ESTRADAS E AEROPORTOS DRENAGEM SUPERFICIAL. Prof. Vinícius C. Patrizzi

Transcrição

1 ESTRADAS E AEROPORTOS DRENAGEM SUPERFICIAL Prof. Vinícius C. Patrizzi

2 2 DRENAGEM SUPERFICIAL

3 DRENAGEM SUPERFICIAL OBJETIVOS INTERCEPTAR AS ÁGUAS QUE POSSAM ATINGIR A PLATAFORMA VIÁRIA E CONDUZI-LAS PARA LOCAL ADEQUADO CONTROLE DE EROSÃO DOS TALUDES DE CORTE E ATERRO 3

4 TIPOS DRENAGEM SUPERFICIAL VALETAS DE PROTEÇÃO DE CORTE/ATERRO VALETAS DE BERMAS DE CORTE/ATERRO SARJETAS DE PÉ DE CORTE/ATERRO VALETAS DO CANTEIRO CENTRAL CLASSIFICAÇÃO QUANTO À FORMA MEIA CANA / TRIANGULAR / RETANGULAR / TRAPEZOIDAL QUANTO AO REVESTIMENTO 4 GRAMA / CONCRETO / PEDRA MARROADA

5 DR-1A SARJETA TRIANGULAR DE CORTE REVESTIMENTO EM GRAMA EM PLACAS 5

6 DR-1B SARJETA TRIANGULAR DE CORTE REVESTIMENTO EM CONCRETO 6

7 DR-2A VALETA DE CANTEIRO CENTRAL REVESTIMENTO EM GRAMA 7

8 DR-2B VALETA DE CANTEIRO CENTRAL REVESTIMENTO EM CONCRETO 8

9 DR-3A VALETA DE PROTEÇÃO TRAPEZOIDAL REVESTIMENTO EM GRAMA PROTEÇÃO DE CRISTA DE CORTE 9

10 DR-3A VALETA DE PROTEÇÃO TRAPEZOIDAL REVESTIMENTO EM GRAMA PROTEÇÃO DE PÉ DE ATERRO 10

11 DR-3B VALETA DE PROTEÇÃO TRAPEZOIDAL REVESTIMENTO EM CONCRETO PROTEÇÃO DE CRISTA DE CORTE 11

12 DR-3B VALETA DE PROTEÇÃO TRAPEZOIDAL REVESTIMENTO EM CONCRETO PROTEÇÃO DE PÉ DE ATERRO 12

13 13 DR-3B VALETA DE PROTEÇÃO TRAPEZOIDAL

14 14 DR-5A CANALETA RETANGULAR DE BORDA DE ATERRO

15 15 DR-6 SARJETA TRIANGULAR DE BORDA DE ATERRO

16 DIMENSIONAMENTO DRENAGEM SUPERFICIAL VAZÃO DE ENTRADA MÉTODO RACIONAL (m³/s/m) Q e C i A 3,6 C = Coeficientes de infiltração C = 0,35 / 0,70 / 0,90 i = intensidade pluviométrica = f (tc, T) tc = tempo de concentração = 5 minutos T = período de retorno = 10 anos A = seção de contribuição 16

17 DIMENSIONAMENTO DRENAGEM SUPERFICIAL VELOCIDADE DE ESCOAMENTO FÓRMULA DE MANNING V R 2/3 H I n 1/ 2 (m/s) V = Velocidade R H = Raio Hidráulico R H P S Seção Molhada PerímetroMolhado I = Declividade Longitudinal do Dreno n = coeficiente de rugosidade 17

18 DRENAGEM SUPERFICIAL DIMENSIONAMENTO VAZÃO DE SAÍDA EQUAÇÃO DA CONTINUIDADE Q s V S (m³/s/m) CÁLCULO DO COMPRIMENTO CRÍTICO (L) L f ( Qe, Qs) 18

19 DISPOSITIVOS DE DRENAGEM DRENAGEM SUPERFICIAL 19

20 20 Transposição de Segmentos de Sarjeta

21 21 Transposição de Segmentos de Sarjeta

22 22 Saída e Descida D água em Talude

23 23 Dissipador de Energia

24 24 Bueiro de Greide

25 25 Caixa Coletora

26 26 Vala Lateral e Corta-Fio

27 27 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL

28 OBJETIVOS DRENAGEM SUBSUPERFICIAL PROTEÇÃO CONTRA INFILTRAÇÕES DIRETAS DE PRECIPITAÇÕES ASCENÇÃO DE LENÇÓIS D ÁGUA SUBTERRÂNEOS DISPOSITIVOS CAMADA DRENANTE DRENOS RASOS LONGITUDINAIS DRENOS LATERAIS DE BASE DRENOS TRANSVERSAIS 28

29 FONTES DE ÁGUA NA ESTRUTURA INFILTRAÇÃO TRINCAS E JUNTAS NA SUPERFÍCIE JUNÇÃO PISTA / ACOSTAMENTO ASCENÇÃO LENÇOL FREÁTICO EFEITO CAPILAR 29

