DRENAGEM EM OBRAS VIÁRIAS Waldir Moura Ayres Maio/2009
DRENAGEM EM OBRAS VIÁRIAS Necessidade Travessia de talvegues em geral (rios, córregos, canais); Garantir e direcionar o escoamento superficial; Proteger o subleito e/ou camadas inferiores do pavimento da ação nociva de águas subsuperficiais. UMA BOA ESTRADA REQUER UM TETO IMPERMEÁVEL E UM PORÃO SECO
DRENAGEM EM OBRAS VIÁRIAS Pontes
DRENAGEM EM OBRAS VIÁRIAS Bueiros Tubulares e Celulares BSTC BDCC
Bueiros Metálicos
Descida D Água Boca de Lobo
Pero hay siempre que mantener la pose...
Exemplos de Drenagem Superficial Meio-Fio Sarjeta Cx. Coletora
Exemplos de Drenagem Superficial Sarjeta Canteiro
Ex. Drenagem. SubSuperficial e Profunda Dreno Subsuperficial Dreno Profundo
Drenos Sub-Horizontais
DRENAGEM EM OBRA VIÁRIAS Ex. Galeria de Águas Pluviais
Importância e Responsabilidade
Para a determinação das vazões afluentes às obras, são utilizados conceitos da Hidrologia. Bacia Hidrográfica: área definida topograficamente, drenada por um curso d água ou um sistema conectado de cursos d água tal que a vazão efluente seja descarregada através de uma simples saída. Características: Área, comprimento e desnível do talvegue principal.
Características: A; L e H
Precipitação medidas: Altura Pluviométrica (mm); Intensidade de Precipitação (mm/min ou mm/hora); Duração (min ou h). Aparelhos de medição: Pluviômetros; Pluviógrafos.
Pluviômetros x Pluviógrafos
Pluviômetro - Esquema
Análise das Chuvas Intensas Para utilização prática, faz-se necessário conhecer a relação entre as características fundamentais da chuva: Intensidade; Duração; Frequência.
Frequência Período de Retorno ou de Recorrência Nos projetos de obras hidráulicas, as dimensões são determinadas em função de considerações de ordem econômica, portanto corre-se o risco de que uma estrutura venha a falhar durante a sua vida útil. É necessário, então, conhecer este risco.
Período de Retorno O período de retorno (ou tempo de recorrência) de um evento é o tempo médio (em anos) em que esse evento é superado ou igualado pelo menos uma vez. É definido por: T = 1/P Se o período de retorno for bem inferior ao número de anos de observação, F poderá dar uma boa idéia do valor real de P. Entretanto, para grandes períodos de retorno, as observações deverão ser ajustadas a uma distribuição de probabilidades, de modo que o cálculo da probabilidade possa ser efetuado de modo mais correto. Ex. Método de Ven Te Chow: x = µ + kσ É importante salientar o caráter não-cíclico dos eventos randômicos, ou seja, uma enchente com período de retorno de 100 anos (que ocorre, em média, a cada 100 anos) pode ocorrer no próximo ano, ou pode não ocorrer nos próximos 200 anos, (ou ainda pode ser superada diversas vezes nos próximos 100 anos).
Relações Intensidade-Duração-Frequência (1) Com dados de Pluviógrafos, podem-se estabelecer equações do tipo: i = K T m / (t + t 0 ) n Ex.: i = 1239 T 0,15 / (t + 26) 0,74 mm/h (Parigot de Souza para Curitiba), em mm/h; T= tempo de recorrência, em anos; t = duração da precipitação em mm. A intensidade é diretamente proporcional ao tempo de recorrência (T) e inversamente proporcional à duração da precipitação (t).
Relações Intensidade-Duração-Frequência (2) Método de Taborda Torrico: estabelece as relações através do conhecimento de dados de pluviômetros, analisando-se as maiores precipitações ocorridas em um dia. Através de parâmetros definidos pelo autor, pode-se conhecer as precipitações esperadas para os tempos de concentração de 6min, 1,0h e 24,0h. Valores estes que, plotados em gráficos logarítimicos, nos fornecem os valores para os tempos intermediários.
IZO ZONA PERÍODO DE RECORRÊNCIA (ANOS) 1 h / 24 h 6 min / 24 h 5 10 15 20 25 50 100 5-50 100 A 36,2 35,8 35,6 35,5 35,4 35,0 34,7 7,0 6,3 B 38,1 37,8 37,5 37,4 37,3 36,9 36,6 8,4 7,5 C 40,1 39,7 39,5 39,3 39,2 38,8 38,4 9,8 8,8 D 42,0 41,6 41,4 41,2 41,1 40,7 40,3 11,2 10,0 E 44,0 43,6 43,3 43,2 43,0 42,6 42,2 12,6 11,2 F 46,0 45,5 45,3 45,1 44,9 44,5 44,1 44,5 12,4 G 47,9 47,4 47,2 47,0 46,8 46,4 45,9 15,4 13,7 H 49,9 49,4 49,1 48,9 48,8 48,3 47,8 16,7 14,9
CÁLCULO DAS VAZÕES AFLUENTES PEQUENAS BACIAS (A< 10 km²): Método Racional: Q = 1/6.Cia (m³/s) C = coeficiente de escoamento; I = intensidade de precipitação (mm/min); a = área da bacia hidrográfica (ha). Para Bacias com áreas entre 4 e 10 km², utilizar Coeficiente de Distribuição = A -0,10, onde A = área da bacia (km²)
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO Tempo gasto pela gota de chuva para deslocar-se do ponto mais afastado da bacia até a sua saída, segundo Ven Te Chow. No Método Racional, a descarga máxima será atingida quando o tempo de duração da chuva for igual ao tempo de concentração. Fórmulas Empíricas: Califórnia Highways and Public Works t c = 57 (L³/H) 0,385, onde t c = tempo de concentração, em min; L = comprimento do talvegue, em km; H = diferença de cota entre o ponto mais afastado da bacia e o ponto considerado, em m.
