LivroLivre: drenagem rodoviária



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LivroLivre: DRENAGEM RODOVIÁRIA      

É um livro diferente, em muitos aspectos. Para começar, não tem o aspecto de livro, pois é apresentado em partes isoladas, para downloads pela Internet, ou em cd-rom (cópia livre), embora nada impeça que seja impresso. Outras coisas que o tornam diferente:



  • Não foi escrito para ganhar dinheiro, ou para inscrever nossos nomes na galeria da fama. Nem para ensinar drenagem rodoviária - apenas para ajudar a aprendê-la.

  • A lista dos seus autores é aberta - um conceito novo. Você tem ampla liberdade para reescrever palavras, parágrafos ou capítulos, para adaptá-lo para o que precisa. Ao nos enviar uma contribuição significativa para o estado da arte, seu nome será acrescentado à lista dos autores. Também por isso, as páginas são numeradas apenas por capítulo.

  • Para uso didático, este trabalho pode ser copiado, reproduzido, impresso, criticado, sob qualquer forma, desde que citada a fonte. Acreditamos que o conhecimento é propriedade de todos os que o procuram. Atuais proprietários de patentes e direitos autorais esquecem-se muitas vezes que quase tudo do que reclamaram autoria teve precursores, sem os quais nada teria sido criado.

  • Ao escrever esta primeira versão, utilizamos amplamente textos de dezenas de autores, alguns dos quais já citavam outros. Se omitirmos alguma referência, agradeceremos seu alerta e nossa falha será corrigida . Antecipadamente, desculpamo-nos.

OBJETIVOS DA MÍDIA UTILIZADA

  • distribuição rápida e de baixo custo ;

  • atualização sistemática, incluindo contribuições acadêmicas ou práticas, e fórmulas ou tabelas específicas de novos produtos industriais,

  • permitir modificações necessárias para diversas situações didáticas e

  • tornar economicamente viável o uso de cor (principalmente em fotografias), som e imagem, apresentações multimídia, planilhas de cálculo eletrônico, etc.

Pode ser obtido  por downloads neste site.

Coordenação do trabalho: Gil Carvalho Paulo de Almeida, até 2007. 

Autores, em ordem alfabética:

Danilo Antônio Oliveira Fonseca, Gil Carvalho Paulo de Almeida,  Mario Barraza Larios,  Mauro Menzori, Paulo Emílio dos Santos Queiroz, . . .

Colaboradores

Ibia Nara Pinheiro da Silva, Jordan Henrique de Souza,  Renata Rodrigues Toledo...



INTRODUÇÃO:                                                                                 

"Uma boa estrada requer um teto impermeável e um porão seco".

- ditado popular-

A água é o maior inimigo dos pavimentos. A primeira rede viária de grande porte da história foi iniciada pelos romanos no terceiro século AC, que sabiam dos efeitos danosos da água e procuravam construí-las acima do nível dos terrenos adjacentes, sobre uma camada de areia e cobertas por lajes de pedra cimentadas entre si. Durante vinte séculos, houve pouco progresso nos processos de construção, até que, no século XIX, Tresaguet, Metcalf, Telford e McAdam "redescobriram" a necessidade de manter secas as estradas - para evitar que se deteriorem por danos causados por pressões d'água existente nos poros (poro-pressões) do material de sua estrutura e movimentos de água livre contida nesta estrutura.

MECANISMO DOS DANOS

a) A água atinge a base e/ou sub-base de um pavimento (rodoviário, ferroviário, pista de aeroporto, estacionamento, etc.), ocasionando uma redução em sua capacidade de suporte;

b) quando a água livre preenche completamente as camadas, o tráfego, por meio das rodas, produz impacto sobre a água, surgindo pressões pulsantes que causam movimento, com erosão e ejeção de material ou mesmo o desprendimento de partes da capa asfáltica, desintegração de solos estabilizados com cimento, enfraquecimento de bases granulares pela desarrumação das partículas finas das misturas de agregados, etc.;

c) a redução da proteção da camada superficial abre caminho para novas infiltrações, o que agrava o problema, dando origem assim à um circulo vicioso.

