Pavimentacao[1]

EFREN DE MOURA FERREIRA FILHO

LUIZ CARLOS ALMEIDA DE ANDRADE FONTES

AVALIAÇÃO CRÍTICA DOS PROCEDIMENTOS

METODOLÓGICOS EMPREGADOS NO PROJETO E

DIMENSIONAMENTO DE DRENOS DE PAVIMENTO

RODOVIÁRIO NA AVENIDA DEPUTADO LUIS EDUARDO

MAGALHÃES, EM SALVADOR/BAHIA

ESTUDO DE CASO

Salvador-BA

2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

ESCOLA POLITÉCNICA

DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES

CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO








ESTUDO DE CASO

Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Pavimentação

Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia, como requisito

para obtenção do título de Especialista

Orientador: Engo Ms ANÍBAL COELHO DA COSTA

Co-Orientador: Engo Ms LUIS EDMUNDO PRADO DE CAMPOS

Salvador - BA.

2010

F383 Ferreira Filho, Efren de Moura

Avaliação crítica dos procedimentos metodológicos empregados no projeto e dimensionamento de drenos de pavimento rodoviário na Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, em Salvador-Bahia: estudo de caso / Efren de Moura Ferreira Filho, Luiz Carlos de Andrade Fontes. Salvador, 2010

114 f. : il. color.

Orientador: Prof. Dr. Aníbal Coelho da Costa Co-Orientador: Prof. Dr. Luis Eduardo Prado de Campos

Monografia (especialização) – Universidade Federal da Bahia. Escola Politécnica, 2010.

1. Drenagem de rodovias. 2. Águas subterrâneas – Escoamento. I. Fontes, Luiz Carlos Almeida de Andrade.II. Costa, Aníbal Coelho da III. Campos, Luis Eduardo Prado de. IV. Universidade Federal da Bahia. V. Título.

CDD.: 625.734








ESTUDO DE CASO

Monografia apresentada como requisito para obtenção do título de Especialista, Escola

Politécnica, Universidade Federal da Bahia

Aprovada em 23 de Março de 2010.

Banca Examinadora

.

Engo e Ms Aníbal Coelho da Costa, Orientador

Departamento de Infra-Estrutura de Transportes do Estado da Bahia – DERBA

Engo Bruno Jardim da Silva, Examinador

Universidade Federal da Bahia - UFBA

Engo e Especialista Marcos Augusto Jabôr, Examinador

Departamento de Estradas de Rodagem de Minas Gerais - DERMG

iii

DEDICATÓRIA

Dedicamos este trabalho primeiramente a Deus;

Dedicamos esta monografia a nossa família, pela fé e confiança demonstrada;

Aos nossos amigos, pelo apoio incondicional;

Aos Professores, pelo simples fato de estarem dispostos a ensinar;

Aos Orientadores, pela paciência demonstrada no decorrer do trabalho;

Enfim, a todos que de alguma forma tornaram este caminho mais fácil de ser seguido.

iv

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradecemos a DEUS, por acreditar que a nossa existência pressupõe uma

outra infinitamente superior.

Nossos sinceros agradecimentos a todos aqueles que de alguma forma doaram um pouco de si

para que a conclusão deste trabalho se tornasse possível:

As nossas esposas e filhos pelo carinho, companheirismo, por todos os momentos de

felicidades, alegrias e principalmente, de dificuldades, pois nas dificuldades é que nos

deram forças para crescermos e nos tornarmos melhores;

Ao nosso Orientador, Mestre Aníbal Coelho da Costa, pelo apoio e disponibilidade

nesta tarefa;

Ao Co-Orientador, Mestre Luis Edmundo Prado de Campos, pela presteza, dedicação

e generosidade no decorrer do andamento do nosso trabalho;

Ao Engenheiro Marcos Augusto Jabôr, por ter despertado nosso interesse pela

drenagem das rodovias e pelas excelentes sugestões oferecidas durante os vários

momentos de diálogos técnicos, contribuindo sobremaneira para o enriquecimento do

nosso trabalho;

Ao Engenheiro Aylton Alvarez Garrido, guerreiro de muitas lutas, pelo apoio dado nas

informações técnicas sobre drenagem subsuperficial e que nunca mediu esforços para

nos ajudar;

À Prefeitura Municipal de Salvador/SUCOP, mediante os Engenheiros Antonio Carlos

Costa e Juan Gómez Cordero, pelo suporte inicial, permitindo acesso à documentação

técnica – AVENIDA DEPUTADO LUIS EDUARDO MAGALHÃES/PROJETO

EXECUTIVO – VOLUME 1: Relatório de Projeto, que pode ser localizado na

Biblioteca da Superintendência de Urbanização da Capital – SURCAP, bem como

para a realização de coleta de material na Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães,

mediante permissão para abertura de poço de sondagem e realização de ensaios in situ;

v

Ao corpo técnico do Laboratório de Geotecnia da Escola Politécnica da Universidade

Federal da Bahia, em especial aos Professores Luis Edmundo Prado de Campo e Paulo

César Burgos, e aos prestativos e dedicados técnicos Armando José da Silva, Mariana

Leite Cunha, José Renato da Silva e José Magno da Silva Sobrinho pelo constante

apoio durante as coletas de materiais nas jazidas e na abertura do poço de sondagem,

assim como na realização dos ensaios de laboratório, sempre com motivada alegria e

disposição;

Ao Professor Dr. Sandro Lemos Machado, Coordenador do Laboratório de Geotecnia

Ambiental da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia, que de maneira

incondicional ofereceu total apoio para utilização do equipamento Guelph na

realização dos ensaios de permeabilidade de campo/interpretação, disponibilizando o

técnico Jeová Cirilo da Gama durante todo o procedimento, a quem igualmente

registramos nossa gratidão;

Aos colegas do DERBA, Engenheiros Ubirajara Manoel de C. Souza e Solange Bastos

Costa, pelos ensinamentos e esforço colaborativo para que fosse possível a realização

dos ensaios de laboratório, bem como ao grande Laboratorista Pedro Alcântara, pela

prontidão em nos ajudar na realização dos ensaios.

Ao Coordenador do Curso de Pavimentação/Departamento de Transportes da Escola

Politécnica/UFBA, Prof. MC Élio Santana Fontes, pelas constantes cobranças e

incentivo para a elaboração deste trabalho monográfico;

Aos funcionários do Núcleo de Serviços Tecnológicos da Escola Politécnica/UFBA

pelo sempre gentil atendimento aos alunos do Curso de Pavimentação, em especial à

Secretaria Reijane Silva Gomes;

Aos colegas do Departamento de Transportes da Escola Politécnica/UFBA e do

Departamento de Ciências Exatas e da Terra – Campus I da Universidade do Estado da

Bahia pelo apoio à qualificação do docente Luiz Carlos Almeida de Andrade Fontes,

bem como à Escola Média de Agropecuária Regional da CEPLAC, pela liberação e

apoio à qualificação do docente Efren de Moura Ferreira Filho;

E, por fim, agradecemos, a todos que, de forma indireta, contribuíram para a realização

do nosso trabalho monográfico, principalmente nos diversos momentos em que

vi

surgiram dificuldades na sua execução, destacando-se de modo especial à generosa e

não amplamente reconhecida sociedade brasileira de rostos anônimos que continua a

patrocinar a evolução intelectual e profissional dos autores, servidores públicos com

imensa honra desta condição, mediante instituições de ensino públicas e gratuitas.

vii

“Se tens que lidar com água, consulte primeiro a experiência, depois a razão”.

Leonardo da Vinci

viii

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS............................................................................................................xii

LISTA DE CROQUIS...........................................................................................................xv

LISTA DE QUADROS.........................................................................................................xvi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS.........................................................................xvii

LISTA DE SÍMBOLOS .......................................................................................................xix

RESUMO.............................................................................................................................xxiii

ABSTRACT........................................................................................................................ xxiv

CAPITULO 1 (A PESQUISA)

1 INTRODUCÃO......................................................................................................................1

1.1 IMPORTÂNCIA DA PESQUISA.....................................................................................2

1.1.1 Objetivos da Pesquisa.............................................................................................4

1.1.1.1 Objetivo Geral...............................................................................................4

1.1.1.2 Objetivos Específicos....................................................................................4

1.2 CARACTERÍSTICAS DO EMPREEDIMENTO RODOVIÁRIO URBANO.................5

1.2.1 Localização e Descrição..........................................................................................5

1.2.2 Estudos de Engenharia Realizados........................................................................7

1.2.2.1 Estudos Geotécnicos e Geológicos...............................................................8

1.2.2.2 Estudos Hidrológicos....................................................................................9

1.2.3 Projetos de Engenharia Elaborados....................................................................13

1.2.3.1 Projeto de Drenagem...................................................................................14

1.2.3.2 Projeto de Pavimentação.............................................................................16

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO MONOGRÁFICO.......................................... ...........19

ix

CAPITULO 2 (REVISÃO BIBLIOGRÁFICA)

2 REVISÃO DA LITERATURA........................................................................................20

2.1 ESTADO DA ARTE:visão panorâmica.......................................................................20

2.2 EFEITOS DELETÉRIOS DA PRESENÇA DA ÁGUA..............................................23

2.2.1 Origem da Água nos Pavimentos......................................................................26

2.2.1.1 Infiltração.................................................................................................26

2.2.1.2 Capilaridade.............................................................................................30

2.3 O MOVIMENTO DA ÁGUA EM MEIOS POROSOS...............................................30

2.3.1 Movimento da Água Livre nos Pavimentos e seus Efeitos......... ...................31

2.3.1.1 Análise dos Defeitos mais Preponderantes Devido a Movimentação da

Água Livre...............................................................................................33

2.4 CONCEPÇÕES DE PROJETOS DE DRENAGEM SUBSUPERFICIAL..................37

2.4.1 Aspectos Conceituais Envolvidos na Teoria Hidrodinâmica nos Meios

Porosos................................................................................................................39

2.4.1.1 Componentes do Sistema.........................................................................40

2.4.1.1.1 Camada Drenante.................................................................................40

2.4.1.1.2 Drenos Rasos Longitudinais.................................................................45

2.4.1.1.3 Saídas Laterais dos Drenos..................................................................48

2.5 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO...................................................................49

2.5.1 Estimativa da Infiltração de Projeto: volume de água que infiltra na estrutu

ra..........................................................................................................................49

2.5.1.1 Método de Cedergren...............................................................................49

2.5.1.2 Método da AASHTO/FHWA.................................................................. 50

2.5.2 Dimensionamento Hidráulico da Camada Drenante......................................51

2.5.3 Dimensionamento dos drenos longitudinais subsuperficiais coletores,

incluindo a definição do espaçamento entre as saídas de água.................... 52

2.5.4 Vazão de projeto.................................................................................................52

2.6 RELAÇÕES ENTRE O SISTEMA DE DRENAGEM SUBSUPERFICIAL E A

DRENAGEM DE PAVIMENTO DO PONTO DE VISTA DO DIMENSIONA

MENTO........................................................................................................................ 55

2.7 CONSIDERAÇÕES FINAIS........................................................................................55

x

CAPITULO 3 (ASPECTOS METODOLÓGICOS)

3 PROCEDIMENTOS E METODOLOGIA EXPERIMENTAL...................................57

3.1 ESTUDO E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS UTILIZADOS NA CONS

TRUÇÃO DO CORPO ESTRADAL E NOS DRENOS RASOS LONGITUDI

NAIS............................................................................................................................ 65

3.1.1 Laboratório de Geotecnia/UFBA......................................................................65

3.1.2 Laboratório de Geotecnia Ambiental/UFBA...................................................68

3.1.3 Laboratório do Departamento de Infra-Estrutura do Estado da Bahia/

DERBA................................................................................................................69

3.2 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE PARCIAL DOS RESULTADOS............................69

CAPITULO 4 (MODELAGEM TEÓRICA)

4 MODELAGEM TEÓRICA PARA A ELABORAÇÃO DO PROJETO E DIMEN

SIONAMENTO DOS DRENOS RASOS LONGITUDINAIS......................................74

4.1 TÓPICOS TEÓRICOS ESSENCIAIS..........................................................................75

4.2 BASE DRENANTE......................................................................................................76

4.2.1 Objetivo e características das bases drenantes................................................76

4.2.2 Dimensionamento hidráulico: considerações iniciais sobre o modelo teórico..77

4.2.3 Determinação da quantidade de água a drenar...............................................78

4.2.4 Determinação da espessura da camada de base drenante..............................79

4.2.5 Determinação do valor do gradiente hidráulico..............................................80

4.2.6 Dimensionamento dos drenos rasos longitudinais...........................................82

4.2.7 Dimensionamento das saídas de água para o deságüe (sangria) ...................86

4.2.8 Verificação do tempo máximo de permanência da água livre no interior

da camada de base drenante............................................................................. 87

CAPITULO 5 (APLICAÇÃO NUMÉRICA DA MODELAGEM TEÓRICA)

5 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL NA AVENIDA DEPUTADO LUIS EDUARDO

MAGALHÃES...................................................................................................................89

5.1 DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE DRENAGEM SUBSUPERFICIAL NO ESTUDO

MONOGRÁFICO.........................................................................................................89

5.2 APLICAÇÃO NUMÉRICA USANDO A MODELAGEM TEÓRICA DESEN

VOLVIDA.....................................................................................................................92

5.2.1 Avaliação da infiltração de projeto (Ip)...........................................................92

xi

5.2.2 Dimensionamento da camada drenante...........................................................93

5.2.3 Determinação da espessura da camada de base drenante..............................94

5.2.3.1 Comentário..............................................................................................95

5.2.4 Dimensionamento dos drenos rasos longitudinais...........................................95

5.2.5 Dimensionamento das saídas de água para o deságüe (sangria)....................96

5.2.6 Verificação do tempo máximo de permanência da água livre no interior

da camada de base drenante..............................................................................97

5.2.6.1 Comentário 1............................................................................................98

5.2.6.2 Comentário 2..........................................................................................101

5.2.6.3 Comentário 3..........................................................................................102

CAPITULO 6 (CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES)...................................... 104

REFERÊNCIAS....................................................................................................................113

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA......................................................................................116

APÊNDICES ........................................................................................................................117

xii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Traçado de vale da Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães . . . . . . . .

Figura 1.2 Via urbana caracterizada por tráfego rápido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 1.3 Via urbana com duas pistas de tráfego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 1.4 Limites extremos da Avenida: à esquerda - Viaduto da BR 324; à

direita – Avenida Luís Viana Filho (“Avenida Paralela”) . . . . . . . . .

Figura 1.5 Entrada d’água (“boca de lobo”) . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...

Figura 1.6 Valeta de pé de corte-descida d’água da crista de corte . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 1.7 Posicionamento do dreno longitudinal junto ao meio fio . . . . . . . . . . . . . .

Figura 1.8 Detalhes do dreno do pavimento - dimensões e constituição . . . . . . . . . . . .

Figura 1.9 Detalhes da saída do dreno de pavimento

Figura 1.10 Revestimento em CAUQ apresentando ótimas características superficiais

Figura 1.11 Condições do revestimento asfáltico no trecho do túnel

Figura 1.12 Seção transversal típica de projeto do pavimento

Figura 2.1 Superfície de pavimento asfáltico com trincamento excessivo (Azevedo, 2007)

Figura 2.2 Superfície do CCP trincada (Azevedo, 2007)

Figura 2.3 Ação da água livre em pavimentos asfálticos (Azevedo, 2007)

Figura 2.4 Efeitos do bombeamento em pavimentos de CCP (Azevedo, 2007)

Figura 2.5 Esquema do sistema de drenagem subsuperficial (Azevedo, 2007)

Figura 2.6 Posicionamento recomendado para a camada drenante em pavimentos rurais

(Pereira, 2003)

Figura 2.7 Posicionamento recomendado para a camada drenante em pavimentos urbanos

(Pereira, 2008)

xiii

Figura 3.1 Areal explorado comercialmente pela empresa OTOMAR MINERAÇÃO

Figura 3.2 Coleta de amostras representativas na “Jazida de Arenoso – Aratu”

Figura 3.3 Amostragem de material na “Jazida de Arenoso – Parafuso”

Figura 3.4 Pedreira Civil – à esquerda: figura parcial da jazida; à direita: coleta de

amostras representativas de agregados pétreos

Figura 3.5 Coleta de material solo utilizado durante a terraplanagem para construção de

terreno de fundação do pavimento (subleito)

Figura 3.6 Marcação na superfície do pavimento da localização do poço de sondagem

Figura 3.7 Execução da abertura do poço de sondagem

Figura 3.8 Amostragem do revestimento em CAUQ

Figura 3.9 Amostragem da camada de base (Brita graduada)

Figura 3.10 Amostragem da camada de sub-base (areia)

Figura 3.11 Amostragem da camada drenante (colchão de areia)

Figura 3.12 Amostragem do subleito

Figura 3.13 Medida da permeabilidade da camada de base (BG)

Figura 3.14 Topo da camada de sub-base (areia – Foto à esquerda) e a medida de sua

permeabilidade (Foto à direita)

Figura 3.15 Topo da camada do subleito (Foto à esquerda) e a abertura da camada para

medida de sua espessura e da permeabilidade

Figura 3.16 Medida da permeabilidade da camada drenante ⁄subleito

Figura 4.1 Posicionamento recomendado para a camada drenante em pavimentos

tipicamente urbano (Pereira, 2008)

Figura 4.2 Modelo teórico–geométrico para o escoamento da camada de base drenante

Figura 4.3 Parcela de contribuição da vazão da camada de base drenante para o dreno

longitudinal (QR)

Figura 4.4 Detalhe geométrico-hidráulico da vazão unitária (QR)

xiv

Figura 5.1 Vista panorâmica da área de investigação

Figura 5.2 Localização da abertura do poço de sondagem, posicionado lateralmente ao

dreno longitudinal existente sob o passeio

Figura 5.3 Detalhes do dreno raso longitudinal, conforme projetado

Figura 5.4 Detalhe do dreno raso longitudinal após abertura do poço de sondagem

Figura 5.5 Localização do dreno raso longitudinal no trecho investigado e do poço de

sondagem executado na via (Estaca 439+0,00)

Figura 5.6 Sugestão para o novo posicionamento altimétrico do dreno raso longitudinal

xv

LISTA DE CROQUIS

Croquis 1 Localização do “Areal Otomar”

Croquis 2 Localização da “Jazida de Arenoso – Aratu”

Croquis 3 Localização da “Jazida de Arenoso – Parafuso”

Croquis 4 Localização da Pedreira Civil

xvi

LISTA DE QUADROS

Quadro 2.1 Banco de dados e segmentos rodoviários analisados (Wyatt e Macari, 2000)

Quadro 2.2 Coeficientes de permeabilidade (Pinto, C.S.,2000)

Quadro 3.1 Quadro informativo das amostras de materiais coletados nas jazidas

Quadro 3.2 Quadro informativo das amostras coletadas no corpo do pavimento em estudo

Quadro 3.3 ensaios de permeabilidade executados no laboratório com as amostras coletadas

na Pedreira Civil

Quadro 3.4 ensaio de permeabilidade executado no laboratório com a amostra coletada na

camada de base do pavimento em estudo

Quadro 3.5 ensaios de permeabilidade executados no campo (Permeâmetro tipo Guelph) na

camada de base do pavimento em estudo

Quadro 3.6 ensaio de permeabilidade executado no laboratório com amostra coletada na

jazida, cujo material foi empregado na construção da camada de sub-base do

pavimento em estudo

Quadro 3.7 ensaio de permeabilidade executado no laboratório com amostra coletada no

talude de corte, cujo material foi empregado na construção da camada de

subleito do pavimento em estudo


camada de sub-base do pavimento em estudo


camada de subleito do pavimento em estudo

Quadro 3.10 ensaios de permeabilidade executados no campo (permeâmetro tipo Guelph) na

camada de sub-base e na camada drenante/subleito do pavimento em estudo

xvii

Quadro 3.11 ensaio de permeabilidade executado no laboratório com a amostra coletada nas

jazidas de “Arenoso”

Quadro 5.1 Valores comerciais para canalizações da marca Kanaflex

Quadro 5.2 Resultados dos cálculos do dimensionamento com emprego de planilha

eletrônica

xviii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials

BR - Rodovia Federal

BG - Brita Graduada

CAUQ - Concreto Asfáltico Usinado a Quente

CBR - California Bearing Ratio

CBUQ - Concreto Betuminoso Usinado a Quente

CCP - Concreto de Cimento Portland

CONDER - Companhia de Desenvolvimento da Região Metropolitana de Salvador

DERBA - Departamento de Infra-Estrutura de Transportes da Bahia

DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DNIT - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes

DRIP - Drainage Requirements for Pavements

FHWA - Federal Highway Administration

GEPES - Gerência de Pesquisas e Desenvolvimento

HRB - Higway Research Board

ISC - Índice de Suporte Califórnia

IG - Índice de Grupo

IP - Índice de Plasticidade

IS - Índice de Suporte

LL - Limite de Liquidez

LP - Limite de Plasticidade

ME - Método de Ensaio

PRA - Public Road Administration

RMS - Região Metropolitana de Salvador

SICAR - Sistema Cartográfico da Região Metropolitana de Salvador

SPT - Serviço de Pesquisa Tecnológica

SURCAP - Superintendência de Urbanização da Capital

xix

SUCOP - Superintendência de Conservação e Obras Públicas

TRB - Transportation Research Board

UFBA - Universidade Federal da Bahia

USA - United States of America

USACE - United States Army Corps of Engineers

xx

LISTA DE SÍMBOLOS

tC - Tempo de concentração, em horas;

L - Comprimento do talvegue, em quilômetro;

H - Diferença de nível entre o ponto mais afastado da bacia e o ponto do talvegue

considerado, em metros;

I - Intensidade da chuva crítica, em litros por segundo por hectare;

TR - Tempo de recorrência, em ano;

tc - Tempo de duração da chuva, considerado igual ao tempo de concentração da bacia

contribuinte, em minuto;

Q - Vazão, em litros por segundo;

C - Coeficiente de deflúvio superficial;

A - Área da bacia contribuinte, em hectare;

CD - Coeficiente de distribuição da chuva, para área com valor superior a 20 hectares

Q - Vazão (m³/s);

k - Coeficiente de permeabilidade (m/s);

i - Gradiente hidráulico (m/m);

A - Área da seção transversal normal à direção do fluxo hidráulico (m2);

V - Velocidade de percolação da água (m/s);

L - Distância percolada pela água (m);

∆H - Carga hidráulica (m);

n - Porosidade;

e - Índice de vazios;

k - Permeabilidade, em cm/s;

ρ - “Densidade” do material (massa específica aparente);

ρS - Massa específica real dos grãos ≈ 2,68 g/cm³ (valor médio);

D10 - Diâmetro efetivo 10% correspondente a passando na peneira (mm);

P200- Porcentagem de finos (material que passa na peneira no 200);

Q - Vazão de infiltração numa faixa de largura de 1 m, em cm³/s;

xxi

D - Comprimento da trajetória percorrida pela água na camada drenante, em m

Ip - Infiltração do projeto, em cm/s;

L - Largura da plataforma, em m;

α - Declividade longitudinal da pista, em m/m;

Eef - Espessura efetiva da camada drenante, em cm;

D15 - Tamanho dos grãos correspondente a 15 % de material passando na peneira;



qi - Vazão de infiltração, m³/dia/m²;

C - Coeficiente de infiltração;

R - Precipitação de projeto, em mm/h;

F - Fator de conversão, igual a 0,24 para mm/h;

Ic - Razão de infiltração através das juntas/trincas, em m³/dia/m;

Nc - Número de trincas longitudinais;

Wc - Comprimento das juntas/trincas transversais, em m;

W - Largura da base permeável, em m;

Cs - Espaçamento das juntas/trincas transversais, em m;

kp - Permeabilidade da estrutura de pavimento, em m/dia;

qd - Vazão de projeto, em m³/dia/m;

H - Espessura da base, em m;

Ne - Porosidade efetiva;

U - Porcentagem de drenagem;

td - Tempo de drenagem, em h;

k - Coeficiente de permeabilidade, em m/dia;

ß - Declividade transversal da pista, em m/m;

Vs - Velocidade de percolação através dos vazios, em m/dia;

k - Coeficiente de permeabilidade, em m/dia;

V - Velocidade de descarga, em m/dia;

Ip - Intensidade pluviométrica de projeto (m/s);

C - Taxa de infiltração para a camada de revestimento;

A - Área da superfície do revestimento asfáltico com geometria retangular (m²);

Qp - Vazão de infiltração (m³/dia);

xxii

Ip - Intensidade pluviométrica de projeto (m/h);

D - Comprimento horizontal da faixa de penetração das águas pluviais (m);

E - Espessura da camada de base drenante (m);

α - Declividade longitudinal da via no trecho considerado (m/m);

β - Declividade transversal da via no trecho considerado (m/m);

L - Largura teórica da faixa de infiltração das águas de chuva na superfície do revestimento

asfáltico (m);

D - Comprimento horizontal da faixa de penetração das águas pluviais, que corresponde à

projeção horizontal da reta de maior declive (m);

X - Projeção horizontal da reta de maior declive sobre um plano vertical passando pelo eixo

do dreno raso longitudinal (m);

A - Ponto localizado no nível inferior da camada de base drenante;

B - Ponto localizado no nível de fluxo da camada de base drenante sobre o dreno raso

longitudinal;

C - Ponto localizado no nível de fluxo da camada de base drenante sobre o dreno raso

longitudinal;

h - Diferença de nível entre os pontos considerados A, B e C;

C - Coeficiente de rugosidade das paredes internas do tubo;

D - Diâmetro interno do tubo (m);

I - Declividade longitudinal do dreno (m/m);

V - Velocidade de escoamento (m/s);

RH - Raio hidráulico (m);

γ - Coeficiente de rugosidade das paredes internas do tubo;

A - Área correspondente à da seção molhada no sentido perpendicular ao fluxo (m2);

QR - Parcela da contribuição oriunda da camada de base drenante que irá fluir para o dreno

raso longitudinal (m3/s/m), denominada de vazão unitária;

L - Largura teórica da faixa de infiltração das águas de chuva na superfície do revestimento

asfáltico;

Vd - Velocidade média da água através da área total da seção transversal com largura unitária

(velocidade de descarga);

VS - Velocidade média da água escoando através dos poros contidos na seção transversal com

largura unitária;

xxiii

T - Tempo máximo permissível de drenagem

I - Intensidade da chuva crítica, em litros por segundo por hectare;


tc - Tempo de duração da chuva, considerando igual ao tempo de concentração da bacia

contribuinte, em minuto;

Q - Vazão (m3/dia) que penetra no pavimento através do revestimento;

C - Taxa de infiltração para a camada de revestimento;

IP - Intensidade pluviométrica de projeto (m/h);

D - Comprimento horizontal da faixa de penetração das águas pluviais (m);

e - Índice de vazios;

T - Tempo gasto pelas partículas de água que percolam através do pavimento para atingir

os drenos longitudinais coletores;


qi - Índice Infiltração do Projeto;

IC - Índice Infiltração de Trincas;

Nc- Número de trincas, em juntas longitudinais, que permitem a entrada d’água

xxiv

RESUMO

Tem-se verificado na elaboração do Projeto Executivo de Engenharia Rodoviária que a

drenagem do corpo do pavimento, na maioria das vezes, é considerada sem uma estreita

observância técnica com a concepção da estrutura do pavimento, portanto, sendo relegada em

segundo plano, dando ênfase somente na metodologia de dimensionamento de pavimento, não

envolvendo em seu projeto estrutural outras variáveis que podem afetar a sua vida útil de

serventia quando sob a ação interativa do tráfego e de condições ambientais. Observa-se

elevado grau de deterioração superficial em grande parte da malha rodoviária brasileira,

causada pela ação de tráfego intenso e pesado, fator este associado à quase inexistência de

manutenção preventiva, favorecendo para a ocorrência de danos na estrutura do pavimento

associados aos efeitos promovidos pela infiltração de águas livres decorrentes das chuvas que

circulam pelas trincas da capa de rolamento. Diante do exposto, este trabalho monográfico, na

modalidade de Estudo de Caso, estabelece uma análise crítica dos procedimentos

metodológicos empregados no projeto e dimensionamento de drenos de pavimento rodoviário

executado em determinado trecho da Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, pertencente

à malha viária do Município de Salvador – Bahia. Analisa a influência das condições de

drenagem subsuperficial no desempenho de sua funcionalidade. Procurou-se estabelecer

avaliação crítica dos procedimentos metodológicos comumente empregados na prática

profissional da engenharia para a elaboração do projeto e dimensionamento de drenos de

pavimentos rodoviários (diretrizes contidas no Manual de Drenagem Rodoviária/DNIT) com

orientações firmadas nos fundamentos da teoria hidráulica do fluxo de água em meios

porosos. Realizou, além da abordagem teórica, medidas experimentais de laboratório/campo,

tais como granulometria, massa específica real dos grãos, permeabilidade, etc., cujos ensaios

foram executados com amostras representativas dos materiais empregados na construção dos

elementos drenantes e também nas diversas camadas do pavimento. Verificou-se que a função

hidráulica essencial do sistema de drenagem subsuperficial para proteger o pavimento não terá

eficácia, pois a água livre de infiltração ficará confinada no corpo do pavimento. Detectou-se

que, apesar da implantação do sistema de drenagem subsuperficial (camada drenante, drenos

rasos longitudinais e saídas d’água (sangrias)) na via urbana, objeto deste estudo de caso,

poderá ocorrer acentuada evolução no aparecimento de sinais deletérios no pavimento após o

estágio inicial de ocorrências de fissuras superficiais, favorecendo a infiltração das águas de

chuva que circularão livremente na interface das camadas superficiais, resultando na

combinação de efeitos da ação do tráfego, intenso e pesado, com a presença da água livre

infiltrada e confinada, em decorrência da incapacidade de adequado funcionamento hidráulico

do sistema de drenagem executado no corpo do pavimento.

