COMPARAÇÃO DE CUSTOS DE ESTRUTURAS DE DRENAGEM RODOVIÁRIA: DIMENSIONAMENTO A PARTIR DO MÉTODO RACIONAL E HUS-SCS . ESTUDO DE CASO: RST 471 Talita Caroline Miranda1; Rutinéia Tassi2 & Cezar Augusto Burkert Bastos3
RESUMO – Como nem sempre encontramos dados observado que permitam a obtenção da vazão máxima para o dimensionamento de obras hidráulicas de drenagem, é necessário utilizar métodos hidrológicos que representem os principais processos da transformação da precipitação em vazão. O Método Racional é largamente utilizado no dimensionamento de obras de drenagem, por ser de fácil aplicação, embora superestime o valor da vazão. O presente artigo apresenta a comparação entre o dimensionamento hidráulico de estruturas de drenagem de um trecho de rodovia utilizando para obtenção das vazões de projeto o Método Racional e o Hidrograma Unitário Sintético (HUS) do SCS. Uma análise de custos também é apresentada, comparando os custos totais e por estrutura. Verificou-se nesse trabalho que a economia obtida com o dimensionamento das estruturas segundo o método do HUS do SCS seria, em média, superior a 60% em relação ao uso do Método Racional.
ABSTRACT – The engineer frequently hasn’t observed flow data, allowing the correct design of hydraulics drainage system, so it is necessary to use hydrologic methods to reproduce the transformation process precipitation in flow (runoff). Due your simplicity, the Rational Method still is used in these cases, although it overestimates the flow value. The present article presents a comparison among the highway drainage design through the Rational Method and Synthetic Unit Hydrograph (SUH) of SCS. A cost analyse is also presented, comparing the total costs and the cost for each structure. It was verified that the economy obtained with the structure design according with the SUH would be, on average, greater than 60% in relation to the use of the Rational Method.
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Palavras-Chave: Método Racional, Hidrograma Unitário do SCS, drenagem rodoviária;
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FURG Fund. Univ. Fed. do Rio Grande – Acad.Eng. Civil. Av: Itália, 2111 apt402/2a. Rio Grande/RS –
[email protected] FURG Fund Univ Fed. do Rio Grande - Setor de Hidráulica e Saneamento - Departamento de Física. Av. Itália km 8/sn. Rio Grande/RS.
[email protected] 3 FURG Fund. Univ. Fed. do Rio Grande – Departamento de Materiais e Construção. Av. Itália km 8/sn. Rio Grande/RS.
[email protected] 2
INTRODUÇÃO Diz o refrão popular, com muita sabedoria que: “uma boa estrada requer um teto impermeável e um porão seco”. A função do engenheiro é de projetar e construir estradas de rodagem visando o tráfego ininterrupto sob as condições técnicas para qual foi projetada. Esse fato implica que a drenagem das estradas funcione adequadamente, sendo necessária a remoção da água de dentro da própria estrada e encaminhando da mesma para local apropriado. Segundo Fraenkel (1980) o terreno, conjuntamente com os dispositivos de drenagem, é usado para impedir que a água atinja a estrada, controlando também seus movimentos ao longo e sob a via de transporte. Quando a água surge onde não é desejada junto à estrutura da estrada, devido a sua ação erosiva e redutora da capacidade de suporte dos materiais, torna-se o pior inimigo das rodovias, visto que ela é uma das causas que contribuem para a maior parte dos problemas estruturais e conseqüentes danos aos pavimentos, gerando crônicas e dispendiosas manutenções e interrupções do tráfego. Por este motivo, o estudo completo dos condicionantes hidrológicos e a busca pelas melhores soluções possíveis para todos os problemas de drenagem são de importância vital para o sucesso da construção rodoviária. Seja no estudo da drenagem superficial ou subterrânea, o problema básico é quantificar a água que temos que drenar. Este problema está sumamente ligado à hidrologia superficial e profunda, responsáveis pelas condições do escoamento d´água no local da obra. As condições da bacia hidrográfica de contribuição à obra de drenagem têm grande influência no projeto, visto que o escoamento superficial aumenta com a área de contribuição, com a declividade das vertentes, e com o grau de impermeabilidade e a falta de vegetação do terreno (Oliveira, 1947). A drenagem de transposição de talvegues é uma das etapas do projeto de drenagem de uma rodovia. A sua função primordial é a eliminação da água que venha a atingir o corpo da estrada, captando-a e conduzindo-a para locais apropriados de maneira que não comprometa o desempenho mecânico dos materiais integrantes da estrutura da estrada, ou mesmo venha a erodi-la. Neste caso, as estruturas de drenagem projetadas podem ser dos tipos básicos: bueiros, galerias ou pontes transpondo os cursos d’água. É de fundamental importância que o profissional que se propõe a conduzir o projeto de uma rodovia tenha ampla consciência da importância que representa a drenagem. Além de garantir a estabilidade da via a ser executada, ela deve ser estabelecida da maneira mais coerente, técnica e economicamente falando (IPR-DNER,1990). Este trabalho tem como finalidade comparar os custos relacionados com o projeto de obras de drenagem superficial em um trecho de rodovia, através da aplicação de duas diferentes metodologias de determinação da vazão de projeto: Método Racional e HUS-SCS.
