Dimensionamento de Estruturas de Drenagem Supercial (Sarjetas)

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Cap´ıtulo 10
Dimensionamento de Estruturas de
Drenagem Superficial (Sarjetas)
10.1 Introduc¸a˜o
A erosa˜o e´ um processo natural que tem como agentes principais, nas regio˜es tropicais, a a´gua (precipitac¸o˜es
pluviome´tricas) e o vento ( especialmente nas a´reas onde ocorrem solos francamente arenosos). Acontece,
principalmente, atrave´s de escoamento superficial concentrado, provocando o aparecimento de sulcos e ra-
vinas nas encostas mais inclinadas, ale´m de deslizamentos de terra (quedas de barreiras).
Os processos erosivos podem ser favorecidos em raza˜o de:
• comprimento e forma dos gradientes;
• movimentac¸a˜o do relevo;
• caracter´ısticas e composic¸a˜o dos solos;
• tipo de uso e cota do lenc¸ol frea´tico.
Os processos erosivos tambe´m sa˜o frequentemente acelerados pelas ac¸o˜es humanas:
• desmatamentos;
• alterac¸o˜es topogra´ficas;
• construc¸a˜o de obras e benfeitorias;
• extrac¸a˜o de materiais de construc¸a˜o;
• extrac¸a˜o mineral.
Um projeto de drenagem superficial, que assegure um desague seguro das a´guas captadas em superf´ıcie
representa um dos mais importantes projetos de protec¸a˜o do capital investido na construc¸a˜o da infraestru-
tura ferrovia´ria e rodovia´ria. O sistema de drenagem superficial tem por objetivo a captac¸a˜o ou interceptac¸a˜o
e remoc¸a˜o das a´guas precipitadas sobre as estradas, as ferrovias e a´reas adjacentes, que escoam superficial-
mente.
As a´guas superficiais devem ser removidas ou conduzidas para locais apropriados, visando evitar a sua
acumulac¸a˜o, bem como proporcionar estabilidade aos macic¸os de terra que constituem a infrestrutura e na˜o
causar erosa˜o nos terrenos marginais.
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Um sistema de drenagem de a´guas pluviais e´ composto de uma se´rie de unidades e dispositivos hidra´ulicos
para os quais existe uma terminologia pro´pria e cujos elementos mais frequentes sa˜o :
• Greide - e´ uma linha do perfil correspondente ao eixo longitudinal da superf´ıcie livre da via pu´blica.
• Guia - tambe´m conhecida como meio-fio, e´ a faixa longitudinal de separac¸a˜o do passeio com o leito
via´rio, constituindo-se geralmente de pec¸as de granito argamassadas.
• Sarjeta - e´ o canal longitudinal, em geral triangular, situado entre a guia e a pista de rolamento,
destinado a coletar e conduzir as a´guas de escoamento superficial ate´ os pontos de coleta.
• Sarjeto˜es - canal de sec¸a˜o triangular situado nos pontos baixos ou nos encontros dos leitos via´rios das
vias pu´blicas, destinados a conectar sarjetas ou encaminhar efluentes destas para os pontos de coleta.
• Bocas coletoras - tambe´m denominadas de bocas de lobo, sa˜o estruturas hidra´ulicas para captac¸a˜o das
a´guas superficiais transportadas pelas sarjetas e sarjeto˜es; em geral situam-se sob o passeio ou sob a
sarjeta.
• Poc¸os de visita: dispositivos localizados em pontos convenientes do sistema de galerias para permi-
tirem mudanc¸a de direc¸a˜o, mudanc¸a de declividade, mudanc¸a de diaˆmetro e inspec¸a˜o e limpeza das
canalizac¸o˜es;
• Trecho: porc¸a˜o da galeria situada entre dois poc¸os de visita;
• Tubos de ligac¸o˜es: sa˜o canalizac¸o˜es destinadas a conduzir as a´guas pluviais captadas nas bocas-de-lobo
para as galerias e os poc¸os de visita;
• Galeria: canalizac¸o˜es usadas para conduzir as a´guas pluviais provenientes das bocas-de-lobo e das
ligac¸o˜es privadas;
• Condutos forc¸ados: obras destinadas a` conduc¸a˜o das a´guas superficiais coletadas, de maneira segura
e eficiente, sem preencher totalmente a sec¸a˜o transversal dos condutos;
• Estac¸o˜es de Bombeamento: conjunto de obras e equipamentos destinados a retirar a a´gua de um canal
de drenagem, quando na˜o mais houver condic¸a˜o de escoamento por gravidade, para um outro canal
em n´ıvel mais elevado ou receptor final da drenagem em estudo.
