VIAS DE COMUNICAÇÃO - fenix.tecnico.ulisboa.pt · 3 Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura Tipos de drenagem DRENAGEM SUPERFICIAL Visa assegurar o escoamento para fora

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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL

VIAS DE COMUNICAÇÃO

11/24/24

VIAS DE COMUNICAÇÃOLuís de Picado Santos([email protected])

DrenagemCaracterização das possibilidades de intervenção

Estimativa do caudal de ponta de cheia

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Efeito negativo da água

� TALUDESinstabilidade (erosão, rotura).

� PLATAFORMA NA FASE DE CONSTRUÇÃOredução da traficabilidade; redução da capacidade de suporte; erosão.

� PAVIMENTO E SUA FUNDAÇÃO� redução da capacidade de carga;�arrastamento de finos na fundação, sub-base e bases granulares com consequente redução de resistência (o grau de deterioração pode ser 20 a 50

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consequente redução de resistência (o grau de deterioração pode ser 20 a 50 vezes maior quando as camadas estão saturadas). �desagregação de misturas betuminosas.

� UTENTESredução da aderência; redução da visibilidade.

chuva

escoamentossuperficiais

nível freático

estrato permeávelágua de percolação

obras de captação eescoamento da água

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Tipos de drenagem

�DRENAGEM SUPERFICIALVisa assegurar o escoamento para fora da zona da estrada das águas que sobre

ela incidam ou evitar que os cursos de água atravessados interfiram com a estabilidade da obra (neste último caso também se usa a designação de “drenagem transversal”).

�DRENAGEM SUBTERRÂNEA� Interceptar e desviar as águas subterrâneas antes de chegarem ao leito do

33/24/24

� Interceptar e desviar as águas subterrâneas antes de chegarem ao leito do pavimento;

� Rebaixar o nível freático a fim das águas de capilaridade não afectarem a estabilidade do pavimento;

� Remover para fora da zona da estrada a água livre contida no solo de fundação.chuva

escoamentossuperficiais

nível freático

estrato permeávelágua de percolação

obras de captação eescoamento da água

aterro Passagem hidráulica(aqueduto)

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Princípios básicos de concepção e execução

�EM PROJECTO� No estabelecimento da rasante evitar escavações muito extensas, patamares

ou pontos baixos em escavação � Adoptar sempre que possível aterros em terrenos planos depois de

assegurada a sua estabilidade� A directriz deve evitar locais de drenagem difícil ou aleatória, como zonas

pantanosas, vizinhança de linhas de água caudalosas, baixas de nível freático

44/24/24

pantanosas, vizinhança de linhas de água caudalosas, baixas de nível freático alto, etc.

�EM OBRA� Nunca deixar ressalto à entrada do dispositivo ou no percurso dentro deste

que possa dar origem a instabilização local da obra que se pretende proteger;� Ter um especial cuidado com a fundação dos dispositivos, de forma a que esta

possa suportar a carga a que está sujeita sem deformações incompatíveis com a função do dispositivo.

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Dispositivos comuns da zona da plataforma

A

B

C

D

E

F

55/24/24

A – vala ou valeta de cristaB – vala ou valeta de banquetaC – valeta de plataforma em material impermeávelD – dreno de intersecção longitudinal associado a valeta de plataformaE – valeta de berma para protecção de talude de aterroF – vala ou valeta de pé de talude de aterro

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valeta de plataforma

66/24/24

7


valeta de berma para protecção de talude de aterro


77/24/24

8


valeta de pé de talude de aterro


88/24/24

9


valeta de crista (valeta de banqueta)


99/24/24

10


Esquema de funcionamento dum dreno


1010/24/24

11


Esquema de um dreno de intersecção longitudinal


1111/24/24

12


Esquema de drenos de rebaixamento do nível freático


1212/24/24

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PAVIMENTO

Esquema de drenos de intercepção transversal


1313/24/24

LEITO DO PAVIMENTO

SOLO DE FUNDAÇÃO

DRENO DE INTERCEPÇÃO TRANSVERSAL

geotêxtil

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Dispositivos de drenagem transversal superficial