30 30 FONTES DE ÁGUA NA ESTRUTURA

31 31 FONTES DE ÁGUA NA ESTRUTURA

32 FONTES DE ÁGUA NA ESTRUTURA 32 Pavimento de Concreto de Cimento Portland

33 FORMAS DE MOVIMENTAÇÃO DA ÁGUA DIFERENÇA DE ELEVAÇÃO (GRAVITACIONAL) DIFERENÇA DE TEMPERATURA OU PRESSÃO CAPILARIDADE FORÇA OSMÓTICA FLUXO SATURADO GRADIENTE DEVIDO A DIFERENÇA DE ELEVAÇÃO FLUXO NÃO SATURADO GRADIENTE FORNECIDO PELA CAPILARIDADE E DIFERENÇA DE TEMPERATURA 33

34 EFEITO ADVERSO DA ÁGUA FORÇAS DE PERCOLAÇÃO OU SUB-PRESSÃO GERAM FLUXOS INTERNOS E SATURAÇÃO AMOLECIMENTO DAS CAMADAS DE FUNDAÇÃO QUANDO SE TORNAM SATURADAS E/OU MANTÉM-SE POR PERÍODOS PROLONGADOS DESAGREGAÇÃO E TRINCAMENTO DE MATERIAIS PELA INTERAÇÃO COM A UMIDADE EXCESSIVA CARREAMENTO E MIGRAÇÃO DE PARTÍCULAS DE SOLO PARA UM PONTO DE SAÍDA, PROPORCIONANDO PIPING OU EROSÃO (BOMBEAMENTO) 34

35 O PROBLEMA DA ÁGUA NOS PAVIMENTOS Pavimento Asfáltico 35

36 O PROBLEMA DA ÁGUA NOS PAVIMENTOS Pavimento de Concreto de Cimento Portland 36

37 INFLUÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO Pavimento Asfáltico Parâmetro Valores Adotados Período de projeto (anos) 8 Perda de serventia - DPSI 2,00 Tráfego N USACE 7,46 x 10 7 Tráfego N AASHTO 1,97 x 10 7 Módulo de resiliência do subleito (MPa) 50 Coeficiente de Drenagem BGS (m i ) 1,40 Desvio Padrão 0,45 Confiabilidade (%) 90 Número Estrutural Inicial SN 5,76 37 Índice de Serventia Final - Pt 2,5

38 INFLUÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO Pavimento Asfáltico Material Espessura (cm) Módulo de Resiliência (Mpa) Coeficiente Estrutural (ai) Coeficiente Drenagem (mi) Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) 15, ,0 0,44 - Brita Graduada Simples (BGS) 12,0 300,0 0,18 0,40/1,00/1,40 Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC) 18, ,0 0,28 1,0 Subleito Estabilizado (CBR > 5%) - 50,0 - - Número Estrutural Resultante (SN) = 4,92/5,42/5,76 38 DPSI log 4,2 1,5 logw18 Z R S0 9,36 logsn 1 0,20 2,32 logm R 8, ,40 5,19 SN 1 SN a 1 D1 a2 D2 m2 a3 D3 m3

39 Present Service Index - PSI INFLUÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO Pavimento Asfáltico 4,50 Método da AASHTO/93 - Pavimento Asfáltico Invertido Rodoanel Sul Sensibilidade: Drenagem 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Drenagem excelente (mi_bgs=1,40) Drenagem média (mi_bgs=1,00) Drenagem péssima (mi_bgs=0,40) Drenagem excelente - após intervenção Drenagem média - após intervenção Drenagem péssima - após intervenção Pt - Limite Final de Serventia 39 0,00

40 Ano de Operação INFLUÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO Pavimento Asfáltico Projeção do Tráfego (Número N) ,00E+05 1,00E+06 1,00E+07 1,00E+08 Número de Solicitações Equivalentes Acumuladas do Eixo Padrão - W18

41 INFLUÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO Pavimento de Concreto de Cimento Portland Parâmetro Valores Adotados Período de projeto (anos) 20 Perda de serventia - DPSI 2,00 Tráfego - N AASHTO RÍGIDO 1,44 x 10 8 Módulo de ruptura (MPa) 5,30 Módulo de elasticidade (MPa) Módulo de reação (MPa/m) 80 Coeficiente de transferência de carga - J 2,50 Coeficiente de drenagem - Cd 1,25 / 1,00 / 0,70 Desvio Padrão 0,30 Confiabilidade (%) 70 Acostamento de Concreto SIM 41

42 INFLUÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO Pavimento de Concreto de Cimento Portland Material Espessura (cm) Placa de Concreto de Cimento Portland (CCP) 24,0 Concreto Compactado com Rolo (CCR) 10,0 Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC) 10,0 Subleito Estabilizado (CBR > 5%) - 42 logw 18 Z R S 0 7,35log D1 DPSI log 4,5 1,5 0,06 7 1, ,46 D1 4,220,32p t Sc Cd D log 215,63JD 0,75 0,75 1,132 18,42 Ec K 0,25

