Capítulo 7 – Drenagem de Estradas

7.1 IntroduçãoA drenagem consiste no controle das águas a fim de evitar os danos que possam

causar à estrada construída. A drenagem pode ser superficial ou subterrânea. A drenagem superficial consiste na coleta e remoção das águas superficiais que atingem ou possam atingir a estrada. A drenagem subterrânea realiza a interceptação e remoção das águas no subsolo do leito estradal.

De um modo geral, os seguintes efeitos podem surgir da ação das águas superficiais ou subterrâneas:

a) Redução da resistência ao cisalhamento pela saturação dos solos;b) Variação do volume de alguns solos pelo umedecimento;c) Destruição do atrito intergranular nos materiais granulares pelo bombeamento

de lama do subleito;d) Produção de força ascencional no pavimento devido às pressões hidrostáticas;e) Produção de força de arrastamento dos solos pelo fluxo à alta velocidade.As águas superficiais que descem a encosta num corte de estrada irão rolar sobre

o talude, erodindo-o e, carregando o material de erosão para a pista poderão dificultar ou impedir o tráfego normal dos veículos, se não se constrói um canal paralelo ao longo da crista do talude do corte para remover essas águas. A erosão nas valetas junto ao pé-do-corte poderá atingir a estrutura do pavimento – daí o emprego de revestimento nessas valetas.

Se a água da chuva penetra na base e nela se acumula, os efeitos destrutivos pelas pressões hidráulicas que as cargas pesadas dos caminhões transmitem ocasionarão a ruína completa de um pavimento, ainda que corretamente projetado.

Quando no preparo do subleito de uma estrada se corta uma camada na qual percola um lençol freático não será adequado executar o pavimento sem que se execute uma camada drenante ou se instalem drenos subterrâneos longitudinais de modo a interceptar e remover o fluxo de água do subsolo.

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7.2 Águas SuperficiaisÁgua superficial é o que resta de uma chuva após serem deduzidas as perdas por

evaporação e infiltração.Numa estrada a água superficial pode surgir descendo as encostas e taludes ou

escoando sobre a pista de rolamento.A drenagem superficial deverá evitar que essa água atinja a estrada, para o que

se constroem canais que a coletam e removem ou, no caso, em que ela cai sobre a pista de rolamento devem ser tomadas medidas que evitem sua infiltração ou acumulação, o que é feito dando declividades adequadas ao pavimento e usando revestimentos, praticamente, impermeáveis.

7.3 Águas SubterrâneasAs águas subterrâneas são aquelas que se encontram no subsolo e podem existir

sobre a forma de lençol freático ou acumuladas em fendas de rocha. O lençol freático é constituído por uma camada porosa na qual a água escoa. Nas estruturas rochosas

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fendilhadas a água pode escoar e acumular-se nas fendas e é a principal causa de fontes no subleito de estradas.

A drenagem subterrânea deve ser conduzida de modo a evitar que a água atinja o pavimento, o que é feito através de drenos subterrâneos ou camada drenante.

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7.4 Projeto de DrenagemO projeto de drenagem superficial de uma estrada exige o conhecimento dos

seguintes elementos:a) Extensão e demais características da área contribuinte (seção transversal tipo

do pavimento, tipo de revestimento do acostamento e pista de rolamento, inclinação e revestimento do talude de corte, declividade longitudinal da estrada);

b) Declividade das encostas no sentido perpendicular à estrada;c) Dados que permitem determinar a chuva de maior intensidade na região;d) Caracterização dos solos constituintes dos cortes.O projeto de drenagem subterrânea exige o conhecimento dos seguintes

elementos:a) Caracterização granulométrica dos solos constituintes dos diversos horizontes

do subleito dos cortes até uma profundidade de 1,50 m;b) Localização do lençol freático e fontes de água no corte;c) Caracterização granulométrica de areias e cascalhos que poderão ser

eventualmente, usados nos drenos.Para se obter os elementos de projeto da drenagem subterrânea será necessário

realizar uma sondagem dos cortes, normalmente, de 100 em 100 metros, ou de modo a permitir a caracterização de todos os solos existentes no corte. Na planilha devem ser registradas as profundidades das diversas camadas de solos encontradas e o nível d’água.

