As águas podem causar inúmeros problemas nas estradas, dentre os quais:

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1 Estradas 2 Segunda Parte Drenagem Uma estrada é construída para permitir o tráfego em qualquer condição climática. No Brasil isto é essencialmente verdade nas estações chuvosas, onde ocorrem alagamentos. A movimentação de terras provocada pela construção das estradas interfere no processo de escoamento natural da água existente no terreno cortado pela estrada. Os sistemas de drenagem devem, então, ser construídos para encaminhar as águas de chuva para fora da plataforma da estrada. (Evitando alagamentos e saturação de maciço) As águas podem causar inúmeros problemas nas estradas, dentre os quais: Erosões: plataforma, acostamento, taludes de corte e aterro, pontos de intersecção greide - terreno natural (offset), divisas de faixas de domínios e dos talvegues cortados; Alagamentos que impedem o tráfego de veículos; Redução da coesão dos solos e instabilidade dos taludes; Redução da capacidade de suporte do maciço terroso; Rupturas no pavimento. Um bom sistema de drenagem deve ser adequadamente dimensionado e bem localizado. Tipos de sistemas de drenagem Drenagem superficial: capta e conduz as vazões de águas precipitadas ou correntes ao longo da faixa de domínio da estrada. Localizados de modo a impedir ou minimizar o fluxo de água nos taludes e na plataforma. Permite o escoamento superficial bueiros devem ser construídos de modo a permitir a passagem da vazão conduzida por talvegues. Drenagem subterrânea: capta e conduz as vazões de águas subterrâneas que possam afluir nas camadas do pavimento, saturando o subleito da estrada. Esta saturação pode gerar deformações que viriam a causar a ruptura do pavimento. (Deve ser garantida uma profundidade seca de 1.50 m abaixo da plataforma) Drenagem de pavimento: capta e conduz as águas superficiais que infiltram-se no pavimento por suas trincas e juntas, sendo armazenadas nos vazios das camadas granulares do mesmo. O sistema visa impedir o pleno preenchimento desses. Projeto de um sistema de drenagem Etapas de um projeto de drenagem: 1. Análise da localização da obra, características do terreno, cursos d água existentes e informações sobre o subsolo;

2 2. Levantamento de áreas próximas e previsão de alterações ao longo da construção e operação da estrada. 3. Estudo de locais a serem drenados, projeto geométrico de terraplenagem e pavimentação. 4. Estudos hidrológicos para determinação das precipitações e do regime de chuvas ao longo do traçado. 5. Estudo das necessidades e potencialidades dos dispositivos de drenagem, levando-se em conta a possibilidade de se aproveitar a drenagem natural. 6. Seleção dos dispositivos mais adequados. 7. Elaboração do projeto básico dos mesmos (tipo, localização, dimensões e especificações construtivas). 8. Elaboração do projeto executivo com detalhes complementares. Drenagem superficial Os dispositivos de drenagem superficial são os seguintes: Valetas de proteção de corte: construídas de modo a evitar que águas fora da faixa de estrada desçam pelos taludes de corte. Valetas de proteção de aterro: recolhem a água que desce pelo talude de aterro, evitando saturação do subleito e recalque. Valetas de canteiro central: recolhem a água precipitada na área entre as pistas. Sarjetas de corte Sarjetas de aterro Descidas d água ou rápidos: acompanham a inclinação do talude de corte ou aterro e conduzem as vazões pelas sarjetas e valetas. Apresentam bacias de amortecimento de energia. (Podem ser construídas em escada) Saídas d água Caixas coletoras: localizadas nos extremos das valetas e sarjetas, quando se faz necessário o cruzamento da vazão com a pista de rolamento e deve ser enterrada. Dissipadores de energia: colocados para reduzir a velocidade da água. Seus formatos mais comuns são dentes ou pedras, na forma de anteparos colocados em canais (verticalmente) ou em caixas coletoras (horizontalmente). Valetas são dispositivos de seção aberta em formato retangular, trapezoidal ou semi-circular (não recomendado: dificuldade em se construir valas semi-circulares para posterior encaixe de canal concretado) revestidas ou não. Sarjetas são canais situados na lateral da pista após os acostamentos. Podem apresentar em corte seção triangular, trapezoidal, semi-circular e retangular. Em aterro, as sarjetas são construídas como depressões rasas. Devem ser construídas de modo a facilitar a saída de veículos que possam ficar retidos na mesma. Cálculo das vazões a serem drenadas