Palavras Chave: Drenagem, Drenagem Subsuperficial de Pavimento, Drenos Rasos

Longitudinais.

xxv

ABSTRACT

There has been observed that less attention has been given subdrainage the body of the

pavement in the development of the Project Executive of the Road Engineering, most of the

time, is considered without close technical compliance with the design of the structure of the

pavement, thus being relegated in the backgroud, emphasining only the methodology

pavement design, not involving in this structural design for other variables that may affect

their life of usefulness when under the influence of interactive traffic and emvirements

conditions. Observed a high degree of surface deterioration in much of the road network in

Brazil, caused by the intensive traffic and heavy, a factor associated to almost complete lack

of preventive maintenance, favoring the occurence os damage to the structure of the pavement

associated with the effects promoted the infiltration of free water from the rains that circulate

through the broken skin surface. From this fact, this monograph work, in the form of Case

Study, provides a critical analysis of the methodological procedures employed in the design

and dimensioning of subdrainage of pavement over portion of Avenue Congressman Luis

Eduardo Magalhães, belonging to the road network in the city of Salvador-Bahia. Analyses

the influence the subsurface drainage conditions on the performance of this functionality.

Sought to establish critical evaluation of methodological procedures commonly employed in

the professional practice of engineering project design and dimensioning of subsurface drains

of pavements (guidelines contained in the Highway Drain Manual/DNIT), wedged in the

fundamentals of hydraulic theory of water flow in media porous. Performed in addition to the

theoretical approach, experimental measurements of laboratory/field, such as particle size, real

density grain, permeability, etc., whose trials were onducted with representative samples of he

materials used to construct the draining elements and with the various layers of pavement. It

was found that the essential function of the hydraulic system the subsurface drainage to protec

the floor will not be substantiated in the body of the pavement. It turned out that, despite the

implementation of subsurface drainage system (drainage layer, shallow longitudinal drains

and water outlets (bleeds)) towards urban, object of thes case study, there may be significant

changes in the occurrence of surface cracks, encouragins the infiltration of rain water that will

circulate freely in the interface to the suface courses, resulting from the combined effects of

the action of traffic, intensive and heavy, with the presence of free water infiltred and

contained due to the inability proper functioning of the hydraulic system of drainage carried

the body of the pavement.

Kaywords: drainage, subdrainage of pavement, subsurface longitudinal drains.

CAPÍTULO 1

A PESQUISA

1 INTRODUÇÃO

Apresentam-se, a partir de informações coletadas no Projeto Executivo de Engenharia

sobre a via urbana Deputado Luis Eduardo Magalhães, pertencente à malha rodoviária do

Município de Salvador - Bahia, da coleta de amostras representativas em jazidas dos diversos

materiais empregados na construção desse empreendimento, assim como de amostragem

executada in loco, mediante abertura de poço de sondagem e coleta dos materiais constituintes

das diversas camadas estruturantes do pavimento rodoviário e dos resultados de ensaios

realizados em laboratório e no campo, as considerações técnicas e filosóficas sobre a pesquisa

desenvolvida, intitulada Avaliação Crítica dos Procedimentos Metodológicos Empregados

no Projeto e Dimensionamento de Drenos de Pavimento Rodoviário na Avenida

Deputado Luis Eduardo Magalhães, em Salvador/Bahia - ESTUDO DE CASO.

Procurou-se estabelecer avaliação crítica dos procedimentos metodológicos

comumente empregados na prática profissional da engenharia para a elaboração do projeto e

dimensionamento de drenos de pavimentos rodoviários (diretrizes contidas no Manual de

Drenagem de Rodovias/DNIT, 1990, 2006, e no documento intitulado Álbum de Projeto-Tipo

de Dispositivos de Drenagem/DNIT, 2006) com orientações firmadas nos fundamentos da

Teoria do Fluxo Hidrodinâmico em Meios Poroso – Lei de Darcy.

Os resultados alcançados confirmam a imperiosa necessidade de fundamentar a

elaboração do projeto e dimensionamento de drenos de pavimento, desde a sua concepção

filosófica finalística e posterior dimensionamento estruturalmente vinculado coma Teoria do

Fluxo de Água em Meios Porosos (Lei de Darcy), realização de medidas experimentais em

laboratório e campo sobre as propriedades físicas, mecânicas e hidráulicas dos materiais

constituintes das camadas estruturais do pavimento e dos drenos, especialmente medidas de

permeabilidade e durabilidade de agregados, lastreadas na experiência do projetista de

2

drenagem rodoviária rural e urbana. Destaca-se também a importância extrema da conjugação

de concepção do sistema de drenagem rodoviária e seu adequado dimensionamento com o

projeto e dimensionamento da estrutura do pavimento e seus materiais constituintes, sob pena

de inviabilizar a funcionalidade hidráulica do sistema de drenagem implantado para

atendimento, principalmente, no intervalo de tempo entre o momento que cessou a

precipitação pluviométrica e a total saída da água livre de infiltração que percola a estrutura

do pavimento, considerada, no máxmo, igual a uma hora de duração.

1.1 IMPORTÂNCIA DA PESQUISA

O desempenho insatisfatório do pavimento tem uma de suas causas relacionadas à

infiltração de água na estrutura do pavimento. Entretanto, existem diferentes formas em que a

água pode provocar danos ao pavimento. Conforme Cedergren (1974), a maioria dos defeitos

provocados pelas águas subterrâneas e por percolação apresenta duas causas distintas:

As partículas de solo migram para um ponto de saída, onde pode ocorrer o fenômeno de

“piping”, ou erosão regressiva;

Níveis de escoamento incontroláveis, causados pela saturação, por existência de fluxos

internos, subpressão elevada ou forças de percolação excessivas.

Assim, tem-se verificado o tempo que a água livre no interior da estrutura do

pavimento é considerada uma das causas essenciais da deterioração precoce e desempenho

insatisfatório ao longo do tempo, juntamente com o excesso de tráfego e falhas construtivas.

Entretanto, a instalação de sistema de drenagem subsuperficial tem sido, até o momento,

relegada a um segundo plano.

Os defeitos causados pela infiltração de água superficial nos pavimentos são,

geralmente, os resultados da exposição contínua à umidade, tendo como principais

conseqüências a perda de resiliência do terreno de fundação do pavimento (acúmulo de

deformações elásticas indesejáveis no subleito), com a saturação e a degradação da qualidade

dos materiais constitutivos pela interação com a umidade, culminando com a desagregação

em pavimentos asfálticos e o trincamento em pavimentos de concreto de cimento portland.

No Brasil, verificou-se que a versão do método de projeto de pavimentos flexíveis do

DNER publicada em 1966 (Souza apud SENÇO, 1997), apresentava considerações acerca da

pluviosidade característica dos locais onde os pavimentos seriam implantados, visando à

correção no parâmetro de tráfego (Número equivalente de passagens do Eixo Padrão

Rodoviário de 8,2 tf – número N). No entanto, com o passar do tempo e com a utilização de

3

critérios modernos de dimensionamento, estas considerações foram resumidas a simples

comentários, passando a não ter qualquer influência na estrutura dimensionada.

Neste ponto, cabe ressaltar que a abordagem do DNIT sobre o assunto “drenagem do

pavimento” pode gerar dúvidas quanto à sua aplicação. Embora o Manual de Drenagem de

Rodovias (2006) apresente um capítulo inteiramente dedicado ao dimensionamento de

drenagem subsuperficial (“Drenagem do Pavimento”), o Manual de Pavimentação apresenta

as considerações transcritas a seguir (item 4.4.3.2.2 – versão de 2006):

“A descarga para os drenos profundos e subsuperficiais longitudinais não é geralmente

calculada, pois pesquisas já realizadas no Estado do Paraná e observações nas mais

diversas regiões do País, permitiram as seguintes constatações principais:

a)A capacidade de vazão dos drenos profundos e subsuperficiais construídos atualmente é

muito superior às descargas de contribuição que chegam a estes dispositivos, mesmo

considerando-se precipitações com tempo de recorrência superior à vida útil dos

pavimentos.

b)Os métodos teóricos de cálculo de descargas de contribuição, espaçamento de drenos,

tempo de resposta, etc., são de difícil aplicação prática, em virtude das anisotropias e

heterogeneidades dos solos presentes nos segmentos rodoviários (mesmo naqueles

considerados homogêneos).

Dessa maneira, pode-se considerar como suficientes os projetos-tipo de drenagem do

DNER ... “ (DNIT, 2006, p.165).

Assim, verifica-se que boa parte dos projetos rodoviários elaborados atualmente

considera a utilização de drenos de pavimento, os quais são adotados sem a realização de

medidas experimentais em laboratório/campo para estabelecer as propriedades texturais e

hidráulicas dos materiais empregados no dimensionamento dos drenos de pavimento, assim

como sem a verificação sobre a eficácia do seu emprego.

Conforme Jabôr,

A drenagem de pavimento ou drenagem subsuperficial é ainda uma parte da engenharia

rodoviária em que as decisões são tomadas, algumas vezes, sem critérios técnicos claros e

bem definidos. Pouco se tem feito para inverter esta situação. A grande maioria dos

projetistas de pavimentação continua a executar seus projetos baseados somente no que

prescreve as metodologias de dimensionamento de pavimento, não envolvendo em seus

projetos outras variáveis que poderiam afetar a sua vida útil estimada (JABÔR, 2005).

Complementarmente, segundo o autor citado, “Hoje, mais do que nunca, em função da

conservação precária das rodovias é fácil observar os efeitos danosos da água na estrutura do

pavimento, com o aparecimento de trincas localizadas e buracos”.

Para Cedergren (1974), nas últimas décadas a principal ênfase no projeto de

pavimentos tem sido dada à densidade e à estabilidade, relegando-se a drenagem. O

pensamento do autor consiste numa observação feita há 35 anos nos Estados Unidos, mas que

continua sendo ainda uma verdade no Brasil.

4

Justifica-se a importância da pesquisa a ser empreendida, notadamente sob o enfoque

epistemológico.

1.1.1 Objetivos da Pesquisa

1.1.1.1 Objetivo Geral

Avaliar as orientações e procedimentos normativos e metodológicos contidos no

Manual de Drenagem de Rodovias e no Álbum de Projeto-Tipo de Dispositivos de Drenagem

do Órgão Rodoviário Federal/DNIT, que constituem diretrizes oficiais, associados às

considerações de natureza prática adotadas por profissionais da área de projeto de drenagem,

com procedimentos investigativos fundamentados em aspectos teóricos e experimentais, de

modo a proporcionar análise crítica comparativa entre os procedimentos empregados na

prática profissional e aqueloutros com base epistemológica, com a finalidade de oferecer uma

temática questionadora a ser apresentada ao meio técnico diretamente envolvido com esta

área de atuação na engenharia, bem como promover debates em ambiente acadêmico

universitário. Provavelmente, em decorrência, poder-se-á oferecer críticas construtivas e

sugestões aos órgãos rodoviários oficiais, nos segmentos de poder federal, estaduais e

municipais, responsáveis legalmente pela oferta de diretrizes aos engenheiros projetistas de

drenagem rodoviária, quer em meio rural, quer no ambiente urbano.

1.1.1.2 Objetivos Específicos

Estabelecer análises investigativas sobre os procedimentos adotados na prática

profissional em relação à elaboração de projeto de drenagem rodoviária, de modo

especial à drenagem do corpo do pavimento e sua relação com a vida útil do mesmo, na

perspectiva das diretrizes oferecidas pelo Manual de Drenagem de Rodovias/DNIT e

pelo Álbum de Projeto-Tipo de Dispositivos de Drenagem/DNIT.

Realizar análise crítica acerca das diretrizes oficiais contidas no Manual de Drenagem

de Rodovias/DNIT e seu caderno de projeto-tipo para drenagem do corpo do pavimento.

Analisar o projeto e dimensionamento da drenagem do corpo do pavimento da Avenida

Deputado Luis Eduardo Magalhães e seus detalhes executivos.

Verificar a capacidade hidráulica dos elementos drenantes do corpo do pavimento da

Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, com base na Teoria Hidrodinâmica em

5

Meios Porosos e com apoio de medidas experimentais de campo e laboratório de

propriedades físicas e hidráulicas dos materiais empregados na construção das camadas

do pavimento e utilizados nos elementos drenantes (granulometria, permeabilidade,

dentre outras).

Estabelecer análise comparativa entre os dois procedimentos empregados (perspectiva

usual da prática profissional de projeto de drenagem versus perspectiva com base na

fundamentação teórica com apoio em medidas experimentais), oferecendo críticas

construtivas aos órgãos oficiais disciplinadores da metodologia de projeto na área de

análise.

Promover debate técnico com profissionais atuantes neste segmento da Engenharia

Rodoviária e a socialização dos resultados obtidos mediante a elaboração de artigo

técnico-científico.

1.2 CARACTERÍSTICAS DO EMPREENDIMENTO RODOVIÁRIO URBANO

1.2.1 Localização e Descrição

O espaço geográfico onde está implantada a Avenida Deputado Luís Eduardo

Magalhães caracteriza-se topologicamente como uma região de vale, que se desenvolve a

partir das proximidades do Largo do Retiro, passando pelo bairro do Cabula, até alcançar a

Avenida Luiz Viana, esta conhecida popularmente por “Avenida Paralela”O desenvolvimento

geométrico da via entre seus limites extremos está conforme ilustra a Figura 1.1:

Figura 1.1: Traçado de vale da Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães

Fonte: Projeto Executivo de Engenharia da Avenida em estudo

“AVENIDA PARALELA”

LARGO DO RETIRO

6

A Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães constitui-se numa via que articula o

sistema viário entre duas orlas marítimas da cidade de Salvador, ou seja, a orla interna da Baía

de Todos os Santos e a orla Atlântica, desenvolvendo-se no sentido Oeste – Leste, entre os

dois principais eixos viários estruturados do espaço urbano da cidade: a Rodovia Federal BR

324, situada no Largo do Retiro e que permite acesso à Salvador, e a Avenida Luiz Viana. As

extremidades da Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães ao serem articulada à malha

viária existente caracterizaram uma ligação de direção transversal entre as duas orlas

marítimas citadas, oferecendo novas facilidades para o tráfego na região denominada “Miolo

de Salvador”, localizada na área do bairro do Cabula. É uma via classificada como de “tráfego

rápido” (80 km por hora), conforme ilustra a Figura 1.2:

Figura 1.2: Via urbana caracterizada por tráfego rápido

Fonte: Dados da pesquisa

A Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães possui configuração de via em pista

dupla de tráfego, independentes, conforme ilustra a Figura 1.3, tendo uma extensão de

aproximadamente 3,4 km.

Figura 1.3: Via urbana com duas pistas de tráfego


7

A Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães tem seu início na referência Estaca

340 + 0,00, materializada pelo marco topográfico implantado no viaduto existente na

interseção com a BR 324. Esta interseção se localiza na área toponimicamente conhecida por

Baixa de Santo Antonio, nas proximidades do Largo do Retiro, onde existe o viaduto da BR

324 (Avenida San Martin). A Figura 1.4 mostra os limites extremos do trecho viário descrito.

Figura 1.4: Limites extremos da Avenida: à esquerda – Viaduto da BR 324;

à direita - Avenida Luís Viana (“Avenida Paralela”).


Em síntese, a via urbana Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães ficou

caracterizada como sendo uma “avenida de vale”, apresentando uma série de intervenções

com características especiais para determinados locais do tecido urbano compreendido entre o

Largo do Retiro e a “Avenida Paralela”, promovendo uma importante alteração nos fluxos de

tráfego dessa região da cidade, constituindo-se numa alternativa mais atrativa entre os bairros

situados nas regiões do Subúrbio, Península Itapajipana e na Orla Atlântica da cidade e vice e

versa. Antes da sua implantação existia apenas uma única oferta de percurso representada pela

Avenida Bairro Reis e Avenida Antonio Carlos Magalhães.

1.2.2 Estudos de Engenharia Realizados

A seguir serão sucintamente descritos os principais estudos e projetos de engenharia

empreendidos para a definição do Projeto Executivo de Engenharia da Avenida Deputado

Luís Eduardo Magalhães, na perspectiva de subsidiar esse Estudo de Caso.

8

1.2.2.1 Estudos Geológicos e Geotécnicos

Os estudos geológicos e geotécnicos tiveram por finalidade principal a caracterização

do subleito e a definição das ocorrências de materiais, com a finalidade de subsidiar a

elaboração dos projetos de terraplenagem e de pavimentação.

Estudo do subleito

A amostragem do subleito foi realizada através de sondagens conduzidas a trado (com

seis polegadas de diâmetro) e/ou a pá e picareta, investigando até 1,00 m abaixo do greide de

terraplenagem definido pelo projeto geométrico da via. Estes furos foram executados nos

trechos em corte, visando qualificar os solos que serão aproveitados na execução dos aterros.

Os solos da área de implantação do empreendimento viário são do tipo residual

argiloso de coloração vermelha, característica do sítio urbano soteropolitano. Todas as

amostras coletadas foram submetidas aos seguintes ensaios tecnológicos:

- Preparação de amostras de solos para ensaio de caracterização (DNER ME 041-94);

- Análise granulométrica de solos por sedimentação (DNER ME 80-94);

- Determinação do limite de liquidez (DNER ME 122-94);

- Determinação do limite de plasticidade (DNER ME 082-94);

- Ensaio de compactação de solos (DNER ME 162-94);

- Índice de Suporte Califórnia - CBR (DNER ME 050-94).

Os solos do terreno de fundação do pavimento viário (subleito) foram classificados

sob o ponto de vista rodoviário, segundo a metodologia original da Public Road

Administration (atualizada e designada como Sistema TRB-Transportation Resarch Board),

sendo enquadrados no grupo A-7, que, após as análises dos resultados obtidos no ensaio CBR,

os mesmos apresentaram valores de resistência à penetração variando entre 5 % e 7 % ao

longo do trecho estradal.

Ocorrências de materiais para pavimentação

Como a implantação da Avenida Luís Eduardo Magalhães ocorreu numa zona urbana

densamente habitada, surgiram enormes dificuldades de ser ter áreas disponíveis que

pudessem ser exploradas como jazidas de solos. Decorrente deste fato optou-se pela indicação

de ocorrências de solos, areias e pedras em exploração comercial mecanizada existentes na

9

área da Grande Salvador e já utilizadas na construção de vias urbanas pela Prefeitura

Municipal de Salvador. Foi utilizada a ocorrência de areia explorada pela Empresa Otomar

Mineração (“areal Otomar”), situada na Via Parafuso, nas imediações do Hospital Geral

localizado na cidade de Camaçari. O material pétreo teve sua procedência da Pedreira Civil,

em exploração comercial, situada no bairro Valéria, em Salvador.

Sondagens em trechos de cortes e de aterros

Foram realizados furos de sondagem à percussão nos trechos do corpo estradal onde

serão executados aterros, em zonas alagadiças para a definição da espessura da camada de

solo mole, e, nos cortes, com a finalidade de detectar material de terceira categoria.

Todos os estudos foram realizados, segundo as metodologias correntes para

reconhecimento do subsolo, prospecção de jazidas, caracterização de solos e pedras, cujos

resultados tecnológicos estão apresentados no PROJETO EXECUTIVO – VOLUME 1:

Relatório de Projeto, que pode ser localizado na Biblioteca da Superintendência de

Urbanização da Capital – SURCAP.

1.2.2.2 Estudos Hidrológicos

Por se tratar de intervenções com características de zona urbana foram aplicados os

parâmetros e as metodologias adotadas pela Prefeitura Municipal de Salvador para a

estimativa dos deflúvios superficiais, básicos no dimensionamento dos dispositivos de

drenagem.

Dos estudos realizados pelo Professor Magno Valente – Escola Politécnica da

Universidade Federal da Bahia, baseados em registros da Estação Meteorológica de Salvador,

localizada no bairro de Ondina, foram coletados os dados descritos a seguir:

Pluviometria e clima

- Pluviosidade

A altura anual média da precipitação situa-se em torno de 1900 mm. A distribuição

das precipitações é relativamente homogênea durante todo o ano, destacando-se, entretanto,

10

uma maior concentração das chuvas nos meses de abril, maio e junho, quando as alturas das

precipitações atingem valores da ordem de grandeza de 300 mm por mês.

A média mensal do número de dias de chuva varia de 13 dias, nos meses de janeiro,

outubro e dezembro, até 25 dias, em julho. A média anual situa-se em torno de 230 dias.

- Temperatura

A média anual é de 25,2 ºC. A média mensal varia durante o ano entre o valor máximo

de 26,7ºC, em fevereiro e março, e o valor mínimo de 23,4ºC, em julho e agosto.

A temperatura máxima é, em média, 30ºC, no verão, e 26,0ºC no inverno, enquanto a

mínima oscila entre 23,0ºC e 24,0ºC, no verão, e 21,0ºC, no inverno.

- Evaporação

Os valores médios mensais oscilam em torno de um total de 81 mm. A média dos

totais anuais é de 971 mm, cerca de 50 % da precipitação média anual.

- Umidade relativa

O valor da média durante o ano varia 80% a 83 %, com média anual de 81 % de

umidade relativa. O valor máximo e mínimo das médias mensais foi, no intervalo observado,

respectivamente, 91 % e 71 %.

- Insolação

Em média, tem-se 222 horas de sol por mês, ou 7,3 horas por dia. A média diária varia

de 8,5 horas, em janeiro, a cerca de 6,0 horas no mês de maio, elevando novamente até 7,9

horas em outubro, decrescendo para 7,3 horas em novembro e atingindo a 7,8 horas no mês de

dezembro.

- Ventos

As direções Sudeste, Leste e Nordeste, nesta ordem decrescente de predominância, são

responsáveis pelas quase totalidades dos ventos na cidade de Salvador. Nas primeiras horas da

manhã sopram regularmente em Salvador, ventos nas direções Oeste e Nordeste.

11

De outubro a março, pela manhã, o vento de direção Nordeste predomina, ao passo

que à tarde e no começo da noite, as direções Leste e Sudoeste são as dominantes. No outono

e inverno a direção Sudeste predomina integralmente.

A velocidade anual média dos ventos é de 3,2 metros por segundo, sendo a valor mais

baixo de 0,8 metros por segundo.

As velocidades máximas estão abaixo de 50 quilômetros por hora, atingindo valores

acima de 70 quilômetros por hora apenas durante os mais fortes temporais.

- Classificação climática

O clima é, segundo o Sistema de Classificação de Koppen, do tipo Af (quente e

úmido, sem estação seca), caracterizando-se por chuvas relativamente abundantes, com

comportamento similar ao de florestas tropicais.

Segundo Serebrenick, o clima é do tipo tropical úmido, por apresentar precipitação

anual superior a 1500 mm e situar-se entre as isotermas 24ºC e 25ºC, as isohigras de 80 % e

85 %, além de correlação entre a distribuição das chuvas com a umidade relativa.

Períodos de recorrência

Os períodos de recorrência foram definidos em função do tipo de cada obra, levando-

se em consideração as conseqüências em caso de ruína.

Tendo em vista as características básicas da área, foram adotados os seguintes valores

para o período de recorrência:

- Drenagem superficial : 5 anos

- Rede de galerias pluviais : 10 anos

- Bueiros funcionando como canal : 10 anos

- Bueiros funcionando como orifício : 25 anos

- Canal de macrodrenagem : 10 anos

Áreas contribuintes

Foram delimitadas e medidas tendo-se por base o levantamento topográfico e as

plantas de restituição aerofotogramétrica do SICAR – RMS da CONDER.

12

Tempo de concentração

Este tempo foi calculado aplicando-se a Fórmula de Kirpich, que tem a seguinte

expressão:

tC = 0,98x(L3 H)

0,385

onde:

tC : tempo de concentração, em horas

L: comprimento do talvegue, em quilômetros

H: diferença de nível entre o ponto mais afastado da bacia e o ponto do talvegue considerado,

em metros.

O tempo de concentração inicial utilizado na estimativa da vazão para o

dimensionamento dos dispositivos de drenagem superficial foi adotado como igual a cinco

minutos.

Os valores utilizados para o dimensionamento das redes de galerias pluviais foram

obtidos somando-se o tempo inicial ao de percurso, este resultado da razão entre a extensão e

a velocidade do fluxo no trecho correspondente.

Coeficientes de escoamento superficial

Dada a inexistência de observações que permitissem a obtenção de valores mais

precisos para este parâmetro, o projetista adotou valores empíricos para os coeficientes

utilizando registros existentes na literatura especializada, os quais estão apresentados no

PROJETO EXECUTIVO – VOLUMES 1: Relatório de Projeto, que pode ser localizado

na Biblioteca da Superintendência de Urbanização da Capital – SURCAP.