Para as jazidas, uma coleta de duas ou três amostras é suficiente, inicialmente, sendo a sondagem completa realizada no caso de confirmar-se a possibilidade de seu emprego, o que é verificado por ocasião do projeto dos materiais de enchimento do dreno.

7.5 Estruturas de Drenagem Superficial

7.5.1 Sarjetas

São canais executados nas bordas do pavimento ou do acostamento da estrada. São formadas pela superfície do pavimento ou acostamento e por uma banqueta, ou constituídas por uma depressão rasa.

As sarjetas são geralmente empregadas na drenagem de estradas e zonas urbanas e para prevenir a erosão de aterros altos.

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7.5.2 Rápidos

São canais abertos ou fechados, fortemente inclinados, usados nos taludes de corte ou aterro. Os rápidos podem ser revestidos em concreto de cimento portland, material betuminoso, solo-cimento ou grama, dependendo do volume e velocidade da água a ser removida. Nos taludes de corte devem ser usados, preferencialmente, rápidos em cascata (em degraus) que permitem a água chegar à valeta do pé-de-corte com baixa velocidade. Nos taludes longos devem ser usados os rápidos fechados (tubos) para evitar que a água à alta velocidade salte do canal, cause erosão e destrua o rápido.

7.5.3 Bacias de Amortecimento

São pequenas plataformas executadas nos pontos de descarga d’água com alta velocidade para dissipar a energia e prevenir a erosão. As bacias de amortecimento podem ser lisas ou com guarnições (dentes e cunhas). Essas dissipadoras de energia são normalmente feitas de concreto.

7.5.4 Valetas de Coroamento

São canais construídos na encosta, aproximadamente, 3 metros da crista do talude de corte, para interceptar as águas antes que atinjam a estrada. Devem ter seção transversal uniforme, tanto quanto possível, e alinhamento acompanhando a crista do talude de corte. Em solos facilmente erodíveis as valetas de coroamento devem ser revestidas nos trechos de declividade acentuada.

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7.5.5 Valetas de Pé-de-corte

São canais construídos no pé do talude de corte para remover a água que cai na plataforma estradal e nos taludes de corte. As valetas podem ter seção de forma triangular, trapezoidal, retangular e semicircular. Podendo ser revestidas de concreto de cimento portland, material betuminoso, solo-cimento, lajotas de pedras rejuntadas ou grama.

7.5.6 Valetas do Pé-do-aterro

São canais construídos próximos ao pé-do-aterro, para coletar e conduzir ás águas a um ponto de descarga antes que atinjam a estrada. A seção transversal da valeta pode ter a mesma forma que a indicada para a valeta de coroamento. A distância da valeta ao pé do talude do aterro deve ser de 3,00 metros. É recomendável a execução das valetas do pé-do-aterro sempre que os aterros tiverem a altura igual ou superior a 0,50 metro.

7.5.7 Bacias Centrais

São áreas de depressão rasas, localizadas no meio do canteiro central, usadas para drenar esta parte da estrada. Devem ter um declive longitudinal para escoamento das águas e a intervalos regulares, caixas coletoras para interceptar e descarregar a água para fora da estrada.

7.5.8 Sangradouros

São estruturas constituídas de uma vala aberta nos acostamentos e preenchidas com material permeável para eliminar a água da base e sub-base. Devem ser executados sempre que se construir uma base ou sub-base permeável com acostamentos e subleito impermeáveis.