3 A vazão a ser coletada e conduzida deve ser calculada utilizando-se a fórmula racional (bacia de contribuição com até 1km²). Sua expressão é: Q = C i A Onde: C é o coeficiente de run-off, correlaciona a quantidade de água escoada superficialmente e a que infiltra no terreno. Varia com o tipo de terreno. i é a intensidade média da chuva. O tempo de duração da chuva deve ser igual ao tempo de concentração da bacia (toda bacia contribuindo na seção considerada). A é a área da bacia drenada. O tempo de concentração deve ser avaliado de modo que a taxa de precipitação média apresente uma duração correspondente ao observado na área. Pode ser obtido em curvas intensidade ou em fórmulas para o cálculo do mesmo. (alguns locais têm fórmula definida para este cálculo) Observações: O período de retorno dos projetos de drenagem varia entre 10 e 50 anos para galerias de águas pluviais e entre 10 e 25 para sistemas de drenagem urbanos. A duração mínima de chuva para área pavimentada é de 5 minutos e em áreas gramadas é de 10 minutos. Adota-se em geral 15 minutos para a chuva de projeto. Se houver mais de um valor de escoamento superficial, o mesmo deverá ser obtido por uma média ponderada entre as áreas parciais e seus respectivos coeficientes de escoamento. Dimensionamento de valetas e sarjetas Para se realizar o dimensionamento hidráulico de valetas e sarjetas, considera-se o cálculo em canais (escoamento livre) de tipo de revestimento, seção transversal e declividades constantes. Dessa forma, pode-se utilizar a formula de Manning para o cálculo das valetas e sarjetas: Q = 1 n A Rh2 3 I Onde Q é a vazão a ser escoada em m³/s, n é o coeficiente de rugosidade da superfície da valeta (tabelado), Rh é o raio hidráulico (Área molhada/perímetro molhado) e I a declividade longitudinal do conduto (adimensional). A capacidade de escoamento é determinada pela velocidade do fluxo hidráulico, permitindo-se evitar a erosão das paredes. V = Q S

4 Determinada pela equação da continuidade, onde Q é a vazão previamente calculada e S, a seção transversal do conduto. Dimensionamento hidráulico de bueiros Os bueiros são construídos para permitir o escoamento de águas que fluem sobre o terreno natural e são interceptados pela execução de um aterro da estrada. A interrupção do fluxo represaria a água, transformando o aterro em uma barragem, exigindo uma série de cuidados construtivos extras. Os bueiros são classificados em: De talvegue: quando interceptam fluxo natural de água; De greide: quando servem de ligação entre caixas coletoras e poços de visita. Rígido: construídos com tubos e galerias de concreto armado Flexível: construídos com tubos metálicos corrugados ou PVC. Observações construtivas: O bueiro de material rígido pode ter seções quadradas, retangulares ou moldadas in loco. Em grande altura, o formato pode ser ovóide. O bueiro ainda pode ser simples, duplo ou triplo, protegidos por abas e alas nos extremos do mesmo. O berço deve ser formado por solo de boa qualidade, quando não for possível deve ser composto por pedra britada ou concreto. A fórmula para avaliação da vazão pode ser a racional. Deve se considerar que o fluxo atua como canal e não existe controle na entrada e na saída. Neste caso, o regime atuante é fluvial (ou subcrítico) e a altura da lâmina d água é superior à lâmina crítica. O diâmetro é escolhido de modo ao fluxo ocupar 2/3 da seção do mesmo. Verifica-se então a velocidade do fluxo, que deve ser inferior ao valor admissível ao material e ao revestimento e superior a 0.80 m/s, de modo a evitar sedimentação das partículas. Drenagem subterrânea Existem três tipos: Drenos longitudinais: valas executadas paralelamente ao eixo da estrada sob o acostamento. Preenchidas com pedra britada e ao fundo assenta-se um tubo perfurado. A fim de evitar a migração dos solos das paredes para dentro do dreno reveste-se o perímetro externo com manta geotêxtil. A parte superior é fechada com um selo de material impermeável (solo) e sua profundidade média é de 1.50m A largura mais utilizada é 0.50m. A declividade é igual à da estrada, sempre superior a 0,5%. Os tubos mais utilizados atualmente são plásticos corrugados. Recebem o nome de trincheira drenante caso a altura ultrapasse 1.50m.