Aquedutos ou passagens hidráulicas

1414/24/24

15


Escoamento em bacias hidrográficas

1515/24/24

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Qmax

ta

HidrogramaHietograma

I (m

m/h

)

q (m

3/s.

m2)

tempo de ascensão

tempo

� a parte da precipitação total que se

transforma directamente em escoamento

superficial ou directo, a que se chama


1616/24/24

tc

tb

tempo de concentração

tempo base

tempo

caudal de base

superficial ou directo, a que se chama

precipitação útil;� a parte da precipitação total que se

infiltra, tendo um certo tempo de retenção

no solo, originando o escoamento sub-

superficial e o escoamento subterrâneo

que regressam à superfície dentro dos

limites da bacia, constituindo o que se

chama o escoamento base;� a parte da precipitação total que se

perde por evaporação, transpiração,

armazenamento no solo e infiltração

profunda. Esta última parte não participa

no esquema de transformação

precipitação-escoamento.

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� 0 “tempo de retorno” T representa o tempo que, em média, decorre entre a ocorrência de uma cheia com determinado caudal de ponta (caudal máximo) e a ocorrência seguinte de uma cheia com caudal de ponta igual ou

superior.

� Se uma cheia com determinado caudal de ponta ocorre uma vez em 20 anos, o período de retorno será 20 anos e a

frequência de ocorrência da cheia será 1/20, o que corresponde também à probabilidade de ocorrência num dado período.

Itinerários Principais e Secundários Outras Estradas e Estradas Municipais

TMD > 2000 TMD < 2000 100 < TMD < 500 TMD < 100 Tipo de Drenagem zu zre zr zu zre zr zu zre zr zu zre zr

transversal


1717/24/24

transversal (aquedutos,

pontes, etc.) 100 100 100 100 50 20 100 50 20 100 50 20

superficial (na

plataforma e margens) 50 20 20 50 10 10 20 10 10 10 10 10

TMD – tráfego médio diário anual de motorizados

zu – afectando zona urbana ou urbanizável

zre – afectando zona rural de interesse económico (exploração agrícola importante, etc.)

zr – zona rural de reduzido interesse económico ou em que a cheia não afecte o seu rendimento

Precipitação total (mm) para duração de Tempo de Retorno

(anos) 10 min 20 min 30 min 60 min

10 11,6 22,4 28,5 37,2

50 18,6 33,1 38,0 46,8

100 21,1 37,6 40,7 50,1

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Avaliação do caudal de ponta de cheia

� Em bacias pequenas, com menos de 2500 ha de área: a) uma chuvada, de certa duração, ocorre com intensidade constante e uniformemente sobre toda a

bacia;

b) a duração da precipitação útil – Pu - é igual à duração da precipitação total – Pt -;c) para uma mesma bacia hidrográfica, todos os hidrogramas de resposta a chuvadas uniformes

com a mesma duração possuem "tempos de base" iguais e as ordenadas homólogas dos diversos

hidrogramas são proporcionais às intensidades das precipitações úteis correspondentes.

� Considera-se ainda desprezável a influência na cheia do escoamento subterrâneo originado pela

chuvada.

