MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL VIAS DE COMUNICAÇÃO. Luís de Picado Santos Drenagem

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1 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL VIAS DE COMUNICAÇÃO Luís de Picado Santos Drenagem Caracterização das possibilidades de intervenção Estimativa do caudal de ponta de cheia 1/24 1

2 Efeito negativo da água Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura TALUDES instabilidade (erosão, rotura). PLATAFORMA NA FASE DE CONSTRUÇÃO redução 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 vezes maior quando as camadas estão saturadas). desagregação de misturas betuminosas. UTENTES redução da aderência; redução da visibilidade. chuva escoamentos superficiais estrato permeável água de percolação nível freático obras de captação e escoamento da água 2/24 2

3 Tipos de drenagem Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura DRENAGEM SUPERFICIAL Visa 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 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 escoamentos superficiais estrato permeável água de percolação nível freático obras de captação e escoamento da água aterro Passagem hidráulica (aqueduto) 3/24 3

4 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 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. 4/24 4

5 Dispositivos comuns da zona da plataforma A B E C F D A vala ou valeta de crista B vala ou valeta de banqueta C valeta de plataforma em material impermeável D dreno de intersecção longitudinal associado a valeta de plataforma E valeta de berma para protecção de talude de aterro F vala ou valeta de pé de talude de aterro 5/24 5

6 valeta de plataforma Dispositivos comuns da zona da plataforma 6/24 6

7 Dispositivos comuns da zona da plataforma valeta de berma para protecção de talude de aterro 7/24 7

8 Dispositivos comuns da zona da plataforma valeta de pé de talude de aterro 8/24 8

9 Dispositivos comuns da zona da plataforma valeta de crista (valeta de banqueta) 9/24 9

10 Dispositivos comuns da zona da plataforma Esquema de funcionamento dum dreno 10/24 10

11 Esquema de um dreno de intersecção longitudinal Dispositivos comuns da zona da plataforma 11/24 11

12 Esquema de drenos de rebaixamento do nível freático Dispositivos comuns da zona da plataforma 12/24 12

13 Dispositivos comuns da zona da plataforma Esquema de drenos de intercepção transversal PAVIMENTO LEITO DO PAVIMENTO SOLO DE FUNDAÇÃO geotêxtil DRENO DE INTERCEPÇÃO TRANSVERSAL 13/24 13

14 Aquedutos ou passagens hidráulicas Dispositivos de drenagem transversal superficial 14/24 14

15 Escoamento em bacias hidrográficas Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura 15/24 15/24 15

16 Escoamento em bacias hidrográficas Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura tempo I (mm/h) ta tempo de ascensão Qmax Hietograma caudal de base tb tempo base tc tempo de concentração Hidrograma q (m3/s.m2) tempo a parte da precipitação total que se transforma directamente em escoamento 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 subsuperficial 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. 16/24 16

17 Escoamento em bacias hidrográficas Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura 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. Tipo de Drenagem Itinerários Principais e Secundários Outras Estradas e Estradas Municipais TMD > 2000 TMD < < TMD < 500 TMD < 100 zu zre zr zu zre zr zu zre zr zu zre zr transversal (aquedutos, pontes, etc.) superficial (na plataforma e margens) 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 Tempo de Retorno Precipitação total (mm) para duração de (anos) 10 min 20 min 30 min 60 min 10 11,6 22,4 28,5 37, ,6 33,1 38,0 46, ,1 37,6 40,7 50,1 17/24 17

18 Avaliação do caudal de ponta de cheia Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura 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. tp I (mm/h) tp I (mm/h) q (m 3 /s.m 2 ) qp tc > tp q (m 3 /s.m 2 ) qp,max tc < tp ta tb t ta = tc tb t 18/24 18

19 Avaliação do caudal de ponta de cheia (exemplo) LOCALIZAÇÃO - COIMBRA ÁREA DA BACIA (A em ha) DESNÍVEL (h em m )- 208 COMPRIMENTO (l em m ) PERMEABILIDADE DO SOLO - C COBERTURA VEGETAL - 60% rotação de culturas segundo c. n. 40% floresta muito aberta 19/24 19

20 Avaliação do caudal de ponta de cheia Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura TEMPO CARACTERÍSTICO - t k t k (horas) t k (horas) = 1,0 l h 1,15 4 = 3,24.10, com l e h em m 0,38 PRECIPITAÇÃO TOTAL - P t Intensidade de Precipitação i (obtida através das curvas I-D-F para o país) b i (mm / h) = a.t p, com t p (min) tempo de precipitação; a e b parâmetros de calibração Fazendo o T (tempo de retorno) = 20 anos e o t p =t k =60 min, vem 0,538 i(mm / h) = 317,74.60 = 35,1 Então virá P t (mm) = i.t p = 35,1.1 = 35,1 20/24 20

21 Avaliação do caudal de ponta de cheia Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura 21/24 21

22 Avaliação do caudal de ponta de cheia Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura N = 0,6 x ,4 x 86 = 83 Grupo de Investigação em Vias de Comunicação 22/24 22

23 PRECIPITAÇÃO ÚTIL P u Pt ,4 + 2 = 25,4 N P u (mm) = 7,9 Pt ,4 N CAUDAL DE PONTA DE CHEIA Qp Qp(m 3 Pu.A / s) = 480,6. 0,6.t k + t p 2 2 = 14,9 A (ha), área da bacia hidrográfica Pu (mm), precipitação útil tp (horas), tempo de precipitação tp (horas), tempo característico 23/24 23

24 Avaliação do caudal de ponta de cheia (método racional) Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura Bacias Hidrográficas com A< 80 ha (<100 ha; <30 ha) Qp = C.I.A 360 Qp em m 3 /s I em mm/h A, área da bacia hidrográfica, em ha C, coeficiente de escoamento (tabela debaixo ou N/100) Tipo de área de drenagem Pavimentos de betão betuminoso ou de cimento 0,70-0,95 Pavimentos não impermeabilizados (de gravilha ou macadame hidráulico) 0,40-0,70 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 C= 83/100 A = 100 ha t k = 0,25 horas T = 20 anos => I = 74 mm/h Qp = 0,83 x 74 x 100 / 360 = 17,1 m 3 /s 24/24 24