Aula 13 Drenagem Profunda e Sub superficial

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Aula 13
Drenagem Profunda e Sub Superficial
Prof. Danilo Bernardes Lourenço
Disciplina: Estradas e Aeroportos
Drenagem de Transposição de Talvegues
Em sua função primordial, a drenagem de uma rodovia deve eliminar a água que, sob qualquer forma, atinge o corpo estradal, captando-a e conduzindo-a para locais em que menos afete a segurança e durabilidade da via.
 
No caso da transposição de talvegues, essas águas originam-se de uma bacia e que, por imperativos hidrológicos, têm que ser desviadas de maneira a não comprometer a estrutura da estrada, levando ao seu comprometimento. Esse objetivo é alcançado com a introdução de uma ou mais linhas de bueiros sob os aterros ou construção de pontilhões ou pontes transpondo os cursos d'água, obstáculos a serem vencidos pela rodovia.
Bueiros
Os bueiros são obras destinadas a permitir a passagem livre das águas que correm as estradas. Compõem-se de bocas e corpo.
 
Os bueiros podem ser classificados em quatro classes, a saber:
 
• quanto à forma da seção;
• quanto ao número de linhas;
• quanto aos materiais com os quais são construídos;
• quanto à esconsidade.
Os bueiros devem estar localizados:
 
Sob os aterros – em geral deve-se lançar o eixo do bueiro o mais próximo possível da linha do talvegue; não sendo possível, deve-se procurar uma locação esconsa que afaste o eixo o mínimo possível da normal ao eixo da rodovia, tomando-se as precauções para que os deslocamentos dos canais nas entrada e saída d'água do bueiro.
Nas bocas dos cortes - quando o volume de água dos dispositivos de drenagem (embora previstos no projeto) for tal que possa erodir o terreno natural nesses locais. 
 
Nos cortes – quando for interceptada uma ravina e a capacidade de escoamento das sarjetas seja superada.
Elementos de Projeto:
 
	Levantamento topográfico em planta.
	Seção transversal
	Determinação do comprimento do bueiro
	Fundações
	Recobrimento
		Apresentação:
Os projetos dos bueiros serão apresentados segundo os seguintes elementos :
a) No projeto geométrico, de acordo com convenções previamente aprovadas, devem
ser apresentadas em planta : 
– localização;
– tipo;
– comprimento;
– seção transversal;
– esconsidade;
b) Em perfil segundo o eixo longitudinal contendo: 
– declividade;
– comprimento; 
– cota das extremidades a montante e jusante;
– altura do aterro da rodovia
c) Em seção transversal com os detalhes:
– de formas e armação;
– das bocas e caixas coletoras;
– do quadro de quantidades de material.
Dimensionamento Hidráulico:
Para o dimensionamento hidráulico dos bueiros admite-se que eles possam funcionar como canais, vertedouros ou como orifícios.
No caso de bueiros trabalhando como canais, o dimensionamento será feito baseado em duas hipóteses:
a) Considerando o funcionamento do bueiro no regime supercrítico, limitando-se sua capacidade admissível á vazão correspondente ao regime crítico, com energia específica igual ao seu diâmetro ou altura, o que exige a proteção à montante e a jusante aos riscos de erosão. 
b) Considerando o funcionamento do bueiro no regime subcrítico.
Pontilhões e Pontes
Pontilhões:
Objetivo e características
Os pontilhões são obras usadas para a transposição de talvegues nos casos em que, por imposição da descarga de projeto ou do greide projetado, não possam ser construídos bueiros. 
Elementos de projeto
Os elementos necessários ao projeto dos pontilhões são os mesmos das pontes com exceção do tempo de recorrência que, no caso dos pontilhões, se considera em geral inferior ao das pontes.
Esse valor está relacionado ao menor risco a temer com referência à destruição da obra ou interrupção do tráfego.
Pontes:
Objetivo e características
São obras-de-arte destinadas a vencer os talvegues formados pelos cursos d'água, cuja transposição não pode ser feita por bueiros e pontilhões. Por sua maior importância e pelas suas extensões que estas obras exigem estruturas mais complexas do que as usadas nos pontilhões e, para esta razão no seu dimensionamento os procedimentos de cálculo deverão ser mais rigorosas.
 