Intensidade da chuva crítica

Para a determinação da intensidade da chuva crítica, o projetista adotou a equação

deduzida para Salvador, cuja expressão matemática é a seguinte:

I = 2960,16 x (TR)0,163

(tC + 24)0,743

onde:

I: intensidade da chuva crítica, em litros por segundo por hectare

13

TR: Tempo de recorrência, em ano

tC : tempo de duração da chuva, considerado igual ao tempo de concentração da bacia

contribuinte, em minuto.

Determinação das descargas das bacias

Tendo em vista a magnitude das áreas envolvidas, o projetista utilizou o Método

Racional para a avaliação das vazões de projeto, cuja fórmula matemática é dada pela

seguinte expressão:

Q = CIACD

onde:

Q : vazão, em litros por segundo

C : coeficiente de deflúvio superficial

I : intensidade da chuva crítica, em litros por segundo por hectare

A : área da bacia contribuinte, em hectare

CD : coeficiente de distribuição da chuva, para área com valor superior a 20 hectares, cujo

valor pode ser obtido com uso da seguinte expressão:

CD = 1 – 0,054xA0,25

Os resultados obtidos no dimensionamento para os vários dispositivos de drenagem

estão apresentados no PROJETO EXECUTIVO – VOLUME 1: Relatório de Projeto, que

pode ser localizado na Biblioteca da Superintendência de Urbanização da Capital – SURCAP.

1.2.3 Projetos de Engenharia Elaborados

Sob o mesmo enfoque anterior, ou seja, na perspectiva de subsidiar o Estudo de Caso -

AVALIAÇÃO CRÍTICA DOS PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

EMPREGADOS NO PROJETO E DIMENSIONAMENTO DE DRENOS DE

PAVIMENTO RODOVIÁRIO NA AVENIDA DEPUTADO LUÍS EDUARDO

MAGALHÃES, EM SALVADOR – BAHIA, os projetos executivos descritos sumariamente

são os seguintes:

14

1.2.3.1 Projeto de Drenagem

Comumente são classificados como dispositivos de drenagem superficial as sarjetas de

meios-fios, as caixas de recepção, as redes de galerias pluviais, as entradas e descidas d’água,

as valetas de pé de corte e de proteção da crista do corte e do pé de aterro. Os bueiros são

obras indicadas para permitir a travessia da via sobre os talvegues naturais.

O projeto desenvolvido objetivou o posicionamento e a definição das características

hidráulicas dos diversos dispositivos de drenagem necessários para a coleta, condução e

lançamento final dos deflúvios superficiais decorrentes de precipitações pluviais sobre a área

do empreendimento viário.

A metodologia empregada pelo projetista no dimensionamento hidráulico dos diversos

dispositivos seguiu aquela adotada pela Prefeitura Municipal de Salvador.

Os parâmetros hidráulicos adotados pelo projetista, os procedimentos e as planilhas de

cálculo de capacidade de escoamento das vias, de galerias, de canal e de capacidade

hidráulica de obras de arte correntes, assim como os quantitativos obtidos, constituem um

conjunto de informações técnicas que está apresentado no PROJETO EXECUTIVO –

VOLUME 1: Relatório de Projeto, no Volume 2: Plantas de Execução – (TOMO) II e no

Volume 5: QUANTITATIVOS, que pode ser localizados na Biblioteca da Superintendência

de Urbanização da Capital – SURCAP.

Destacar-se-á especificamente neste trabalho monográfico os detalhes relativos aos

drenos longitudinais e transversais do corpo do pavimento, tema a ser apresentado no

Capítulo 4, intitulado MODELAGEM TEÓRICA PARA A ELABORAÇÃO DO PROJETO

E DIMENSIONAMENTO DOS DRENOS RASOS LONGITUDINAIS.

A seguir, as Figuras 1.5 e 1.6 ilustram alguns dos dispositivos da drenagem superficial

que foram implantados ao longo da Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães.

Figura 1.5: Entrada d’água (“boca de lobo”)


15

Figura 1.6: Valeta de pé de corte – descida d’água da crista de corte


Por sua vez, os drenos longitudinais do corpo do pavimento apresentam os seguintes

detalhes gerais, mostrados nas Figuras 1.7, 1.8 e 1.9:

Figura 1.7: Posicionamento do dreno longitudinal junto ao meio-fio Fonte: Projeto Executivo de Engenharia da Avenida em estudo

Figura 1.8: Detalhes do dreno do pavimento – dimensões e constituição


16

Figura 1.9: Detalhes da saída do dreno de pavimento


1.2.3.2 Projeto de Pavimentação

O projeto do pavimento tem por finalidades definir os tipos e a distribuição dos

materiais para a execução das diferentes camadas constituintes da estrutura, determinando

suas espessuras e as respectivas distâncias de transporte. Neste sentido consideraram-se as

seguintes informações técnicas:

Características do subleito

O estudo dos resultados dos ensaios realizados com o material coletado e

representativo do subleito ao longo do trecho estradal apresentou um Índice de Suporte (IS)

adotado igual a 7 %, com o material classificado como enquadrado no grupo A-7, segundo o

Sistema TRB/PRA.

Em locais em que o valor do IS não foi alcançado, retirou-se e procedeu-se a

substituição dos últimos 60,0 cm do material da terraplenagem por solo selecionado, com IS

(CBR) ≥ 7 %.

Determinação do número N

Em função do volume médio diário de veículos, das projeções de tráfego e de outros

parâmetros coletados durante os estudos de tráfego realizados, determinou-se o valor do

17

número equivalente de operações do eixo rodoviário padrão de 8,2 tf (número N), o qual ficou

definido numericamente pelo valor N = 3x107, considerando-se um período de projeto de 15

anos.

Dimensionamento do pavimento

O pavimento projetado para a Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães é do tipo

flexível, cujo dimensionamento de suas camadas estruturantes foi realizado com a utilização

do Método Oficial do DNER, de autoria do Engo Murillo Lopes de Souza. Para o valor de “N”

igual a 3,0x107 solicitações, conjuntamente com o valor relativo ao IS adotado para o subleito,

igual a 7 %, o pavimento dimensionado possui as seguintes espessuras das camadas e seus

respectivos materiais constituintes:

- Camada de revestimento em concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) = 7,5 cm

- Camada de base em brita graduada = 20,0 cm

- Camada de sub-base em solo granular = 20,0 cm

Os parâmetros empregados na determinação do número N, das características do

subleito e dos materiais constituintes das diversas camadas do pavimento encontram-se no

PROJETO EXECUTIVO – VOLUME 1: Relatório de Projeto, que pode ser localizado na

Biblioteca da Superintendência de Urbanização da Capital – SURCAP.

As Figuras 1.10 e 1.11 ilustram a situação atual da superfície do pavimento, que

apresenta bom estado de conservação.

Figura 1.10: Revestimento em CAUQ apresentando ótimas características superficiais


18

Figura 1.11: Condições do revestimento asfáltico no trecho do túnel


A seção transversal típica do pavimento da Avenida Deputado Luís Eduardo

Magalhães apresenta as seguintes conformações e características geométricas de acordo

Figura 1.12

Figura 1.12: Seção transversal típica de projeto do pavimento


19

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO MONOGRÁFICO

Este trabalho monográfico está estruturado em seis capítulos. O primeiro capítulo,

com título A PESQUISA, foi composto pela importância da pesquisa, seus objetivos gerais e

específicos, bem como pela descrição das características do empreendimento rodoviário

urbano em termos de localização no espaço geográfica da cidade de Salvador, geometria,

topologia, estudos e projetos de engenharia realizados.

No Capítulo 2, intitulado REVISÃO BIBLIOGRÁFICA, é apresentada a Revisão da

Literatura, numa visão panorâmica sobre o estado da arte, destacando os efeitos deletérios da

presença água livre no interior da estrutura do pavimento/subleito, o movimento da água em

meios porosos, assim como uma abordagem das metodologias empregadas na concepção de

projeto da drenagem subsuperficial.

No Capítulo 3, com título ASPECTOS METODOLÓGICOS, descrevem-se os

procedimentos empregados no campo e no laboratório, a metodologia experimental utilizada

no estudo e caracterização dos materiais utilizados no corpo estradal e nos drenos rasos

longitudinais, bem como os resultados obtidos e sua análise.

No Capítulo 4, com título MODELAGEM TEÓRICA apresenta-se o encadeamento

epistemológico com fundamento na Teoria Hidráulica Aplicada para Meios Porosos – Lei de

Darcy, associada à concepção racional do escoamento superficial e posterior infiltração de

águas pluviais na estrutura do pavimento rodoviário – Método Racional, com consequente

estruturação da modelagem teórica empregada para a elaboração do projeto e

dimensionamento dos drenos rasos longitudinais.

O conteúdo do Capítulo 5, intitulado APLICAÇÃO NUMÉRICA DA MODELAGEM

TEÓRICA, foi constituído pelos resultados alcançados pela aplicação numérica mediante a

quantificação do modelo desenvolvido no Capítulo 4, com emprego orientado para o trecho

da Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, objeto deste ESTUDO DE CASO. Os

resultados alcançados permitiram o estudo comparativo entre os resultados obtidos com a

metodologia convencional empregada na elaboração do Projeto de Drenagem Subsuperficial e

a metodologia desenvolvida nesta pesquisa. Interpretações e comentários são apresentados.

O Capítulo 6 foi reservado às CONSIDERAÇÕES FINAIS e SUGESTÕES,

seguido pelas Referências, Bibliografia Consultada e Apêndices.

20

CAPÍTULO 2

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2 REVISÃO DA LITERATURA

Este capítulo retrata, de forma panorâmica, o estado da arte sobre a drenagem

subsuperficial do pavimento rodoviário, fazendo uma revisão temática da bibliografia

existente em dissertações de mestrado, teses de doutorado, livros técnicos especializados,

artigos técnicos, manuais contendo diretrizes sobre projeto, dimensionamento e execução de

dispositivos de drenagem, etc. Apresentam-se também conceitos relacionados com a origem

da água no interior da estrutura do pavimento, as formas de movimentação e o seu efeito

deletério. Adicionam-se informações básicas acerca dos sistemas de drenagem para proteção

do corpo do pavimento, de modo a oferecer uma visão clara da necessidade e importância do

Estudo de Caso na Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, via urbana pertencente ao

sistema viário do Município de Salvador – Bahia.

2.1 ESTADO DA ARTE: VISÃO PANORÂMICA

O objetivo principal da pavimentação é de projetar e construir uma estrutura robusta o

suficiente para suportar as cargas de tráfego, para proporcionar um nível aceitável de conforto

ao rolamento dos veículos ao longo do período de projeto, considerando também aspectos de

segurança e economia operacional dos equipamentos automotrizes que circulam, assim como

resistir adequadamente às ações de agentes ambientais, de modo especial as águas de chuvas e

variações de temperatura atuante na superfície do pavimento. Uma forma de auxiliar o

alcance deste conjunto de objetivos é manter as camadas estruturantes do pavimento e seu

terreno de fundação (subleito) livre de saturação ou pouco expostas a níveis elevados de

21

umidade.

Historicamente, verificou-se na literatura pesquisada, a existência de uma constante

preocupação dos projetistas e construtores de estradas de rodagem quanto aos efeitos

deletérios do excesso de água no corpo do pavimento. Sabe-se que as estradas do Império

Romano eram construídas acima do nível dos terrenos vizinhos, com uma camada drenante de

areia sobre o terreno de fundação da estrutura do pavimento (subleito) e com seções espessas

de pedras lamelares cimentadas entre si, visando evitar a ação danosa da água no leito da via.

No século XIX, pesquisadores como Tresaguet, Metcalf, Telford e MacAdam

trouxeram à discussão a necessidade de se manter a estrutura do pavimento livre da umidade

excessiva. A partir desse momento, a drenagem passou a ter maior ênfase nos projetos de

engenharia viária. Mais recentemente, repete-se neste trecho monográfico, com objetivo

enfático de ressaltar a importância do conteúdo substanciado no pensamento de Jabôr, o qual

impulsionou os autores a realizar a temática proposta:

A drenagem de pavimento ou drenagem subsuperficial é ainda uma parte da engenharia

rodoviária em que as decisões são tomadas, algumas vezes, sem critérios técnicos claros e bem

definidos. Pouco se tem feito para inverter esta situação. A grande maioria dos projetistas de

pavimentação continua a executar seus projetos baseados somente no que prescreve as

metodologias de dimensionamento de pavimento, não envolvendo em seus projetos outras

variáveis que poderiam afetar a sua vida útil estimada (JABÔR, 2005).

Complementarmente, dando continuidade ao seu pensar, exprime o mesmo autor

citado, “Hoje, mais do que nunca, em função da conservação precária das rodovias é fácil

observar os efeitos danosos da água na estrutura do pavimento, com o aparecimento de trincas

localizadas e buracos”. Ao traduzir o cenário facilmente observável na malha rodoviária, seja

no nível administrativo federal, estadual e municipal, tem-se a impressão de que os agentes

envolvidos com esta importante atividade da engenharia, possuidora de força motriz para

alavancar o crescimento econômico e o desenvolvimento social brasileiro posicionam-se, pelo

menos, em oposição à trajetória evolutiva promovida pelos antecessores históricos,

prejudicando em variados sentidos a nação, ignorando toda uma experiência armazenada

coletivamente desde as notáveis contribuições dos construtores de estradas durante o Império

Romano.

O desempenho insatisfatório de um pavimento tem uma de suas causas relacionadas à

infiltração de água na estrutura do pavimento. Existem diferentes formas pelas quais a água

pode provocar danos ao pavimento. Tem-se verificado que a água livre no interior da estrutura

do pavimento é considerada uma das causas essenciais da deterioração precoce e desempenho

insatisfatório ao longo do tempo, juntamente com o excesso de tráfego e falhas construtivas.

22

Entretanto, a instalação adequada de um sistema de drenagem subsuperficial tem sido, até o

momento, relegada a um segundo plano, além do procedimento convencional estabelecido

para a sua concepção e dimensionamento.

Os defeitos causados pela infiltração superficial são, geralmente, decorrentes da

exposição contínua à umidade, tendo como principais conseqüências a perda relativa de

rigidez das camadas estruturais e do terreno de fundação, com a saturação parcial, resultando

na degradação progressiva da qualidade dos materiais empregados na construção em

decorrência da interação com a umidade excessiva, culminando com a desagregação em

pavimentos asfálticos e o trincamento em pavimentos de concreto de cimento portland.

A principal fonte de umidade excessiva na estrutura do pavimento é decorrente da

infiltração de águas de chuva através das juntas e trincas. A essa variação ou excesso no teor

de umidade dá-se o nome de água livre. Como o subjetivo indica, a água livre tem

movimentação irrestrita na estrutura do pavimento, regida pelas leis da hidráulica, podendo

torna-se um dos principais agentes de deterioração dos pavimentos. Credita-se que a maior

parcela, em estágio inicial da vida de serventia operacional da via, é devido à infiltração pela

junta longitudinal pavimento/acostamento, particularmente quando são empregados

revestimentos distintos (pista de rolamento em concreto de cimento portland e acostamento

revestido com massa asfáltica; pista de rolamento em concreto asfáltico e acostamento em

revestimento primário), embora a água penetre também por valetas laterais construídas nas

proximidades do acostamento, pelo canteiro central não totalmente impermeabilizado, além

das trincas que surgirão na superfície da capa de rolamento em decorrência do processo de

fadiga, em estágio mais avançado das solicitações do tráfego atuantes no pavimento.

No Brasil, verificou-se que a versão do método de projeto de pavimentos flexíveis, de

autoria do Engenheiro Murillo Lopes de Souza, adotado pelo Departamento Nacional de

Estradas de Rodagem – DNER (atual Departamento de Infraestrutura de Transportes –

DNIT), publicada em 1966 (Souza apud SENÇO, 1997), apresentava considerações acerca da

pluviosidade característica dos locais onde os pavimentos seriam implantados, visando à

correção no parâmetro de tráfego (Número equivalente de passagens do Eixo Padrão

Rodoviário de 8,2 tf – número N). No entanto, com o passar do tempo e com a utilização de

critérios modernos de dimensionamento, estas considerações foram resumidas a simples

comentários, passando a não ter qualquer influência na estrutura dimensionada.

Neste ponto da revisão da literatura, cabe ressaltar que a abordagem do DNIT sobre o

assunto pode gerar dúvidas quanto à sua aplicação. Embora o Manual de Drenagem de

Rodovias apresente um capítulo inteiramente dedicado ao dimensionamento de drenagem

23

subsuperficial (“Drenagem do Pavimento”), o Manual de Pavimentação apresenta as

considerações transcritas a seguir (item 4.4.3.2.2 – versão de 2006):

“A descarga para os drenos profundos e subsuperficiais longitudinais não é geralmente

calculada, pois pesquisas já realizadas no Estado do Paraná e observações nas mais diversas

regiões do País, permitiram as seguintes constatações principais:

a)A capacidade de vazão dos drenos profundos e subsuperficiais construídos atualmente é

muito superior às descargas de contribuição que chegam a estes dispositivos, mesmo

considerando-se precipitações com tempo de recorrência superior à vida útil dos pavimentos.

b)Os métodos teóricos de cálculo de descargas de contribuição, espaçamento de drenos, tempo

de resposta, etc., são de difícil aplicação prática, em virtude das anisotropias e

heterogeneidades dos solos presentes nos segmentos rodoviários (mesmo naqueles

considerados homogêneos).

Dessa forma, pode-se considerar como suficientes os projetos-tipo de drenagem do DNER.”

(DNIT, 2006, p.165).

Nesta perspectiva, verifica-se que boa parte dos projetos rodoviários elaborados

atualmente considera a utilização de drenos de pavimento, os quais são adotados, porém sem

a necessária verificação sobre a eficácia do seu emprego.

2.2 EFEITOS DELETÉRIOS DA PRESENÇA DA ÁGUA NOS PAVIMENTOS

A partir do desenvolvimento de métodos empíricos de dimensionamento de pavimento

foi introduzido o conceito da utilização de amostras saturadas de solo para estimativa do

suporte (resistência) de camadas de bases, sub-bases e do terreno de fundação do pavimento

(subleito – últimos sessenta centímetros que constituem o semi-espaço imediatamente abaixo

do leito estradal). Tornou-se idéia corrente que a utilização de bases espessas e subleitos

estáveis, com boa capacidade de suporte sob condição de saturação, eram suficientes para

garantir o bom desempenho mecânico da estrutura de pavimento.

Cedergren (1974) afirma que os projetistas ao dimensionarem o pavimento a partir de

procedimentos baseados em ensaios de amostras saturadas, como o método do CBR (que deu

origem ao método oficial do DNER), não admitem (ou são condicionados pelas diretrizes de

projeto emanadas dos órgãos rodoviários oficiais) que haja a necessidade de considerar

também os fatores ambientais, como a intensidade de precipitação pluvial, por exemplo.

Entretanto, sérios danos causados ao pavimento devem-se às poro-pressões e à movimentação

da água livre presente na estrutura.

Elevadas pressões neutras podem ser desenvolvidas pela ação dinâmica das cargas do

tráfego, na sua superfície, principalmente quando ocorre a presença de água livre no interior

da estrutura, proporcionando a saturação das camadas subjacentes. A maior evidência do

24

efeito das forças hidrostáticas pulsantes é o bombeamento do material fino encontrado nas

juntas e trincas de pavimentos asfálticos e sob as placas de concreto de um pavimento rígido.

A água livre no pavimento, além de proveniente da infiltração pela superfície do

pavimento, pode ter gênese pela percolação através de acostamentos, por valetas de drenagem

laterais ou pela elevação sazonal do nível do lençol freático. Ainda, a água livre presente, por

infiltração, em camada de base de pavimento constituída de materiais de baixa

permeabilidade, com as saídas bloqueadas lateralmente, pode servir de fonte para saturação

das camadas subjacentes.

A diminuição da capacidade de suporte do subleito pela sua saturação e pela presença

de vazios sob a placa de concreto, devido ao fenômeno de bombeamento, pode levar a ruína

precoce do pavimento, causada pelo trincamento da placa por fadiga do concreto. Note-se que

em momento anterior a ruptura da placa de concreto em decorrência do fenômeno da fadiga, a

mesma encontra-se num processo severo de trincamento, facilitando mais amplamente a

infiltração de água pluvial, incrementando o processo de degradação. Nesta perspectiva,

conclui-se que a água livre no interior da estrutura afeta a resistência dos materiais e a sua

remoção deve ser promovida, em breve intervalo de tempo, através de fluxos hidrodinâmicos

metodologicamente adequados, com sentido vertical e/ou lateral, empregando drenos

subsuperficiais longitudinais e saídas de água posicionadas adequadamente, os quais devem

ser partes integrantes do processo de dimensionamento estrutural dos pavimentos.

De maneira sinótica, os efeitos danosos da água livre na estrutura de pavimento são:

Redução da resistência dos materiais granulares não estabilizados e do solo

constituinte do subleito;

Comportamento e desempenho insatisfatório dos solos expansivos devido à presença

de água;

Bombeamento dos finos da base granular dos pavimentos flexíveis pela perda de

suporte da fundação, devido ao aparecimento de elevada pressão hidrodinâmica gerada

pelo movimento do tráfego;

Bombeamento nos pavimentos de concreto com conseqüente formação de degrau,

trincamento e deterioração dos acostamentos;

Trincamento dos revestimentos (asfáltico e concreto de cimento portland) em função

da atuação conjunta da água-tráfego.

A Figura 2.1 a seguir apresenta um pavimento asfáltico com a superfície

excessivamente trincada. O trincamento tem como causas prováveis, a fadiga do revestimento

25

provocada pela ação do tráfego e a ação combinada da água livre na estrutura do pavimento.

Nesta mesma figura, pode-se notar a falta de revestimento no acostamento, o que facilita a

infiltração da água.

Figura 2.1: Superfície de pavimento asfáltico com trincamento excessivo

Fonte: Azevedo, 2007

Assinala o HRB apud Cedergren (1974),

[...] os dados existentes mostram que nem a seção transversal, nem a

espessura têm algum efeito sobre o bombeamento. Os estudos feitos até esta

data não mostram que um excesso de espessura do pavimento, além do

necessário para as cargas impostas e os valores normais de suporte do

subleito, auxiliará ou serão economicamente justificáveis.

Apesar disso, é comum a idéia de que uma estrutura de pavimento robusta, com

materiais estabilizados pouco suscetíveis aos efeitos da umidade excessiva, é suficiente para

absorver os impactos gerados pela passagem dos veículos, desconsiderando a sinergia entre as

cargas hidráulicas e as cargas do tráfego.

Ainda sobre o mesmo enfoque, o autor supracitado afirma que durante o tempo em

que a água livre, principalmente proveniente da infiltração superficial, está contida na

estrutura do pavimento, as cargas de roda produzem um dano muito superior em relação aos

períodos em que a estrutura de pavimento encontra-se seca.

Assim, em função das observações experimentais realizadas em pavimentos com

problemas relacionados à umidade excessiva, muitos projetos atuais têm considerado a

utilização de drenos subsuperficiais para a captação da água livre que percola numa camada

drenante do pavimento, sendo a mesma extraída dos drenos mediante o emprego de trechos de

canalizações denominadas saídas de água.

26

2.2.1 Origem da Água nos Pavimentos

O pavimento rodoviário é exposto a ação da água de diversas maneiras, conforme

exposto. Ademais, a água pode também infiltrar pelas laterais da estrutura do pavimento,

particularmente quando são empregadas camadas granulares ou quando os dispositivos de

drenagem superficial e subsuperficial previstos são inadequados. O nível do lençol freático

pode elevar-se em função da pluviosidade e das variações climáticas sazonais, ocasionando a

perda de suporte do subleito ou a diminuição do módulo de resiliência dos materiais

constituintes das camadas estruturais, resultando em um conseqüente desempenho

insatisfatório do pavimento.

Verticalmente, além dos fluxos d’água ascendentes provocados pela elevação do nível

freático, a água pode movimentar-se pelas forças capilares, constituindo a denominada “franja

capilar”, podendo ocasionar um excesso de umidade no interior do corpo do pavimento, em

decorrência do fenômeno denominado Capilaridade, o qual será detalhadamente apresentado

adiante.

A infiltração também pode ocorrer pela superfície do pavimento e do seu entorno,

através das juntas e trincas do revestimento ou pelos bordos, nas proximidades dos

acostamentos. A manutenção adequada das juntas e trincas através da selagem freqüente pode

minimizar a infiltração.

No entanto, para a FHWA (Moulton, 1980), o volume de água proveniente da

condensação de vapores no interior da estrutura, podendo mover-se, dependendo dos

gradientes de temperatura e dos volumes de vazios, é desprezível quando comparado às

demais origens. Estas outras fontes permitem a entrada de água na estrutura do pavimento em

um volume suficiente para permitir uma variação do teor de umidade.

De forma mais detalhada, as diversas origens das águas livres no pavimento são:

2.2.1.1 Infiltração

Segundo a FHWA (Moulton, 1980), as precipitações pluviais representam a maior

fonte de águas que penetram na estrutura dos pavimentos, podendo ocasionar infiltrações

tanto pela superfície quanto pelos bordos da estrutura do pavimento. O excesso de água, com

o passar do tempo, tem influência negativa sobre a serventia, embora os danos causados pela

infiltração de água no pavimento não se manifestem instantaneamente. O processo de

deterioração da estrutura e da conseqüente redução da vida útil de serventia do pavimento é

27

gradual, podendo passar despercebido durante muito tempo. As principais evidências da

presença de água no pavimento poderão ser resíduos secos, apresentando-se como manchas de

coloração variegada junto às trincas e juntas, e sobre os acostamentos, além do

desnivelamento das juntas e trincas.

Infiltração através da superfície do pavimento

A infiltração se dará nas camadas do pavimento desde que, a superfície do pavimento esteja

fissurada/trincada e a camada de base e ou sub-base, apresente permeabilidade ≥10-5

cm/s e

não possua sistema de drenagem na faixa de permeabilidade ≥10-3

.

Em pavimentos de concreto, a maior parcela de infiltração ocorre através das juntas

longitudinais e transversais, assim como pelas trincas presentes nas placas de concreto de

cimento portland (CCP) ao longo do tempo. Quando o acostamento dos pavimentos de

concreto é composto por revestimento asfáltico, a junta revestimento/acostamento é outro

local significativo de infiltração.

A Figura 2.2 a seguir ilustra um pavimento de concreto com a superfície trincada e a

interface entre os tipos de revestimento pista – acostamento.

Figura 2.2: Superfície de CCP trincada


Em pavimentos asfálticos, as juntas de construção da camada de revestimento e as

trincas que surgem ao longo do tempo no revestimento são os locais preferenciais de

infiltração.

O trincamento que surge na superfície, tanto dos pavimentos de concreto quanto dos

pavimentos asfálticos, é um processo contínuo, que depende tanto das características dos

materiais empregados na estrutura quanto da intensidade do tráfego que solicita o pavimento.

Na presença de água livre, esse fenômeno do trincamento é potencializado, tornando difícil a

28

sua previsão e a conseqüente estimativa de volume de água que infiltra pela abertura das

trincas.

A quantidade de juntas ou trincas, bem como a capacidade de vazão destas, são,

segundo Ridgeway (1976, 1982), as principais responsáveis pelo volume de água que infiltra

através da superfície do pavimento, relacionando-o também à intensidade e duração das

chuvas.