ÁREA DE ESTUDO
Para atender ao objetivo desse trabalho, foi selecionado um trecho da rodovia RST-471, na porção que liga Encruzilhada do Sul/RS a BR-392 em Canguçu/RS. A pavimentação da rodovia, denomindada Rodovia Vice-Governador Edemar Fetter, é parte integrante do Programa de Pavimentação Rodoviária do Estado do Rio Grande do Sul, co-financiado pelo BID (Banco Interamericano de Desenvolvimento) e pelo JBIC (Banco Japonês de Cooperação Internacional). O trecho compõe a parte final da implantação de um corredor de transporte que inicia em Soledade (centro-norte do Estado), segue em direção ao sul, passando por Barros Cassal, Santa Cruz do Sul, Pantano Grande, Encruzilhada do Sul, Canguçu e Pelotas, alcançando o Porto de Rio Grande (figura 1) e a fronteira com o Uruguai (DAER-RS e ENECON, 1998).
Trecho de estudo
Figura 1- Localização do Empreendimento e trecho de estudo (modificado de DAER-RS e ENECON, 1998)
Uma das principais metas com a construção desta rodovia é integrar a economia do Estado do Rio Grande do Sul aos países do Mercosul através de rodovias que propiciem a conexão aos sistemas troncais rodoviários desses países. Trata-se, portanto, de uma importante via de transporte desde a região do Planalto do Estado até o Porto de Rio Grande, constituindo uma alternativa de desafogo de tráfego à BR-386 (Estrada da Produção) e à BR-116, permitindo o transporte de cargas sem a passagem pela Região Metropolitana de Porto Alegre. O trecho implantado reduzirá em mais de 100 km a distância entre o
norte-nordeste e o sul do Estado. Sob outro aspecto, esta ligação rodoviária deverá propiciar condições de desenvolvimento a uma vasta região produtora, caracterizada por inúmeros minifúndios, trazendo especial vantagem aos cargueiros que operam na rota do Superporto de Rio Grande. O trecho da rodovia foi dividido em três lotes (lotes I, II e III). Os lotes I e III estão com a pavimentação finalizada e o Lote II, com extensão aproximada de 25,25 km, encontra-se em obras e parte deste constitui o alvo deste estudo (figura 1). O projeto executivo da estrada foi disponibilizado por técnicos do DMC-FURG encarregados da Supervisão Ambiental das obras da rodovia no ano de 2003 (Bastos et al., 2004), possibilitando a aquisição dos dados referentes ao projeto final de dimensionamento das estruturas de drenagem. Uma vantagem adicional para aplicação deste estudo metodológico, consiste no fato da rodovia, bem como as estruturas de drenagem, já estarem implementadas no trecho alvo deste estudo, permitindo assim visitas e inspeção local. O referido trecho selecionado para os estudos hidrológicos compreende o segmento de estrada entre o km 42 até o km 54 (figura 1). Após a seleção do trecho a ser estudado, foram analisadas e visitadas trinta e oito estruturas de bueiros e galerias, como as ilustradas na figura 2.
(a)
(b)
Figura 2 – Fotos exemplificando estruturas de drenagem construídas no trecho: (a) bueiro triplo tubular de concreto; (b) bueiro simples celular de concreto
O dimensionamento das estruturas de drenagem citadas no referido projeto (DAER-RS e ENECON, 1998) foi realizado a partir do Método Racional (sendo essa a metodologia recomendada pelo próprio DAER), embora existam no local bacias hidrográficas cuja área de drenagem é superior a 2 km² (de até 4 km²), superando o limite de aplicabilidade do método (Tucci, 1993). Na tabela 1 são apresentadas as estruturas dimensionadas a partir do Método Racional, e já implantadas no local.
