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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL
VIAS DE COMUNICAÇÃO
11/24/24
VIAS DE COMUNICAÇÃOLuís de Picado Santos([email protected])
DrenagemCaracterização das possibilidades de intervenção
Estimativa do caudal de ponta de cheia
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
Efeito negativo da água
� TALUDESinstabilidade (erosão, rotura).
� PLATAFORMA NA FASE DE CONSTRUÇÃOredução da traficabilidade; redução da capacidade de suporte; erosão.
� PAVIMENTO E SUA FUNDAÇÃO� redução da capacidade de carga;�arrastamento de finos na fundação, sub-base e bases granulares com consequente redução de resistência (o grau de deterioração pode ser 20 a 50
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consequente redução de resistência (o grau de deterioração pode ser 20 a 50 vezes maior quando as camadas estão saturadas). �desagregação de misturas betuminosas.
� UTENTESredução da aderência; redução da visibilidade.
chuva
escoamentossuperficiais
nível freático
estrato permeávelágua de percolação
obras de captação eescoamento da água
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Tipos de drenagem
�DRENAGEM SUPERFICIALVisa assegurar o escoamento para fora da zona da estrada das águas que sobre
ela incidam ou evitar que os cursos de água atravessados interfiram com a estabilidade da obra (neste último caso também se usa a designação de “drenagem transversal”).
�DRENAGEM SUBTERRÂNEA� Interceptar e desviar as águas subterrâneas antes de chegarem ao leito do
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� Interceptar e desviar as águas subterrâneas antes de chegarem ao leito do pavimento;
� Rebaixar o nível freático a fim das águas de capilaridade não afectarem a estabilidade do pavimento;
� Remover para fora da zona da estrada a água livre contida no solo de fundação.chuva
escoamentossuperficiais
nível freático
estrato permeávelágua de percolação
obras de captação eescoamento da água
aterro Passagem hidráulica(aqueduto)
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Princípios básicos de concepção e execução
�EM PROJECTO� No estabelecimento da rasante evitar escavações muito extensas, patamares
ou pontos baixos em escavação � Adoptar sempre que possível aterros em terrenos planos depois de
assegurada a sua estabilidade� A directriz deve evitar locais de drenagem difícil ou aleatória, como zonas
pantanosas, vizinhança de linhas de água caudalosas, baixas de nível freático
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pantanosas, vizinhança de linhas de água caudalosas, baixas de nível freático alto, etc.
�EM OBRA� Nunca deixar ressalto à entrada do dispositivo ou no percurso dentro deste
que possa dar origem a instabilização local da obra que se pretende proteger;� Ter um especial cuidado com a fundação dos dispositivos, de forma a que esta
possa suportar a carga a que está sujeita sem deformações incompatíveis com a função do dispositivo.
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Dispositivos comuns da zona da plataforma
A
B
C
D
E
F
55/24/24
A – vala ou valeta de cristaB – vala ou valeta de banquetaC – valeta de plataforma em material impermeávelD – dreno de intersecção longitudinal associado a valeta de plataformaE – valeta de berma para protecção de talude de aterroF – vala ou valeta de pé de talude de aterro
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Dispositivos comuns da zona da plataforma
valeta de plataforma
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
valeta de berma para protecção de talude de aterro
Dispositivos comuns da zona da plataforma
77/24/24
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valeta de pé de talude de aterro
Dispositivos comuns da zona da plataforma
88/24/24
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valeta de crista (valeta de banqueta)
Dispositivos comuns da zona da plataforma
99/24/24
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Esquema de funcionamento dum dreno
Dispositivos comuns da zona da plataforma
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
Esquema de um dreno de intersecção longitudinal
Dispositivos comuns da zona da plataforma
1111/24/24
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Esquema de drenos de rebaixamento do nível freático
Dispositivos comuns da zona da plataforma
1212/24/24
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PAVIMENTO
Esquema de drenos de intercepção transversal
Dispositivos comuns da zona da plataforma
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LEITO DO PAVIMENTO
SOLO DE FUNDAÇÃO
DRENO DE INTERCEPÇÃO TRANSVERSAL
geotêxtil
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Dispositivos de drenagem transversal superficial
Aquedutos ou passagens hidráulicas
1414/24/24
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Qmax
ta
HidrogramaHietograma
I (m
m/h
)
q (m
3/s.