5 São utilizados ao pé de taludes de corte para rebaixar o lençol freático. Drenos transversais: valas executadas transversalmente ao eixo da pista ou com inclinação de 45º com o eixo. Sua seção transversal é igual a do dreno longitudinal. São utilizados para coletar as vazões oriundas de nascentes sob a estrada. Podem se ligar aos demais drenos ou apresentar saídas exclusivas. Drenos em sistemas de camada: constituídos por apenas uma camada de material drenante e filtrante em relação ao solo subadjacente ou por duas camadas (uma filtrante e outra drenante). Objetiva interceptar o lencol freático, evitando infiltrações por capilaridade. Atinge toda a largura do pavimento. Suas espessuras são de no mínimo 10 cm e deve atingir 100% de compactação. Complementa os drenos longitudinais. Caso ocorra afloramentos do lençol subterrâneo em taludes escavados em rochas fraturadas e em solos permeáveis, empregam-se drenos subhorizontais constituídos por tubos de PVC revestidos por geotêxtil. Se os aterros forem construídos sobre solos moles ou compressíveis, poderá ocorrer recalques durante um longo período de tempo (além do período de execução da obra). Os drenos verticais podem ser construídos para acelerar o processo de recalque. (Em geral constituídos por colunas de areia executadas no interior do solo argiloso que irão permitir a saída de água do solo compressível) Podem ser utilizados geotextêis e papelões na confecção de drenos verticais. Seu espaçamento depende do tipo de dreno e das condições geotécnicas do solo. Entre o aterro novo e a fundação deve ser executada uma camada drenante horizontal. Conceitos teóricos relativos à drenagem subterrânea As águas subterrâneas em geral são oriundas do lençol freático, por sua vez originadas de águas infiltradas na superfície terrestre. Em maciços sempre é possível observar a existência do lençol freático e, em toda construção, deve-se observar se haverá interceptação ou formação de caminho preferencial para vazões subterrâneas e se sua eventual afluência venha acontecer em local inadequado. A permeabilidade é a propriedade que representa a facilidade (ou dificuldade) de escoamento de água por meio dos vazios de um solo. Pode ser analisada pela Lei de Darcy: Q = k i A Onde Q é a vazão, i é o gradiente, k é o coeficiente de permeabilidade e A é a área. O dimensionamento de um dreno é feito da seguinte forma: Dado um solo (1), com curva granulométrica C1 e coeficiente de permeabilidade k1. Um solo (2) só pode ser filtro do solo (1) se o coeficiente k2 for maior que k1 (escoamento mais rápido em 1).

6 Os vazios do dreno devem ser menores que os grãos do solo (1), evitando o fluxo interno ao dreno e colmatação do mesmo. Critérios para seleção do material do dreno: Índice de tubulação: D15(F) / D85(S) Onde D15(F) é o diâmetro correspondente à porcentagem 15% na curva granulométrica do solo tipo filtro. E D85(S) é o diâmetro correspondente à porcentagem 85% na curva granulométrica do solo. Este índice tende a evitar o carregamento das partículas do solo (S) para dentro do filtro (F). Índice de permeabilidade: D15(F) / D15(S) D15(S) é o diâmetro que corresponde à porcentagem 15% na curva do solo. Define a condição mínima para que o filtro deva apresentar para se tornar um conduto preferencial para as vazões a serem escoadas. Os dois índices permitem definir uma faixa granulométrica adequada para o material de filtro. Execução dos dispositivos de drenagem Revestimento: sarjetas e valas podem ser em concreto, grama ou sem revestimento (as últimas são bastante passíveis de erosão). Para as de concreto, preferencialmente devem ser moldadas in loco. A execução, neste caso, ocorre após as operações de terraplenagem, com superfícies de assentamento executadas manualmente. (Envolve cortes, aterros e acertos) As valetas de proteção podem ser executadas com combinações manuais e mecânico-manuais: uso de motoniveladoras, pás carregadeiras etc. Sua construção deve seguir gabaritos feitos por guias de madeira servem de referência para concretagem com seção transversal correspondente as formas de cada dispositivo, espaçando-se os gabaritos em 2m. A concretagem deve ser lançada em planos alternados, espalhada e lançada com ferramentas manuais. As guias serão retiradas dos segmentos ao início da cura do concreto. Os meios-fios são pré-moldados e as guias são moldadas in loco. São empregados em trechos urbanos das rodovias. Escava-se a faixa prevista, coloca-se um berço de concreto magro (10 cm de espessura), dispondo-se os meios-fios e as formas de madeira para as sarjetas. Entradas e descidas d água: revestidos de concreto moldado in loco construídos da seguinte forma: 1. Escava-se a vala de implantação (alinhamentos, cotas e dimensões indicadas no projeto) 2. Executa-se uma base de brita para regularização