Tabela 1 – Estruturas dimensionadas pelo Método Racional Bacia Hidrográfica Contribuinte Int. Prec. Descarga Localização (mm/h) (m3/s) Estrutura Nº A (km²) L (km) i (%) tc (min) C km TR 10 TR 10 Projetada* 1 42 + 050 0,13 0,35 1,8 16 0,40 98,6 1,4 BSTC 1,00 2 42 + 280 0,53 1,20 8,0 18 0,38 92,9 5,2 BDTC 1,20 3 42 + 600 0,75 1,10 7,0 20 0,38 88,0 7,0 BTTC 1,20 4 42 + 750 0,18 0,76 5,0 15 0,40 101,8 2,0 BSTC 1,20 5 43 + 100 0,02 0,21 14,0 10 0,40 119,5 0,3 BSTC 0,80 6 43 + 625,6 1,98 3,00 3,0 42 0,37 58,3 11,9 BSCC 2,00X2,00 7 44 + 220 0,07 0,48 18,0 10 0,40 119,5 0,9 BSTC 0,80 8 44 + 616 1,48 3,50 4,0 36 0,37 64,0 9,7 BSCC 2,00X2,00 9 44 + 960 0,08 0,38 9,0 10 0,40 119,5 1,1 BSTC 0,80 10 45 + 202 0,75 1,10 5,0 22 0,38 83,8 6,6 BSTC 1,20 11 45 + 680 0,03 0,23 20,0 10 0,40 119,5 0,4 BSTC 0,80 12 45 + 966,6 0,13 0,56 10,0 10 0,40 119,5 1,7 BSTC 1,20 13 46 + 160 0,07 0,60 15,0 10 0,40 119,5 0,9 BSTC 0,80 14 46 + 366,2 0,10 0,50 18,0 10 0,40 119,5 1,3 BSTC 1,00 15 46 + 620 0,06 0,25 18,0 10 0,40 119,5 0,8 BSTC 0,80 16 46 + 963 0,49 1,20 6,0 20 0,39 88,0 4,7 BDTC 1,20 17 47 + 230 0,06 0,39 10,0 10 0,40 119,5 0,8 BSTC 0,80 18 47 + 380 0,03 0,22 12,0 10 0,40 119,5 0,4 BSTC 0,80 19 48 + 140 0,03 0,30 2,5 10 0,40 119,5 0,4 BSTC 0,60 20 48 + 860 0,06 0,36 5,0 10 0,40 119,5 0,8 BSTC 0,80 21 49 + 200 0,03 0,23 13,0 10 0,40 119,5 0,4 BSTC 0,80 22 49 + 420 0,07 0,50 2,4 13 0,40 107,8 0,8 BSTC 0,80 23 49 + 760 3,22 3,13 4,0 45 0,36 56,2 18,1 BDCC 2,00X2,00 24 50 + 500 0,03 0,12 24,0 10 0,40 119,5 0,4 BSTC 0,80 25 50 + 831 0,18 0,50 4,0 15 0,40 101,8 2,0 BSTC 1,20 26 50 + 925 0,02 0,24 5,0 10 0,40 119,5 0,3 BSTC 0,80 27 51 + 014 0,21 0,60 5,0 15 0,40 101,8 2,4 BSTC 1,20 28 51 + 260 0,03 0,25 5,0 10 0,40 119,5 0,4 BSTC 0,80 29 51 + 500 0,06 0,45 4,0 11 0,40 115,2 0,8 BSTC 0,80 30 51 + 630 1,50 2,63 3,5 36 0,37 64,0 9,9 BDCC 1,50X1,50 31 51 + 805 0,02 0,24 8,0 10 0,40 1195 0,3 BSTC 0,80 32 52 + 045 0,17 0,70 5,0 15 0,40 101,8 1,9 BSTC 1,20 33 52 + 320 0,04 0,25 4,0 10 0,40 119,5 0,5 BSTC 0,80 34 52 + 509 0,23 0,80 10,0 12 0,40 111,3 2,8 BSTC 1,00 35 52 + 690 0,10 0,50 5,5 11 0,40 115,2 1,3 BSTC 1,00 36 52 + 985 0,06 0,33 5,4 10 0,40 119,5 0,8 BSTC 0,80 37 53 + 369 0,13 0,80 6,0 12 0,40 111,3 1,6 BSTC 1,00 38 53 + 920 0,11 0,45 8,9 10 0,40 119,5 1,5 BSTC 1,00 *Onde: 1ª letra: B = bueiro; 2ª letra: S = simples, D = duplo ou T = triplo; 3ª letra: C = celular ou T = tubular; 4ª letra: C= concreto.
METODOLOGIA
Com a finalidade de comparar as diferenças de dimensões e custos das estruturas de drenagem da rodovia com as dimensões obtidas através da aplicação do Método Racional durante o projeto, as estruturas foram novamente dimensionadas, empregando o método TR 55 (Curve Number) do SCS
(SCS, 1957) para determinação da precipitação efetiva e propagação do escoamento através do Hidrograma Unitário Sintético (HUS) do SCS (SCS, 1975). A chuva de projeto foi obtida a partir da equação IDF da cidade de Encruzilhada do Sul (Pfafstetter, 1957) com um tempo de retorno de 10 anos. A duração da chuva foi determinada segundo dois critérios: i) considerado o mesmo tempo de concentração determinado no projeto (DAER-RS e ENECON, 1998); ii) determinado um novo tempo de concentração, utilizando a equação recomendada pelo SCS (SCS, 1975). Para fins de comparação, foram utilizadas as características físicas (área, declividade, etc.) identificadas na ocasião do projeto para a aplicação dos métodos do SCS. O parâmetro CN, para a separação do escoamento, foi obtido a partir dos grupos hidrológicos de solo e da cobertura vegetal/uso das terras em cada uma das bacias de contribuição. O grupo hidrológico dos solos foi estimado em função das classes pedológicas mapeadas para a região por Embrapa (1973) e por meio de correlação com os estudos realizados para o Estado de São Paulo por Lombardi Neto et al.(1989) apud Genovez (1993). A tabela 2 resume as principais classes de solos verificadas, a ocorrência no trecho avaliado, suas características físicas (profundidade, textura, classe de drenagem) e o correspondente grupo hidrológico. Cabe destacar que esta análise é bastante aproximada à medida que o levantamento de solos disponível para a área de estudo tem abrangência regional e pequena escala (1:750.000).