Quanto às precipitações pluviais, conforme Tucci et. al (2000), aquelas de grande

intensidade apresentam, de modo geral, curta duração, tal que grande parte da água das

chuvas escoa pela superfície do pavimento ao invés de penetrar na estrutura, em decorrência

da permeabilidade relativamente baixa da capa de rolamento, fator este associado com a curta

exposição temporal da contribuição pluvial. Porém, as precipitações de menor intensidade

ocorrem por períodos mais longos, fornecendo suprimento de água constantemente

permanente por longos períodos de tempo de duração das chuvas, favorecendo a infiltração

mesmo que a superfície do pavimento apresente reduzida permeabilidade.

Além dos fatores apresentados por Ridgeway (1976, 1982), a quantidade de água que

infiltra e que pode movimentar-se no pavimento depende também das características

geométricas da pista (declividades longitudinal e transversal) e da permeabilidade dos

materiais constituintes das demais camadas da estrutura.

A declividade transversal tem influência no volume de infiltração em função da

velocidade que a água pode desenvolver na superfície e atingir os pontos baixos laterais –

acostamentos. A declividade longitudinal tem influência na infiltração de água pela superfície

uma vez que a mesma impõe um escoamento em direção oblíqua à borda do pavimento,

expondo o fluxo a uma distância maior e, possivelmente, a uma quantidade maior de trincas,

ocasionando uma maior taxa de infiltração.

Outro parâmetro diretamente relacionado à infiltração é a permeabilidade dos

materiais integrantes da estrutura de pavimento, dado que caso o sistema não for capaz de

remover toda a água que infiltra pela superfície, a estrutura atinge um grau de saturação

elevado. Enfatiza-se, neste momento, a importância da necessidade da medida da

permeabilidade dos materiais constituintes das camadas do pavimento, notadamente das

camadas de base e sub-base, e a influência deste parâmetro na determinação dos volumes de

água para o dimensionamento do sistema de drenagem subsuperficial. Na atividade prática

profissional, esta importância da necessidade da caracterização das propriedades hidráulicas

dos materiais a serem empregados na pavimentação, inclusive para constituírem o sistema de

drenagem subsuperficial, mediante medidas experimentais no laboratório/campo, é

29

negligenciada pelos órgãos rodoviários.

Infiltração através das bordas do pavimento ou dos acostamentos

A infiltração de água pela borda do pavimento é devida a dois mecanismos distintos:

(i) a variação de carga hidráulica, que provoca o deslocamento da água; (ii) ao fenômeno da

capilaridade.

As rodovias mais propensas à infiltração através das bordas são aquelas que

apresentam baixa declividade longitudinal (greides planos ou pontos baixos de greides

ondulados), devido a maior dificuldade que a água encontra para escoar superficialmente.

Tanto para os pavimentos asfálticos quanto para os pavimentos de concreto, as juntas

entre a pista de rolamento e o acostamento são locais favoráveis para a infiltração das águas

de chuva. Em especial, quando os materiais da pista e acostamento são distintos, como nos

casos em que o pavimento rígido de CCP apresenta acostamento com revestimento asfáltico

ou quando o acostamento não é revestido com massa asfáltica ou em concreto, a água livre na

estrutura pode desencadear processos de deterioração acelerados pela incompatibilidade no

comportamento mecânico dos materiais. A falta de revestimento nos acostamentos permite

que uma parcela significativa da água infiltre para o interior da estrutura do pavimento,

reduzindo a sua capacidade estrutural, mesmo que na parte superior do acostamento seja

utilizado material argiloso com a finalidade de servir de selo, o qual, temporariamente,

impede a infiltração. Tudo isto depende da permeabilidade das camadas.

Outros fatores contribuintes para a infiltração podem ser representados pela vegetação

na região contígua ao pavimento, que pode formar uma barreira ao escoamento superficial da

água devido ao acúmulo de detritos. A água tende a escoar pela superfície do pavimento,

facilitando a infiltração e promovendo a saturação do solo contíguo ao pavimento,

favorecendo, de maneira associada com outros agentes, ao surgimento acentuado de defeitos

funcionais tais como trilhas de rodas, trincamento nos bordos, desplacamentos, dentre outros.

Acostamentos revestidos também podem proporcionar a infiltração pelas bordas do

pavimento, porém com menor intensidade que os acostamentos não revestidos.

A água de chuva também pode infiltrar lateralmente através de dispositivos de

drenagem superficial como canaletas sem revestimento impermeável, principalmente em

regiões de corte. As juntas entre o acostamento e a sarjeta, ou entre a sarjeta e a guia são

locais propícios para a infiltração lateral.

Outro caso a ser considerado, de natureza extemporânea, é a interferência de

restauração sobre as estruturas de pavimento existentes. Embora temporárias, as obras podem

provocar o acúmulo de água no acostamento ou em regiões contíguas a rodovia, favorecendo

30

o aumento do teor de umidade das camadas inferiores da estrutura. Devido à gravidade da

situação, a sinergia entre as solicitações de tráfego, as características dos materiais e o

aumento de umidade podem acelerar o processo de deterioração do pavimento, reduzindo sua

vida útil.

2.2.1.2 Capilaridade

A ação do fenômeno da movimentação da água livre por capilaridade consiste em uma

tensão de sucção que promove a migração da água entre locais com teores de umidade

distintos (de um meio com teor de umidade mais elevado para outro com teor de umidade

menor).

A capilaridade ocorre devido à ação da tensão superficial nos poros (“vazios”) do solo

acima da linha de saturação. A distribuição granulométrica e a massa específica aparente do

solo determinam à região de alcance da ascensão capilar. O movimento da água livre pela

capilaridade ocorre nos vazios dos solos, os quais, ainda que irregulares, podem ser

associados a tubos capilares por estarem interconectados. Conforme indica o professor Carlos

de Souza Pinto (2000), “quando um solo seco é colocado em contato com a água, esta é

sugada para o interior do solo. A altura que a água atingirá no interior do solo depende do

diâmetro dos vazios”. A ascensão capilar é função do volume de vazios e da granulometria do

material. Existe uma altura em que o grau de saturação é constante, embora não seja atingida

a saturação total.

Os solos nunca são encontrados totalmente secos em estado natural e sempre

apresentam uma quantidade de água retida nos vazios, denominada umidade de equilíbrio,

como indicam Medina e Motta (2005). Isso ocorre porque parte da água de chuva que se

infiltra na estrutura de pavimento fica retida como parte do material. Dessa forma, solos como

areias finas e siltes podem apresentar um elevado grau de saturação, mesmo distantes do nível

d'água. Também, quando ocorre o rebaixamento do lençol freático em uma massa de solo,

certa quantidade de água fica retida nos vazios formando meniscos, ficando retida na camada.

De acordo com Moulton (1980), a água proveniente da ascensão capilar não pode ser

drenada pela ação da gravidade. Para o controle do movimento, o autor recomenda a

implantação de uma camada drenante para interceptar o fluxo ou uma camada de bloqueio.

2.3 O MOVIMENTO DA ÁGUA EM MEIOS POROSOS

Em materiais granulares, o fluxo de água deve-se, principalmente, à ação da

31

gravidade. Em materiais argilosos (finos), o movimento da água ocorre devido à capilaridade.

O movimento da água devido à força gravitacional obedece a Lei de Darcy para fluxo

em meio saturado, representada pela expressão:

Q = k . i . A (2.1)

Onde:

Q = vazão (m3/s)

k = coeficiente de permeabilidade (m/s)

i = gradiente hidráulico (m/m)

A = área da seção transversal normal à direção do fluxo hidráulico (m2)

A Lei de Darcy pode ser empregada em conjunto com a equação da continuidade para

constituir a equação diferencial que governa o fluxo subterrâneo de água. A equação da

continuidade é representada pela seguinte expressão:

Q = V . A (2.2)

Onde:

V = velocidade de percolação da água (m/s)

Comparando as expressões (2.1) e (2.2) obtém-se que a velocidade de

percolação da água no meio poroso vale:

V = k . i (2.3)

2.3.1 Movimento da Água Livre nos Pavimentos e seus Efeitos

Cedergren (1974) afirma que as pressões originadas no interior da estrutura de

pavimento, geradas pela ação das cargas do tráfego, induzem grandes pressões hidrostáticas,

resultando em movimentação das partículas de solo na interface das camadas. Estudos

realizados pelo autor no Estado da Geórgia/USA mostraram que as partículas de solo do

subleito e sub-base são carreadas pela água para a interface entre as camadas e para as juntas e

trincas pela ação das cargas do tráfego, proporcionando o surgimento de vazios na seção do

pavimento.

Segundo a FHWA (Moulton, 1980), a saturação da estrutura do pavimento, causada

pela elevação do lençol freático ou pela infiltração pelas bordas ou superfície, prejudica a sua

capacidade de suportar as solicitações dinâmicas do tráfego.

Em pavimentos asfálticos, os danos surgem com a elevação das poro-pressões que

32

acarretam na perda de suporte das camadas não estabilizadas (base, sub-base e subleito) e no

trincamento do revestimento. Na seqüência, as poro-pressões provoca o bombeamento de

finos através das trincas formadas na superfície do pavimento, conforme indica a Figura 2.3 a

seguir.

Figura 2.3: Ação da água livre em pavimentos asfálticos


Em pavimentos com revestimento de concreto de cimento portland ocorre ação

similar, com o bombeamento de finos através das juntas, trincas ou bordas das placas. Para

pavimentos de CCP sem barras de transferência de carga, o empenamento das placas

provocado pelos gradientes térmicos faz que a placa fique em contato com a sub-base apenas

na região central, permitindo a formação de espaços livres nas bordas transversais das placas.

A água livre pode ficar armazenada nesses espaços. Quando isso ocorre, a passagem do

tráfego sobre a placa induz a movimentação da água com uma pressão elevada na direção da

placa seguinte. Quando a roda ultrapassa a junta, a primeira placa retorna à posição original e

a borda da próxima placa desloca-se para baixo provocando o bombeamento de finos através

da junta e a conseqüente erosão da sub-base, conforme ilustrado pela Figura 2.4.

Pela análise das figuras apresentadas, fica evidenciado que quando os sinais de

exsudação de água e bombeamento tornarem-se visíveis, a estrutura de pavimento não tem

mais condições de suporte adequado ao tráfego.

Em função da magnitude dos danos causados às estruturas dos pavimentos

33

atribuídos à falhas no sistema de drenagem, foram realizadas inúmeras pesquisas sobre os

mecanismos de deterioração dos pavimentos relacionados à drenagem.

Figura 2.4: Efeitos do bombeamento em pavimentos de CCP


Com base em algumas dessas pesquisas, pode-se afirmar que os principais

mecanismos de danos ao pavimento relacionados à deficiência da drenagem subsuperficial

são:

Oxidação do ligante asfáltico;

Empenamento das placas de CCP;

Poro-pressões

Perda de suporte das camadas.

2.3.1.1 Análise dos Defeitos mais Preponderantes devido à Movimentação da Água

Livre

Poro-pressões

As pressões da água que podem surgir sob o impacto das rodas dos veículos pesados

atuantes sobre o pavimento e que causam erosão e ejeção de material são denominadas poro-

pressões. Conforme Cedergren (1974), além da erosão e bombeamento, as poro-pressões pode

provocar o desprendimento de capas asfálticas, a desintegração de bases estabilizadas com

34

cimento, o enfraquecimento de bases granulares, à sobrecarga dos subleitos, entre outros

prejuízos.

As pressões de bombeamento que surgem no interior do pavimento, quando solicitado

pelo tráfego, constituem-se no principal mecanismo causador de danos às estruturas,

conforme FWA (1987).

Quando a água livre preenche completamente as camadas da infra-estrutura (base,

sub-base, reforço do subleito e o subleito) e também os vazios e os espaços ou aberturas nos

limites entre as camadas, a aplicação das cargas de roda produz impactos comparados a uma

ação do tipo golpe de aríete, que consiste na variação da pressão que ocorre em um

determinado conduto como conseqüência da mudança de velocidade do escoamento.

Pela Hidráulica (Baptista e Lara, 2002), o golpe de aríete é considerado um caso

particular dos fenômenos transitórios, aplicado a condutos fechados. A fase de adaptação às

novas condições de escoamento é acompanhada de ondas de pressão que percorrem os vazios

a elevadas velocidades, que vão atenuando-se até o estabelecimento do novo regime de

escoamento.

Em função do movimento da água livre no interior da estrutura do pavimento, o estudo

das pressões hidráulicas deve considerar também o princípio de Pascal. Quando há uma

pressão aplicada a um fluido, esta será integralmente transmitida por todos os pontos deste

fluido, ou seja, todas as camadas sob efeito da saturação sofrerão os efeitos das poro-pressões

ou pressões pulsantes, considerando-se as perdas de carga hidráulica provocadas pela

permeabilidade das camadas.

Com base nesses dois últimos conceitos, pode-se afirmar que o bombeamento de finos

tem origem nas tensões hidráulicas geradas pelo impedimento do deslocamento da água livre

no interior do pavimento. Ao ser aplicada a carga oriunda do tráfego, a água tende a se

movimentar em elevada velocidade pelos vazios comunicantes. Porém, o seu movimento é

reduzido em função da baixa permeabilidade dos materiais integrantes da estrutura, gerando

as tensões internas.

Perda de suporte

A perda da capacidade de suporte ocorre basicamente em função da expansão das

partículas e da redução do atrito interno do material, causando a diminuição da resistência ao

cisalhamento.

O fenômeno de expansão é característico de materiais com granulometria fina, ou seja,

35

de siltes e argilas. Conforme Vargas (1978), o aumento de volume dos solos e a sua

conseqüente expansão dá-se primeiramente por sucção de água para dentro dos poros do solo

e depois por adsorção para o interior da estrutura cristalina dos grãos. O afastamento dos

grãos provocado pela sucção acarreta na desestruturação interna da camada. Nos casos em

que são atingidos teores de umidade elevados no interior da camada estrutural, tem origem o

processo de bombeamento quando ocorre a solicitação pelo tráfego.

Ocorrendo ou não o bombeamento, após a expansão e a posterior redução do teor de

umidade a teores próximos ao da umidade ótima, os vazios gerados pela expansão (antes

ocupados pela água) são ocupados por ar, tornando o solo poroso e reduzindo a capacidade de

suporte e o módulo de resiliência (redução da rigidez da camada, tornando-s mais flexível,

mais facilmente deformável).

A perda de suporte também ocorre em função da diminuição no atrito interno dos

materiais. Isto pode ocorrer em camadas não estabilizadas onde o aumento do teor de umidade

provoca o aumento da lubrificação no contato das partículas. Este efeito pode ser verificado

através da análise da curva de compactação de um solo qualquer: ao aumentar o teor de

umidade no ramo seco da curva, verifica-se um aumento da massa específica aparente até

atingir um valor máximo, para o qual se obtém o teor de umidade ótima. Ao prosseguir a

compactação com teores de umidade superiores à ótima, verifica-se uma queda na massa

específica do material. O aumento do teor de umidade provoca uma lubrificação excessiva

nos contatos entre os grãos, cuja película de água no entorno dos grãos impede a aproximação

dos mesmos, proporcionando a ocorrência de elevadas deformações plásticas e impedindo

uma melhor compactação do solo, refletindo em uma massa específica do solo compactado

inferior à máxima. Esse comportamento, na prática da atividade rodoviária, recebe a

denominação de “borrachudo”.

O fenômeno da lubrificação dos grãos e redução do atrito interno ocorre tanto para os

solos das camadas de subleito e reforço do subleito como também para os materiais

granulares utilizados em camadas de sub-base e base. Portanto, o aumento do teor de umidade

proporciona uma redução na resistência ao cisalhamento que implica na redução da

capacidade de suporte e do módulo de resiliência da camada, resultando em deformações

plásticas excessivas.

Teoricamente, a perda de suporte é função da precipitação, do volume de água que

infiltra no pavimento, da erosão, das declividades longitudinal e transversal da pista, posição e

condição de selagem das juntas, tipo de material da base e subleito e da magnitude do tráfego.

Por sua vez, a infiltração superficial, o nível do lençol freático, a ascensão capilar e o excesso

36

de percolação de água são fatores fundamentais que contribuem para o desenvolvimento de

defeitos nos pavimentos relacionados a presença de teores elevados de umidade na estrutura.

O bombeamento de finos das camadas inferiores e o trincamento do revestimento são

as principais evidências sobre a presença de umidade excessiva na estrutura do pavimento, de

modo que os defeitos de pavimentos flexíveis relacionados com a umidade caracterizam-se

pela elevada deflexão (baixo raio de curvatura), trincamento por fadiga, redução da

capacidade de suporte e desagregação.

O pavimento rígido de concreto de cimento portland também é susceptível ao efeito da

água. Os principais defeitos relacionados com a presença de umidade excessiva são a

instabilidade do subleito, o bombeamento de finos e conseqüente perda de suporte, além do

trincamento em formato conhecido como D-Cracking (trinca de canto).

Resumidamente, podem ser listados os três principais fatores preponderantes na aceleração

dos defeitos relacionados à umidade:

Infiltração: nos Estados Unidos foi conduzida uma extensa pesquisa (Wyatt & Macari,

2000), na qual se verificou intensidade pluviométrica elevada nas regiões estudadas, o

que implicava em um volume significativo de água infiltrando através das trincas e

juntas. Considerando os materiais de base e subleito com baixa permeabilidade nas

rodovias analisadas, a água retida no interior da estrutura do pavimento contribuiu

significativamente para acelerar a deterioração do pavimento;

Tráfego: a associação do tráfego elevado com cargas pesadas possibilita a

movimentação da água no interior da estrutura do pavimento, de modo que acelera a

degradação do pavimento, conforme ilustrado anteriormente mediante as Figuras 2.1 e

2.2;

Estrutura do Pavimento: a compatibilidade e a transmissividade hidráulica dos

materiais constituintes do pavimento (permeabilidade) podem contribuir para o

acúmulo de água no interior da estrutura, acelerando a deterioração.

Wyatt e Macari (2000) avaliaram o desempenho de pavimentos em função de

sistemas de drenagem subsuperficial em estruturas de pavimentos asfálticos e rígidos. O

trabalho realizado reuniu informações constantes de bancos de dados de órgãos de transporte

norte-americanos sobre um grande número de seções-tipo, conforme indica o Quadro 2.1.

Foram coletados dados acerca da presença/ausência de drenos longitudinais, camadas

drenantes e defeitos encontrados na pista.

37

Quadro 2.1 – Banco de Dados e segmentos rodoviários analisados

Banco de Dados Pavimentos Flexíveis Pavimentos rígidos

NCHRP 56 49

LTPP 49 89

RIPPER - 272 Fonte: Wyatt e Macari, 2000

Em pavimentos asfálticos (flexíveis), os autores verificaram que a utilização de drenos

de borda em conjunto com bases granulares densas tem pouca influência sobre o

desenvolvimento de trilhas de roda. Para pavimentos rígidos com barras de transferência, a

eficiência do sistema de drenagem também tem pouca influência sobre o surgimento de

defeitos superficiais. A utilização de bases granulares densas elimina a presença dos drenos,

sendo notada pouca ou nenhuma diferença no desempenho de pavimentos com drenos ou sem

drenos.

A pesquisa demonstra também que a presença de um sistema de drenagem

subsuperficial não é suficiente para que o pavimento atue como uma estrutura drenante. É

necessário que haja uma adequação em nível de projeto, compatibilizando o sistema proposto

com os materiais utilizados, com as práticas construtivas adotadas e também com os

procedimentos de manutenção a serem adotados quando a estrutura estiver em utilização.

Outro estudo que merece destaque na avaliação de defeitos de pavimentos

relacionados à drenagem subsuperficial é o realizado por Hudson e Flanagan (1987). Foram

avaliados 14 segmentos de pavimentos submetidos a solicitações de tráfego e climáticas

distintas. A principal característica do estudo é que para cada segmento aberto ao tráfego

havia outra, semelhante, submetida apenas às variações climáticas. Como conclusão, os

autores afirmam que as solicitações do tráfego exercem uma influência muito superior no

desempenho do que as condições climáticas locais. As ações das intempéries, isoladamente,

não causam grandes danos às condições de superfícies dos pavimentos, porém, provocam o

enfraquecimento da estrutura, potencializando a deterioração causada pelas solicitações do

tráfego.

2.4 CONCEPÇÕES DE PROJETO DE DRENAGEM SUBSUPERFICIAL

O projeto do sistema de drenagem subsuperficial do pavimento consiste na

determinação do balanceamento entre permeabilidade e estabilidade da estrutura do

pavimento e na coleta e remoção rápida da água que infiltra no pavimento. Algumas

características importantes são: a escolha do material constituinte da camada de base, a

38

imprimação de sua superfície, a indicação de uma camada de filtro (“argilamento”) para evitar

a infiltração de água do subleito para as camadas superiores e um sistema de coleta, condução

e afastamento do corpo do pavimento da água livre que infiltra ou da água capilar, como

indica a Figura 2.5.

Figura 2.5: Esquema do sistema de drenagem subsuperficial


Drenos de pavimento ou drenos subsuperficiais são dispositivos que tem como função

receber as águas drenadas pela camada do pavimento de maior permeabilidade conduzindo-as

até o local de deságüe.

Os principais componentes dos sistemas de drenagem subsuperficial serão descritos

brevemente a seguir:

Camada drenante – é uma camada de material granular, colocada logo abaixo do

revestimento, seja ele asfáltico ou de concreto de cimento portland. Com granulometria

apropriada, tem a finalidade de drenar as águas infiltradas para fora da estrutura do

pavimento, conduzindo-as para os drenos rasos longitudinais.

Drenos rasos longitudinais – são drenos que recebem as águas coletadas pela camada

drenante. São aliviados 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, com boa permeabilidade, encaminhando-as para fora da

plataforma.

Drenos transversais – são aqueles posicionados transversalmente à pista de rolamento em

39

toda a largura da plataforma, sendo, usualmente, indicados nos pontos baixos das curvas

côncavas ou em outros locais onde se necessitar drenar as bases permeáveis.

2.4.1 Aspectos Conceituais Envolvidos na Teoria Hidrodinâmica nos Meios

Porosos

Para que a estrutura do pavimento apresente características efetivas de boa drenagem

subsuperficial é necessário que haja o correto dimensionamento hidráulico deste sistema. A

vazão prevista decorrente da infiltração através do revestimento-acostamento, por exemplo,

deverá percolar através da camada drenante de forma que não seja atingida a saturação da

mesma e ser coletada pelos dispositivos adequados (drenos longitudinais de borda ou

transversais). Para que isto ocorra, é necessário o controle das características geométricas e

geotécnicas de cada camada, garantindo-se o escoamento através do conceito da hidráulica

dos meios porosos.

As Figuras 2.6 e 2.7, reproduzidas de Pereira (2003), apresentam sugestões de

posicionamento da camada drenante para seção-tipo de pavimento rodoviário e urbano,

respectivamente.

Figura 2.6: Posicionamento recomendado para a camada drenante em pavimentos rurais

Fonte: Pereira, 2003.

\ Figura 2.7: Posicionamento recomendado para a camada drenante em pavimentos urbanos

Fonte: Pereira, 2003

40

2. 4.1.1 Componentes do Sistema

2.4.1.1.1 Camada Drenante

A colocação da camada drenante logo abaixo do revestimento asfáltico ou da placa de CCP é

preferível, porque a água pode ser drenada mais rapidamente. No entanto, esta técnica pode

ter desvantagens pela deficiência de finos na camada drenante, que poderá causar problemas

de estabilidade. Caso a camada drenante seja colocada sobre o subleito, as permeabilidades da

base e sub-base devem ser maiores que o índice de infiltração, para que a água possa alcançar

a camada drenante.

A camada drenante de graduação aberta raramente poderá ter espessuras elevadas por

questões de estabilidade. Assim sendo, é comum a utilização de sub-base de graduação densa

subjacente, exigindo outra camada separadora de filtro, para prevenir a migração de finos do

subleito para os vazios da brita de graduação aberta ou proporcionar aumento de suporte

estrutural.

Caso se queira eliminar a camada intermediária de filtro, é altamente recomendável

que seja empregada uma manta geotêxtil em sua substituição para desenvolver as mesmas

funções de separação e de bloqueio.

Devido aos problemas de custo e das dificuldades construtivas da camada drenante

aberta, em alguns projetos tem sido prevista a colocação de camadas granulares de graduação

densa com diâmetro efetivo elevado para desempenhar as funções simultâneas de drenagem e

de estabilidade. Infelizmente, isso cria apenas a falsa sensação de segurança, uma vez que a

base de graduação densa, além de não drenar a contento, apresentará perda de suporte ao

longo do tempo pela saturação da camada.

Em síntese, não há unanimidade quanto à opção de se utilizar camada altamente

drenante de graduação aberta e elevado volume de vazios, que apresenta estabilidade

estrutural duvidosa ou empregar camada de graduação densa, estável, mas com baixo índice

de transmissividade, que proporciona perda de suporte ao longo do tempo à medida que

ocorre acréscimo de saturação da camada.

A metodologia proposta por Cedergren (1974) descreve como deve escoar, através da

camada drenante, o fluxo que penetra através de uma superfície do pavimento com um metro

de largura e comprimento igual a máxima distância percorrida sob o mesmo por uma partícula

de água.

A Lei de Darcy deve ser verificada, de forma que os fluxos de água provenientes da

41

infiltração sejam inferiores ao fluxo máximo admissível, conhecidas as características

geométricas da pista e o coeficiente de permeabilidade do material drenante.

O tempo para que toda a água infiltrada seja drenada do pavimento deverá ser inferior

a 1 (uma) hora, depois de cessada a precipitação, e esta condição deverá ser verificada através

da relação entre a máxima distância percorrida pelas partículas de água na camada drenante,

no sentido do escoamento, e a velocidade de percolação, isto é, a velocidade real média de

escoamento através dos vazios da camada.

Na seqüência, serão apresentados aspectos referentes às características físicas e

hidráulicas das camadas drenantes: a permeabilidade e o critério de filtro.

As principais características físicas das camadas drenantes e o critério de filtro são as

seguintes:

Permeabilidade

Permeabilidade é a propriedade dos materiais de pavimentação e solos que indica a

maior ou menor facilidade que os mesmos oferecem à passagem da água através de seus

vazios. Tal grandeza é numericamente expressa pelo coeficiente de permeabilidade ou

coeficiente de transmissividade hidráulica (k), cujo conhecimento é importante para os

problemas de movimento da água em meios porosos e, em particular, para o dimensionamento

hidráulico dos dispositivos de drenagem subsuperficial de pavimentos.

Quanto menor o coeficiente de permeabilidade do material, menor será o fluxo de

água que escoa pelos vazios da camada. Não existem materiais completamente impermeáveis

em pavimentação, mas são considerados como tais aqueles cujo coeficiente de permeabilidade

é da ordem de grandeza de 10-7

cm/s (solos argilosos, concreto asfáltico usinado a quente,

como exemplos).

A determinação experimental do coeficiente de permeabilidade foi obtida, em 1856,

por Henry Darcy, que observou que a vazão Q em uma determinada amostra de solo era

proporcional ao produto da área da seção A normal à direção do fluxo hidráulico, pelo

gradiente hidráulico i, que representa a relação ΔH/L, sendo que a constante de

proporcionalidade é dada em função das características do material. A referida constante é o

coeficiente de permeabilidade (k).