7 3. Instala-se formas e cimbramento; 4. Lança-se e vibra-se o concreto; 5. Retira-se as guias e formas laterais; 6. Preenche-se as juntas com argamassa cimento-areia (1:3). Dissipadores: construídos com leito de pedra argamassada visam a dissipação do fluxo por canalização com dispersão da lamina d água (reduz a velocidade). Os dissipadores com forma de caixas com berço de pedra nas saídas e entradas de bueiros visam a diminuir o impacto do escoamento.o fundo em dentes ou degraus é utilizado em canalizações muito íngremes. Estas estruturas são todas moldadas in loco e seguem a seguinte seqüência construtiva: 1. Escavação do terreno jusante do dispositivo de dissipação; 2. Compactação da superfície resultante da escavação; 3. Preenchimento da porção inferior da caixa escavada com argamassa cimento-areia (1:3) com espessura de 5cm; 4. Preenchimento com pedra-de-mão (d>=15cm) rejuntada com a mesma argamassa. Se as paredes forem de concreto, ainda são necessárias as seguintes etapas: 1. Instalação das formas laterais; 2. Lançamento do concreto e adensamento manual ou mecânico; 3. Retirada das formas após cura; 4. Preenchimento com pedra-de-mão argamassada. Espalhar sobre o concreto uma camada de argamassa de 5cm de espessura antes de despejar as pedras. Existe a possibilidade de se utilizar dissipadores com dentes em sua superfície, assim existem formas para os dentes, que devem ser retiradas posteriormente. Em degraus, o fundo da canalização deve ser escalonada nos diversos patamares com declividade inferior ao terreno natural. Bueiros tubulares: as etapas de construção são as seguintes: Antes da locação, deve ser deslocado o eixo do bueiro do leito do talvegue ou deve ser preenchida a vala com pedra-de-mão para proporcionar o fluxo das águas de infiltração. Com a regularização do fundo, a obra deve ser locada com réguas e gabaritos (espaçadas no máximo a 5 m cada) a fim de garantir alinhamento, declividade e profundidade do bueiro. A declividade longitudinal deve ser contínua, evitando descontinuidade no perfil dos bueiros. Caso seja interrompida a sarjeta ou canalização, deve ser instalado um dispositivo de transferência para o bueiro: caixa de passagem, caixa coletora etc. A escavação da cava deve permitir a execução do berço de concreto, por processo mecânico ou manual. Sua largura deve ser