1818/24/24

qp

ta

tb

tp

I (mm/h)

q (m

3 /s.m2 )

t

tc > tp

qp,max

ta = tc tb

I (mm/h)

q (m

3 /s.m2 )

t

tc < tp

tp

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LOCALIZAÇÃOLOCALIZAÇÃOLOCALIZAÇÃOLOCALIZAÇÃO ---- COIMBRA ÁREA DA BACIA (A em ha)ÁREA DA BACIA (A em ha)ÁREA DA BACIA (A em ha)ÁREA DA BACIA (A em ha) ---- 1000 DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)---- 208

Avaliação do caudal de ponta de cheia (exemplo)

1919/24/24

DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)---- 208 COMPRIMENTO (l em “m”)COMPRIMENTO (l em “m”)COMPRIMENTO (l em “m”)COMPRIMENTO (l em “m”)---- 6500 PERMEABILIDADE DO SOLOPERMEABILIDADE DO SOLOPERMEABILIDADE DO SOLOPERMEABILIDADE DO SOLO ---- C CCCCOBERTURA VEGETALOBERTURA VEGETALOBERTURA VEGETALOBERTURA VEGETAL ---- 60% rotação de culturas segundo c. n.

40% floresta muito aberta

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TEMPO CARACTERÍSTICO TEMPO CARACTERÍSTICO TEMPO CARACTERÍSTICO TEMPO CARACTERÍSTICO ---- tk

38,0

15,14

kh

l10.24,3)horas(t −

= , com l e h em “m”

=)horas(t k 1,0

PRECIPITAÇÃO TOTALPRECIPITAÇÃO TOTALPRECIPITAÇÃO TOTALPRECIPITAÇÃO TOTAL ---- Pt

Intensidade de PrecipitaçãoIntensidade de PrecipitaçãoIntensidade de PrecipitaçãoIntensidade de Precipitação –––– i (obtida através das curvas I-D-F para o


2020/24/24

Intensidade de PrecipitaçãoIntensidade de PrecipitaçãoIntensidade de PrecipitaçãoIntensidade de Precipitação –––– i (obtida através das curvas I-D-F para o

país) b

pt.a)h/mm(i = , com tp (min) tempo de precipitação; “a” e “b” parâmetros de

calibração

Fazendo o T (tempo de retorno) = 20 anos e o tp=tk=60 min, vem 538,060.74,317)h/mm(i −

= = 35,1

Então virá Pt (mm) = i.tp = 35,1.1 = 35,1

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2121/24/24

22


N = 0,6 x 81 + 0,4 x 86 = 83


2222/24/24

Grupo de Investigação em Vias de Comunicação

N = 0,6 x 81 + 0,4 x 86 = 83

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PRECIPITAÇÃO ÚTILPRECIPITAÇÃO ÚTILPRECIPITAÇÃO ÚTILPRECIPITAÇÃO ÚTIL –––– Pu

=

−+

+−

=

8N

800

4,25

P

2N

200

4,25

P4,25

)mm(Pt

2

t

u 7,9

CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA –––– Qp

2323/24/24

CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA –––– Qp

=

+

=

2

tt.6,0.6,480

A.P)s/m(Qp

p

k

u314,9

A (ha), área da bacia hidrográfica

Pu (mm), precipitação útil

tp (horas), tempo de precipitação

tp (horas), tempo característico

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Avaliação do caudal de ponta de cheia (método racional)

Qp =

C.I.A

360

• Bacias Hidrográficas com A< 80 ha (<100 ha; <30 ha)

Qp em m3/s

I em mm/h A, área da bacia hidrográfica, em haC, coeficiente de escoamento (tabela debaixo ou N/100)

Tipo de área de drenagem C

Pavimentos de betão betuminoso ou de cimento 0,70-0,95

Pavimentos não impermeabilizados (de gravilha ou macadame hidráulico) 0,40-0,70

2424/24/24

Solo Impermeável 0,40-0,60

Solo impermeável com camada orgânica por cima (1) 0,30-0,55

Solo ligeiramente permeável(1) 0,15-0,40

Solo permeável(1) 0,05-0,10

Floresta (depende da inclinação do terreno e da sua cobertura) 0,05-0,20

C= 83/100A = 100 ha

tk = 0,25 horas

T = 20 anos => I = 74 mm/h

Qp = 0,83 x 74 x 100 / 360 = 17,1 m3/s

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