Fórmula do D.N.O.S. t c = (10/K) [(A 0,3.L 0,2 )/I 0,4 ], onde: t c = tempo de concentração, em min; A = área da bacia, em ha; L = comprimento do talvegue principal, em m; I = declividade do talvegue principal, em %; K = coeficiente adimensional (tabelas em função do tipo de terreno arenoso / argiloso / rochoso valores de 2 a 5,5).
GRANDES BACIAS (A > 10 km²) q (m³/s) 1cm HIDROGRAMA UNITÁRIO TRIANGULAR - US SOIL CONSEVATION SERVICE dt q(p) = 2,08 A / tp tp = dt /2 + 0,6 tc t = tc / 5 tr = 1,67 tp tb = 2,67 tp, onde: tp q (tp) ti q (ti) tr t (h) q(p) = vazão máxima do HU, em m³/s; A = área da bacia, em km²; tp = tempo de pico, em horas; t = tempo unitário, em horas; tr = tempo de descida, em horas; Tb = tempo de base, em horas tb
Precipitação Efetiva (US-Soil Conservation Service) Parcela da precipitação total que realmente vai se transformar em vazão no ponto de análise, de modo que fiquem separadas todas as perdas que possam vir a ocorrer. CN = 1000 / (10+S) P e = (P - 0,2.S) 2 / (P + 0,8.S), onde CN = Número da curva representativa do complexo solo/vegetação /utilização das áreas da bacia; P e = Precipitação efetiva em polegadas; P = Precipitação total, em polegadas; S = Variável reduzida, função da retenção e infiltração da bacia.
Grandes Bacias Métodos Estatísticos: Aplicáveis a cursos d água que possuam dados fluviométricos (leituras do nível d água que, através de curvas-chave, permitem a determinação da vazão). Necessária série extensa. Leis de distribuição de probabilidades: Gumbel, Hazen, Log Pearson III.
PROJETO: Análise do Projeto Geométrico verificação das necessidades. Dimensionamento (utiliza conceitos da Hidráulica): Bueiros: vazão de projeto x dimensão da obra; Pontes: vazão do projeto x seção mínima; Dispositivos de drenagem superficial e profundo: determinação dos comprimentos críticos. Detalhamento; Quantificação; Relatório e Especificações.
Dimensionamento de Bueiros Canal: Fórmula de Manning + Equação da Continuidade (leva-se em consideração o fluxo crítico) Q = 1,533 D 5/2 (Bueiros Tubulares) Q = 1,705 L H 3/2 (Bueiros Celulares), onde Q = vazão, em m³/s; D = diâmetro do bueiro tubular, em m; L e H = largura e altura do bueiro celular, em m.
Dimensionamento de Bueiros Com carga hidráulica a montante, fórmula do Orifício Q = C A (2gh) 1/2, sendo: Q = vazão em m³/s; C = coeficiente adimensional (C=0,60); g = aceleração da gravidade em m/s²; h = carga hidráulica sobre o centro da obra, em m.
Dimensionamento de Bueiros Método constante da Circular nº 5 do Bureau of Public Roads. Bueiros com controle de entrada: ocorre quando a capacidade do bueiro é maior que a capacidade da boca de entrada (fluxo supercrítico); Bueiros com controle de saída: ocorre quando a capacidade do bueiro é menor que a capacidade da boca de entrada (fluxo subcrítico ou sob pressão). (solução através de uma série de nomogramas determina-se a altura da água a montante da obra)
Detalhamento bueiros: Localização dos bueiros Sob os aterros linha do talvegue, ou desvio do canal natural de drenagem; Nos cortes em seção mista quando a capacidade da sarjeta é ultrapassada (bueiros de greide). Elementos de projeto Levantamento topográfico; Estudos geotécnicos; Projeto geométrico; Determinação do comprimento do bueiro (normal x esconso); Nota de serviço: localização, tipo, dimensões, declividade, esconsidade, cotas de M, J e eixo; recobrimento, comprimentos M, J e total.
Pontes Dimensionamento: Em função da vazão calculada pelos Estudos Hidrológicos, dos elementos topográficos e do projeto geométrico, determina-se: Cota mínima para o greide; Comprimento mínimo para a obra-de-arte. Fórmulas utilizadas: Equação da continuidade e Fóruma de Manning Q = 1/n A R 2/3 I 1/2, onde: n = coeficiente de rugosidade; A = área da seção transversal; R = raio hidráulico; I = declividade longitudinal