8 superior à do berço em pelo menos 30 cm permitindo a implantação de formas. Se for necessário aterrar para atingir a cota de assentamento, o material deve ser inserido em camadas de no máximo 15 cm. A compactação deve ser mecânica, garantindo o GC desejado. Posteriormente, devem ser instaladas formas laterais para o berço de concreto (resist. Mínima 11MPa) com espessura de 10 cm. Após a concretagem, acabamento e cura os tubos devem ser assentados e rejuntados com argamassa cimento-areia (1:4). O tubo deve ser, posteriormente, envolvido com o mesmo tipo de concreto, obedecendo a geometria prevista no projeto (recobrimento mínimo: 15 cm) Bueiros celulares: Semelhante execução, quando da execução do berço acrescentam-se as seguintes observações: Se o terreno não apresentar resistência adequada devem ser realizados trabalhos de reforço: cravação de estacas, substituição ou mistura de solos etc. A armadura da laje de fundo deve ser colocada e amarrada somente após a concretagem, acabamento e cura. Posteriormente, deve ser lançado, espalhado e amassado o concreto de fundo até a cota superior da mísula inferior. Com isso, devem ser posicionadas as armaduras laterais e colocadas formas das paredes e lançado o concreto, que deverá atingir a cota inferior da mísula superior. Simultaneamente à concretagem da laje superior, deve complementar o corpo do bueiro, juntamente com as vigas de cabeceira ou muros de testa. As juntas de dilatação devem estar espaçadas em segmentos de no máximo 10 m de comprimento. Devem ter 1 cm de espessura e serão realizadas com madeira compensada e isopor. (retiradas após a concretagem, rejuntadas com cimento asfáltico e cimento a quente - fungenband) O bueiro deve ser aterrado com material escavado. Drenos subterrâneos: Implementados durante a fase de acabamento da terraplenagem (executados na operação de corte). Podem ser construídos de PVC ou metálicos. Se as extensões passam os 80 m, devem ser executadas caixas de passagem para permitir a limpeza dos drenos. O fechamento só acontecerá após vistoria e comprovação do funcionamento. (tamponados em construção evitando a colmatação do material) Os tubos e as dimensões devem ser assentadas em berços compactados e acabados, de modo a preservar as cotas de projeto estáveis para o carregamento. O material deve ser firmemente adensado, impedindo o deslocamento dos tubos e a gradação granulométrica dos materiais drenante e filtrante.

9 As juntas da ponta e da bolsa deverão ser colocadas permitindo o posicionamento ascendente das ultimas (quanto à declividade). A parte superior da vala deve ser preenchida com material argiloso, garantindo a quantidade da permeabilidade (para esgotamento das águas que possam ficar retidas). Os materiais devem ser compactados. Devem ser instalados tubos e terminais nas extremidades de saída das valas. Drenos sub-horizontais: Instalados nos taludes de corte ou aterro, proporcionam o escoamento das águas retidas nos maciços aliviando o empuxo (o qual pode comprometer a estabilidade do talude). São instalados ortogonalmente ao eixo implantados no desenvolvimento da fase de terraplenagem. Devem seguir as etapas: Locações e perfurações devem seguir o previsto em projeto. Os pontos indicados no projeto podem ser ajustados na execução. O equipamento de perfuração deve ser instalado, podendo ser necessário o uso de andaimes. A água utilizada deve ser canalizada e lançada evitando-se danos ao talude e ao sistema de drenagem. Os tubos de PVC devem possuir ranhuras e devem estar previamente envolvidos pelo capuz de manta filtrante. Feito isso, deve ser executada a boca de saída. (proteção e fixação do dreno) Se forem muitos drenos, pode ser executado o barrilete de recepção dos mesmos, lançando as águas em ponto adequado. A perfuração pode ser realizada de modo alternativo jatos d água, perfuratrizes de ar comprimido, etc. Caixas coletoras e outros dispositivos: Dispositivos construídos nas extremidades dos bueiros que captam e transferem os deflúvios para as canalizações construídas em nível inferior. Poços de inspeção são caixas destinadas à conexão de canalizações com alinhamento e declividades diferentes. Podem ser utilizados em segmentos longos de canalizações de modo a facilitar limpeza e manutenção. Bocas de lobo: São caixas destinadas a receber vazões conduzidas pelas sarjetas são dispositivos de coleta de drenagem urbana. A escavação para a sua instalação deve ser feita de modo a permitir espaços laterais para a colocação de formas, armaduras e concreto. Estes dispositivos são enterrados e executados nas fases de fechamento das operações de terraplenagem

10 O fundo da cava deve ser regularizado e compactado (permitindo uma fundação de boa qualidade). Posteriormente deve ser concretado utilizando-se concreto magro, para regularização da superfície. Posteriormente, devem ser assentados os tubos e ser concretadas as laterais, com concreto de maior resistência. A concretagem deve ser feita com pouca queda e adensamento por vibradores de imersão. As formas só devem ser removidas após a cura do concreto, seguido do reaterro do vazio entre as paredes da estrutura com o lançamento de material de boa qualidade energicamente compactado. Procede-se com a limpeza da caixa para remoção de entulhos e assenta-se as grelhas/tampas indicadas no projeto. A relação água-cimento deve ser a mínima possível. Podem ser realizadas em alvenaria.