m2)
tempo de ascensão
tempo
� a parte da precipitação total que se
transforma directamente em escoamento
superficial ou directo, a que se chama
Escoamento em bacias hidrográficas
1616/24/24
tc
tb
tempo de concentração
tempo base
tempo
caudal de base
superficial ou directo, a que se chama
precipitação útil;� a parte da precipitação total que se
infiltra, tendo um certo tempo de retenção
no solo, originando o escoamento sub-
superficial e o escoamento subterrâneo
que regressam à superfície dentro dos
limites da bacia, constituindo o que se
chama o escoamento base;� a parte da precipitação total que se
perde por evaporação, transpiração,
armazenamento no solo e infiltração
profunda. Esta última parte não participa
no esquema de transformação
precipitação-escoamento.
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� 0 “tempo de retorno” T representa o tempo que, em média, decorre entre a ocorrência de uma cheia com determinado caudal de ponta (caudal máximo) e a ocorrência seguinte de uma cheia com caudal de ponta igual ou
superior.
� Se uma cheia com determinado caudal de ponta ocorre uma vez em 20 anos, o período de retorno será 20 anos e a
frequência de ocorrência da cheia será 1/20, o que corresponde também à probabilidade de ocorrência num dado período.
Itinerários Principais e Secundários Outras Estradas e Estradas Municipais
TMD > 2000 TMD < 2000 100 < TMD < 500 TMD < 100 Tipo de Drenagem zu zre zr zu zre zr zu zre zr zu zre zr
transversal
Escoamento em bacias hidrográficas
1717/24/24
transversal (aquedutos,
pontes, etc.) 100 100 100 100 50 20 100 50 20 100 50 20
superficial (na
plataforma e margens) 50 20 20 50 10 10 20 10 10 10 10 10
TMD – tráfego médio diário anual de motorizados
zu – afectando zona urbana ou urbanizável
zre – afectando zona rural de interesse económico (exploração agrícola importante, etc.)
zr – zona rural de reduzido interesse económico ou em que a cheia não afecte o seu rendimento
Precipitação total (mm) para duração de Tempo de Retorno
(anos) 10 min 20 min 30 min 60 min
10 11,6 22,4 28,5 37,2
50 18,6 33,1 38,0 46,8
100 21,1 37,6 40,7 50,1
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Avaliação do caudal de ponta de cheia
� Em bacias pequenas, com menos de 2500 ha de área: a) uma chuvada, de certa duração, ocorre com intensidade constante e uniformemente sobre toda a
bacia;
b) a duração da precipitação útil – Pu - é igual à duração da precipitação total – Pt -;c) para uma mesma bacia hidrográfica, todos os hidrogramas de resposta a chuvadas uniformes
com a mesma duração possuem "tempos de base" iguais e as ordenadas homólogas dos diversos
hidrogramas são proporcionais às intensidades das precipitações úteis correspondentes.
� Considera-se ainda desprezável a influência na cheia do escoamento subterrâneo originado pela
chuvada.