Elementos de projeto
Tempo de recorrência
Dimensionamento hidráulico.
Inicialmente devem ser obtidos os seguintes elementos:
 
– Descarga do projeto, obtida pelos estudos hidrológicos levando em conta o tempo de recorrência adotado e os métodos de cálculo recomendados para o caso, de preferência os estatísticos, sempre que possível;
– Declividade do leito do rio, ou do seu gradiente, determinada entre dois pontos distantes no mínimo de 200m, sendo um a montante e outro a jusante do eixo da rodovia do qual devem distar 100m cada um;
 – Levantamento de seções normais ao curso do rio no local de sua travessia pelo eixo da rodovia a montante e jusante;
 – Fixação do coeficiente de Manning a adotar para o curso d`água após inspeção local.
Obstruções Parciais de Vazão
Objetivos e Características.
O objetivo deste item é determinar os efeitos das obstruções parciais sobre o funcionamento hidráulico das pontes e bueiros, uma vez que em muitos são os casos de obstruções que interferem com o dimensionamento dessas obras; todavia, o efeito do remanso provocado pelas barragens, hoje frequentes em nosso País, e pelas marés merece especial atenção.
Remansos.
Escoamento gradualmente variado em canais
Denomina-se movimento gradualmente variado em canais ao escoamento que se dá em regime permanente, cuja profundidade varia gradualmente ao longo da extensão do canal.
 
Essa definição implica na observância de duas condições:
 
O escoamento é permanente, isto é, as suas características hidráulicas permanecem constantes ao longo do intervalo de tempo sob consideração, e em consequência linhas de corrente são praticamente paralelas, isto é, a distribuição hidrostática das pressões é verificada em uma seção.
Drenagem de Pavimento
O objetivo dessa técnica é defender o pavimento das águas que possam danificá-lo.
 
Estas águas, de um modo geral, são de duas procedências: infiltrações diretas das precipitações pluviométricas e provenientes de lençóis d'água subterrâneos.
 
Estas águas, que atravessam os revestimentos numa taxa variando de 33 a 50 % nos pavimentos com revestimentos asfálticos e de 50 a 67 % nos pavimentos de concreto cimento, segundo pesquisa realizada, podem causar sérios danos à estrutura do pavimento, inclusive base e sub-base, se não forem adotadas de dispositivo especial para drená-las.
Esta infiltrações pode ocorrer para a situação de chuvas de duração de 1 (uma) hora e tempo de recorrência de 1 (um) ano, obtendo-se coeficientes de infiltrações inferiores, à medida que se consiga melhorar as condições de vedação da superfície dos pavimentos. 
 
Os dispositivos usados são a base drenante e os drenos rasos longitudinais, não obstante sejam recomendados, no caso de índices pluviométricos inferiores aos citados, os drenos transversais e os drenos laterais de base.
 
Camada drenante - é uma camada de material granular, com granulometria apropriada colocada logo abaixo do revestimento, seja ele asfáltico ou de concreto de cimento, com a finalidade de drenar as águas infiltradas para fora da pista de rolamento.
Drenos rasos longitudinais - são drenos que recebem as águas drenadas pela camada drenante, aliviadas pelos drenos laterais e transversais que recebem as águas por ele transportadas, quando atingida sua capacidade de vazão, conduzindo-as para fora da faixa estradal.
 
Drenos laterais de base - são drenos que tem a função de recolher as águas que se infiltram na camada de base sendo usualmente utilizados nas situações em que o material da base dos acostamentos apresentam baixa permeabilidade, encaminhando-as para fora da plataforma.
 
Drenos transversais - são os drenos posicionados transversalmente à pista de rolamento, em toda a largura da plataforma sendo, usualmente, indicada sua localização nos pontos baixos das curvas côncavas, ou em outros locais onde se necessitar drenar as bases permeáveis.Drenagem Subterrânea ou Profunda
A água na natureza, provinda das chuvas que se formam na atmosfera, no que interessa a drenagem das estradas, tem dois destinos diferentes: parte escorre sobre a superfície dos solos e parte se infiltra, podendo formar lençóis subterrâneos. 
É claro que estas situações não são únicas e distintas, havendo variação das condições em função das graduações que tornam os solos mais ou menos permeáveis, ou mais ou menos impermeáveis, criando condições próprias para cada região, no que se refere a solos, topografia e clima.
Há ainda um terceiro aspecto pelo qual a água se apresenta sob a forma de "franja capilar", resultante da ascensão capilar, a partir dos lençóis d'água, obedecendo as leis da capilaridade. A influência produzida pela "franja capilar" deve ser eliminada, ou reduzida, pelos rebaixamentos dos referidos lençóis freáticos.
De um modo ou de outro, há sempre a necessidade indiscutível de manter-se o lençol freático a profundidades de 1.50 a 2.00 metros do subleito das rodovias, dependendo do tipo de solo da área considerada.
	Drenos Profundos:
 
Os drenos profundos têm por objetivo principal interceptar o fluxo da água subterrânea através do rebaixamento do lençol freático, impedindo-o de atingir o subleito.
Os drenos profundos são instalados, preferencialmente, em profundidades da ordem de 1,50 a 2,00m, tendo por finalidade captar e aliviar o lençol freático e, consequentemente, proteger o corpo estradal.
 