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7.5.9 Corta-rios

São canais de derivação executados para desviar pequenos cursos d’água. Têm a finalidade de retificar, ampliar, aprofundar, ou desviar arroios, quando necessário para uma melhor solução técnica da rodovia. O material escavado deve ser espalhado em camadas regularizadas, evitando-se a sua deposição à distância inferior a 2 metros da margem do canal. Se houver necessidade de proteção contra erosão o canal deve ser revestido.

7.5.10 Bueiros

São estruturas destinadas a conduzir as águas de arroios, bacias ou açudes cortados pela estrada. Quanto à natureza dos materiais de construção, os bueiros podem ser: rígidos (normalmente em concreto armado) e flexíveis (tubos de chapas metálicas onduladas). Quanto a forma, os bueiros podem ser: tubulares, celulares ou em arco.

7.6. Normas para o Projeto de Drenagem Superficial

7.6.1 Tempo de Recorrência

É definido pela relação:

onde:m = numero de anos de observação das chuvas;n = número de ordem que a precipitação considerada ocupa numa série de

precipitações dispostas em ordem de magnitude crescente.

Sugere-se o seguinte quadro para o tempo de recorrência no cálculo da drenagem superficial de estradas:

Tipo de Estrada Tempo de RecorrênciaAutoestrada 25 anosEstrada de 1ª. classe 10 anosOutras estradas 5 anos

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7.6.2 Estimativa da Vazão Superficial

Fórmula do Método RacionalA vazão superficial será calculada pelo método racional para áreas de

contribuição até 80 hectares.A fórmula para calcular a vazão superficial a ser escoada por um canal de

drenagem é:

Onde:Q = vazão superficial, em m3 / s;C = coeficiente de escoamento;I = intensidade da chuva para uma duração igual ao tempo de concentração, em cm / h.A = área a ser drenada, em ha.

Coeficiente de EscoamentoDefine-se o coeficiente de escoamento como a relação da quantidade de água

superficial pela quantidade de chuva, para uma mesma intensidade de chuva I, quando toda a área está contribuindo. Os valores de C são tabelados. Para áreas compostas de vários tipos de superfícies será usado para C a média ponderada:

Tempo de ConcentraçãoÉ o tempo necessário para o escoamento desde o ponto mais remoto da área de

drenagem até a descarga.

Intensidade de ChuvaOs valores de intensidade de chuva variam regionalmente, sua unidade é dada

em cm / h.

Área de DrenagemSua unidade é dada em hectares, é a área para qual deve ser projetado o canal,

pode ser medida topograficamente ou determinada no campo por estimativa.

7.6.3. Dimensionamento de Valetas

Fórmula de MannigA velocidade da água nas valetas pode ser calculada pela fórmula de Manning:

Onde:

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V = velocidade média, em m / s;R = raio hidráulico, em m;S = declividade longitudinal da valeta, em m / m;n = coeficiente de rugosidade (tabelado).

O raio hidráulico é calculado por:

Onde:A = área da seção transversal, em m2;P = perímetro molhado ou comprimento, em metros, da linha de contato entre a

água que flui e a valeta.

A capacidade ou vazão da valeta é dada pela equação de continuidade:

onde: Q = vazão em m3 / s.

7.6.4 Bordo LivreBordo livre de um canal é a distância vertical no topo do canal á superfície da

água na condição de projeto. Para canais em terra com capacidade de até 300 l / s, podemos calcular o bordo livre com a seguinte fórmula:

Onde:d = altura do canal, em cm.Para canais em terra, com capacidade de 300 l / s até 10.000 l / s calculamos o

bordo livre com a fórmula:

Para canais revestidos de concreto a folga f á a seguinte:

Q (l / s) f (cm)até 250 10

250 a 560 13560 a 840 14840 a 1400 15

1400 a 2800 18

7.6.5 Distância entre as Entradas d’água nas BanquetasÉ calculado por:

Onde:Q = vazão na sarjeta, em l / s;C = coeficiente de escoamentoI = Intensidade da chuva, em cm / h;L = largura da estrada que contribui para sarjeta, em m.

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