Tabela 2 – Definição dos grupos hidrológicos por meio das classes pedológicas mapeadas na Área de Influência Direta (AID) no trecho em estudo Unidade de mapeamento (Embrapa, 1973) Camaquã
Classe pedológica dominante
Trecho
km 41 + 500 a Podzólico km 43 + 600 Vermelhoe Amarelo km 44 + 100 a (Argissolo km 53 + 600 VermelhoAmarelo*) Vacacaí Planossolo km 53 + 600 a (Planossolo km 54 + 225 Hidromórfico*) km 43 + 600 a Pinheiro Solo Litólico km 44 + 100 Machado (Neossolo Litólico*) * Classificação segundo Embrapa (1999)
Classe de profundidade
Classe de textura Classe de drenagem
Grupo hidrológico
profundo
franco arenosa/argilosa
bem drenado
B
variável
arenosa/argilosa
imperfeitamte drenado
C
raso
média
bem drenado
D
A cobertura vegetal e o uso das terras em cada uma das bacias de contribuição foram estimados por foto-interpretação e trabalho de campo. Caracterizada como uma área tipicamente rural, as principais feições identificadas foram campos, pastagens, floresta (mata nativa) e lavouras
(milho, fumo e arroz) conforme ilustra a figura 3. Na falta de dados de campo sobre as características das coberturas e das práticas conservacionistas de solo empregadas, foram tomadas, no sentido da segurança, as menores condições de infiltração para cada uma destas feições. A tabela 3 resume os valores de CN adotados nas diferentes combinações de grupos hidrológicos e cobertura vegetal/uso do solo. Foram realizadas ponderações quanto à presença de solos de diferentes grupos hidrológicos e quanto às diferentes feições de cobertura vegetal e uso do solo em uma mesma bacia de contribuição.
(a)
(b)
Figura 3 – Foto ilustrando duas das bacias de contribuição analisadas: a) cobertura vegetal: campo arbustivo; b) cobertura vegetal: lavoura (milho) e mata nativa
Tabela 3 – Definição do número CN desde os grupos hidrológicos dos solos e da cobertura vegetal/uso dos solos para as bacias de contribuição (segundo Genovez, 2003) Grupo hidrológico B C D
campo 58 71 78
Cobertura vegetal / Uso do solo Pastagens floresta (mata) 79 75 86 86 89 91
lavoura 76 84 88
Utilizando o TR55 do SCS para a determinação da chuva efetiva e o HUS do SCS para a propagação do escoamento, foram calculados os hidrogramas de projeto afluente em cada estrutura de drenagem. O dimensionamento das estruturas de drenagem foi realizado para condutos trabalhando a superfície livre, a partir da equação de Manning em regime permanente.
Para a avaliação de custos relacionadas com a implantação das estruturas de drenagem, foram utilizados os custos levantados por Allasia (2002). Os custos foram obtidos a partir da tabela do DNER (Departamento Nacional de Estradas e Rodagem, atual DNIT – Departamento Nacional de
Infraestrutura Terrestre) e reajustados para valor atual, segundo os indicadores econômicos (salário mínimo, dólar e CUB) apresentados na mesma data do estudo. Foram considerados custos relacionados com as estruturas em si (tubos de concreto e galerias moldadas in loco), assim como as obras de instalação das mesmas (assentamento, reaterro, enrocamento, lastro em concreto e etc.).
RESULTADOS
As características dos bueiros dimensionados, considerando o mesmo tempo de concentração determinado no projeto, são apresentadas na tabela 4. Já na tabela 5, são apresentados os resultados considerando um novo tempo de concentração, calculado segundo a equação recomendada pelo SCS (SCS, 1975) . Comparando as vazões obtidas pelo Método Racional e pelo TR55 do SCS, para um tempo de retorno de 10 anos, verificou-se que em média houve uma redução no valor da vazão de pico em torno de 92%. Quando comparadas às vazões de pico obtidas pelo Método Racional com o TR55 do SCS, utilizando a equação do tempo de concentração indicada pelo próprio SCS, verificou-se que houve em média uma redução no valor da vazão de 88% (menor com relação a análise anterior visto que o tempo de concentração foi maior).