Como evitar este mecanismo de danos?

1) Evitando que a água atinja a estrutura da estrada;

2) Caso a água atinja a base e/ou a sub-base da estrada, escoando-a rapidamente.

OBJETIVO DO ESTUDO DE DRENAGEM DE RODOVIAS:

Orientar e permitir ao engenheiro a utilização adequada dos dispositivos de drenagem, ao projetar, construir ou restaurar rodovias. Fornecer o conhecimento indispensável para a escolha de medidas de proteção à estrada contra a ação prejudicial das águas que o atingem, sob forma de chuva, infiltrações, torrentes, ou armazenada sob a forma de lençóis freáticos ou artesianos.



PROJETO DE DRENAGEM

Objetivo: evitar o acúmulo e a retenção da água na rodovia e suas cercanias através de:



  1. Previsão da intensidade e freqüência das chuvas, visando o escoamento superficial;

  2. Determinação de pontos naturais de concentração e descarga, e outras condições hidráulicas;

  3. Remoção dos excessos de água prejudiciais, do subsolo;

  4. Proporcionar a disposição mais eficiente das instalações de drenagem, de acordo com o custo, importância da rodovia, economia na conservação e normas em vigor.

PRINCIPAIS DIVISÕES DA DRENAGEM RODOVIÁRIA:

  • Drenagem superficial - drena a águas precipitadas sobre a estrada, e áreas adjacentes.

  • Drenagem do pavimento - retira as águas infiltradas nas camadas do pavimento;

  • Drenagem profunda ou subterrânea - drena a água situada abaixo da superfície do terreno natural;

  • Drenagem de transposição de talvegues - possibilita a passagem da água de um para outro lado da estrada, usada na travessia de cursos d’água.

Os objetivos são atingidos por meio de obras diversas, denominas "dispositivos". Seu conjunto constitui o "sistema de drenagem".

PRINCIPAIS DISPOSITIVOS DE DRENAGEM:

  • Dispositivos de drenagem superficial: valetas de proteção de corte, valetas de proteção de aterro, sarjetas de corte, sarjetas de aterro, saídas e descidas d’água, caixas coletoras, bueiros de greide, dissipadores.

  • Dispositivos de drenagem do pavimento: camada drenante do pavimento, drenos laterais de base (sangras), drenos rasos longitudinais, drenos transversais de pavimento.

  • Dispositivos de drenagem subterrânea ou profunda: drenos profundos, drenos em espinha-de-peixe, camadas drenantes, drenos horizontais profundos, valetões laterais.

  • Dispositivos de transposição de talvegues: bueiros, pontilhões e pontes.

Assuntos correlatos: estudos hidrológicos, escalonamento de taludes, drenagem de alívio de muros de arrimo, drenagem de travessia urbana, corta-rios, meio ambiente, erosão, etc.

PROJETO DE DRENAGEM  -  Generalidades

Objetivo geral: Evitar o acúmulo e a retenção da água na rodovia e suas cercanias através de:

  1. Previsão da intensidade e freqüência das chuvas, visando o escoamento superficial;

  2. Determinação de pontos naturais de concentração e descarga, e outras condições hidráulicas;

  3. Remoção dos excessos de água prejudiciais, do subsolo;

  4. Proporcionar a disposição mais eficiente das instalações de drenagem, de acordo com o custo, importância da rodovia, economia na conservação e normas em vigor.

OBJETIVO DO PROJETO:

Tem por finalidade principal a execução dos dispositivos por ele definidos.