1818/24/24
qp
ta
tb
tp
I (mm/h)
q (m
3 /s.m2 )
t
tc > tp
qp,max
ta = tc tb
I (mm/h)
q (m
3 /s.m2 )
t
tc < tp
tp
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LOCALIZAÇÃOLOCALIZAÇÃOLOCALIZAÇÃOLOCALIZAÇÃO ---- COIMBRA ÁREA DA BACIA (A em ha)ÁREA DA BACIA (A em ha)ÁREA DA BACIA (A em ha)ÁREA DA BACIA (A em ha) ---- 1000 DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)---- 208
Avaliação do caudal de ponta de cheia (exemplo)
1919/24/24
DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)DESNÍVEL (h em “m”)---- 208 COMPRIMENTO (l em “m”)COMPRIMENTO (l em “m”)COMPRIMENTO (l em “m”)COMPRIMENTO (l em “m”)---- 6500 PERMEABILIDADE DO SOLOPERMEABILIDADE DO SOLOPERMEABILIDADE DO SOLOPERMEABILIDADE DO SOLO ---- C CCCCOBERTURA VEGETALOBERTURA VEGETALOBERTURA VEGETALOBERTURA VEGETAL ---- 60% rotação de culturas segundo c. n.
40% floresta muito aberta
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TEMPO CARACTERÍSTICO TEMPO CARACTERÍSTICO TEMPO CARACTERÍSTICO TEMPO CARACTERÍSTICO ---- tk
38,0
15,14
kh
l10.24,3)horas(t −
= , com l e h em “m”
=)horas(t k 1,0
PRECIPITAÇÃO TOTALPRECIPITAÇÃO TOTALPRECIPITAÇÃO TOTALPRECIPITAÇÃO TOTAL ---- Pt
Intensidade de PrecipitaçãoIntensidade de PrecipitaçãoIntensidade de PrecipitaçãoIntensidade de Precipitação –––– i (obtida através das curvas I-D-F para o
Avaliação do caudal de ponta de cheia
2020/24/24
Intensidade de PrecipitaçãoIntensidade de PrecipitaçãoIntensidade de PrecipitaçãoIntensidade de Precipitação –––– i (obtida através das curvas I-D-F para o
país) b
pt.a)h/mm(i = , com tp (min) tempo de precipitação; “a” e “b” parâmetros de
calibração
Fazendo o T (tempo de retorno) = 20 anos e o tp=tk=60 min, vem 538,060.74,317)h/mm(i −
= = 35,1
Então virá Pt (mm) = i.tp = 35,1.1 = 35,1
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Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura
N = 0,6 x 81 + 0,4 x 86 = 83
Avaliação do caudal de ponta de cheia
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Grupo de Investigação em Vias de Comunicação
N = 0,6 x 81 + 0,4 x 86 = 83
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PRECIPITAÇÃO ÚTILPRECIPITAÇÃO ÚTILPRECIPITAÇÃO ÚTILPRECIPITAÇÃO ÚTIL –––– Pu
=
−+
+−
=
8N
800
4,25
P
2N
200
4,25
P4,25
)mm(Pt
2
t
u 7,9
CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA –––– Qp
2323/24/24
CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA CAUDAL DE PONTA DE CHEIA –––– Qp
=
+
=
2
tt.6,0.6,480
A.P)s/m(Qp
p
k
u314,9
A (ha), área da bacia hidrográfica
Pu (mm), precipitação útil
tp (horas), tempo de precipitação
tp (horas), tempo característico
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Avaliação do caudal de ponta de cheia (método racional)
Qp =
C.I.A
360
• Bacias Hidrográficas com A< 80 ha (<100 ha; <30 ha)
Qp em m3/s
I em mm/h A, área da bacia hidrográfica, em haC, coeficiente de escoamento (tabela debaixo ou N/100)
Tipo de área de drenagem C
Pavimentos de betão betuminoso ou de cimento 0,70-0,95
Pavimentos não impermeabilizados (de gravilha ou macadame hidráulico) 0,40-0,70
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Solo Impermeável 0,40-0,60
Solo impermeável com camada orgânica por cima (1) 0,30-0,55
Solo ligeiramente permeável(1) 0,15-0,40
Solo permeável(1) 0,05-0,10
Floresta (depende da inclinação do terreno e da sua cobertura) 0,05-0,20
C= 83/100A = 100 ha
tk = 0,25 horas
T = 20 anos => I = 74 mm/h
Qp = 0,83 x 74 x 100 / 360 = 17,1 m3/s