Tabela 4 – Características das estruturas projetadas segundo tempo de concentração adotado no projeto original Bacia Hidrográfica Contribuinte Descarga Localização (m3/s) Estrutura Nº A (km²) L (km) i (%) tc (min) CN Km TR 10 Projetada* 1 42 + 050 0,13 0,35 1,8 16 76,6 0,16 BSTC 0,60 2 42 + 280 0,53 1,20 8,0 18 78,2 0,99 BSTC 1,00 3 42 + 600 0,75 1,10 7,0 20 76,8 1,23 BSTC 1,00 4 42 + 750 0,18 0,76 5,0 15 70,6 0,03 BSTC 0,60 5 43 + 100 0,02 0,21 14,0 10 79,0 0,02 BSTC 0,60 6 43 + 625,6 1,98 3,00 3,0 42 81,1 7,05 BSCC 1,00x1,00 7 44 + 220 0,07 0,48 18,0 10 79,0 0,06 BSTC 0,60 8 44 + 616 1,48 3,50 4,0 36 66,5 0,72 BSTC 0,80 9 44 + 960 0,08 0,38 9,0 10 72,3 0,05 BSTC 0,60 10 45 + 202 0,75 1,10 5,0 22 70,3 0,38 BSTC 0,60 11 45 + 680 0,03 0,23 20,0 10 78,0 0,02 BSTC 0,60 12 45 + 966,6 0,13 0,56 10,0 10 78,0 0,08 BSTC 0,60 13 46 + 160 0,07 0,60 15,0 10 76,8 0,03 BSTC 0,60 14 46 + 366,2 0,1 0,50 18,0 10 76,3 0,04 BSTC 0,60 15 46 + 620 0,06 0,25 18,0 10 78,4 0,04 BSTC 0,60 16 46 + 963 0,49 1,20 6,0 20 67,0 0,05 BSTC 0,60 17 47 + 230 0,06 0,39 10,0 10 79,0 0,05 BSTC 0,60 18 47 + 380 0,03 0,22 12,0 10 79,0 0,02 BSTC 0,60 19 48 + 140 0,03 0,30 2,5 10 76,0 0,01 BSTC 0,60 20 48 + 860 0,06 0,36 5,0 10 76,0 0,01 BSTC 0,60 21 49 + 200 0,03 0,23 13,0 10 76,6 0,01 BSTC 0,60 22 49 + 420 0,07 0,50 2,4 13 78,6 0,09 BSTC 0,60 23 49 + 760 3,22 3,13 4,0 45 72,3 4,69 BTTC 1,20 24 50 + 500 0,03 0,12 24,0 10 73,8 0,02 BSTC 0,60 25 50 + 831 0,18 0,50 4,0 15 72,9 0,08 BSTC 0,60 26 50 + 925 0,02 0,24 5,0 10 79,0 0,02 BSTC 0,60 27 51 + 014 0,21 0,60 5,0 15 72,3 0,07 BSTC 0,60 28 51 + 260 0,03 0,25 5,0 10 79,0 0,03 BSTC 0,60 29 51 + 500 0,06 0,45 4,0 11 78,2 0,05 BSTC 0,60 30 51 + 630 1,50 2,63 3,5 36 68,1 1,00 BSTC 1,00 31 51 + 805 0,02 0,24 8,0 10 78,0 0,02 BSTC 0,60 32 52 + 045 0,17 0,70 5,0 15 76,9 0,21 BSTC 0,60 33 52 + 320 0,04 0,25 4,0 10 78,6 0,03 BSTC 0,60 34 52 + 509 0,23 0,80 10,0 12 77,1 0,18 BSTC 0,60 35 52 + 690 0,10 0,50 5,5 11 77,0 0,06 BSTC 0,60 36 52 + 985 0,06 0,33 5,4 10 76,5 0,02 BSTC 0,60 37 53 + 369 0,13 0,80 6,0 12 73,6 0,03 BSTC 0,60 38 53 + 920 0,11 0,45 8,9 10 75,5 0,02 BSTC 0,60 *Onde: 1ª letra: B = bueiro; 2ª letra: S = simples, D = duplo ou T = triplo; 3ª letra: C = celular ou T = tubular; 4ª letra: C= concreto.