43 Present Service Index - PSI INFLUÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO 5,00 4,50 4,00 Pavimento de Concreto de Cimento Portland Método da AASHTO/93 - Pavimento de CCP Rodoanel Sul - Sensibilidade: Drenagem Drenagem excelente (Cd=1,25) Drenagem média (Cd=1,00) Drenagem péssima (Cd=0,70) Pt - Limite Final de Serventia 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1, ,50 0,00

44 Ano de Operação INFLUÊNCIA NO DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO Pavimento de Concreto de Cimento Portland Projeção do Tráfego (Número N) 0 1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07 1,00E+08 1,00E+09 Número de Solicitações Equivalentes Acumuladas do Eixo Padrão - W18

45 CONCEITOS DE PROJETO DE DRENAGEM OBJETIVO MANTER MATERIAIS NÃO SATURADOS EVITAR EXPOSIÇÃO À UMIDADE ELEVADA TIPOS DE CONTROLE SELAR O PAVIMENTO E EVITAR INFILTRAÇÃO UTILIZAR MATERIAIS POUCO SENSÍVEIS A UMIDADE PROVIDENCIAR DRENAGEM ADEQUADA PARA RETIRAR A UMIDADE O MAIS RÁPIDO POSSÍVEL 45

46 HIPÓTESES 46 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL DRENAR SOMENTE A ÁGUA INFILTRADA CAMADA DRENANTE POSICIONADA IMEDIATAMENTE ABAIXO DO REVESTIMENTO CRITÉRIOS DE PROJETO CONTINUIDADE DO FLUXO TEMPO DE DRENAGEM NECESSIDADE DE DISPOSITIVOS i > 1500 mm / ano VDM > 500 veículos comerciais

47 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL INFILTRAÇÕES DE PROJETO CEDERGREN ET AL 1973 RIDGWAY AASHTO C 0,50a 0,67- Pavimento rígido - CCP t C T r I P 1 C i C 0,33a 0,50- Revestimento asfáltico hora 1ano Q q q W N númerode faixas C Nc W 3 2,4 pés Wc WCs / dia / pés de trinca comprimento das espaçamento entre juntas trincasou juntas 47

48 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL CAMADA DRENANTE ELEMENTOS DE PROJETO DECLIVIDADES LONGITUDINAL / TRANSVERSAL LARGURAS DAS FAIXAS / ACOSTAMENTOS POSIÇÃO DO DRENO ESPESSURAS DAS CAMADAS TIPOS DE MATERIAL FAIXAS GRANULOMÉTRICAS 48

49 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL CAMADA DRENANTE DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO LEI DE DARCY 24C i D k Cálculo da espessura: 100e I er e 2cm Cálculo da permeabilidade: 24C i D e 100 k I 24 C i D Q 100 Q k i A A e L 49

50 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL COEFICIENTES DE PERMEABILIDADE (k) Material k (cm/s) Brita Brita 4 80 Brita 3 45 Brita 2 25 Brita 1 15 Pedrisco 5 Areia Grossa 1 a 0,1 Areia Fina 10-2 a 10-4 Areia Siltosa 10-4 a 10-5 Areia Argilosa 10-4 a Argila Silto-arenosa 10-5 a 10-7 Bidim 4 x 10-1

51 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL DRENOS RASOS LONGITUDINAIS ELEMENTOS DE PROJETO TIPOS DE DRENO (CEGO / TUBULAR) SEÇÃO HIDRÁULICA TIPO DE MATERIAL k > CAMADA DRENANTE 51

52 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL DRENOS RASOS LONGITUDINAIS DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DRENO CEGO LEI DE DARCY Q máx k i A DRENO TUBULAR LEI DE CHEZY - MANNING 52 Q I máx crítico S Q Q R máx P 2/3 H I n 1/ 2

53 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL DRENOS RASOS LONGITUDINAIS DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO CÁLCULO DO TEMPO MÁXIMO DE PERMANÊNCIA D ÁGUA NA CAMADA FILTRANTE V = velocidade de percolação K = coeficiente de permeabilidade i = gradiente hidráulico n e = porosidade efetiva do material usado L = espaçamento entre saídas t V t máx V 1hora L V Q A ef K i n e K i A A ef 53

54 DISPOSITIVOS DE DRENAGEM DRENAGEM SUBSUPERFICIAL 54

55 55 Drenos Transversais e Longitudinais Rasos

56 Drenos Subsuperficiais Detalhes Complementares 56

57 57 Locais para Implantação de Drenos Longitudinais e Transversais em Corte e em Aterro

58 58 Esquema Geral de Drenagem

59 59 Esquema Geral de Drenagem