Devem ser instalados nos trechos em corte, nos terrenos planos que apresentem lençol freático próximo do subleito, bem como nas áreas eventualmente saturadas próximas ao pé dos taludes.
Drenagem Sub superficial 
	Objetivos:
Proteção contra infiltrações diretas de precipitações. Ascenção de lençóis d`água subterrâneos.
	Infiltração:
 Trincas e juntas na superfície. Junção pista \ acostamento.
	Ascenção:
Lençol freático. Efeito capilar.
Fontes de Água na Estrutura
Drenos em Espinhas de Peixe
São drenos destinados à drenagem de grandes áreas, pavimentadas ou não, normalmente usados em série, em sentido oblíquo em relação ao eixo longitudinal da rodovia, ou área a drenar.
Geralmente são de pequena profundidade e, por este motivo, sem tubos, embora possam eventualmente ser usados com tubos.
 
Podem ser exigidos em cortes, quando os drenos longitudinais forem insuficientes para a drenagem da área
Podem ser projetados em terrenos que receberão aterros e nos quais o lençol freático estiver próximo da superfície. Podem também ser necessários nos aterros quando o solo natural for impermeável.
Colchão Drenante
O objetivo das camadas drenantes é drenar as águas, situa das a pequena profundidade do corpo estradal, em que o volume não possa ser drenada pelos dreno "espinha de peixe".
 São usadas:
a) nos cortes em rocha;
b) nos cortes em que o lençol freático estiver próximo do greide da terraplenagem;
c) na base dos aterros onde houver água livre próximo ao terreno natural;
d) nos aterros constituídos sobre terrenos impermeáveis.
A remoção das águas coletadas pelos colchões drenantes, deverá ser feita por drenos longitudinais.
Drenos Sub horizontais
Os drenos sub-horizontais são aplicados para a prevenção e correção de escorregamentos nos quais a causa determinante da instabilidade é a elevação do lençol freático ou do nível piezométrico de lençóis confinados. No caso de escorregamentos de grandes proporções, geralmente trata-se da única solução econômica a se recorrer.
São constituídos por tubos providos de ranhuras ou orifícios na sua parte superior, introduzidos em perfurações executadas na parede do talude, com inclinação próxima à horizontal. As Figuras abaixo mostram um dreno típico. Estes tubos drenam a água do lençol ou lençóis, aliviando a pressão nos poros. Considerando-se que mais importante que o alívio da pressão é a mudança da direção do fluxo d'água, orientando assim percolação para uma direção que contribuir para o aumento da estabilidade
Valetões Naturais
Existem casos em que se recomendam os valetões laterais formados a partir do bordo do acostamento, sendo este valetão constituído, de um lado, pelo acostamento e do outro pelo próprio talude do corte, processo este designado por falso-aterro.
 
Não obstante a economia obtida no sistema de drenagem a estrada ficará sem acostamento confiável na época das chuvas e nos tempos secos terá um acostamento perigoso, face à rampa necessária, a não ser que haja alargamentos substanciais, o que equivale dizer que os valetões laterais vão funcionar independentemente da plataforma da rodovia.
O dispositivo (valetão lateral), por outro lado, em regiões planas, pode exercer sua dupla função sem dificuldade, visto poder trabalhar como sarjeta e dreno profundo, ao mesmo tempo.
Recomenda-se o revestimento dos taludes do canal com gramíneas. A profundidade do mesmo, será de 1.5 a 2.0 m e os taludes de 3/2, quando possível
Drenos Verticais
A eventual necessidade de executar um trecho rodoviário com aterros sobre depósitos de solos moles, tais como: siltes ou argilas orgânicas, argilas sensíveis e turfas pode representar problemas de solução difícil e onerosa e, a fim de reduzir os custos de implantação, deve-se realizar cuidadoso exame do assunto na fase de projeto.
 
Entre a extensa gama de soluções possíveis de utilização que vão da remoção do solo por escavação ou deslocamento até as técnicas construtivas, ou seja, velocidade de construção controlada, pré-adensamento, bermas estabilizadoras, etc., aparecem os drenos verticais de areia, drenos cartão e os drenos fibro-químicos.
A opção pela solução mais favorável técnica e econômica, deve ser procedida de um amplo estudo de campo e laboratório e de um criterioso estudo comparativo de custos.
 
Sob o ponto de vista técnico-econômico, a garantia da estabilidade dos aterros construídos sobre depósitos de argila mole saturada, pode, normalmente ser alcançada com o uso da velocidade de compressão controlada ou pré-adensamento, usando, algumas vezes, uma sobrecarga que, ao reduzir os recalques pós-construtivos vai contribuir para o aumento da resistência ao cisalhamento e, assim, atender ao equilíbrio do maciço.
Efeito Adverso da Água
Forças de percolação ou sub-pressão geram fluxos internos e saturação.
Amolecimento das camadas de fundação quanto se tornam saturadas e \ ou mantém-se por períodos prolongados. 
Desagregação e trincamento de materiais pela interação com a umidade excessiva.
Carregamento e migração de partículas de solo para um ponto de saída, proporcionando “piping”ou erosão (bombeamento).
Problema das Água nos Pavimentos