Q = k ΔH.A ou Q = k .i .A (2.4)

L

42

onde:

Q = vazão (m3/s)



A = área da seção transversal normal à direção do fluxo (m2)

L = distância percolada pela água (m)

ΔH = carga hidráulica (m)

A Lei de Darcy aplica-se exclusivamente para fluxos laminares, ou seja, para baixas

velocidades, como ocorre no fluxo da infiltração na estrutura do pavimento.

O coeficiente de permeabilidade k varia para os diferentes solos e ainda, para um

mesmo tipo de solo, sofre a influência da temperatura e do índice de vazio (e). A temperatura

influencia diretamente na viscosidade da água, que é tanto menor quanto maior a temperatura.

O índice de vazios é diretamente relacionado à porosidade (n) do material (equação 2.5), e

quanto maiores e e n, maior a percolação pelo material.

n = e (2.5)

1 + e

Outros fatores que influenciam na permeabilidade do material são: o arranjo estrutural

das partículas (estratificação), o tamanho dos grãos, a massa específica da água e o grau de

saturação do solo.

O Quadro 2.2 indica a ordem de grandeza do coeficiente de permeabilidade para

diferentes tipos de solo.

Quadro 2.2 – Coeficientes de permeabilidade

Material Coeficiente de permeabilidade (cm/s)

Argilas < 10-7

Siltes 10-4

a 10-7

Areias argilosas 10-5

Areias finas 10-3

Areias médias 10-2

Areias grossas 10-1

Fonte: Pinto, C.S., 2000

A determinação do valor do coeficiente de permeabilidade pode ser feita pelo emprego

de fórmulas empíricas, relacionadas com a granulometria do material, por ensaios de

43

laboratório, através dos permeâmetros, e por ensaios de campo (infiltração e bombeamento).

Dentre as formulações empíricas para a determinação do valor de k, pode-se

apresentar a equação de Hazen, para areias fofas e uniformes.

k =100.(D10 )2

(2.6)

onde k é o coeficiente de permeabilidade, em cm/s, e D10 é o diâmetro efetivo da areia

(diâmetro correspondente a 10% em peso total das partículas menores que ele), em cm.

Caso ocorra a falta de equipamento para a realização de ensaios de laboratório, a

permeabilidade dos materiais comumente utilizados como base de pavimentos pode ser

estimada a partir da equação 2.7, encontrada no Manual de Drenagem Subsuperficial e no

manual do programa “Drainage Requirements for Pavements” – DRIP, ambos da FHWA

(Moulton, 1980 e Mallela et al., 2002).

k =2,158 ×102

× (D10)1,478

× n6,654

(2.7)

(P200)0,5974

onde:

k = permeabilidade, em cm/s

n = porosidade, dada pela equação n = 1 − ρ

62,4 ×ρS

ρ = massa específica aparente (“densidade”) do material

ρS - massa específica real dos grãos ≈ 2,68 g/cm3

D10 - diâmetro efetivo – 10% passando (mm)

P200 - porcentagem de finos (material que passa na peneira no 200)

Para a determinação da permeabilidade mínima de uma camada drenante, a Lei de

Darcy deve ser verificada, de forma que os fluxos provenientes da infiltração sejam inferiores

ao fluxo máximo admissível através da seção transversal. Numa camada drenante o

escoamento deve se dar através de uma seção retangular perpendicular à direção do fluxo,

com largura de 1 metro e altura igual a espessura efetiva da camada, considerada igual a

espessura total menos 2,5 cm, prevenindo-se, assim, de alguma contaminação nas superfícies

inferior ou superior da camada.

Conhecida a infiltração de projeto (Ip) e as características geométricas da pista de

rolamento podem-se então calcular a permeabilidade necessária a partir da expressão a seguir.

44

k = Qx100 = IPxLx100 (2.8)

i x D αxEef

onde:

k : coeficiente de permeabilidade, em cm/s;

Q : é a vazão de infiltração numa faixa de largura 1 m, em cm3/s;

i : gradiente hidráulico na trajetória do fluxo por metro linear;

D : comprimento da trajetória percorrida pela água na camada drenante, em m;

Ip : é a infiltração de projeto, em cm/s;

L : é a largura da plataforma, em m;

α : é a declividade transversal da pista;

Eef : é a espessura efetiva da camada drenante, em cm.

A expressão (2.8) permite a determinação da permeabilidade necessária da camada

drenante para diferentes combinações de largura e de declividade da pista e da espessura

efetiva da camada drenante. De forma similar, é possível calcular a espessura efetiva da

camada drenante a partir da expressão:

Eef = Ip ×L ×100 (2.9)

k ×α

Determinação dos filtros

Caso a camada drenante seja posicionada sobre outra camada densa, é necessário o

posicionamento de uma camada de filtro, para evitar o carreamento de finos para o interior da

camada drenante, o que provocaria a sua colmatação.

Qualquer agregado utilizado para drenagem deve satisfazer os critérios de filtro quanto

ao entupimento e quanto à permeabilidade, para evitar a colmatação da camada drenante pelos

finos das demais camadas adjacentes.

Quanto ao entupimento, o material de filtro deve ser fino o suficiente para evitar que

outro, mais fino, seja carreado para o interior do material filtrante. A relação (2.10) deve ser

atendida na escolha dos materiais:

D15 (filtro) ≤ 5 (2.10)

D85 (solo)

45

onde:

D15 e D85 são os tamanhos dos grãos correspondentes a 15 % e 85 % de material passando nas

peneiras.

Quanto à permeabilidade, o material de filtro deve ter granulometria aberta, suficiente

para permitir a percolação da água sem apresentar resistência significativa. A relação entre os

diâmetros dos materiais está expressa na seqüência.

D15 (filtro) ≥ 5 (2.11)

D85 (solo)

Para garantir que as curvas granulométricas do filtro e do material a ser protegido

fossem aproximadamente paralelas, o Corpo de Engenheiros do Exército Norte-Americano –

USACE (apud MOULTON, 1980) recomenda que seja atendida também a relação (2.12)

entre os diâmetros dos materiais.

D50 (filtro) ≤ 25 (2.12)

D50 (solo)

O USACE recomenda também que o material de filtro apresente coeficiente de

uniformidade, definido como a relação entre D60 e D10, inferior a 25, para minimizar o

problema de segregação dos grãos.

Moulton (1980) recomenda que a quantidade de finos passando na peneira no 200 deve

ser inferior a 5%, ou que D5 seja inferior a 0,074 mm, para evitar que os finos do filtro sejam

carreados para o interior da camada drenante.

A camada de filtro pode ser substituída por uma manta geotêxtil. Os geotêxteis têm a

função de reter o solo e permitir a passagem da água entre as camadas, sendo que os critérios

de filtro para os geotêxteis deverão contemplar a sua resistência ao bombeamento,

permeabilidade e entupimento.

2.4.1.1.2 Drenos Rasos Longitudinais

Historicamente, a utilização deste tipo de dreno teve início por volta de 1970 e tem

sido crescente a sua aplicação, visando o aumento dos desempenhos funcionais e estruturais

dos pavimentos rodoviários.

Uma discussão importante no projeto de drenagem subsuperficial é a necessidade ou

46

não de se prever drenos rasos longitudinais para remover a água livre que normalmente se

acumula na borda da pista de rolamento.

Os drenos de bordo foram, no passado, empregados com ou sem camadas drenantes.

Hoje, prefere-se que os drenos estejam conectados às bases drenantes de elevada

transmissividade hidráulica.

Mesmo com o emprego de drenos rasos longitudinais, pode ser necessária também a

instalação de drenos transversais em alguns pontos críticos, em especial quando a declividade

da seção é praticamente nula, visando aumentar a eficiência da camada drenante.

No projeto do sistema de drenagem com drenos rasos deverão ser levados em

consideração os seguintes itens:

Tipo de material do dreno

o cego - granulometria e permeabilidade

o dreno com tubo – material liso internamente, corrugado e perfurado

Locação e profundidade dos drenos e respectivas saídas

Declividade dos drenos e espaçamento das saídas (comprimento crítico)

Dimensionamento dos drenos

o cego - seção transversal (tipo de geometria)

o dreno com tubo - diâmetro e com bordo livre

Condição de funcionamento

o cego – evitar colmatação, principalmente por intemperismo químico (sanidade)

o dreno com tubo - entupimento de furos

Quanto aos materiais:

Os drenos rasos longitudinais poderão ser constituídos de diferentes tipos de materiais:

essencialmente granulares (cego), tubulares e com geocompostos drenantes.

Os drenos constituídos de material granular, tipo brita ou areia, apresentam capacidade

hidráulica em função da seção e da declividade adotadas e do coeficiente de permeabilidade

do material selecionado, empregando-se a fórmula de Darcy para escoamento em meios

porosos. A sua capacidade hidráulica é relativamente reduzida e, dependendo do volume a ser

drenado, o espaçamento das saídas d’ água deve ser bastante curto.

Os drenos tubulares apresentam, dependendo do diâmetro adotado da tubulação e da

declividade longitudinal, elevada capacidade hidráulica. Os tubos de PVC podem ser lisos ou

corrugados, perfurados, com diâmetro variável entre 5 e 10 cm e dimensionados como

conduto livre, utilizando a fórmula de Darcy associada à equação da continuidade.

47

Os drenos constituídos de geocompostos são de utilização relativamente recente,

estando disponíveis no mercado vários modelos. Tais drenos começaram a ser difundido após

sua utilização em projetos de restauração, em vista de sua facilidade de instalação.

Independentemente do tipo de dreno empregado, se cego ou com tubo, comumente se

utilizam mantas geotêxteis envolvendo a vala drenante com a finalidade de servir de filtro dos

materiais mais finos, procurando evitar a sua colmatação. A permeabilidade do geotêxtil deve

ser de 4 a 10 vezes superior ao do material adjacente. Ressalta-se que a manta não controla os

movimentos e nem a erosão de finos nas camadas adjacentes, evita a entrada de finos no

dreno e forma o préfiltro.

Quanto ao posicionamento:

O posicionamento do dreno pode ser efetuado, principalmente, junto ao bordo externo

do acostamento ou logo abaixo das juntas entre a pista principal/acostamento ou pista/guia-

sarjeta (meio-fio). A alternativa de posicionamento do dreno de pavimento com o dreno

posicionado no bordo externo do acostamento ou do meio-fio, evita o desconfinamento das

camadas subjacentes.

Quando um dreno raso longitudinal for executado próximo à borda da pista a ser

restaurada é importante saber se a água livre a ser drenada é proveniente das camadas

adjacentes ou da junta existente entre a pista e o acostamento. O dreno raso longitudinal

executado próximo à borda da pista será eficiente se a água livre estiver infiltrando pela junta

pista/acostamento. Entretanto, caso a água tenha origem pelas trincas ou juntas nas faixas

centrais de rolamento, provavelmente a eficiência do dreno será duvidosa, principalmente se

os materiais das camadas do pavimento existente apresentarem baixa permeabilidade

hidráulica.

A adoção do dreno posicionado na junta pista/acostamento também induz à formação

de um ponto fraco na estrutura, dadas as condições de compactação sobre o dreno e

adjacências. Desta forma, os cuidados com a execução devem ser redobrados ao adotar-se esta

alternativa.

Em resumo, ao se prever a utilização de drenos rasos longitudinais é fundamental o

conhecimento das características hidráulicas dos materiais adjacentes, uma vez que a sua

eficiência dependerá de como e quanto de água chegará ao dispositivo de drenagem.

A eficiência dos drenos rasos longitudinais será fundamentalmente função da forma de

aplicação ou situação em que os mesmos serão instalados. Independentemente da situação de

pavimento novo ou restauração ele deve apresentar adequada conexão com as camadas

48

permeáveis adjacentes, ter capacidade hidráulica suficiente para drenar todo volume de água

que chegue até o mesmo e não sofrer ao longo do tempo entupimento devido ao carreamento

de finos para o interior da tubulação.

O critério de projeto da drenagem de pavimentos para os casos de restauração é

consideravelmente mais complexo do que para a situação de vias novas. As camadas do

pavimento já estão executadas e muito pouco pode ser feito para torná-la mais drenante. A

solução mais apropriada para melhorar as condições de drenagem é encurtar o caminho de

percolação da água livre existente na estrutura.

As condições de saturação das diversas camadas devem ser analisadas para verificar se

a causa de degradação do pavimento está relacionada com a umidade excessiva das camadas

inferiores, e neste caso, recapeamentos, reciclagens e remendos na estrutura existente não

resolverão o problema se as deficiências de drenagem não forem solucionadas.

2.4.1.1.3 Saídas Laterais dos Drenos

Além do dimensionamento hidráulico, as saídas laterais do sistema de drenagem

subsuperficial devem ser cuidadosamente estudadas para não comprometer o seu desempenho

global.

Como regra geral, o espaçamento das saídas não deve ser superior a 90 m, com os

tubos lisos colocados num ângulo entre 45º a 90º com a direção do dreno longitudinal. Quase

sempre não há necessidade de se colocar tubo nos drenos.

Os tubos de saídas poderão ser aparentes, com dispositivos apropriados ou conectados

a um outro sistema de drenagem profunda do local.

Os dispositivos de proteção da saída aparente deverão ser constituídos de muro de

testa de concreto pré-moldado ou moldados in loco, devidamente assentados para evitar danos

na tubulação, erosão nos taludes e que possam ser facilmente visualizados para posterior

execução de manutenção.

2.5 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

O projeto adequado de um sistema de drenagem subsuperficial de pavimento deve

atender as etapas descritas adiante, para alcançar eficiência hidráulica do sistema,

considerando os parâmetros a serem empregados nos cálculos, também apresentados a seguir:

2.5.1 Estimativa da Infiltração de Projeto: volume de água que infiltra na estrutura

49

Conforme anteriormente analisado, a maior fonte isolada de água na estrutura dos

pavimentos é a infiltração pela superfície, seja através das trincas ou juntas entre o pavimento

e o acostamento, pelos acostamentos ou através de valas laterais ao pavimento.

Um pavimento novo pode apresentar uma superfície virtualmente impermeável,

porém, antes do final do período de projeto, a estrutura apresentará trincas não seladas e

juntas abertas. O projeto de uma base permeável, ou camada drenante, deve prever uma

condição em que a superfície do revestimento apresenta-se trincada, para considerar a

infiltração em uma condição severa.

Dois métodos têm sido extensivamente utilizados para avaliar a capacidade de

infiltração pela superfície: o proposto por Cedergren (1974) e o proposto por Ridgeway

(1976), este adotado pela FHWA e AASHTO.

O procedimento proposto por Cedergren (1974) é empírico e depende tanto da

capacidade de infiltração quanto da intensidade pluviométrica. Já o proposto por Ridgeway

(1976) baseia-se nos resultados de ensaios de infiltrabilidade, nos quais se observou que a

infiltração é diretamente relacionada ao trincamento da superfície do pavimento. Verifica-se

uma grande diferença entre as previsões de fluxo de infiltração pelos dois métodos. Conforme

indica a FHWA, no Manual de Utilização do DRIP (Mallela et al, 2002), uma vez que o

segundo procedimento é mais racional e baseado em experimentos de campo, este é

freqüentemente utilizado para a determinação da infiltração pela superfície do pavimento. No

entanto, o outro procedimento também deve ser utilizado, em especial para conferência dos

resultados. Caso necessário, o maior dos dois resultados deve ser utilizado para o

dimensionamento do sistema de drenagem subsuperficial.

2.5.1.1 Método de Cedergren

De acordo com o Manual de Drenagem de Rodovias do Departamento Nacional de

Infra-Estrutura de Transportes, versão de 2006, o cálculo das descargas de contribuição que

devem ser escoadas pela camada drenante do pavimento deve ser efetuado conforme o

método encontrado na publicação “Drenagem dos pavimentos de rodovias e aeródromos” de

H. R. Cedergren (1974) e as recomendações do Federal Highway Administration – FHWA

(Moulton, 1980).

A estimativa da infiltração de projeto pelo procedimento proposto por Cedergren

(1974) consiste na aplicação de um método simplificado, no qual se assume que uma

proporção fixa da chuva de projeto infiltra na estrutura de pavimento. Para tanto, é necessária

50

a determinação de um coeficiente de infiltração e da intensidade da precipitação

pluviométrica. Para a aplicação do método, recomenda-se a utilização de chuva com 1 hora de

duração e período de retorno variando de 1 a 2 anos em função do volume de tráfego previsto

para a rodovia.

A equação 2.13 é utilizada para a determinação da vazão de infiltração:

qi = C.R.F (2.13)

onde:

qi = vazão de infiltração, em m³/dia/m²;

C = coeficiente de infiltração;

R = Precipitação de projeto, em mm/h;

F = Fator de conversão, igual a 0,24 para mm/h.

São recomendados coeficientes de infiltração variando de 0,50 a 0,67 para pavimentos

de concreto de cimento portland e entre 0,33 a 0,50 para pavimentos asfálticos.

2.5.1.2 Método da AASHTO/FHWA

Ridgeway (1976, 1982) recomenda a consideração de um fluxo de infiltração estimado

pela capacidade de carreamento pelas juntas ou trincas de pavimento ou pela estimativa dos

comprimentos de juntas ou trincas. A pesquisa do autor indicou que a condição das juntas ou

trincas (isto é, juntas/trincas seladas ou não, abertura das juntas/trincas) e o tipo de base do

pavimento (graduação aberta ou fechada) influenciam a capacidade de infiltração através das

juntas/trincas.

Para juntas/trincas com alta capacidade de infiltração devem ser consideradas chuvas

com intensidade elevada e de curta duração. Para juntas/trincas com baixa capacidade de

infiltração, a duração da chuva é mais importante que a intensidade, conforme descrevem

Crovetti e Dempsey apud Mallela et al (2000).

A abordagem de projeto apresentada no Highway Subdrainage Manual e nas

publicações “Demonstration Project 87” e “NHI Course 131026”, todos da FHWA (1980,

1992 e 1998), considera a aproximação da infiltração por este método mais confiável que a

abordagem do método proposto por Cedergren. A equação para o cálculo da infiltração para

condições normais em pavimentos sem trincas é:

51

qi = Ic x{ Nc/W + Wc/WxCs } + kp (2.14)

onde:

qi = vazão de infiltração, em m³/dia/m²;

Ic = razão de infiltração através das juntas/trincas, em m³/dia/m;

Nc = número de trincas longitudinais;

Wc = comprimento das juntas/trincas transversais, em m;

W = largura da base permeável, em m;

Cs = espaçamento das juntas/trincas transversais, em m;

kp = permeabilidade da estrutura de pavimento, em m/dia.

Pode ser adotado um valor de Ic = 0,223 m³/dia/m, baseado em estudos sobre

juntas/trincas em condições de saturação (Ridgeway, 1976). O valor sugerido aproxima-se da

infiltração média medida em trincas localizadas em pavimentos com revestimento asfáltico

sobre base granular de graduação aberta.

2.5.2 Dimensionamento Hidráulico da Camada Drenante

Neste item são tratados os aspectos hidráulicos da camada drenante destinada a

remover rapidamente ou limitar o tempo de permanência da água livre proveniente das chuvas

que inevitavelmente infiltrarão através das trincas e das juntas de construção existentes na

superfície do pavimento, conforme apresentado anteriormente.

Os principais aspectos abordados são:

Definição dos parâmetros hidráulicos de cálculo.

Concepção do sistema de drenagem.

Os parâmetros hidráulicos de cálculo envolvem as características geométricas da via,

que definem a linha de maior declive do fluxo da água e a extensão a ser percorrida até os

drenos subsuperficiais, as granulometrias dos materiais a serem utilizados nas diversas

camadas do pavimento e a habilidade dos mesmos de reter ou permitir o escoamento da

umidade excessiva.

Para controle dos tempos de permanência e retirada da água livre do pavimento serão

consideradas duas concepções distintas no sistema hidráulico:

52

• Profundidade do fluxo, em que a capacidade de escoamento da camada permeável

deve ser superior a infiltração de projeto – Critério de Fluxo Contínuo;

• Tempo de drenagem, em que a camada drenante poderá ficar saturada durante o período

de precipitação, mas que, no entanto, deverá ser drenada após algumas horas depois de

cessada a chuva para evitar danos à estrutura

2.5.3 Dimensionamento dos Drenos Longitudinais Subsuperficiais Coletores,

Incluindo a Definição do Espaçamento entre as Saídas de Água

Os drenos rasos longitudinais tubulares devem ter capacidade hidráulica suficiente

para remover a água que infiltra pela superfície e pelas juntas entre a pista de rolamento e os

acostamentos laterais.

Cada elemento do sistema de drenagem deve ter capacidade crescente à medida que a

água caminha para os pontos de saída, de forma a garantir o principio da continuidade

hidráulica, sem apresentar pontos de gargalo ao longo da trajetória da linha d’água.

A capacidade de drenagem dos drenos rasos longitudinais é determinada em função do

tipo, do diâmetro e da declividade de assentamento da tubulação, e do espaçamento das

saídas. Essa combinação de elementos deve garantir que a capacidade do conduto seja

superior à vazão de projeto.

A quantidade de furos ou aberturas na tubulação deve ser suficientemente grande para

permitir a entrada de água que chega até o dreno através das camadas drenantes adjacentes.

2.5.4 Vazão de Projeto

A vazão de projeto para a determinação do diâmetro da tubulação e cálculo dos

espaçamentos das saídas de água deve ser estimada a partir de um dos seguintes

procedimentos:

Critério 1 – descarga em função do tempo de drenagem

Critério 2 – descarga devido à infiltração pela superfície

Critério 3 – descarga em função da capacidade da base permeável.

A utilização de um dos critérios dependerá da concepção adotada para o tipo de base

empregado no pavimento, garantindo assim a continuidade hidráulica no sistema de

53

drenagem.

Critério 1 – Descarga em Função do Tempo de Drenagem

De acordo com este procedimento, a vazão de projeto por unidade de comprimento do

pavimento pode ser calculada como se segue:

qd = 24xWxHxNexU (2.15)

td

onde

qd = vazão de projeto, em m3/dia/m

W = largura da base permeável, em m

H = espessura da base, em m

Ne = porosidade efetiva

U = porcentagem de drenagem

td = tempo de drenagem, em h

Critério 2 – Descarga devido a Infiltração pela Superfície

Neste procedimento, a vazão de projeto é estimada em função da taxa de infiltração

pela superfície do pavimento, de acordo com a seguinte expressão:

qd = qixW (2.16)

onde:


qi = taxa de infiltração pela superfície, em m3/dia/m

2

W = largura da base permeável, em m

A taxa de infiltração (qi) pode ser determinada pelo método proposto por Cedergren

(1974), baseado na precipitação de projeto, ou pelo critério recomendado por Ridgeway

(1976), baseado na extensão de trincas ou juntas no pavimento.

Alternativamente, conforme sugestão da FHWA (1980) pode-se adotar uma taxa

média de infiltração d’água na estrutura do pavimento de acordo com o tipo de revestimento:

Pavimento asfáltico qi = 0,10 a 0,15 m³/dia/m²

Pavimento rígido qi = 0,15 a 0,20 m³/dia/m²

54

Critério 3 – Descarga em Função da Capacidade da Base Permeável

De acordo com este critério, a vazão de projeto por unidade de comprimento pode ser

estimada através da seguinte equação:

qd =k.βxH (2.17)

onde,


k = coeficiente de permeabilidade, em m/dia

β = declividade transversal, em m/m

H = espessura da base, em m

Velocidade de Percolação e de Descarga

A velocidade de percolação é a velocidade real média da água através dos vazios ou

poros existentes num solo ou agregado, e ela é empregada para estudar o transporte de

partículas sólidas no interior da camada drenante.

A velocidade de percolação é determinada pela aplicação da Lei de Darcy:

Q = k. i. A

Vs. n. A = k. i. A

Vs = k. i (2.18)

n

onde:

Vs = velocidade de percolação através dos vazios, em m/dia

k = coeficiente de permeabilidade, em m/dia

i = gradiente hidráulico, em m/m

n = porosidade do material

A velocidade de descarga é a velocidade nominal média da água através de agregados

ou solo. É usada para se determinar o tempo do fluxo atingir dois pontos distintos da base

drenante.

A velocidade de descarga é dada pela seguinte equação

Q = k. i. A

V.n.A = k.i.A = V = k.i (2.19)

n

55

onde:

V = velocidade de descarga, em m/dia

De fato, as velocidades de percolação, de descarga e a permeabilidade apresentam a

mesma unidade, podendo gerar dúvidas conceituais.

2.6 RELAÇÕES ENTRE O SISTEMA DE DRENAGEM SUBSUPERFICIAL E A

ESTRUTURA DE PAVIMENTO DO PONTO DE VISTA DO DIMENSIONAMENTO

De forma sucinta, pode-se afirmar que a atribuição de um sistema de drenagem

subsuperficial adequado tem influência significativa na determinação da espessura necessária

para a estrutura de pavimento.

O método do DNER (1966) não faz qualquer menção direta acerca da influência da

umidade excessiva no dimensionamento do pavimento. São realizadas apenas observações

quanto ao posicionamento do lençol freático, que deve estar rebaixado à pelo menos 1,5 m do

topo do subleito (greide de terraplenagem).

Já o método da AASHTO, em especial a partir da versão de 1986, considera

diretamente as características da drenagem no dimensionamento.

2.7 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A infiltração de água na estrutura do pavimento e a manutenção de níveis elevados de

umidade são causas relacionadas ao desempenho insatisfatório do pavimento.

O resultado da exposição contínua a umidade tem como principais conseqüências a

redução de rigidez (aumento de deformação plástica) da camada de fundação (subleito) com a

saturação e a degradação da qualidade dos materiais empregados nas diversas camadas do

pavimento pela interação com a umidade, culminando com a progressão dos defeitos de

pavimento, manifestos na superfície, em especial o trincamento do revestimento (tanto

asfáltico quanto concreto de cimento portland) e o aumento da irregularidade longitudinal

com o tempo.

Ressalve-se não ser suficiente que os pavimentos possuam apenas os dispositivos de

drenagem, mas, é necessário que eles sejam eficientes sob o ponto de vista de continuidade

hidráulica. A interação entre as áreas da engenharia rodoviária, principalmente drenagem,

56

pavimentação e geometria, é fundamental para que se consiga um bom projeto de

pavimentação.

Como cita Jabôr:

Muitos erros são cometidos nos projetos e na construção das rodovias por não haver

interação entre as diversas áreas, não discutindo entre si as causas, os efeitos e as

conseqüências de cada solução adotada. Os resultados, desta forma isolada de

trabalhar, têm como conseqüência a definição de dispositivos de drenagem

inadequados (super ou subdimensionadas), inexeqüíveis ou com um alto grau de

dificuldade construtiva, acarretando um maior custo de construção e/ou maiores

custos na conservação (JABÔR, 2005).

57

CAPÍTULO 3

ASPECTOS METODOLÓGICOS

3. PROCEDIMENTOS E METODOLOGIA EXPERIMENTAL

Para o desenvolvimento do trabalho monográfico, as jazidas exploradas e utilizadas na

construção do pavimento flexível da Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães e nos

drenos rasos longitudinais foram visitadas, objetivando a coleta de novas amostras

representativas com a finalidade de realizar ensaios geotécnicos de cujos resultados

produzissem informações técnicas para permitir a consecução do tema proposto.