Tabela 5 - Características das estruturas projetadas com o tempo de concentração recomendado pelo SCS Bacia Hidrográfica Contribuinte Descarga Localização (m3/s) Estrutura Nº A (km²) L (km) i (%) tc (mim) CN km TR 10 Projetada* 1 42 + 050 0,13 0,35 1,8 14,13 76,6 0,14 BSTC 0,60 2 42 + 280 0,53 1,20 8,0 37,79 78,2 1,39 BSTC 1,00 3 42 + 600 0,75 1,10 7,0 35,31 76,8 1,68 BSTC 1,20 4 42 + 750 0,18 0,76 5,0 26,66 70,6 0,13 BSTC 0,60 5 43 + 100 0,02 0,21 14,0 9,37 79,0 0,01 BSTC 0.60 6 43 + 625,6 1,98 3,00 3,0 76,62 81,1 6,38 BTTC 1.20 7 44 + 220 0,07 0,48 18,0 18,15 79,0 0,15 BSTC 0.60 8 44 + 616 1,48 3,50 4,0 91,74 66,5 1,35 BSTC 1.00 9 44 + 960 0,08 0,38 9,0 15,06 72,3 0,13 BSTC 0.60 10 45 + 202 0,75 1,10 5,0 35,86 70,3 0,73 BSTC 0,80 11 45 + 680 0,03 0,23 20,0 10,08 78,0 0,02 BSTC 0,60 12 45 + 966,6 0,13 0,56 10,0 20,54 78,0 0,26 BSTC 0,60 13 46 + 160 0,07 0,60 15,0 21,74 76,8 0,12 BSTC 0,60 14 46 + 366,2 0,10 0,50 18,0 18,81 76,3 0,14 BSTC 0,60 15 46 + 620 0,06 0,25 18,0 10,77 78,4 0,05 BSTC 0,60 16 46 + 963 0,49 1,20 6,0 38,89 67,0 0,29 BSTC 0,60 17 47 + 230 0,06 0,39 10,0 15,37 79,0 0,11 BSTC 0,60 18 47 + 380 0,03 0,22 12,0 9,72 79,0 0,02 BSTC 0,60 19 48 + 140 0,03 0,30 2,5 12,50 76,0 0,02 BSTC 0,60 20 48 + 860 0,06 0,36 5,0 14,47 76,0 0,06 BSTC 0,60 21 49 + 200 0,03 0,23 13,0 10,10 76,6 0,01 BSTC 0,60 22 49 + 420 0,07 0,50 2,4 18,75 78,6 0,14 BSTC 0,60 23 49 + 760 3,22 3,13 4,0 82,30 72,3 5,14 BTTC 1,20 24 50 + 500 0,03 0,12 24,0 8,00 73,8 0,01 BSTC 0,60 25 50 + 831 0,18 0,50 4,0 18,94 72,9 0,13 BSTC 0,60 26 50 + 925 0,02 0,24 5,0 10,42 79,0 0,02 BSTC 0,60 27 51 + 014 0,21 0,60 5,0 21,95 72,3 0,19 BSTC 0,60 28 51 + 260 0,03 0,25 5,0 10,71 79,0 0,03 BSTC 0,60 29 51 + 500 0,06 0,45 4,0 17,24 78,2 0,11 BSTC 0,60 30 51 + 630 1,50 2,63 3,5 76,56 68,1 1,57 BSTC 1,20 31 51 + 805 0,02 0,24 8,0 10,43 78,0 0,02 BSTC 0,60 32 52 + 045 0,17 0,70 5,0 25,59 76,9 0,32 BSTC 0,60 33 52 + 320 0,04 0,25 4,0 10,77 78,6 0,04 BSTC 0,60 34 52 + 509 0,23 0,80 10,0 27,36 77,1 0,48 BSTC 0,80 35 52 + 690 0,10 0,50 5,5 18,79 77,0 0,16 BSTC 0,60 36 52 + 985 0,06 0,33 5,4 13,48 76,5 0,05 BSTC 0,60 37 53 + 369 0,13 0,80 6,0 27,54 73,6 0,17 BSTC 0,60 38 53 + 920 0,11 0,45 8,9 17,31 75,5 0,12 BSTC 0,60 *Onde: 1ª letra: B = bueiro; 2ª letra: S = simples, D = duplo ou T = triplo; 3ª letra: C = celular ou T = tubular; 4ª letra: C= concreto.
São apresentadas a seguir as dimensões das estruturas de drenagem ao longo do trecho da rodovia, comparando o dimensionamento de projeto pelo Método Racional com o dimensionamento
a partir do SCS. Também são apresentadas as dimensões das estruturas considerando a equação recomendada pelo SCS para o cálculo do tempo de concentração da bacia hidrográfica (tabela 6). Os custos relativos, obtidos para cada método proposto no dimensionamento das estruturas são apresentados na figura 4, sendo que os mesmos foram determinados considerando o custo relacionado com o dimensionamento através do Método Racional como valor de referência. Na tabela 6, assim como nas figuras 5 e 6, também são apresentados os percentuais de economia quando comparado os métodos utilizados para a obtenção da vazão de projeto.