Os principais dispositivos de drenagem superficial sa˜o:
• Sarjeta e meio-fio de aterro;
• Sarjeta de corte;
• Valetas de protec¸a˜o de corte e de aterro;
• Sarjeta de canteiro central e de banquetas;
• Transposic¸a˜o de segmentos de sarjetas;
• Sa´ıda e descida d’a´gua em talude;
• Dissipador de energia;
• Caixa coletora;
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• Bacia de captac¸a˜o e vala de derivac¸a˜o;
• Vala lateral e corta-rio.
O Projeto de Drenagem Superficial tem por objetivo o dimensionamento dos dispositivos capazes de
captar e conduzir adequadamente as a´guas superficiais de modo a preservar a estrutura da via, bem como
possibilitar sua operac¸a˜o durante a incideˆncia de precipitac¸o˜es intensas. Desta forma, os trabalhos a serem
desenvolvidos devem abordar, basicamente, o dimensionamento dos seguintes dispositivos:
• Sarjetas de aterro;
• Valetas de protec¸a˜o para cortes e aterros;
• Sarjetas de corte;
• Sarjeta das banquetas de corte e aterro.
10.2 Dimensionamento das Sarjetas de Aterro
A sarjeta de aterro e´ o elemento longitudinal responsa´vel pela interceptac¸a˜o das a´guas da plataforma estradal,
que potencialmente podem erodir a borda externa do acostamento, ou seja, o topo do talude de aterro.
A indicac¸a˜o da sarjeta de aterro deve fundamentar-se nas seguintes situac¸o˜es:
• trechos onde a velocidade das a´guas provenientes da pista provoque erosa˜o na borda da plataforma;
• trechos onde, em conjunto com a terraplenagem, for mais econoˆmica a utilizac¸a˜o da sarjeta, aumen-
tando com isso a altura necessa´ria para o primeiro escalonamento de aterro;
• intersec¸o˜es, para coletar e conduzir as a´guas provenientes dos ramos, ilhas, etc.
Suas considerac¸o˜es elementares de projeto sa˜o:
• A sarjeta de aterro posiciona-se na faixa da plataforma cont´ıgua ao acostamento;
• A sec¸a˜o transversal pode se triangular, trapezoidal, retangular, etc, de acordo com a natureza e a
categoria da rodovia;
• Sendo a sarjeta de aterro um dispositivo que pode comprometer a seguranc¸a do tra´fego, cuidados
especiais devem ser tomados quanto ao posicionamento e a` sec¸a˜o transversal a ser utilizada, de modo
a garantir a seguranc¸a dos ve´ıculos em circulac¸a˜o;
• Um tipo de sarjeta de aterro muito usado atualmente nas rodovias federais, estaduais, intersec¸o˜es e
trechos urbanos e´ o meio-fio-sarjeta conjugados;
• Em situac¸o˜es eventuais, no caso de ser poss´ıvel considerar um alagamento tempora´rio do acostamento,
o tipo meio-fio simples tambe´m podera´ ser usado.
Os materiais mais indicados para a construc¸a˜o do dispositivo sa˜o:
• concreto de cimento;
• concreto betuminoso;
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• solo betume;
• solo cimento;
• solo.
Figura 10.1: Sarjetas de aterro.
Para efetuar os ca´lculos hidra´ulicos que ira˜o definir a capacidade de escoamento de cada dispositivo e o
estabelecimento do espac¸amento das sa´ıdas d’a´gua e´ empregada a fo´rmula de Manning associada a` fo´rmula
da continuidade, gerando a expressa˜o:
Qadm =
A ·R2/3 · l1/2
n
onde:
n = 0,015 (dispositivos em concreto);
A = a´rea molhada em m2;
R = Raio hidra´ulico (a´rea/per´ımetro molhado);
I = declividade do dispositivo em m/m, mı´nimo considerado = 0,003 m/m.
Para ca´lculo da descarga afluente e´ adotado o Me´todo Racional, cuja expressa˜o e´:
Q =
C · I ·A
360
onde sa˜o considerados os seguintes paraˆmetros:
C = Coeficiente de escoamento= 0,90.
I = Intensidade da chuva de projeto (mm/h), para um tempo de recorreˆncia de 10 anos.
A = A´rea de contribuic¸a˜o calculada considerando a semi-plataforma acabada + largura do dispositivo,
multiplicada pelo comprimento cr´ıtico determinado para cada situac¸a˜o de greide, em ha.