METODOLOGIA DE PROJETO:


  • Coleta ou investigação dos elementos básicos

  • estudo de alternativas;

  • escolha da solução;

  • detalhamento (cálculo e desenho) dos dispositivos

  •  

1. Coleta dos elementos básicos:

A perfeita adequação entre técnica e economia de um sistema de drenagem depende essencialmente da amplitude e confiabilidade das informações condicionantes:

1.1.     Informações sobre as áreas do projeto, nos seguintes tópicos:


  • Definição preliminar dos dispositivos de drenagem Identificação, tipo, localização provável, aspectos locais, condições de acesso, etc.

  • Definição preliminar sobre a geometria, terraplanagem e pavimentação do projeto exame do projeto da rodovia permite identificar obras necessárias ao projeto de drenagem ;

  • Definição preliminar das características técnicas do projeto (o principal elemento para estabelecer a vida útil da rodovia);

  • Normas Técnicas Fixam os padrões a observar, e a necessidade de normas e especificações complementares ;

  • Prazos e recursos disponíveis previstos para a execução .

1.2     Informações Locais

  • Topográficas (levantamento de dispositivos já existentes nas proximidades, avaliação de áreas, comprimento de talvegues, etc.);

  • Geotécnicas (sondagens e estudos para caracterização de materiais a utilizar nos dispositivos de drenagem e elementos para o projeto de fundação dos dispositivos);

  • Hidrológicas (para obter os valores de descarga de projeto do sistema de drenagem).

 

2. Estudo de alternativas

Fase em que a experiência do projetista permite encontrar o maior número possível de soluções, sua comparação e a escolha de uma delas. Deve ser levada em conta a implantação dos dispositivos adequados, incluindo dimensões gerais (extensões, declividades e seções aproximadas) .

3. Escolha da solução

A escolha da solução mais conveniente levará em conta critérios técnicos, econômicos, estéticos e administrativos. A seleção da solução definitiva se dá pela ponderação desses critérios, possibilitando uma escolha final devidamente justificada.

4. Detalhamento (cálculo e desenho) dos dispositivos



  • dimensionamento;

  • desenho de execução;

  • especificações, quantitativos e custos;

  • plano de execução e cronograma.

Cada um desses elementos será estabelecido quando da elaboração do projeto para cada dispositivo de drenagem.

 

APRESENTAÇÃO:

Os documentos do projeto de drenagem de uma rodovia são apresentados de acordo com as instruções vigentes, e grupados de acordo com sua finalidade:

Memória descritiva

Resumo da concepção geral da drenagem e dos resultados obtidos.

 

Memória justificativa

Conjunto de documentos justificando as soluções apresentadas e cálculos efetuados.

 

Documentos para concorrência

Definição quantitativa e qualitativa dos dispositivos a executar, especificação de materiais, métodos de execução, modos de medição             e pagamento.

 

Projetos-tipo;

 Conjunto de desenhos gerais e detalhes que permitam a execução, incluindo processos executivos. Devem obedecer ao disposto no         "Álbum de projetos-tipo e padrões de apresentação" do "Manual de serviços de consultoria para estudos e projetos rodoviários" do DNER.

 

Custos;

Composição de custos unitários de todos os dispositivos, de acordo com o "Manual de composição de custos rodoviários" do DNER.

 

Esquema do sistema de drenagem;

Conjunto de desenhos para indicar a posição dos dispositivos e visualizar o sistema de drenagem, separados do projeto geométrico, e obedecidas as convenções e nomenclatura padronizados para cada dispositivo.

 

Notas de serviço

Conjunto de informações permitem identificar tipo, localização, extensão e demais elementos necessários à execução de cada dispositivo.

 

DRENAGEM DE TRANSPOSIÇÃO DE TALVEGUES


Drenagem de transposição de talvegues: textos

Generalidades - bueiros - regimes de fluxo   (este texto)

Dimensionamento dos bueiros de transposição de talvegues

Pontes e pontilhões

 

Destina-se a permitir a passagem, de um lado para o outro da rodovia, das águas que escoam por talvegues definidos no terreno natural. As obras ou dispositivos de drenagem de transposição de talvegues são bueiros, pontilhões e pontes.