No PROJETO EXECUTIVO – VOLUME 1: Relatório de Projeto/Pavimentação

da Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães, disponibilizado pela SURCAP, as jazidas de

solos e as ocorrências de areia e agregados pétreos indicadas para exploração mecanizada e

com aproveitamento de seus materiais constitutivos poderem ser empregados na construção

do pavimento urbano, na sua totalidade, não correspondem àquelas informadas do referido

documento técnico. Segundo engenheiros que foram entrevistados, responsáveis pela

construção, quer da Empresa Construtora, quer da própria SURCAP, declararam, baseados

em registros de memória pessoal, que ocorreram decisões técnico-econômicas posteriores

(fato comum e natural na atividade rodoviária), de modo que foram alteradas as indicações

das ocorrências de materiais constantes no citado Projeto Executivo.

A partir das informações relatadas pelos engenheiros responsáveis pela construção da

referida ligação viária (Empresa Construtora/SURCAP) foram coletadas amostras

representativas dos materiais empregados na construção (solo, areia e brita) do pavimento e

dos drenos rasos longitudinais.

As Figuras 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4 ilustram, respectivamente, a atividade de coleta de

amostras representativa das ocorrências de material arenoso e agregados britados.

58

Figura 3.1: Areal explorado comercialmente pela Empresa OTOMAR MINERAÇÃO


O desenho esquemático apresentado a seguir (Croquis 1), ilustra a localização do

“Areal OTOMAR”, material que foi empregado na construção da camada de sub-base do

referido pavimento urbano.

“Areal OTOMAR”

F-1

Camaçari - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Via Parafuso Croquis 1: Localização do “Areal Otomar”


Hospital Geral

F-1 20 m F-2

18 m 16 m

F-3

F-3

59

Foram coletas amostras representativas em outro local, denominado “Jazida de

Arenoso - ARATU”, que está localizada no trecho rodoviário que dá acesso ao Porto de

Aratu, conforme ilustra o desenho esquemático (Croquis 2) dado a seguir:

“JAZIDA DE ARENOSO – ARATU)”

Viaduto (± Km 9)

Feira de Santana BR 324 Salvador

Polícia Rodoviária

BA - 528

Paripe

Posto de Gasolina

Porto de Aratu

“Jazida de Arenoso”

Croquis 2: Localização da “Jazida de Arenoso - Aratu”


Figura 3.2: Coleta de amostras representativas na “Jazida de Arenoso - Aratu”


Pedreira

Civil

60

Adicionalmente se coletou material de natureza arenosa que também foi empregado na

construção do pavimento da citada via urbana, na denominada “Jazida de Arenoso –

Parafuso”, que está localizada no trecho rodoviário identificado como Via Parafuso, conforme

mostra o desenho esquemático (Croquis 3) dado a seguir:

“JAZIDA DE ARENOSO – PARAFUSO”

Aeroporto

Trevo de Águas Claras

Rod. Via Parafuso – Km 0

CIA

“Jazida de Arenoso”

Croquis 3: Localização da “Jazida de Arenoso – Parafuso”


Figura 3.3: Amostragem de material na “Jazida de Arenoso – Parafuso”


A coleta de amostras representativas dos agregados britados foi realizada na Pedreira

Civil, cujo produto de britagem mecanizada foi utilizado na construção da camada de base do

61

pavimento (Brita graduada) e nos drenos rasos longitudinais (brita 2), cuja localização está

indicada no desenho esquemático apresentado (Croquis 4) a seguir:

Figura 3.4: Pedreira Civil – à esquerda: vista parcial da jazida; à direita: coleta de amostras representativas

de agregados pétreos.


PEDREIRA CIVIL

Paripe

“Britadeira Civil”

Bairro Valéria

± Km 9 BR 324

Croquis 4: Localização da Pedreira Civil


Foi feita coleta de amostras representativas do material utilizado na construção do

terreno de fundação do pavimento urbano (subleito). Este material foi coletado no “pé” do

talude de corte, próximo ao local de estudo do dreno do corpo do pavimento, cuja superfície

da plataforma de terraplanagem está situada numa profundidade, em relação à cota do greide

SPT -

DERBA

A

62

de pavimentação, em cerca de 0,80 metros. A Figura 3.5 ilustra a coleta das amostras de solos

representativas do subleito.

Figura 3.5: Coleta de material solo utilizado durante a terraplenagem para construção do

terreno de fundação do pavimento (subleito) Fonte: Dados da pesquisa

Complementarmente, numa segunda etapa, foi realizada a coleta de amostras

representativas dos materiais empregados nas camadas estruturantes do pavimento da

Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, mediante a abertura de poço de sondagem. A

abertura do poço de sondagem foi executada junto ao meio-fio, com dimensões, em planta,

de 1,00 m x 1,00 m, alcançando a profundidade, em relação à superfície do pavimento, igual a

0,80 m, sendo executado nas imediações da Estaca 439 + 0,00 e junto ao dreno do corpo do

pavimento existente, conforme ilustram as Figura 3.6 e 3.7.

Figura 3.6: Marcação na superfície do pavimento da localização do poço de sondagem


63

Figura 3.7: Execução da abertura do poço de sondagem


Foram coletadas amostras representativas dos materiais constituintes da camada de

revestimento (CAUQ), da camada de base (Brita graduada), da camada de sub-base (areia), da

camada drenante (colchão de areia) e do subleito. As Figuras 3.8 a 3.12 mostram a atividade

de coleta.

Figura 3.8: Amostragem do revestimento em CAUQ


Figura 3.9: Amostragem da camada de Figura 3.10: Amostragem da camada de

base (Brita graduada) sub-base (areia)

Fonte: Dados da pesquisa Fonte: Dados da pesquisa

64

Figura 3.11: Amostragem da camada drenante (colchão de areia)


Figura 3.12: Amostragem do subleito


Como informado anteriormente, as amostras representativas dos materiais (solo, areia

e agregados pétreos) foram coletadas em seus respectivos locais de ocorrências, a partir das

indicações feitas pelos engenheiros responsáveis que trabalharam na construção da Avenida

Deputado Luis Eduardo Magalhães. Objetivando estabelecer estudos comparativos entre os

resultados de ensaios a serem realizados com os materiais coletados na estrutura do

pavimento/Subleito (Campo/laboratório) com aqueloutros a serem efetivados com os

materiais coletados nas ocorrências indicadas pelos engenheiros construtores/Fiscalização

com a finalidade de ratificação de fidelidade técnico-científica das propriedades físicas e

hidráulicas semelhantes, na perspectiva de que os materiais empregados correspondem às

jazidas realmente empregadas neste estudo investigativo, conjugando com os resultados de

65

controle de qualidade realizados durante a construção da obra pela Empresa Supervisora e

disponibilizados aos autores deste trabalho monográfico pela SURCAP.

3.1 ESTUDO E CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS UTILIZADOS NA

CONSTRUÇÃO DO CORPO ESTRADAL E NOS DRENOS RASOS

LONGITUDINAIS

Após a coleta das diversas amostragens representativas dos vários materiais

empregados na construção do pavimento urbano/subleito e drenos rasos longitudinais, passou-

se para a etapa de estudo e caracterização dos materiais, adiante detalhados. Colaboraram os

seguintes laboratórios: Laboratório de Geotecnia – UFBA, Laboratório de Geotecnia

Ambiental e o Laboratório do Departamento de Infra-estrutura do Estado da Bahia - DERBA,

localizado na Gerência de Projetos/GEPES.

A seguir serão descritos os procedimentos realizados por cada laboratório em relação

aos materiais coletados e ensaiados.

3.1.1 Laboratório de Geotecnia – UFBA

Os diversos materiais foram identificados no Laboratório de Geotecnia – UFBA,

segundo a seguinte sistemática, de acordo com o Quadro 3.1:

Quadro 3.1: quadro informativo das amostras de materiais coletadas nas jazidas

Amostra Identificação Tipo

0063/2009 UFBA – 1: Areia Otomar Mineração Saco

0064/2009 UFBA – 2: Brita Graduada – Pedreira Civil Saco

0065/2009 Brita 1 – Pedreira Civil Saco

0066/2009 UFBA 3: Brita 2 – Pedreira Civil Saco

0067/2009 Brita 3 – Pedreira Civil Saco

0068/2009 UFBA 4: BR-324/Aratu (Próx. Posto de Gasolina). Saco

0069/2009 UFBA 5: KM 0 – Via Parafuso Saco

0070/2009 UFBA 6: LEM (Próximo do Túnel) Saco Fonte: Dados da Pesquisa (2009)

66

Os ensaios realizados foram os seguintes:

PEDREIRA CIVIL: agregados britados

Ensaio de granulometria (NBR 7181/ABNT)

Ensaio de compactação (NBR 7182/ABNT)

Ensaio de Massa Específica (NBR 6508/ABNT)

Ensaio de Massa Específica Aparente no Estado Solto (DNER-ME 152/95)

Índice de Suporte Califórnia (NBR 9895:ABNT)

Ensaio de permeabilidade (NBR 13292:ABNT)

OTOMAR MINERAÇÃO: areia



Ensaio de Massa Específica (NBR 6508/ABNT)

Índice de Suporte Califórnia (NBR 9895:ABNT)

Ensaio de permeabilidade (NBR 13292/ABNT)

“JAZIDA DE ARENOSO ARATU”


Ensaios de Limites de Consistência (NBR 6459/ABNT e NBR 7180/ABNT)


Ensaio de Massa Específica Aparente no Estado Solto (DNER-ME 152/95)

Índice de Suporte Califórnia (NBR 7182/ABNT)


“JAZIDA DE ARENOSO PARAFUSO”




Ensaio de permeabilidade (NBR 13292)

67

MATERIAL COLETADO NO PÉ DO TALUDE DA AVENIDA DEPUTADO LUIS

EDUARDO MAGALHÃES (representativo do subleito)


Ensaios de Limites de Consistência (NBR 6459/ABNT e NBR 7180/ABNT)




MATERAIS COLETADOS NA ESTRUTURA DO PAVIMENTO DA AVENIDA

DEPUTADO LUIS EDUARDO MAGALHÃES

Os materiais coletados na estrutura do pavimento, mediante abertura de poço de

sondagem, foram identificados no Laboratório de Geotecnia – UFBA, segundo a seguinte

sistemática observada no Quadro 3.2:

Quadro 3.2: quadro informativo das amostras coletadas no corpo do pavimento em estudo

Amostra Identificação Tipo

0300/2009 Material da camada de base (Brita graduada) Saco

0298/2009 Material da camada de sub-base (areia) Saco

0299/2009 Material da camada drenante/subleito (areia) Saco

Fonte: Dados da Pesquisa (2009)

Os ensaios realizados foram os seguintes:

BRITA GRADUADA (camada de base)

Ensaio de granulometria (DNER-ME 051/94)

Ensaio de compactação (DNER-ME 129/94)

Índice de Suporte Califórnia (DNER-ME 049/94)


AREIA (camada de sub-base)





68

“ARENOSO” (camada drenante)





3.1.2 Laboratório de Geotecnia Ambiental – UFBA

Foram realizados ensaios de permeabilidade dos materiais constituintes das camadas

estruturais do pavimento da Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, com emprego do

permeâmetro GUELPH, conforme ilustram as Figuras 3.13, 3.14, 3.15 e 3.16 apresentadas

adiante:

Figura 3.13: Medida da permeabilidade da camada de base (BG)


Figura 3.14: Topo da camada de sub-base (areia – Foto à esquerda) e a medida da sua

permeabilidade (Foto à direita)


Figura 3.15: Topo da camada do subleito (Foto à esquerda) e a abertura da camada para medida de sua

espessura e da permeabilidade


69

Figura 3.16: Medida da permeabilidade da camada drenante/subleito


3.1.3 Laboratório do Departamento de Infra-estrutura do Estado da Bahia –

DERBA

Os materiais pétreos amostrados na Pedreira Civil foram enviados para o Laboratório

do DERBA, sendo a amostra recebida e identificada como BO31/2009, para serem

submetidos aos ensaios de Abrasão Los Angeles (DNIT-ME 035/98) e Durabilidade (DNER-

ME 089/94).

3.2 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE PARCIAL DOS RESULTADOS

Os resultados obtidos a partir dos diversos ensaios de laboratório e de campo,

relacionados anteriormente, estão apresentados na parte do corpo dessa monografia

identificada como APÊNDICES.

Os resultados obtidos nos ensaios realizados demonstram condições excelentes para os

agregados, pois os valores resultantes dos ensaios de Durabilidade (Sanidade) e Abrasão Los

Angeles revelam que o material pétreo utilizado na construção dos drenos rasos longitudinais

(drenos do corpo do pavimento – Brita 2) não apresentará problemas de colmatação por

fenômeno de alteração química promovida pela água livre de infiltração em percolação no

meio drenante (brita 2) em decorrência da presença de sulfato de magnésio nos componentes

mineralógicos dos agregados. Tal processo de intemperismo químico altera o material

drenante, de modo que, gradualmente, o meio poroso terá sua capacidade hidráulica reduzida,

podendo atingir colmatação plena (sem escoamento hidráulico). Após a realização dos cinco

ciclos em que a amostra de material brita 2 ficou imersa sob solução de sulfato de magnésio

70

(MgS04)/DNER-ME 089/94 não apresentou nenhuma modificação no seu corpo estrutural e

com módulo de finura < 12 %.

Em relação ao ensaio de Abrasão Los Angeles, este apresentou resultado com valor

igual a 15,4 % (Faixa A/DNIT – ME 035/98). Este valor apresenta conformidade com o

obtido para a durabilidade, em termos de análise de comportamento hidráulico (sem

colmatação futura).

Os ensaios de permeabilidade executados no laboratório com as amostras

representativas coletadas na Pedreira Civil apresentaram valores compatíveis com a faixa

média disponível na literatura técnica. Os valores obtidos foram os seguintes:

Quadro 3.3: ensaios de permeabilidade executados no laboratório com as amostras

coletadas na Pedreira Civil

Registro Classificação granulométrica Permeabilidade no Laboratório

(K20 em cm/s)

Permeâmetro tipo Nível

constante

064 Brita graduada 4,9E-03

065 Brita 1 (9,5 a 19,0 mm) 4,3E-01

066 Brita 2 (19,0 a 25,0 mm) 4,1E-01

067 Brita 3 (25,0 a 38,0 mm) 5,4E-01 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

O ensaio de permeabilidade executado no laboratório com o material coletado na

camada de base do pavimento urbano na Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, obteve

o seguinte valor para a brita graduada:

Quadro 3.4: ensaio de permeabilidade executado no laboratório com a amostra

coletada na camada de base do pavimento em estudo

Registro Classificação

granulométrica

Permeabilidade no Laboratório

(K20 em cm/s)

Permeâmetro tipo Nível constante

0300 Brita graduada 1,9E-03 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

O resultado obtido para esse mesmo material (brita graduada), mediante a realização

do ensaio de permeabilidade segundo a metodologia para uso do permeâmetro Guelph,

apresentou o seguinte valor médio:

Quadro 3.5: ensaio de permeabilidade executado no campo (permeâmetro tipo

Guelph) na camada de base do pavimento em estudo


granulométrica

Permeabilidade no campo

(K em cm/s)

Permeâmetro tipo Guelph

F1 Brita graduada 1,5E-02 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

71

A relação obtida entre o valor da permeabilidade determinada em laboratório (fluxo

hidráulico forçadamente verticalizado, por concepção, em conformidade com o método de

ensaio), e aqueloutro valor obtido com o permeâmetro Guelph (fluxo hidráulico forçadamente

radial na saída do tubo de fluxo) revela que a transmissividade hidráulica na camada de base

em brita graduada está em conformidade com a necessidade de orientar o fluxo da água livre

na direção transversal ao eixo da camada drenante (brita graduada) e no sentido da localização

do dreno longitudinal do corpo do pavimento.

Os resultados obtidos em ensaios de permeabilidade, em laboratório (mediante a

coleta em jazidas de amostras representativas de materiais que foram empregados na

construção das camadas de sub-base e subleito) são os seguintes:

Quadro 3.6: ensaio de permeabilidade executado no laboratório com a amostra coletada na

jazida, cujo material foi empregado na construção da camada de sub-base do

pavimento em estudo


(K20 em cm/s)

Nível constante

063 UFBA – 1: Areia Otomar Mineração 2,3E-02 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

Quadro 3.7: ensaio de permeabilidade executado no laboratório com a amostra coletada no

talude de corte, cujo material foi empregado na construção da camada de

subleito do pavimento em estudo


(K20 em cm/s)

Nível variável

070 UFBA 6: LEM (Próximo do Túnel) 3,32E-06 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

Os resultados obtidos em ensaios de permeabilidade, em laboratório (mediante a

coleta de amostras representativas de materiais que foram empregados nas próprias camadas

do pavimento) são os seguintes:

Quadro 3.8: ensaio de permeabilidade executado no laboratório com a amostra coletada

na camada de sub-base do pavimento em estudo


(K20 em cm/s)

Nível constante

0298 Sub-base (Areia) 5,4E-02 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

72


na camada do subleito do pavimento em estudo

Registro Classificação granulométrica


(K20 em cm/s)

Nível constante

0299 Subleito (camada drenante) 3,1E-02 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

Os resultados obtidos em ensaios de permeabilidade executados no campo, com uso do

permeâmetro Guelph, apresentam os seguintes valores médios:

Quadro 3.10:ensaios de permeabilidade executados no campo (permeâmetro tipo

Guelph) na camada de sub-base e camada drenante/subleito do pavimento em estudo.


granulométrica

Permeabilidade no campo

(K em cm/s)

Permeâmetro tipo Guelph

F2 Camada de sub-base (areia) 2,4E-02

F3 Camada drenante/subleito 1,4E-03 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

Obs.: a areia utilizada na execução da camada drenante foi contaminada com material argiloso

proveniente da camada inferior do subleito (A-7- 5/TRB), durante o processo executivo.

Os materiais coletados nas Jazidas de “ARENOSO” (Jazida Aratu e Jazida Via

Parafuso) foram submetidos aos ensaios de caracterização, com os resultados apresentados

nos Apêndices. Estes materiais foram submetidos a ensaios de permeabilidade no laboratório,

cujos resultados obtidos são os seguintes:


nas jazidas de “Arenoso”

Registro Classificação granulométrica


(K20 em cm/s)

Nível constante

068 Jazida Aratu 6,5E-06

069 Jazida Parafuso 4,5E-03 Fonte: Dados da pesquisa (2009)

O material relativo à Jazida Aratu não foi utilizado na construção da estrutura do

pavimento, enquanto que o material correspondente à Jazida Parafuso foi empregado como

camada drenante em alguns trechos da estrutura do pavimento, em locais identificados como

áreas pantanosas.

73

Os resultados dos ensaios executados com os diversos materiais coletados em jazidas

querem na própria estrutura do pavimento urbano, bem como os valores obtidos em

laboratório e no campo (no pavimento urbano), serão analisados de maneira integrada com a

modelagem teórica para a elaboração do projeto e dimensionamento dos drenos rasos

longitudinais apresentados no Capítulo 4.

74

CAPÍTULO 4

MODELAGEM TEÓRICA

4 MODELAGEM TEÓRICA PARA A ELABORAÇÃO DO PROJETO E

DIMENSIONAMENTO DOS DRENOS RASOS LONGITUDINAIS

No meio rodoviário brasileiro, mesmo após a excelente publicação de Harry R.

Cedergren, em 1974, intitulada Drenagem dos Pavimentos de Rodovias e Aeródromos,

ainda persiste a idéia de que os pavimentos devem ser dimensionados levando-se em conta

apenas os aspectos estruturais. Tal forma de proceder tem oportunizado perdas vultosas de

investimentos públicos, mesmo em pavimentos corretamente projetados/dimensionados

estruturalmente, especificados, executados e monitorados (conserva).

Sabe-se que diversos fatores, associados ou não, contribuem para reduzir a serventia

de um pavimento, desde a qualidade do projeto, passando pela etapa executiva e, até mesmo,

pela disponibilidade de recursos financeiros suficientes e oportunos para os serviços de

conserva em atendimento à manutenção das características de funcionalidade operacional (na

perspectiva do usuário) e estruturais.

Numa outra perspectiva, conhecem-se o mecanismo e os danos causados pela ação das

águas livres, provenientes de chuvas intensas e que, por vários processos se localizam dentro

das camadas dos pavimentos, especialmente constituídas por materiais de baixos coeficientes

de permeabilidade. Destaca-se que é prática corrente não realizar a determinação de

permeabilidade dos materiais constituintes das camadas do pavimento, bem como dos

agregados pétreos empregados na construção da drenagem subterrânea e/ou subsuperficial

(camada drenante, camada de bloqueio, drenos rasos longitudinais e transversais, elementos

de drenagem localizados no interior da estrutura do pavimento).

75

Os pavimentos rodoviários flexíveis no Brasil são dimensionados pelo método do

Engenheiro Murillo Lopes de Souza, intitulado “Projeto de Pavimentos Flexíveis”, com

primeira versão em 1961, revisto em 1979, elaborado com base no trabalho de Turnbull,

Foster e Alhvin, pertencente à época ao Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados

Unidos – USACE. O Engenheiro Murillo Lopes de Souza também empregou, adicionalmente,

os conceitos e orientações de William Mills durante a permanência deste no Brasil a serviço

do Departamento de Estradas de Rodagem do Estado do Espírito. Esta metodologia de projeto

que pode ser classificada como possuidora de boa eficiência quanto aos aspectos estruturais,

porém não considera os efeitos deletérios causados pela água livre, que por qualquer meio,

venha a penetrar no pavimento. Entretanto, o autor sugere que para regiões de altas

pluviometrias, sempre que for possível economicamente, que seja indicado o concreto

asfáltico usinado a quente para o revestimento, obedecendo às faixas granulométricas

estabelecidas, além de uma camada drenante do pavimento (comumente a camada de base em

brita graduada) estendida até os acostamentos e sem nenhum bloqueio, nos trechos em aterro

e, em situação de corte, adicionar o dreno subsuperficial com as necessárias saídas de água a

intervalos apropriados.

4.1 TÓPICOS TEÓRICOS ESSENCIAIS

Os estudos do movimento de água através dos meios porosos constituem um dos

capítulos mais importantes da Mecânica dos Pavimentos. Por se tratar de água livre, a

abordagem teórica dos assuntos depende do conhecimento das leis fundamentais da

Hidrologia, envolvendo o Método Racional, a Lei de Darcy, assim como dos conceitos tais

como perda de carga, velocidade de percolação, coeficiente de permeabilidade, gradiente

hidráulico, dentre outros que serão abordados adiante. Ademais, sabe-se que a água livre

dentro das camadas do pavimento gera, no mínimo, três componentes responsáveis pela

degradação do mesmo, com conseqüente perda de serventia: pressão neutra estática, pressão

neutra induzida e força de percolação atuante no sentido do movimento do fluxo.

As camadas estruturais do pavimento estando saturadas por vários motivos, tais como,

drenagem superficial deficiente, facilidades de entrada de água pelo canteiro central, pelos

locais de superelevação e através de revestimentos permeáveis ou muito fissurados e que, não

dispõem de dispositivos de drenagens rápidas, denominados de camadas drenantes. Ação do

tráfego gera um acréscimo de pressão neutra, que poderá atingir a linha representativa da

envoltória de resistência de tensões, dependendo das magnitudes das cargas. Agrava-se o fato,

76

tendo em vista que esta pressão neutra provoca inicialmente pequenas passagens para a água e

aí, estabelece-se um fluxo, que dá origem também, a mais uma parcela de pressão induzida e,

finalmente, a ruptura hidráulica do pavimento. Em decorrência do fenômeno hidráulico,

surgem então, trincas generalizadas, erosões e panelas, com carreamento de materiais finos,

devido à redução do gradiente crítico, que provoca deslizamentos e rolamento das partículas

dentro do mecanismo de cisalhamento, conceituado de turbulento.

Fica, pela descrição fenomênica apresentada, a necessidade de promoção da drenagem

da água livre que infiltra na estrutura do pavimento. O modelo teórico adotado nesta

monografia possui a estrutura conceitual e matemática descrita a seguir, que será utilizado

para projetar e dimensionar a base drenante, os drenos rasos longitudinais (dreno do

pavimento) e as saídas da água livre do corpo do pavimento, estabelecendo estudo

comparativo com os elementos drenantes construídos na Avenida Deputado Luis Eduardo

Magalhães.

4.2 BASE DRENANTE

4.2.1 Objetivo e Características das Bases Drenantes

O objetivo de uma base drenante é promover o escoamento das águas existentes,

infiltradas através do revestimento asfáltico e/ou por outro caminho qualquer.

Trata-se da própria camada estrutural de base, construída com material de graduação

aberta e possuidora de elevado coeficiente de permeabilidade. Geralmente são construídas

com material drenante do tipo brita graduada. O seu posicionamento estrutural está

estabelecido construtivamente sob a camada do revestimento asfáltico, estendida até os drenos

rasos longitudinais, estes localizados lateralmente e posicionados ao longo e sob os

acostamentos/passeios, de modo que a superfície do topo dos drenos longitudinais esteja

imediatamente sob a superfície inferior da camada de base, conforme ilustra a Figura 4.1,

apresentada adiante.

77

Figura 4.1: Posicionamento recomendado para a camada drenante em pavimentos tipicamente

urbano

Fonte: Pereira, 2003

4.2.2 Dimensionamento Hidráulico: considerações iniciais sobre o modelo teórico

Para o dimensionamento da camada de base drenante, por se tratar de meio poroso,

emprega-se a Lei de Darcy relativa ao escoamento de líquidos nos meios porosos, ou seja:

Q = k ΔH.A :. Q = k .i .A (4.1)

L

onde:

Q = vazão (m3/s)


ΔH = carga hidráulica (m)

A = área da seção transversal normal à direção do fluxo (m2)

L = distância percolada pela água (m)


Dever-se-á determinar:

O volume de água que se infiltra no revestimento do pavimento;

O tempo máximo que as águas livres infiltradas podem permanecer nas camadas do

pavimento e suas interfaces sem danificar a sua estrutura.

Na aplicação prática deste modelo teórico, considerar-se-á os seguintes indicativos:

Taxa de infiltração para a camada de revestimento asfáltico: 0,33 a 0,50;

Para quantificar a intensidade pluviométrica de projeto, adotar-se-á que o tempo de

78

recorrência será igual a um (1) ano e o tempo de duração da precipitação pluviométrica

igual a uma (1) hora.

O tempo máximo de permanência das águas livres nas camadas do pavimento será de uma

(1) hora.

4.2.3 Determinação da Quantidade de Água a Drenar

O modelo teórico para o escoamento na camada de base drenante, adotado pelo DNIT

(Álbum de projeto: tipo de dispositivos de drenagem, 2006), apresenta a configuração

geométrica ilustrada na Figura 4.2, descrita a seguir:

1,00 m

A Eixo

α

D β

L

θ

B C

Dreno costamento Acostamento

X

Figura 4.2: Modelo teórico-geométrico para o escoamento na camada de base drenante


A quantidade de água de chuva a ser escoada pela camada de base drenante penetra na

mesma através de uma área superficial do revestimento asfáltico correspondente a uma faixa

com 1,00 metros de largura, cujo comprimento, no sentido do fluxo, possui valor igual à

distância horizontal até o dreno longitudinal do corpo do pavimento, conforme revela a Figura

4.2. Portanto, a quantidade de água que infiltra (Q) pode ser determinada mediante o emprego

do Método Racional, ou seja:

Q = CIPA (4.2)

onde:

Q = vazão (m3/s)

IP : intensidade pluviométrica de projeto (m/s)

C : taxa de infiltração adotada para a camada de revestimento

A: área da superfície do revestimento asfáltico com geometria retangular (m2)

79

Adequando a formulação do Método Racional ao modelo teórico, com base nos

elementos constantes na Figura 4.2, tem-se:

QP = CxIPx1,00xDx24 = CxIPxDx24 (4.3)

sendo:

QP = vazão de infiltração (m3/dia)


IP : intensidade pluviométrica de projeto (m/h)

D : comprimento horizontal da faixa de penetração das águas pluviais (m)

4.2.4 Determinação da Espessura da Camada de Base Drenante

O escoamento da água livre que infiltra pela superfície do pavimento ocorrerá ao

longo da faixa adotada com 1,00 m de largura e espessura E, esta correspondente à camada de

base drenante (não confundir com a espessura estrutural desta mesma camada, definida

mediante o método de dimensionamento empregado para tal finalidade).