10.3 Dimensionamento das Sarjetas de Corte e Bernas de Aterro
A sarjeta de corte tem como objetivo captar as a´guas que se precipitam sobre a plataforma e taludes de
corte e conduzi-las, longitudinalmente a` rodovia, ate´ o ponto de transic¸a˜o entre o corte e o aterro, de forma
a permitir a sa´ıda lateral parao terreno natural ou para a valeta de aterro, ou enta˜o, para a caixa coletora
de um bueiro de greide.
As sarjetas devem localizar-se em todos os cortes, sendo constru´ıdas a` margem dos acostamentos, ter-
minando em pontos de sa´ıda convenientes (pontos de passagem de corte para aterro ou caixas coletoras).
As sarjetas de corte podem ter diversos tipos de sec¸a˜o, dependendo da capacidade de vaza˜o necessa´ria.
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• Sarjeta triangular: e´ um tipo bem aceito, pois, ale´m de apresentar uma razoa´vel capacidade de vaza˜o,
conta a seu favor com o importante fato da reduc¸a˜o dos riscos de acidentes.
Figura 10.2: Sarjetas de corte triangular.
• Sarjeta trapezoidal: Quando a sarjeta triangular de ma´ximas dimenso˜es permitidas for insuficiente
para atender a` descarga de projeto, deve-se adotar a sarjeta de sec¸a˜o trapezoidal.
Figura 10.3: Sarjetas de corte trapezoidal.
• Sarjeta retangular: Quando a sec¸a˜o triangular na˜o atender a` vaza˜o para a descarga de projeto, ou
em caso de cortes em rocha pela facilidade de execuc¸a˜o, pode-se optar pela sarjeta retangular. Neste
caso tem-se a vantagem de poder variar sua profundidade ao longo do percurso, proporcionando uma
declividade mais acentuada que o greide da rodovia, aumentando assim sua capacidade hidra´ulica.
Sarjetas de corte sem revestimento devem ser evitadas. Os principais tipos de revestimentos sa˜o:
• concreto;
• alvenaria de tijolo;
• alvenaria de pedra argamassada;
• pedra arrumada revestida;
• pedra arrumada;
• revestimento vegetal.
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Figura 10.4: Sarjetas de corte retangular.
Observac¸a˜o: O revestimento vegetal, apesar do excelente desempenho como func¸a˜o este´tica, tem o
inconveniente do alto custo de conservac¸a˜o.
Para efetuar os ca´lculos hidra´ulicos que definira˜o a altura da laˆmina d’a´gua a sec¸a˜o da valeta e a
velocidade do escoamento, emprega-se a fo´rmula de Manning associada a` fo´rmula da continuidade, gerando
a expressa˜o:
Qadm =
A ·R2/3 · l1/2
n
n = 0,015 - dispositivos de sec¸a˜o regular com revestimento em concreto;
n = 0,020 - dispositivos de sec¸a˜o regular com revestimento vegetal;
A = a´rea molhada em m2;
R = Raio Hidra´ulico (a´rea/per´ımetro molhado);
I = declividade do dispositivo em m/m, de acordo com a declividade estimada do terreno natural.
Para um dimensionamento mais preciso e´ aconselha´vel que apo´s a execuc¸a˜o do corte ou aterro, seja
levantado o perfil do terreno natural no eixo por onde passara´ a valeta, para que seja determinada a
declividade do terreno.
Para ca´lculo da descarga afluente e´ adotado o Me´todo Racional, cuja expressa˜o e´:
Q =
C · I ·A
360
onde sa˜o considerados os seguintes paraˆmetros:
C = Coeficiente de escoamento = varia´vel conforme as caracter´ısticas da bacia.
I = Intensidade da chuva de projeto (mm/h), para um tempo de recorreˆncia de 10 anos.
A = A´rea de contribuic¸a˜o, em km2, determinada a partir da restituic¸a˜o na escala 1:5.000 ou de fotos
ae´reas na escala 1:15.000.
10.4 Dimensionamento das Valetas de Protec¸a˜o
Quando uma rodovia for projetada em pista dupla, isto e´, onde as pistas sa˜o separadas por um canteiro
central coˆncavo, torna-se necessa´rio drena´-lo superficialmente atrave´s de um dispositivo chamado de valeta
do canteiro central.
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Suas principais caracter´ısticas sa˜o:
• devem captar as a´guas provenientes das pistas e do pro´prio canteiro central e conduzi-las longitudi-
nalmente ate´ serem captadas por caixas coletoras de bueiros de greide;
• as sec¸o˜es transversais das valetas do canteiro central sa˜o em geral de forma triangular cujas faces teˆm
as declividades coincidentes com os taludes do canteiro;
• podem ser usadas sec¸o˜es de forma circular, tipo meia cana, e formas trapezoidal ou retangular, quando
ocorrer a insuficieˆncia hidra´ulica das sec¸o˜es de forma triangular ou meia cana;
• como revestimento da valeta do canteiro central, deve-se levar em conta a velocidade limite de erosa˜o
do material empregado.