BUEIROS (Bueiros de transposição de talvegues)

São condutos destinados à passagem das águas provenientes de bacias hidrográficas próximas à rodovia. Os elementos constituintes de um bueiro são



  • Corpo - a parte situada sob o aterro, de forma e ação geralmente constantes, podendo ser executada em tubos, células, arcos, etc.

  • Bocas - de montante e jusante, arrematam externamente o corpo e contribuem para a fixação do bueiro, favorecem a entrada e saída do fluxo, com um mínimo de perturbação turbilhonar. A boca de um bueiro é constituída de soleira, muro de testa e alas. Algumas vezes a boca de montante é substituída por caixa coletora ou poço para a condução das águas para o corpo do bueiro; isto se torna necessário quando a cota de entrada tenha de se situar abaixo do nível do terreno natural.

Classificação dos bueiros:

Quanto a forma da seção:



  • Tubular (ou circular) - quando a seção for circular ;

  • Celular - quando a seção for retangular ou quadrada (denominada célula) ;

  • Especial - quando a seção for diferente das anteriores, podendo ser em arco, oval, lenticular, elíptico, etc. O antigamente denominado bueiro capeado se enquadra nesta categoria.

Quanto ao número de linhas:

  • Simples - quando só houver uma linha de tubos, células, etc.

  • Múltiplo - quando houver mais de uma linha, podendo ser duplo, triplo, etc.

Os limites máximos aconselháveis para uso de linhas múltiplas de bueiros de concreto são: Bueiro tubular triplo de 1,5 m de diâmetro e bueiro celular triplo de 3,00 x 3,00 m. Além desses limites, aconselha-se a adoção de obras de maior porte, ou seja, pontilhões ou pontes.





 

Quanto à rigidez:



  • Rígido - quando pode sofrer variações nas dimensões horizontais e verticais de até 0,1 %, sem fendilhamentos.

  • Semi-rígido - quando tais variações podem atingir até 0,3 %, sem fendilhamentos.

  • Flexível - quando as deformações podem ultrapassar 0,3 %, sem fendilhamentos.

Quanto ao material:

  • De concreto - simples ou armado, atendendo aos projetos-tipo do DNER e moldados em formas metálicas, sendo o concreto adensado por vibração ou centrifugação. Outros tubos podem ser aceitos se satisfizerem as exigências das NBR 9794, 9795, 9796 da ABNT;

  • Metálico - de chapa metálica, corrugada ou não. Tubos metálicos corrugados devem ser fabricados a partir de bobinas de aço, seguindo as normas da AASHTO e ASTM e revestidos adequadamente de modo a resistir às mais diversas condições ambientais. Sua união pode ser feita por parafusos ou cintas, conforme o produto escolhido ;

  • De outro tipo - alvenaria, pedra argamassada, madeira(este geralmente provisório), etc.

Quanto à esconsidade:

Denomina-se esconsidade ao ângulo formado pelo eixo do bueiro com a normal ao eixo da rodovia (visto em planta).



  • Normal - eixo do bueiro coincide com a normal ao eixo, sendo nula a esconsidade;

  • Esconso - o ângulo do eixo do bueiro com a normal ao eixo da rodovia é diferente de zero.

  •  

Localização dos bueiros:

  • Sob os aterros - procura-se neste caso lançar o bueiro na linha do talvegue; não sendo isto possível, deslocar o talvegue para uma locação que obrigará o desvio ou a retificação do canal natural, em certa extensão, a montante e a jusante. Outra opção é procurar uma locação que afaste o eixo do bueiro o mínimo possível da normal ao eixo da rodovia, com as devidas precauções para os deslocamentos dos canais de entrada e saída d'água do bueiro.