Pela Lei de Darcy tem-se que:

Q = k .i .A = k .i .1,00.E

Deste modo, pode-se reescrever a expressão da seguinte maneira:

E = Q

k.i

Por razão de manter a continuidade hidráulica (Princípio da Conservação da Massa: Q

= QP), ter-se-á:

E = QP (4.4)

k.i

sendo:

QP = vazão de infiltração (m3/dia)




k : coeficiente de permeabilidade (m/dia)

i : gradiente hidráulico (m/m)

E : espessura da camada de base drenante (m)

80

4.2.5 Determinação do Valor do Gradiente Hidráulico

Para o cálculo da espessura da camada de base drenante, mediante a utilização da

expressão (4.4), torna-se necessário o conhecimento do valor do gradiente hidráulico.

Considerando-se não ser possível variar a dimensão da espessura da camada de base drenante

cada fez que mudar o valor do seu gradiente hidráulico, o exercício do pensamento crítico

permite engenhar o procedimento de apenas escolher por trechos de projeto as situações mais

desfavoráveis como representativas. Aceitando-se a argumentação proposta e considerando a

Figura 4.2, podem-se estabelecer as seguintes propriedades geométricas para a determinação

do gradiente hidráulico:

α : declividade longitudinal da via no trecho considerado (m/m);

β : declividade transversal da via no trecho considerado (m/m);

L: largura teórica da faixa de infiltração das águas de chuva na superfície do revestimento

asfáltico (m);

D : comprimento horizontal da faixa de penetração das águas pluviais, que corresponde à


X : projeção horizontal da reta de maior declive sobre um plano vertical passando pelo

eixo do dreno raso longitudinal (m);

A : ponto localizado no nível inferior da camada de base drenante;

B :ponto localizado no nível de fluxo da camada de base drenante sobre o dreno raso

longitudinal;

h : diferença de nível entre os pontos considerados A, B e C.

Para obtenção do valor do gradiente hidráulico (i) torna-se necessário operar

matematicamente sobre a geometria defina pela Figura 4.2.

Mediante a aplicação do Teorema de Pitágoras no triângulo ABC obter-se-á o valor do

comprimento da reta de maior declive:

D = (L2 + X

2)

1/2

Observando a Figura 4.2, propõe-se que para um ponto P qualquer situado sobre a reta

BC (eixo do dreno raso longitudinal) ter-se-á sua projeção P´, afastado de um valor x do

ponto B, o coeficiente angular da reta passando por este ponto e A será dado pela expressão:

F(x) = α.x + L. β (X

2 + L

2)

1/2

81

Fazendo a segunda derivada da função F(x), obter-se-á o valor máximo que

corresponde à reta de maior declive, obedecendo à relação seguinte:

X = L.α

β

Dando continuidade à análise geométrica na Figura 4.2, pode-se concluir a validade

para as seguintes expressões:

Diferença de nível entre os pontos A e B: hA-B = L.β

Diferença de nível entre os pontos B e C: hB-C = X.α

Diferença de nível entre os pontos A e C: hA-C = hA-B + hB-C

O gradiente hidráulico (i) pode ser definido pela seguinte expressão:

i = hA-C

D

Observando que:

D = (L2 + X

2)

1/2

X = L.α

β

hA-C = hA-B + hB-C = L.β + X.α = L.β + L.α2 = L.α.β + L.α2

β β

Logo, o gradiente hidráulico pode ser calculado pela expressão:

i = hA-C = L.α.β + L.α2/β = (α2

+ β2)

1/2

D (L2 + X

2)

1/2

Conclusivamente, tem-se o valor do gradiente hidráulico calculado pela expressão:

i = (α2 + β2

)1/2

(4.5)

Para emprego da expressão (4.5) considerou-se as seguintes hipóteses:

A água livre que infiltra no revestimento asfáltico irá percolar pela camada de base

drenante segundo o sentido de fluxo dado pela reta de maior declive (i);

Os valores das declividades longitudinal (α) e transversal (β) deverão ser os valores

representativos do trecho em análise (obtidos no projeto geométrico da via, para o trecho

em estudo);

Adotou-se para a área de infiltração unitária como sendo constituída por uma faixa com

um (1) metro de largura e comprimento horizontal que corresponde à projeção horizontal

da reta de maior declive (D).

Determinado o valor do gradiente hidráulico, pode-se calcular a espessura necessária

para a camada de base drenante mediante o emprego da expressão (4.4) combinada com a

82

expressão (4.5), resultando em:

E = QP = QP_____

k.i kx(α2 + β2

)1/2

E = QP_______ (4.6)

kx(α2 + β2

)1/2

Ressalva-se que ao valor teórico calculado para a espessura da camada de base

drenante (E) dever-se-á acrescentar 2,5 cm para compensar o efeito provável de redução da

mesma, decorrente da penetração de material fino das camadas limítrofes, durante a

percolação da água livre. Destaca-se também, a necessidade de medida experimental do valor

do coeficiente de permeabilidade do material drenante a ser empregado na construção da

camada estrutural da base do pavimento, em laboratório e/ou in situ.

4.2.6 Dimensionamento dos Drenos Rasos Longitudinais

A função dos drenos rasos longitudinais é receber as águas livres de infiltração

escoadas pela camada de base drenante, conduzindo-as longitudinalmente até o local de

deságüe mais apropriado. Para cumprir sua função hidráulica, os drenos rasos longitudinais

serão construídos abaixo da face inferior da camada de base drenante, com material drenante

que apresente coeficiente de permeabilidade superior ao do material constituinte da camada

de base, bem como o coeficiente de permeabilidade da camada de sub-base (caso existir) deve

possuir valor bem inferior àquele da camada de base drenante (para que as águas livres não

escoem da camada de base drenante para a camada de sub-base, ficando o dreno raso

longitudinal sem função). No caso da inexistência da camada de sub-base (situação rara), a

consideração feita anteriormente se aplica ao subleito, para que dispositivo dreno raso

longitudinal tenha função hidráulica.

A forma geométrica adotada para a seção transversal do dreno raso longitudinal, nesta

modelagem, será retangular, contendo tubo perfurado, em conformidade com a indicação

contida no Caderno de Projeto da Prefeitura Municipal de Salvador e indicado para o

pavimento da Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães.

O dimensionamento hidráulico de dreno raso longitudinal com tubo perfurado pode

ser feito com a utilização das fórmulas de Hazen-Williams ou de Scobey, a saber:

83

Fórmula de Hazen-Williams

Q = 0,2785xCxD2,63

xI0,54

(4.7)

V = 0,355xCxD0,63

xI0,54

(4.8)

Fórmula de Scobey

Q = 0,2113xCxD2,625

xI0,50

(4.9)

V = 0,269xCxD0,625

xI0,5

(4.10)

onde:

Q : vazão (m3/s)

C : coeficiente de rugosidade da parede interna do tubo coletor

D : diâmetro interno do tubo (m)

I : declividade longitudinal do dreno (m/m)

V : velocidade de escoamento (m/s)

Comumente na prática profissional de elaboração de projeto de drenagem rodoviária

prefere-se empregar a denominada Fórmula de Manning para cálculo da velocidade de

escoamento no tubo, considerando o fluxo hidráulico sob regime livre:

V = (RH)2/3

xI1/2

γ A vazão é determinada pela denominada Equação da Continuidade, ou seja:

Q = VxA

onde:

RH : raio hidráulico (m)

γ : coeficiente de rugosidade da parede interna do tubo coletor

A : área correspondente à da seção molhada no sentido perpendicular ao fluxo (m2)

Conceitualmente, o raio hidráulico é considerado como sendo a relação entre a área

molhada (A) e o perímetro molhado (P). O perímetro molhado corresponde à extensão da

linha de contato, na seção transversal ao escoamento, entre o líquido e a superfície interna do

tubo.

Do exposto, pode-se escrever:

Q = VxA = (RH)2/3

xI1/2

xA (4.11)

γ Adota-se, na prática profissional de projeto de drenagem rodoviária, que a espessura

84

máxima da lâmina de água na seção transversal ao sentido do escoamento, como sendo igual a

2/3 do diâmetro interno do tubo, de modo que os valores relativos à área molhada máxima

(Amolhada) e o correspondente perímetro molhado são, respectivamente (Azevedo Neto et al.,

1998):

Amolhada = 2,24xR2 (m

2)

Pmolhado = 3,84xR (m)

RH = (Amolhada/Pmolhado) = 0,583xR (m)

Substituindo estes parâmetros na expressão (4.11), ter-se-á:

Q = (0,583xR)2/3

xI1/2

x2,24xR2

γ resultando em:

Q (m3/s) = 1,5632xR

8/3x I

1/2 (4.12)

γ

A fórmula deduzida representa a equação fundamental do escoamento no tubo para as

condições geométricas e hidráulicas previamente estabelecidas. Para a determinação do

diâmetro interno do tubo que constituíra o dreno raso longitudinal torna-se necessário

determinar o valor da vazão unitária (vazão por metro linear de dreno raso longitudinal).

Considerando-se a Figura 4.3 dada a seguir, do triângulo retângulo ABC, tem-se:

senθ = L/D

Figura 4.3: Parcela de contribuição da vazão da camada de base drenante para o dreno longitudinal (QR)


Por outra perspectiva, considerando-se a vazão contribuinte da camada de base

drenante (Q), obtida mediante a expressão (4.3), bem como sua componente contributiva para

o dreno raso longitudinal (QR – vazão por cada metro linear do tubo coletor), conforme

QL

85

detalhe geométrico apresentado pela Figura 4.4, pode deduzir:

θ QR

Q

Figura 4.4: Detalhe geométrico-hidráulico da vazão unitária (QR)


senθ = QR/Q, logo QR = Qx senθ = Qx (L/D), ou seja:

QR = Qx (L/D) (4.13)

onde :

QR : parcela da contribuição oriunda da camada de base drenante que irá fluir para o dreno

raso longitudinal (m3/s/m), denominada de vazão unitária;


asfáltico (m);



Para a determinação do valor do raio interno mínimo para o dreno raso longitudinal

basta igualar a expressão (4.12) a expressão (4.13), resultando:

Q = QR = Qx(L/D) = 1,5632xR8/3

x I1/2

γ

Reescrevendo a expressão acima, obter-se-á a seguinte fórmula:

R (m) = [(γxQxL) / 1,5632xDxI1/2]3/8

(4.14)

Obtido o raio interno do tubo, duplica-se seu valor e determinar-se-á o diâmetro

interno de cálculo; consultando-se os valores comerciais dos diâmetros poder-se-á, então,

escolher o diâmetro de projeto para o tubo do dreno raso longitudinal.

86

4.2.7 Dimensionamento das Saídas de Água para o Deságüe (sangria)

Para determinar o espaçamento entre as saídas da água que escoa no interior do dreno

raso longitudinal, quando a capacidade hidráulica deste alcança seu valor máximo basta fazer

a relação entre o valor da máxima vazão admissível (Qmáx) e a quantidade de água que deve

ser removida por metro linear do dreno longitudinal (QR). Pode-se escrever:

Esp (m) = Qmáx/ QR (4.15)

4.2.8 Verificação do Tempo Máximo de Permanência da Água Livre no Interior

da Camada de Base Drenante

Este aspecto do estudo empreendido na modelagem teórica apresenta notável

importância tendo em vista os efeitos deletérios do tráfego intenso e pesado sobre os

pavimentos saturados, ocasionando a redução da vida útil do mesmo. Nesta perspectiva de

investigação, torna-se essencial determinar o tempo gasto pelas partículas de água que

percolam através do pavimento para atingir os drenos rasos longitudinais coletores.

Cedergren (1974) recomenda que para pavimentos rodoviários o tempo de drenagem

(tempo máximo permissível de drenagem) seja inferior a uma (1) hora e estabelece os

critérios para realização deste cálculo baseando-se na Lei de Darcy:

Q = k .i .A = VdxA

sendo Vd a velocidade média da água através da área total da seção transversal com largura

unitária (velocidade de descarga).

A velocidade de percolação (VS), definida como a velocidade média da água escoando

através dos poros contidos na seção transversal com largura unitária, guarda relação com a

velocidade de descarga mediante a seguinte relação:

VS = Vd/ne

sendo ne a porosidade efetiva (porção da seção transversal na qual a água está realmente

87

fluindo). Por sua vez, a porosidade efetiva possui relação com o índice de vazios (e) contido

na seção transversal com largura unitária mediante a seguinte expressão:

ne = e/(1 + e)

Pode-se então reescrever a velocidade de percolação como sendo:

VS = Vdx(1 + e)/e = k.ix(1 + e)/e (4.16)

O tempo máximo de permanência da água livre no interior da camada de base

drenante pode ser determinado a partir do conceito newtoniano de velocidade, ou seja,

VS = D/T, logo se tem que

T = D/VS = kxix(1 + e)/ex D

Substituindo na expressão acima o valor correspondente ao gradiente hidráulico, à

fórmula que permite determinar o valor do tempo máximo permissível de drenagem é a

seguinte:

T = _______ Dxe________ (4.17)

kx(α2 + β2

)1/2

x(1 + e)

Conclui-se a elaboração da modelagem teórica que permite dimensionar o sistema de

drenagem subsuperficial, a partir dos conceitos fundamentais da hidrodinâmica em meios

porosos (Lei de Darcy) e Método Racional, adaptados para a drenagem rodoviária. A

modelagem teórica obedeceu ao princípio básico de que se deve dotar o pavimento com

camada de base drenante que seja capaz de remover adequadamente toda água que penetre,

em um espaço de tempo suficientemente curto (máximo de 1 hora), de modo a diminuir os

efeitos danosos provenientes do acúmulo de água na estrutura do pavimento/subleito.

No Capítulo 5 será apresentada a aplicação prática da modelagem teórica

desenvolvida neste Capítulo, a partir da descrição do sistema de drenagem projetada,

dimensionada e construída na Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães.

88

CAPÍTULO 5

APLICAÇÃO NUMÉRICA DA MODELAGEM TEÓRICA

5 DRENAGEM SUBSUPERFICIAL NA AVENIDA DEPUTADO LUIS EDUARDO

MAGALHÃES

Objetivando aplicar a modelagem teórica desenvolvida e apresentada no Capítulo 4,

num trecho implantado na Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, assim como a

descrição complementar dos estudos realizados in situ na referida via urbana, parcialmente

descritos no Capítulo 3, far-se-á neste capítulo a caracterização dos elementos necessários

para a aplicação numérica do modelo desenvolvido, ou seja, o dimensionamento hidráulico do

sistema de drenagem subsuperficial correspondente ao um trecho específico, porém

demonstrar-se-á a validade da modelagem teórica desenvolvida para qualquer outro sistema

de drenagem rodoviária, desde que os parâmetros de entrada estejam disponibilizados,

especialmente a medida do parâmetro permeabilidade (k) dos materiais empregados na

construção da estrutura do pavimento, bem como dos materiais a serem utilizados na

confecção dos drenos coletores das águas de infiltração.

5.1 DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE DRENAGEM SUBSUPERFICIAL NO ESTUDO

MONOGRÁFICO

O segmento investigado para o desenvolvimento temático deste trabalho monográfico

corresponde ao trecho compreendido entre as estacas 435 + 00,00 e 460 + 10,00 (extensão

igual a 510,00 m). Neste trecho (denominado no projeto geométrico de “EIXO 1”), do lado

esquerdo no sentido crescente do estaqueamento, foi projetado um segmento de dreno raso

longitudinal do corpo do pavimento (diâmetro de 100 mm), cujo topo está situado na face

inferior da camada de base (brita graduada) e na profundidade igual a 0,275 m em relação à

89

superfície do revestimento asfáltico, com declividade longitudinal igual ao do greide de

pavimentação. Na totalidade de sua extensão, o dreno raso está posicionado sob o passeio

existente. As Figuras 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5 ilustram a descrição feita.

Figura 5.1: Vista panorâmica da área de investigação


Figura 5.2: Localização da abertura do poço de sondagem, posicionado lateralmente ao dreno

longitudinal existente sob o passeio


Figura 5.3: Detalhes do dreno raso longitudinal, conforme projetado


dreno

o

90

Figura 5.4: Detalhe do dreno raso longitudinal após abertura do poço de sondagem


Figura 5.5: Localização do dreno raso longitudinal no trecho investigado e do poço de sondagem executado na

via (Estaca 439 + 0,00)


Dreno envolvido com manta de geotextil

91

Para o trecho investigado de dreno do corpo do pavimento (Estaca. 435 + 0,00 a

Estaca 460 + 10,00) foram projetadas duas saídas de água, localizadas, respectivamente, nas

Estacas 445 + 10,00 e 460+ 10,00 (300 metros de comprimento entre as duas saídas de água),

com diâmetro igual a 100 mm.

5.2 APLICAÇÃO NUMÉRICA USANDO A MODELAGEM TEÓRICA

DESENVOLVIDA

5.2.1 Avaliação da Infiltração de Projeto (IP)

Para ao cálculo da intensidade da chuva crítica, o projetista adotou a equação de chuva

deduzida para Salvador (Projeto Executivo – Relatório de Projeto, 2000), cuja expressão

matemática é a seguinte:

I = 2960,16 x (TR)0,163

(tC + 24)0,743

onde:

I : intensidade da chuva crítica, em litros por segundo por hectare

TR: Tempo de recorrência, em ano

tC : tempo de duração da chuva, considerado igual ao tempo de concentração da bacia

contribuinte, em minuto.

Em conformidade com as diretrizes prescritas no Capítulo 4, adotar-se-á para os

parâmetros hidrológicos os seguintes valores:

- Tempo de recorrência (TR): 1 ano

- Duração da chuva: 60 minutos (1 hora)

deste modo, obter-se-á I = 110,05 litros por segundo por hectare.

Promovendo as necessárias transformações nas unidades métricas, ter-se-á:

I = 110,05 litros/s/ha = 0,11005 metros cúbicos/s/ha

I = (0,11005 metros cúbicos/s/ha)x60x60x24 = 9508,32 metros cúbicos/dia/ha

I = (9508,32 metros cúbicos/dia/ha)/10000 = 0,95083 metros cúbicos/dia/metro quadrado

I = 0,95083 m³/dia/m²

92

Para se determinar o valor da taxa de infiltração de projeto (IP), Cedergren (1974)

recomenda que se considere uma penetração de 1/3 a 2/3 da intensidade pluviométrica de

projeto (I) através da superfície do pavimento. Para a modelagem em análise, o coeficiente de

infiltração será igual a 1/3, preliminarmente. Deste modo, a taxa de infiltração vale:

IP = (0,95083 m/dia)x 1/3 = 0,31694 m/dia

5.2.2 Dimensionamento da Camada Drenante

A quantidade estimada de água que infiltrará na camada drenante por dia (Q) poderá

ser determinada mediante o uso da expressão (4.3):

Q = CxIPxDx24 (4.3)

sendo:

Q = vazão (m3/dia) que penetra no pavimento através do revestimento;

C : taxa de infiltração para a camada de revestimento



Para a o trecho da via urbana em estudo (“EIXO 1”), o valor relativo ao comprimento

horizontal da faixa de penetração das águas pluviais pode ser determinado com o uso das

seguintes expressões (Capítulo 4):

D = (L2 + X

2)

1/2

X = L.α

β

onde:

α : declividade longitudinal da via no trecho considerado (m/m);

β : declividade transversal da via no trecho considerado (m/m);


asfáltico (m);



X : projeção horizontal da reta de maior declive sobre um plano vertical passando pelo

eixo do dreno raso longitudinal (m);

93

No problema sob análise, tem-se que:

α : 0,04 m/m;

β : 0,04 m/m;

L: 11,00 m;

Em decorrência,

X = 11,00x0,04 = 14,67 m

0,03

Por sua vez,

D = (L2 + X

2)

1/2 = (11,00

2 + 14,67

2)

1/2 = 18,33 m,

em que o parâmetro D representada o comprimento horizontal da faixa de penetração das

águas pluviais, que corresponde à projeção horizontal da reta de maior declive (Figura 4.2).

Substituindo na expressão (4.3) as variáveis conhecidas, ter-se-á:

Q = CxIPx1,00xDx24 = (1/3)x0,95983x18,33

Q ≈ 5,8 m3/dia

5.2.3 Determinação da Espessura da Camada de Base Drenante

O escoamento da água livre que infiltra pela superfície do pavimento ocorrerá ao

longo da faixa adotada com 1,00 m de largura e espessura E, esta correspondente à camada de

base drenante. Empregando a expressão (4.6) poder-se-á determinar a espessura da camada

drenante, após as necessárias adaptações das unidades métricas, ou seja:

E = QP____ = _____________5,8_______________

kx(α2 + β2

)1/2

1,5x10-4

x86400x(0,042 + 0,032

)1/2

E ≈ 8,86 m

94

5.2.3.1 Comentário

A camada de base do pavimento possui 0,20 m de espessura para atendimento

estrutural, porém não foi definida em termos hidráulicos para funcionar como camada

drenante. Com finalidade meramente especulativa acerca da aplicabilidade da modelagem

teórica desenvolvida, torna-se necessária promover a redução da espessura da camada

estrutural de base em 0,025 m, considerando a possibilidade de penetração de material fino

devido à força de percolação da água livre em trânsito para a camada de base, resultando

numa espessura efetiva igual a 0,175 m. Utilizando a expressão (4.3), Capítulo 4, poder-se-á

determinar o valor do coeficiente de permeabilidade para que a camada estrutural de base

possuísse a característica de drenante, ou seja:

k = 5,8 ≈ 662,86 m/dia ≈ 7,7x10-1

cm/s

0,175x(0,042 + 0,032

)1/2

Dando continuidade a modelagem numérica com a utilização do valor determinado

para o coeficiente de permeabilidade (mínimo) para o material empregado na construção da

camada estrutural de base, cuja espessura efetiva, como camada drenante, é igual a 0,175 m,

5.2.4 Dimensionamento dos Drenos Rasos Longitudinais

Com o conhecimento da vazão na camada drenante (Q = 5,8 m3/dia) e pelo emprego

da expressão (4.14), Capítulo 4, poder-se-á determinar o valor mínimo necessário que

caracteriza a capacidade hidráulica máxima dos drenos coletores. Deste modo,

R (m) = [(γxQPxL) / 1,5632xDxI1/2]3/8

R (m) = [(0,024x(5,8/86400)x11,00 / 1,5632x18,33x(0,04)1/2]3/8

R = 0,00859 m ; R = 8,59 mm ; Φ = 17,14 mm ; deste modo,

pode-se especificar, por exemplo, a adoção de tubo dreno kananet/geoduto, cujo valor

comercial disponível para o diâmetro é de 67 mm, conforme ilustra a Quadro 5.1:

95

Quadro 5.1: Valores comerciais para canalizações da marca Kanaflex

Fonte: Kananet

5.2.5 Dimensionamento das Saídas de Água para o Deságüe (sangria)

Para determinar o espaçamento entre as saídas da água que escoa no interior do dreno

raso longitudinal, quando a capacidade hidráulica deste alcançar seu valor máximo basta fazer

a relação entre o valor da máxima vazão admissível (Qmáx) e a quantidade de água que deve

ser removida por metro linear do dreno longitudinal (QR). Pode-se empregar a expressão

(4.15), Capítulo 4, ou seja:

Esp (m) = Qmáx/QR

onde:

QR = Qx(L/D) (4.13), Capítulo 4;

A vazão QR representa a parcela da contribuição oriunda da camada de base drenante que irá

fluir para o dreno raso longitudinal (m3/s/m), denominada de vazão unitária. Deste modo,

QR = 5,8x(11,00/18,33) = 3,5 m3/dia

Por sua vez, o valor da vazão máxima que o dreno raso longitudinal poderá atender

será determinado mediante o emprego da expressão (4.12), Capítulo 4, cujo geotubo adotado

possui diâmetro interno de 59,5 mm (conforme consta na Tabela 5.1). Deste modo:

Q (m3/s) = 1,5632xR

8/3x I

1/2 = 1,5632x(0,02975)

8/3x(0,04)

1/2

γ 0,016

Q (m3/s) = 0,00166

Q = 143,4 m3/dia

96

O espaçamento entre as saídas de água (sangrias) será:

Esp (m) = Qmáx/QR = 143,4/3,5 = 41,00 m

As saídas de água serão espaçadas de, no máximo, 41,00 m (atende ao limite máximo

de espaçamento igual a 90,00 m) e com tubos (kanaflex) com diâmetro igual ao dos drenos

coletores (67,0 mm/DN = 65/2 ½”).

5.2.6 Verificação do Tempo Máximo de Permanência da Água Livre no Interior da

Camada de Base Drenante

Fazendo uso da expressão (4.17), Capítulo 4, pode-se determinar o valor do tempo

gasto pelas partículas de água que percolam através do pavimento para atingir os drenos rasos

longitudinais coletores. O valor determinado em laboratório para o índice de vazios mínimo

(e) para o material empregado na construção da camada estrutural de base (brita graduada) foi

igual a 50,0 % (ensaio de permeabilidade), portanto,

T = Dxe .

kx(α2 + β2

)1/2

x(1 + e)

T = ________ 18,33x0,50___________

7,7x10-3

(0,042 + 0,03

2)

1/2x(1 + 0,50)

T ≈ 4,5 horas

5.2.6.1 Comentário 1

No estudo desenvolvido, o tempo de permanência da água livre na camada drenante,

depois de cessada a precipitação pluviométrica correspondente a 1 hora, após cálculo efetuado

anteriormente, resultou em cerca de 4,5 horas. Segundo Cedergren (1974), o tempo máximo

de permanência da água livre na estrutura do pavimento deve de 1 hora, para evitar que, sob a

ação do tráfego atuante sobre a estrutura do pavimento, não ocorra efeitos deletérios

97

adicionais que possam comprometer o comportamento funcional/estrutural resultando na

redução da vida útil de serviço.

Em verdade, o aspecto prioritário no projeto de drenagem subsuperficial para proteger

o corpo estrutural do pavimento está centrado no tempo máximo de permanência da água livre

de infiltração na camada drenante. Para que seja possível atender a este critério, é necessário

que a camada drenante tenha um valor do coeficiente de permeabilidade mínimo que,

associado aos valores geométricos definidos para a via (declividades longitudinal e

transversal, largura da pista, dentre outros) possa atender ao requisito do tempo de

permanência.

No caso deste trabalho monográfico, a camada drenante do pavimento da Avenida

Deputado Luis Eduardo Magalhães, no trecho investigado, deveria possuir, para atender a

tempo máximo de permanência de 1 hora, um valor do coeficiente de permeabilidade da

ordem de grandeza de 31 cm/s (manipulando a expressão (4.17), em conformidade com os

parâmetros definidos no item 5.2.6).