Observac¸a˜o: Valetas do canteiro central sem revestimento devem ser evitadas, a na˜o ser em casos de
canteiros muito largos e planos.
Figura 10.5: Valetas de protec¸a˜o e de corte.
O dimensionamento hidra´ulico da valeta do canteiro central segue a mesma metodologia apresentada na
sec¸a˜o 10.3, para sarjeta de corte baseada na fo´rmula de Manning associada a` equac¸a˜o de continuidade.
10.5 Dimensionamento das Sarjetas de Banquetas
As descidas d’a´gua tem como objetivo conduzir as a´guas captadas por outros dispositivos de drenagem, de
corte ou de aterro:
• Tratando-se de cortes, as descidas d’a´gua teˆm como objetivo principal conduzir as a´guas das valetas
quando atingem seu comprimento cr´ıtico, ou de pequenos talvegues, desaguando numa caixa coletora
ou na sarjeta de corte.
• No aterro, as descidas d’a´gua conduzem as a´guas provenientes das sarjetas de aterro quando e´ atingido
seu comprimento cr´ıtico, e, nos pontos baixos, atrave´s das sa´ıdas d’a´gua, desaguando no terreno
natural.
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• As descidas d’a´gua tambe´m atendem, no caso de cortes e aterros, a`s valetas de banquetas quando e´
atingido seu comprimento cr´ıtico e em pontos baixos.
Figura 10.6: Descida de a´gua reta.
Figura 10.7: Descida de a´gua escalonada.
Quando a banqueta for insuficiente para a conduc¸a˜o da a´gua, sera˜o estudadas duas alternativas: execuc¸a˜o
de sarjeta trapezoidal em concreto ou com revestimento vegetal, ou o desa´gue em descida d’a´gua em degraus.
O desa´gue em descida d’a´gua, somente devera´ ser empregado nos casos em que o emprego da sarjeta seja
invia´vel.
Considerando que as inclinac¸o˜es dos taludes de corte e aterro sa˜o pro´ximas a 1,0: 1,25 ou 1,0: 2,0 e 1,0:
1,5, adota-se no ca´lculo da a´rea de contribuic¸a˜o a projec¸a˜o do talude de aterro, para uma altura ma´xima
de aterro de 8,0 m, a qual corresponde ao espac¸amento entre banquetas o valor ma´ximo para a a´rea de
contribuic¸a˜o sera´:
A = (largura da banqueta + projec¸a˜o horizontal do talude) x comprimento cr´ıtico;
A = ((4,0 + 8,0 (altura entre banquetas) x 1,50)) x L;
A = (1,60 x L)/10.000, em hectares.
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Conforme definido na sec¸a˜o tipo de terraplenagem, as banquetas do corte ou aterros constitu´ıdos de solos
arenosos devera˜o receber a protec¸a˜o de uma camada de solo coesivo com revestimento vegetal, conforme a
sec¸a˜o tipo a seguir apresentada.
No caso de necessidade de execuc¸a˜o de sarjeta trapezoidal, a mesma devera´ ser implantada no meio da
banqueta e devera´ ter a sec¸a˜o a seguir apresentada, independente do tipo de revestimento adotado.
Figura 10.8: Sarjeta de banqueta.
O dimensionamento hidra´ulico da valeta do canteiro central segue a mesma metodologia apresentada na
sec¸a˜o 10.3, para sarjeta de corte baseada na fo´rmula de Manning associada a` equac¸a˜o de continuidade.
10.6 Exerc´ıcios
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VT 4
Baseado no estudo acima, elabore um tabalho de pesquisa sobre um dos temas relacionados abaixo:
1. Sistema de Drenagem em Rodovias.
2. Sistema de Drenagem em Ferrovias.
3. Sistema de Drenagem Urbana (Ruas e Avenidas).
4. Sistema de Drenagem Urbana (Condomı´nio Residencial).
5. Sistema de Drenagem em A´rea Rural Agr´ıcola.
6. Sistema de Drenagem em Aeroportos.
7. Sistema de Drenagem em Esta´dios de Futebol.
8. Sistema de Drenagem em Tu´neis.
9. Sistema de Drenagem em Viadutos.
10. Sistema de Drenagem em Barragens.
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