100
90
80
Custo Relativo (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
Método Racional
Método do SCS
Método do SCS com tcSCS
Figura 4 – Custo relativo pelos diferentes métodos propostos para o total de estruturas dimensionadas
Tabela 6 – Comparativo do percentual de economia para cada uma das estruturas projetadas Economia Economia Localização Estruturas Estruturas (%) Estruturas (%) Nº km MR SCS MR x SCS SCStc MR x SCStc 1 42 + 050 BSTC 1,00 BSTC 0,60 68,12 BSTC 0,60 68,12 2 42 + 280 BDTC 1,20 BSTC 1,00 63,19 BSTC 1,00 63,19 3 42 + 600 BTTC 1,20 BSTC 1,00 75,05 BSTC 1,20 64,43 4 42 + 750 BSTC 1,20 BSTC 0,60 77,64 BSTC 0,60 77,64 5 43 + 100 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 6 43 + 625,6 BSCC 2,00X2,00 BSCC 1,00x1,00 67,05 BTTC 1,20 32,55 7 44 + 220 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 8 44 + 616 BSCC 2,00X2,00 BSTC 0,80 85,14 BSTC 1,00 75,18 9 44 + 960 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 10 45 + 202 BSTC 1,20 BSTC 0,60 77,64 BSTC 0,80 58,00 11 45 + 680 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 12 45 + 966,6 BSTC 1,20 BSTC 0,60 77,64 BSTC 0,60 77,64 13 46 + 160 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 14 46 + 366,2 BSTC 1,00 BSTC 0,60 68,12 BSTC 0,60 68,12 15 46 + 620 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 16 46 + 963 BDTC 1,20 BSTC 0,60 88,27 BSTC 0,60 88,27 17 47 + 230 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 18 47 + 380 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 19 48 + 140 BSTC 0,60 BSTC 0,60 0,00 BSTC 0,60 0,00 20 48 + 860 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 21 49 + 200 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 22 49 + 420 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 23 49 + 760 BDCC 2,00X2,00 BTTC 1,20 66,28 BTTC 1,20 66,28 24 50 + 500 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 25 50 + 831 BSTC 1,20 BSTC 0,60 77,64 BSTC 0,60 77,64 26 50 + 925 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 27 51 + 014 BSTC 1,20 BSTC 0,60 77,64 BSTC 0,60 77,64 28 51 + 260 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 29 51 + 500 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 30 51 + 630 BDCC 1,50X1,50 BSTC 1,00 78,78 BSTC 1,20 69,75 31 51 + 805 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 32 52 + 045 BSTC 1,20 BSTC 0,60 77,64 BSTC 0,60 77,64 33 52 + 320 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 34 52 + 509 BSTC 1,00 BSTC 0,60 68,12 BSTC 0,80 40,13 35 52 + 690 BSTC 1,00 BSTC 0,60 68,12 BSTC 0,60 68,12 36 52 + 985 BSTC 0,80 BSTC 0,60 46,76 BSTC 0,60 46,76 37 53 + 369 BSTC 1,00 BSTC 0,60 68,12 BSTC 0,60 68,12 38 53 + 920 BSTC 1,00 BSTC 0,60 68,12 BSTC 0,60 68,12 *Onde: 1ª letra: B = bueiro; 2ª letra: S = simples, D = duplo ou T = triplo; 3ª letra: C = celular ou T = tubular; 4ª letra: C= concreto.
100 90
Percentual de Economia
80 70 60 50 40 30 20 10
+
+
+
+
+
+
+
+
920
+
369
+
985
+
690
+
509
925
+
45
831
+
320
500
+
805
760
+
630
420
+
500
200
+
14
860
+
260
140
+
380
+
230
+
963
+
620
+
160
+
366,2
+
680
202
+
966,6
960
+
616
+
220
750
+
100
600
+
625,6
50
280
0
+
+
+
+
+
+
+
42 42 42 42 43 43 44 44 44 45 45 45 46 46 46 46 47 47 48 48 49 49 49 50 50 50 51 51 51 51 51 52 52 52 52 52 53 53
Estrutura
Figura 5 – Percentual de economia comparando o Método Racional com o SCS
100 90
Percentual de Economia
80 70 60 50 40 30 20 10
831
925
14
260
500
630
805
45
320
509
690
985
369
920
+
500
+
760
966,6
+
420
680
+
200
202
+
860
960
+
140
616
+
380
220
+
230
625,6
+
963
100
+
620
750
+
160
600
+
366,2
50
280
0
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
42 42 42 42 43 43 44 44 44 45 45 45 46 46 46 46 47 47 48 48 49 49 49 50 50 50 51 51 51 51 51 52 52 52 52 52 53 53
Estrutura
Figura 6 – Percentual de economia comparando o Método Racional com o SCS empregando o tempo de concentração pelo SCS
Os resultados apresentados mostram que a determinação da vazão de projeto através do uso do HUS do SCS resultaria em uma substancial economia referente às obras de drenagem de transposição de talvegues, chegando a uma redução máxima de custos em torno de 88%. Em termos
do custo total das estruturas projetadas, o orçamento ficaria reduzido em 60 a 70 %, decorrente, sobretudo, da significativa redução nas vazões de projeto calculadas para cada estrutura. Muitas estruturas tipo bueiros celulares, assim concebidas no projeto original, poderiam ser substituídas por bueiros tubulares, com uma grande economia associada (tabela 6). Entretanto, cabe salientar que a opção original por bueiros celulares pode ter passado por critérios de projeto alheio ao critério de dimensionamento hidráulico.