Em sendo atendido o critério do tempo de permanência de 1 hora (para K = 31 cm/s),

a camada drenante deverá possuir uma espessura mínima de cerca de 3,0 cm (manipulando a

expressão (4.6), em conformidade com os parâmetros definidos no item 5.2.3, inclusive

adicionando o valor 2,5 cm à espessura obtida no cálculo).

Os drenos coletores e os tubos relativos às saídas de água (sangrias) permanecem com

o valor do diâmetro dimensionado (67,0 mm/DN = 65 = 2 ½”, em material tipo

kananet/marca Kanaflex).

Numa análise mais ampla e detalhista podem-se, após a elaboração, principalmente,

dos conteúdos constantes nos Capítulos 4 e 5, estabelecer as seguintes considerações em

relação ao sistema de drenagem subsuperficial construído, pelo menos no trecho investigado,

para dar proteção contra os efeitos deletérios adicionais da água livre de infiltração que irá

permanecer na estrutura do pavimento:

O material empregado na construção da camada estrutural de base do pavimento (Brita

Graduada), cuja espessura projetada e executada é igual a 0,20 m, em atendimento aos

aspectos relacionados com o tráfego (N = 3x107) e a capacidade de suporte do terreno de

fundação do pavimento (subleito com Índice de Suporte = 7%), NÃO possui

características de camada drenante (coeficiente de permeabilidade com valor médio da

ordem de grandeza de 10-2

cm/s, quando, segundo os cálculos da modelagem numérica,

deveria ser da ordem de grandeza de 31 cm/s, cerca de 3100 vezes maior a fim de cumprir

a exigência do tempo mínimo necessário (1 hora), depois de cessada a chuva, para ocorrer

98

a saída da água livre infiltrada com 1 hora de duração e tempo de recorrência considerado

de 1 ano).

Na camada de sub-base, construída com 0,20 m de espessura, foi utilizado o material

granular areia, praticamente isenta de material fino (passando na # No 200 = 1 %),

classificada como A-3/TRB (Índice de Grupo = 0), e com coeficiente de permeabilidade

médio de mesma ordem de grandeza (k = 3,9x10-2

cm/s) do valor obtido para a camada de

base (Brita Graduada – 10-2

cm/s). A consequência do fato de que as camadas de base e de

sub-base possuírem, praticamente, o mesmo grau de permeabilidade resulta na

inoperância de funcionalidade do dreno raso longitudinal do ponto de vista da sua posição

altimétrica, pois a água livre irá percolar no sentido vertical, sob a ação gravitacional,

devido à inexistência razoável de contraste de permeabilidade entre as camadas de base e

de sub-base (Figuras 5.3 e 5.4).

Neste momento de análise, a sugestão seria de posicionar altimetricamente o topo do

dreno raso longitudinal coincidente com a superfície inferior da camada de sub-base,

conforme ilustra a Figura 5.6.

Figura 5.6: Sugestão para o novo posicionamento altimétrico do dreno


O novo posicionamento permitirá que as águas de infiltração que circulem pelas

camadas de base e de sub-base possam ser conduzidas para fora do corpo do pavimento,

evitando seu confinamento na camada de sub-base, considerando que a camada do subleito

possui coeficiente de permeabilidade com valor médio da ordem de grandeza de 10-6

cm/s.

Destaca-se que a água utilizada para a realização dos ensaios de permeabilidade in situ,

segundo a metodologia Guelph, ficou totalmente confinada sobre a camada do subleito, como

foi observado durante a realização do experimento.

99

O material constituinte da camada do subleito foi classificado como pertencente ao Grupo

A-7-5/TRB (Índice de Grupo = 14; WL = 58 %; WP = 38 %; IP = 20 %: IS (CBR) = 10 %;

Expansão = 0,3 %), possuindo valor do coeficiente de permeabilidade determinado em

laboratório igual a 3,17x10-6

cm/s. Estas características geotécnicas permitem

fundamentar a sugestão ilustrada pela Figura 5.6.

Considerando que a camada de sub-base consiste de material areia, com coeficiente de

permeabilidade com valor médio igual a k = 3,9x10-2

cm/s, e que a água livre de

infiltração que circulará pelas camadas de base e de sub-base até chegar ao dreno coletor

implantado segundo a sugestão oferecida e, em seguida, será conduzida pelo dreno até a

saída de água terá que demorar em seu trajeto um tempo máximo de 1 hora, segundo

recomendação de Cedergren (1974), a característica de permeabilidade da camada de

base/sub-base não permitirá atendimento no tempo referido (1 hora), mesmo

desconsiderando que a extensão de percolação seja maior (extensão de percolação vertical

mais a extensão D (18,33 m)). O tempo requerido, calculado com auxílio da expressão

(4.17), é de cerca de 313 horas.

Com suporte nas considerações acima, de forma global, entende-se que o sistema de

drenagem subsuperficial (camada drenante, dreno raso coletor longitudinal e saídas de água

(sangrias) implantado ao longo da extensão de 510,00 m, entre as estacas 435 + 00,00 e 460 +

10,00, NÃO cumprirá sua função hidráulica para proteger a estrutura do pavimento. Desta

conclusão, extrapola-se que a água livre de infiltração ficará confinada no interior da estrutura

do pavimento, mesmo com a presença do sistema implantado, favorecendo oportunamente ao

aparecimento de sinais deletérios no pavimento resultante da combinação de efeitos da ação

do tráfego (intenso e pesado) com presença da água livre infiltrada e confinada. Deste modo, a

sugestão anteriormente oferecida para reposicionamento do dreno raso longitudinal fica

descartada.


Em correspondência mantida com o Engenheiro Projetista (via e-mail), foi solicitado

pelos autores deste trabalho monográfico para que o mesmo informasse quais as principais

diretrizes seguidas na prática profissional de elaboração de projetos de drenagem para a

definição/projeto/dimensionamento do sistema de drenagem subsuperficial. Prestativamente

foi informado o seguinte:

100

Indicação de drenos subsuperficiais e profundos

A) RODOVIAS

1 Drenos subsuperficiais

1.1 Em segmentos em corte no lado para onde converge a declividade transversal da

seção geométrica.

O dreno é normalmente indicado para a drenagem da camada de base do pavimento e

posicionada sob esta camada, que ordinariamente é em brita graduada.

Quando o corte é em materiais de 2a e 3

a categorias é previsto camada de areia com cerca

de 0,30 m de espessura, sobre o subleito, visando regularizá-lo e drenar toda a seção do

pavimento.

2 Drenos profundos

2.1 Em segmentos em corte em materiais de 2a e 3

a categorias, em ambos os lados da

seção.

2.2 Em segmentos em corte, cuja altura predominante seja igual ou maior, do que 4,00

m, e para regiões com altura média anual de precipitação igual ou maior do que 1400

mm, em ambos os lados da seção.

3 Drenos transversais

Normalmente não indico drenos transversais. Recentemente projetei drenagem para

um dos túneis da Via Expressa/Baía de Todos os Santos, quando previ colchão de areia,

drenos transversais e dreno longitudinal, por se tratar de um segmento em corte em rocha com

surgimento de água subsuperficial com apreciável volume (minadouro).

No (s) extremo (s) de cortes em rocha empregam-se drenos transversais, que

funcionam também como contenção do colchão de areia.

B) VIAS URBANAS

Exceto em segmentos em aterro, indico dreno subsuperficial no (s) lado (s) da seção

transversal onde possa haver confinamento de água infiltrada no pavimento.

101

Drenos profundos são indicados de acordo com o descrito no item 2.


Caracterizadas as condições indicativas, segundo a perspectiva do engenheiro

projetista de drenagem (APÊNDICE D), estabelece-se a tipologia do dreno subsuperficial a

ser implantado em conformidade com o Álbum de Projeto-Tipo de Dispositivos de

Drenagem/DNIT, adotado pela Prefeitura Municipal de Salvador.

Foi elaborada uma sistemática de cálculo computacional, com emprego de planilha

eletrônica, que permite obter resultados numéricos rapidamente, correspondentes aos diversos

parâmetros de saída que caracterizam o sistema de drenagem subsuperficial, em

compatibilidade com a modelagem teoricamente elaborada, bastando variar os parâmetros de

entrada.

Apresenta-se na página seguinte os resultados obtidos com o emprego dos valores

característicos utilizados na modelagem numérica detalhada neste Capítulo 5, relativos ao

trecho estudado da Avenida Deputado Luís Eduardo Magalhães.

102

CAPÍTULO 6

CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES

Conforme a citação:

“A drenagem de pavimento ou drenagem subsuperficial é ainda uma parte

da engenharia rodoviária em que as decisões são tomadas, algumas vezes, sem

critérios técnicos claros e bem definidos. Pouco se tem feito para inverter esta

situação. A grande maioria dos projetistas de pavimentação continua a executar

seus projetos baseados somente no que prescreve as metodologias de

dimensionamento de pavimento, não envolvendo em seus projetos outras variáveis

que poderiam afetar a sua vida útil estimada”. Jabôr (2005),

E segundo o autor citado, “hoje, mais do que nunca, em função da conservação

precária das rodovias é fácil observar os efeitos danosos da água na estrutura do pavimento,

com o aparecimento de trincas localizadas e buracos.”

Continua este declarando que:

“Muitos erros são cometidos nos projetos e na construção das rodovias por

não haver interação entre as diversas áreas, não discutindo entre si as causas, os

efeitos e as conseqüências de cada solução adotada. O resultado desta forma isolada

de trabalhar, tem como conseqüência dispositivos de drenagem inadequados (super

ou subdimensionados), inexeqüíveis ou com um alto grau de dificuldade

construtiva, acarretando um maior custo de construção e/ou maiores custos na

conservação” Jabôr (2005),

Motivados pela exposição do pensamento de Jabôr, os autores deste trabalho

monográfico propuseram-se a analisar dados reais de um trecho da via urbana Deputado Luis

Eduardo Magalhães, pertencente à malha rodoviária do Município de Salvador - Bahia, com o

objetivo central de estabelecer avaliação crítica dos procedimentos metodológicos comumente

empregados na prática profissional da engenharia para a elaboração do projeto e

dimensionamento do sistema de drenagem subsuperficial de pavimentos rodoviários

(diretrizes contidas no Manual de Drenagem de Rodovias/DNIT, 2006) com orientações

firmadas nos fundamentos da Teoria Hidrodinâmica em Meios Porosos, apoiando-se, além da

abordagem teórica, em medidas experimentais de laboratório/campo (granulometria, massa

103

específica real dos grãos, permeabilidade, dentre outros), que foram executadas com amostras

representativas dos materiais empregados na construção dos elementos drenantes e das

diversas camadas do pavimento.

O papel da drenagem é cada vez mais importante, principalmente nos meios urbanos

densamente habitados, não se concebendo aceitar a antiga expressão que circulava no meio

rodoviário brasileiro: “dreno é feito para não funcionar”. Modernas técnicas computacionais,

a evolução tecnológica e a diversidade de materiais alternativos atualmente disponíveis que,

associadas aos aspectos teóricos, estão revolucionando a área da engenharia rodoviária,

notadamente nas subáreas da pavimentação e da drenagem de pavimentos. Devem ser, pois,

explorados ao máximo a fim de racionalizar os custos e prolongar a vida útil das obras.

De acordo com Mallela, Titus-Glover e Darter (2000), na elaboração do projeto de

sistemas de drenagem subsuperficial deve-se seguir as seguintes etapas:

1)Verificação da necessidade de implantação do sistema de drenagem subsuperficial;

2)Definição das concepções do sistema de drenagem superficial mais adequado para a

situação de projeto;

3)Dimensionamentos hidráulico e estrutural do sistema de drenagem subsuperficial e sua

integração com a estrutura do pavimento;

4)Especificação das características dos materiais constituintes dos sistemas de drenagem

projetado, com vistas ao desempenho e à manutenção do mesmo a longo do período de

projeto;

5)Especificações de construção e de manutenção.

Além do objetivo de propiciar o escoamento de um dado volume de água dentro de um

tempo previsto, são também requisitos de uma estrutura de drenagem:

Confiabilidade no desempenho dos materiais utilizados;

Segurança conferida à obra;

Vida útil ampla;

Arcabouço teórico eficiente.

Quando o dimensionamento do pavimento é baseado em ensaios de amostras saturadas

(ensaio CBR), muitos engenheiros admitem que não seja necessário considerar-se a variação

de umidade nas camadas do pavimento, ao longo do período de projeto. Como conseqüências,

não são consideradas as influências dos sistemas de drenagem, sejam elas favoráveis ou

desfavoráveis ao desempenho do pavimento. Como conseqüência desta forma de pensar, as

bases e sub-bases compactadas e estabilizadas granulometricamente apresentam baixa

permeabilidade e retém água no interior da estrutura do pavimento. Os materiais granulares

104

não estabilizados granulometricamente, normalmente empregados nos pavimentos urbanos

em camadas de base e de sub-base, apresentam elevado teor de finos (produtos de britagem),

resultando em camadas de baixa transmissividade hidráulica. Deste modo, quando a

percolação é insuficiente, mesmo existindo um sistema de drenagem subsuperficial, não

possuindo a camada estrutural de base característica drenante, ocasionando saturação na

região adjacente ao dreno raso longitudinal, gera o desenvolvimento de subpressões,

possibilitando que a água livre produza efeitos deletérios adicionais na estrutura do

pavimento, muito embora o dimensionamento estruturalmente tenha sido feito de maneira

correta.

Para que um pavimento rodoviário apresente características efetivas de boa drenagem

subsuperficial é necessário que seja feito o dimensionamento hidráulico deste sistema como

um todo, ou seja, compatibilizando o volume de água que infiltra na estrutura do pavimento, a

permeabilidade da camada drenante, a capacidade de vazão dos drenos de borda e o

espaçamento das saídas destes drenos. Caso não haja este cuidado, não se alcançará o

benefício desejado no desempenho da estrutura, obtidos pela utilização de um sistema de

drenagem adequado.

Aparentemente, a maioria dos pavimentos drenantes executados nas últimas duas

décadas no Brasil apresenta um comportamento aquém do desejado, conforme permite

interpretar o pensamento de Jabôr (2005), mesmo nos casos em que foram empregados

camadas de base de brita graduada aberta e drenos de borda com tubos perfurados. No caso de

drenos longitudinais penetrarem numa camada de solo de permeabilidade dez vezes menor

que a do solo sobrejacente, o fluxo de água livre através daquela camada pode ser desprezado,

ficando estagnado no interior da mesma, conforme permite evidenciar a interpretação dos

resultados experimentais obtidos nos ensaios de permeabilidade executados nas camadas

estruturais do pavimento da Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães.

Segundo Cedergren (1974), muitos projetistas consideram que não é prático, nem

econômico, nem necessário, talvez, acelerar a retirada d’água da estrutura do pavimento.

Como conseqüência, as bases e sub-bases compactadas e estabilizadas, de todos os tipos e

emprego largamente difundido, na quase totalidade são de baixa permeabilidade (grifo dos

autores). Declara ainda o citado autor, que quase todos os engenheiros tem tido, uma vez ou

outra, a esperança de que a água livre seja mantida fora do pavimento, e que nenhuma medida

especial seja necessária para drenar as quantidades que entrem.

Na mesma via de análise Mc Clelland e Gregg (1944) censuram a dependência dos

engenheiros rodoviários com o emprego dos procedimentos práticos para projetar a drenagem

105

subterrânea, e a advogaram o uso de métodos analíticos, melhorados e mais diretos, com uso

da rede de fluxo, para analisar a necessidade de drenagem. Eles concluíram que o uso de

métodos analíticos permitiria projetar as instalações de drenagem subterrânea mais eficientes

e mais econômicas.

Sob outra perspectiva analítica, a literatura técnica revela que onde os pavimentos

foram construídos sobre subleitos de baixa permeabilidade, sendo providos de drenos ao

longo dos bordos externos mais baixos de suas bases (situação da Avenida Deputado Luis

Eduardo Magalhães), a água que penetra na estrutura flui na direção horizontal pela drenagem

lateral, em direção aos drenos. Esta também é uma forma de drenagem relativamente

ineficiente, a menos que os materiais tenham permeabilidade muito elevada, conforme pode

ser demonstrado pela Lei de Darcy, cuja comprovação foi evidenciada ao longo deste trabalho

monográfico. Esta assertiva última resulta do fato de que onde as bases e sub-bases normais

constituídas por material granular, tipo brita graduada simples, estabilizadas

granulometricamente, suas baixas permeabilidades colocam uma outra importante restrição às

possibilidades de fluxo hidráulico, considerando-se que a capacidade de descarga hidráulica

das bases são proporcionais ao gradiente hidráulico, que é pequeno e geralmente limitado o

seu valor à declividade transversal, e que a espessura drenante da camada é também uma

dimensão relativamente pequena. Todavia, muitos destes materiais proverão drenagem muito

melhor se a água puder fluir verticalmente para dentro de uma base drenante altamente

permeável.

Em rodovias com tráfego alto e crescente percentual significativo de veículos

pesados (comercial) a infiltração superficial de águas de chuva na estrutura do pavimento,

mesmo com revestimento do tipo CBUQ (com valor médio do coeficiente de permeabilidade

com ordem de grandeza de 10-7

cm/s; praticamente impermeável), deverá ser considerada. A

penetração de água pluvial através do revestimento em CBUQ torna-se significativa não no

início da abertura da rodovia à operação, mas a partir do surgimento de fissuras e trincas na

capa de rolamento, após ter decorrido um certo período da vida útil.

No caso da estrutura do pavimento em análise, o material utilizado na construção

da camada de base possui coeficiente de permeabilidade igual a 1,5x10-3

cm/s. Recomenda-se

que “para a camada de base de um pavimento rodoviário não deverá ser utilizado materiais

cujo ensaio de permeabilidade obtenha-se resultados dentro do intervalo 10-3

cm/s < K < 10-6

cm/s (Jabôr, 2005), pois neste intervalo a água consegue penetrar, porém, demora muito para

sair (drenagem lenta), tornando com isto ineficiente qualquer tipo de dreno de pavimento”.

106

Nota-se também que o material da camada de sub-base, construída com 0,20 m de espessura,

sendo utilizado o material areia, praticamente isenta de material fino (passando na # No 200 =

1 %), classificada como A-3/TRB (Índice de Grupo = 0), possui coeficiente de

permeabilidade médio de mesma ordem de grandeza (k = 3,9x10-2

cm/s) do valor obtido para

a camada de base (Brita Graduada – 10-2

cm/s). A consequência do fato de que as camadas de

base e de sub-base possuírem, praticamente, o mesmo grau de permeabilidade resulta na

inoperância de funcionalidade do dreno raso longitudinal do ponto de vista da sua posição

altimétrica, pois a água livre irá circular no sentido vertical, sob a ação gravitacional, devido

à inexistência razoável de contraste de permeabilidade entre as camadas de base e de sub-

base. Logo, não haverá utilidade prática a funcionalidade hidráulica do dreno do pavimento.

Quando o projetista de drenagem defrontar-se com situação semelhante, deve recomendar

adotar como solução drenante para a camada de base a prévia elaboração de uma mistura de

material selecionado, de forma a melhorar a sua permeabilidade ou torná-la praticamente

impermeável.

No método de dimensionamento de pavimentos flexíveis adotado pelo DNER,

baseado na avaliação da capacidade de suporte do terreno de fundação (subleito) e dos

materiais a serem empregados nas camadas estruturais, cuja definição ocorre mediante o

ensaio de penetração CBR, realizado com amostras saturadas durante 96 horas (quatro dias),

deve-se ressaltar que a avaliação estrutural dos materiais granulares saturados reflete apenas a

redução na capacidade de suporte (resistência), não considerando de maneira alguma os danos

causados pela poro-pressão (pressão neutra) ou bombeamento. Portanto, os procedimentos de

dimensionamento baseados no ensaio CBR geralmente asseguram suficiente espessura dos

pavimentos para evitar sobrecargas no subleito (deformações plásticas excessivas).

Entretanto, alguns dos danos causados pela água livre que percola ocorrerão

independentemente da espessura ou da estabilidade das camadas de base utilizadas, pois são

causados pelo poro-pressões e pelos movimentos da água livre confinada no interior da

estrutura.

Na região da cidade de Salvador-BA a precipitação pluviométrica média anual é cerca

de 1900 mm, exigindo pavimentos bem protegidos contra a infiltração das águas de chuva.

Até o momento, a única água livre presente no interior da estrutura do pavimento no trecho

investigado na Avenida Deputado Luis Eduardo Magalhães, após um período de intensas

chuvas, foi detectada durante a abertura do poço de sondagem, cuja infiltração foi provocada

em decorrência da execução de ensaios de permeabilidade in situ, com emprego da

metodologia Guelph, relativamente alagando a camada do subleito (solo argiloso, Grupo A-

107

7/TRB). Infere-se que, naquele momento, e quiçá, desde a abertura da via à operação ao

tráfego até o presente, o sistema de drenagem subsuperficial não teve necessidade de ser

operativo hidraulicamente, pois, além da capa de rolamento apresentar-se praticamente intacta

em relação à presença de fissuras visíveis à curta distância, trincamentos, afundamentos nas

trilhas de rodas, irregularidade longitudinal e outras modalidades de defeitos superficiais

decorrentes, embora a via esteja em operação ao tráfego por cerca de nove anos. Ademais, no

trecho estudado, a estrutura do corpo do pavimento encontra-se sem acostamentos, protegida

lateralmente mediante o emprego de guia (meio-fio) ladeada lateralmente por passeio

revestido e em boas condições de conservação, conforme ilustra a Figura 6.1 (lado direito da

faixa de tráfego, local de posicionamento do dreno raso longitudinal):

Figura 6.1: Revestimento em CAUQ apresentando ótimas

características superficiais


Destaca-se igualmente a excelente funcionalidade do sistema de drenagem superficial,

que durante as precipitações intensas ocorridas durante a atividade de pesquisa na elaboração

deste trabalho monográfico, as diversas formas de mídia de comunicação existentes na cidade

de Salvador não noticiaram nenhum transtorno na trafegabilidade pela Avenida Deputado

Luis Eduardo Magalhães, como ocorreu em outros locais da malha viária, de intensa

circulação de veículos, conforme revela a Figura 6.2

108

Figura 6.2: via marginal ao Dique do Tororó, em Salvador

Fonte: imagem circulada na rede Internet (autor anônimo)

Os resultados alcançados nas investigações experimentais de laboratório permitem

confirmar a tese enunciada por diversos autores, que não basta apenas dotar o pavimento do

sistema de drenagem subsuperficial (camada drenante, drenos coletores rasos

longitudinais/transversais e saídas de água) para que o mesmo seja considerado drenante, cujo

afastamento das águas livres de infiltração do corpo do pavimento seja efetivado num período

de tempo considerado máximo (menos que uma hora, por exemplo). Uma análise hidráulica

do sistema proposto deve ser conduzida para agregar à estrutura que será implantada as

características de drenagem esperadas pelo projeto e seus correspondentes benefícios para o

desempenho estrutural. Neste objetivo foi apresentado roteiro de cálculo, fundamentado no

viés epistemológico amplamente conhecido e disponível na literatura técnica, passo a passo,

para o dimensionamento do sistema de drenagem, destacando-se a necessidade essencial de

medidas experimentais de permeabilidade dos materiais a serem empregados nas etapas

construtivas do pavimento e dos seus elementos drenantes, inclusive realizar uma verificação

da continuidade hidráulica do sistema. Tal forma de proceder poderá estabelecer uma

avaliação prévia do desempenho do sistema de drenagem subsuperficial, evitando prováveis

efeitos danosos estruturais, além dos conhecidos problemas funcionais, acarretando uma

redução brusca da vida útil do pavimento, comprometendo a operação da via e implicando na

imperiosa necessidade de futura restauração do pavimento, gerando elevados custos ao

mantenedor do sistema viário e ao usuário. Em relação à Avenida Deputado Luis Eduardo

Magalhães, os autores deste trabalho monográfico podem apenas indicar um sinal de alerta

para o gestor público em relação à conservação rotineira, fruto das análises apresentadas,

109

destacando-se a importância de coibir violações na estrutura do pavimento, algo relativamente

comum e observável em vários outros segmentos da malha viária de Salvador, promovidas

por empresas concessionárias de serviços diversos, bem como anônimos de atuação

prejudicial ao patrimônio público viário.

De resto, também na condição de sugestão, os autores recomendam que estudos

investigativos semelhantes ao desenvolvidos neste trabalho monográficos possam ser

empreendidos durante as etapas de elaboração dos projetos de pavimento e drenagem, estes

realizados de maneira conjugada, para empreendimentos rodoviários novos, principalmente

urbanos, e verificados nas etapas construtivas mediante a realização de ensaios in situ.

Os autores entendem ter valorizado o papel de instituição pensante e produtora de

conhecimentos reservados, não exclusivamente para à Academia Universitária, mas também

para todos aqueles que possuem o prazer intelectual pela arte de articular o pensamento

técnico e científico, insubordinando-se aos padrões pré-estabelecidos, para evitar a

fossilização das idéias inovadoras, especulativas, diante de atitudes preconcebidas e

preconceituosas, muito embora não existir o pensamento de confronto com o estabelecido no

Manual de Pavimentação/DNIT: “... Dessa maneira, pode-se considerar como suficientes os

projetos-tipo de drenagem do DNER ... “ (DNIT, 2006, p.165).

Deseja-se, simplesmente, o diálogo acadêmico alicerçado na liberdade de pensar diferente,

mesmo que o pensar teórico e especulativo não traga, de imediato, aplicações práticas.

Ao Engenheiro Jabôr, que afirmou:

“A drenagem de pavimento ou drenagem subsuperficial é ainda uma parte da engenharia

rodoviária em que as decisões são tomadas, algumas vezes, sem critérios técnicos claros e

bem definidos. Pouco se tem feito para inverter esta situação. A grande maioria dos

projetistas de pavimentação continua a executar seus projetos baseados somente no que

prescreve as metodologias de dimensionamento de pavimento, não envolvendo em seus

projetos outras variáveis que poderiam afetar a sua vida útil estimada (JABÔR, 2005)”..

Entendendo a significativa importância do pensamento do Engenheiro Jabôr, para a

engenharia rodoviária, no particular, e no sentido mais amplo para a sociedade brasileira, os

autores deram a sua contribuição!

110

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APÊNDICES

APÊNDIICE A - RESULTADOS DOS ENSAIOS GEOTÉCNICOS REALIZADOS PELO

LABORATÓRIO DE GEOTECNIA – UFBA

APÊNDICE B - RESULTADOS DOS ENSAIOS GEOTÉCNICOS DE REALIZADOS

PELO LABORATÓRIO DE GEOTECNIA AMBIENTAL - UFBA

APÊNDICE C - RESULTADOS DOS ENSAIOS TECNOLÓGIOS REALIZADOS PELO

LABORATÓRIO DA GERÊNCIA DE PESQUISA E

DESENVOLVIMENTO/GEPES - DERBA

APÊNDICE D – RESPOSTA À SOLICITAÇÃO DE DIRETRIZES GERAIS EMPRE

GADAS PELO ENGENHEIRO PROJETISTA DE DRENAGEM PARA

INDICAÇÃO DE DRENOS SUBSUPERFICIAIS E PROFUNDOS

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