  • Nas bocas de corte - quando o volume d'água dos dispositivos de drenagem (embora previstos no projeto) for tal que possa erodir o terreno natural nesses locais.

  • Nos cortes - de seção mista quando a altura da saia de aterro não for muito elevada, ou quando a capacidade das sarjetas for insuficiente. Nestes casos, não se trata mais de transposição de talvegues, e sim de bueiros de greide (drenagem superficial).

Elementos do projeto:

  • Levantamento topográfico e respectiva planta, com curvas de nível de metro em metro em grau de detalhamento;

  • Pesquisa da declividade e estudos geotécnicos: Ao escolher a posição, considerar que, normalmente, a declividade do corpo deve variar de 0,4 a 5%. Se a declividade superar 5 %, projetar o bueiro em degraus e fazer o berço com dentes de fixação no terreno. Quando a velocidade do fluxo na boca de jusante for superior à recomendada para a natureza do terreno natural, prever bacias de amortecimento. Os estudos geotécnicos devem ser feitos através de sondagens, se necessário, para avaliação da capacidade de suporte do terreno natural, principalmente nos casos de aterros altos e nos locais de presumível presença de solos compressíveis.

  • Seção transversal: O cálculo da seção transversal ou seção de vazão do bueiro dependerá de dois elementos básicos: descarga da bacia a ser drenada, e a declividade adotada. A descarga é obtida pelos estudos hidrológicos; a declividade, quando não imposta pelo projeto, é de escolha do projetista, desde que obedecidos os limites anteriormente fixados.

  • Determinação do comprimento do bueiro: Nos bueiros normais à rodovia a determinação do comprimento é simples, feita pela gabaritagem normal da seção do projeto levantada no local da travessia, a partir da cota do greide na estaca de localização.   Nas travessias esconsas as extensões sob a plataforma e sob os taludes são alongadas. A largura da plataforma esconsa (Le) é dada por Le = Ln / cos (e), onde Ln é a largura da plataforma normal e (e) a esconsidade. A inclinação normal do talude 1:a ( V/ H ) se alonga para 1:a / cos (e). Com esses elementos se gabarita a seção de um bueiro esconso. Sobre a seção gabaritada traça-se o perfil ao longo do eixo do bueiro, definindo seu comprimento, folgas e posicionamento das alas, bem como a altura do aterro sobre o bueiro e valas e descidas d'água porventura necessárias.







L = (B / cos ) / cos e

 

Fundações

Os bueiros circulares de concreto podem, quanto às fundações, ter soluções simples, com assentamento direto no terreno natural (apenas com uma ligeira acomodação cilíndrica) ou em valas de altura média do seu diâmetro. É sempre recomendável uma base de concreto magro, para melhor adaptação ao terreno natural.

Para os bueiros metálicos, independentemente da forma ou tamanho, as fundações serão simples, necessitando, quase sempre, apenas de uma regularização do terreno de assentamento.

Em função da altura dos aterros podem, porém, exigir cuidados especiais nas fundações.



Esquemas de fundações:

 


SALIENTES

EM VALAS

TERRA

ROCHA

TERRA

ROCHA

CONDENÁVEL

Não conformado com a base do tubo



CONDENÁVEL

Colchão de terra pouco profundo



CONDENÁVEL

Diretamente apoiado no fundo



CONDENÁVEL

Colchão de terra pouco profundo



Ordinários :

Mínimo De/10

Conformado exatamente com a base do tubo


          De + 0,10

Min d/10


a = 0,20 m/m (H<5 m)

a = 0,04 m/m (H>5 m)



0,15 m

mínimo 0,50 m



0,15 m

colchão de terra:

0,04 m/m (H>5 m), mínimo 0,20 m


Primeira classe

Solo compactado

Min 0,3 De

Min 0,1 De


Concreto magro

Min De/4


Min Di/4

0,30

mínimo 0,8De

areia bem adensada


0,30

Min De/4


Min Di/4

 
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