plúvio 2.1 desenvolvido pelo Grupo de Pesquisa em Recursos Hídricos da Universidade Federal de Viçosa Minas Gerais. Esses parâmetros estão na Figura 34. Figura 34: Parâmetros da Equação de Intensidade, Duração e Frequência da Precipitação (Plúvio 2.1) 53

66 Com esses valores se chega na Equação de Intensidade da Precipitação para o município de Passa Vinte: (53) Onde: i = intensidade da Precipitação (mm/h); T = período de retorno (anos); tc = tempo de concentração da chuva de 24 horas (minutos). 54

67 6. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DO RESULTADO Tendo-se como base o Projeto de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG foram escolhidos os pontos a serem analisados, conforme descrito anteriormente. Em seguida delimitou-se a bacia de contribuição com o auxilio da carta topográfica (Anexo 8) e obteve-se os seguintes dados conforme descrito na Tabela 15. Tabela 15: Dados da bacia de contribuição Cota do Bacia de contribuição Estaca Área bacia (m²) Extensão do Percurso (m) ponto mais alto da bacia (m) , ,59 711, , ,24 884, , , , , , , , , , , , , , , , A declividade média do percurso foi calculada segundo a equação (54). (54) Onde: S = declividade média do percurso (m/m); H = Cota do ponto mais alto da bacia (m); h = Cota onde vai ser instalado o bueiro (m); 55

68 L = extensão do percurso (m); Segundo Leal (2012) o cálculo do tempo de escoamento superficial é feito utilizando a seguinte expressão: (55) Onde: ti = tempo de escoamento superficial (min); S = declividade média do percurso (m/m); n = coeficiente de rugosidade de Manning, conforme Tabela 16; L = extensão do percurso (m); P24 = altura pluviométrica da precipitação com 24 horas de duração (mm), calculado segundo a equação (56). (56) Onde: i = intensidade da Precipitação (mm/h); 56

69 Tabela 16: coeficiente de rugosidade de Manning (DNIT, 2006). Segundo o Projeto Executivo de Engenharia Rodoviária para Pavimentação da Rodovia Municipal de Passa Vinte/MG os bueiros são tubulares e trabalham como canal. Entrando com os valores de t = minutos e T = 15 anos na equação (53) se encontra o valor de i = 5,935 mm/h para o município de Passa Vinte. Entrando com esse valor na equação (56), obtém-se P24 = 142,44 mm. Por se tratar de uma área composta de árvores em grandes quantidades e com alturas elevadas, adotou-se n = 0,13. Entrando com a declividade média e a extensão do percurso de cada bacia, e com o valor de P24 calculado encontra-se o valor do tempo de escoamento superficial de cada bacia segundo a equação (55). Os valores dos tempos de escoamento superficial de cada bacia estão descritos na Tabela

70 Tabela 17: Valores dos tempos de escoamento superficial de cada bacia Bacia Tempo de escoamento superficial (min) 01 27, , , , , , ,82 Entrando com o tempo de escoamento superficial de cada bacia na equação (53) obtém-se a máxima intensidade da precipitação que cada bacia contribui para o local a ser projetado o bueiro. Esses valores estão na Tabela 18. Tabela 18: Máxima intensidade da precipitação (mm/h) Bacia Máxima intensidade da precipitação (mm/h) , , , , , , ,75 Para efeito de segurança adotou-se o maior valor de intensidade de precipitação (imáx = 116,97 mm/h) para todos os bueiros verificados. 58

71 Segundo Ferreira (2011) a vazão da bacia de contribuição para o projeto é calculada segundo a equação (57). (57) Onde: Q = Descarga de projeto ou contribuição para o bueiro (m³/s); i = intensidade da Precipitação da bacia (cm/h); C = coeficiente de escoamento superficial (runoff), conforme Tabela 19; A = Área de contribuição (m²), conforme Tabela 15. Tabela 19: Coeficiente de escoamento superficial (runoff) (DNIT, 2006). Retirando-se o valor da área de contribuição da Tabela 15, a intensidade de precipitação da bacia da Tabela 18 e adotando-se da Tabela 19, o Coeficiente de escoamento superficial como sendo 0,30 (Ponderação entre áreas florestais e áreas em que o solo não contém revestimento e com permeabilidade moderada), obtém-se as vazões a serem traspostas pelos bueiros (Tabela 20). 59