COMENTÁRIOS O local de estudo foi visitado no dia oito de abril deste ano, e a partir das observações de campo podem ser feitos alguns comentários. Havia chovido de forma ininterrupta na região durante os nove dias que antecederam a visita de campo (FURG, 2005), sendo que no dia sete de abril (dia anterior) à visita foi registrada uma precipitação de 50 mm em 2 horas (o volume total de chuva acumulado do dia foi de 80 mm); essa chuva tem um período de retorno de aproximadamente 5 anos segundo a IDF de Encruzilhada do Sul. Na visita verificou-se que muitas das estruturas não apresentavam sinais de fluxo. Especialmente os bueiros celulares duplos e triplos estavam secos, com muito sedimento e com crescimento de vegetação evidenciando que não haviam sido sequer “solicitados” para cumprir a função de drenagem (figura 7). Alguns dos bueiros tubulares também estavam obstruídos por sedimento, visivelmente identificados como procedentes da própria movimentação de terra da obra, indicando que ainda não ocorreu um evento capaz de carrear esse material (figura 8). Essas observações de campo de certa forma confirmam a hipótese de super-dimensionamento utilizando o Método Racional.
(a)
(b)
Figura 7 – Foto ilustrando dois bueiros celulares: a) duplo com uma das células obstruída com sedimento e vegetação; b) obstruído com vegetação.
(a)
(b)
Figura 8 – Foto ilustrando dois bueiros tubulares: a) bueiro celular simples obstruído com vegetação; b) duplo com muito sedimento e vegetação.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Devido a sua simplicidade, o Método Racional ainda tem sido muito utilizado para o dimensionamento de obras de drenagem, tanto em áreas urbanas, quanto em rodovias, como em aeroportos. Segundo Pinto et al. (1976), podem ser citadas como limitações do método, o fato de desconsiderar a variabilidade temporal da intensidade da chuva bem como do coeficiente de escoamento durante o transcorrer da precipitação. Tucci (1993) comenta que ao considerar a duração da precipitação intensa de projeto igual ao tempo de concentração, admite-se que a bacia hidrográfica é suficientemente pequena para que esta situação ocorra (pois a duração é inversamente proporcional à intensidade). Bemfica (1999), ao analisar os padrões de chuva em Porto Alegre verificou que de fato, ao determinar as vazões de projeto pelo Método Racional com um coeficiente de escoamento adequado, as descargas obtidas seriam bastante superiores às obtidas através de hidrogramas de projeto. Fica claro, portanto, que o Método Racional pode levar ao superdimensionamento da estrutura a ser construída. Além do superdimensionamento causada pelo uso método racional muitas vezes o engenheiro projetista, movido pelo conservacionismo, opta por uma rede de drenagem com capacidade muita além da necessária, majorando em muito o custo da obra. Nesse trabalho se buscou quantificar essas diferenças metodológicas aplicadas a obras de drenagem de um pequeno trecho rodoviário, sendo que foram encontrados variações significativas com relação às vazões de projeto e custo das obras.. Dependendo da vazão considerada, em áreas urbanas, por exemplo, onde o número e os comprimentos de estruturas de drenagem são extremamente grandes, os valores absolutos referentes às diferenças nos custos podem ser muito superiores.
Sabe-se que o ideal para o dimensionamento de qualquer obra de drenagem é a existência de uma série longa de dados de precipitação e de vazão, que permita a calibração dos parâmetros da metodologia a ser aplicada, além de permitir uma escolha mais criteriosa da própria metodologia a ser adotada. Salientamos, portanto, sobre a necessidade de implantação de redes de monitoramento hidrológico para que as obras de drenagem sejam dimensionadas de acordo com critérios de projeto mais realistas possíveis e metodologias mais apropriadas. BIBLIOGRAFIA ALLASIA, D. G. (2002). Impacto das incertezas no custo de uma rede de macrodrenagem. Porto Alegre: UFRGS – Programa de Pós Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental. 152p. Dissertação (Mestrado). BASTOS C.A.B.; PEDREIRA, C.L.S.; DIAS, C.R.R. (2004). “Monitoramento geotécnico no contexto da Supervisão Ambiental de uma obra rodoviária: estudo de caso da RST471 – Boa Vista – Rio Camaquã (RS)” in Anais do Simpósio de Prática de Engenharia Geotécnica da Região Sul – GEOSUL’2004, Curitiba/PR, 2004, pp.213-220. BEMFICA, D.C. (1999). Análise da aplicabilidade de padrões de chuva de prometo a Porto Alegre. Porto Alegre: UFRGS – Programa de Pós Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental. 109p. Dissertação (Mestrado). DAER-RS / ENECON S.A. (1998). RST471 - trecho Encruzilhada do Sul – BR392 (Canguçu) Lote II – Projeto Final de Engenharia (cód. 471BRS0110). volume 1.2: relatório do projeto.Porto Alegre,178p. EMBRAPA (1973). Levantamento de reconhecimento dos solos do estado do Rio Grande do Sul. DNPA. DPP. Embrapa. Boletim técnico no 30. Recife, 431p. EMBRAPA (1999). Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos. Embrapa: Brasília, 412p. FRAENKEL, B.B. (1980). Engenharia Rodoviária. Editora Guanabara Dois S.A. Rio de Janeiro,852p. FURG (2005). Estação Meteorológica. Disponível: Acesso Restrito. GENOVEZ A.M. (2003). “Vazões Máximas” in Hidrologia aplicada à gestão de pequenas bacias hidrográficas. Porto Alegre: ABRH pp33-112.
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