Introduçao ao aquiduto

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Introduçao ao aquiduto

  1. 1. Índice Índice............................................................................................................................................1 1.INTRODUÇAO............................................................................................................................3 1.1.Objectivos...........................................................................................................................4 1.2.Metodologias .....................................................................................................................4 2.AQUEDUTO................................................................................................................................5 2.1.Construção dos aquedutos ................................................................................................5 2.1.1.Alinhamentos horizontais............................................................................................6 2.1.2.Alinhamentos verticais................................................................................................6 2.1.3.Localização..................................................................................................................7 2.1.4.Tecnologia do betão....................................................................................................7 2.1.5.Produção de manilhas.................................................................................................8 2.2.Tipos de aquedutos............................................................................................................9 2.2.1.Aqueduto de manilhas de betão.................................................................................9 2.2.2.Aqueduto de tubo ARMCO........................................................................................13 3.DIMENSIONAMENTO DOS AQUEDUTOS.................................................................................14 3.1.Colheita de dados.............................................................................................................14 3.2.Escolha das dimensões (D)...............................................................................................15 3.3.Verificação do funcionamento da obra............................................................................15 3.3.1.Cálculo da altura da agua a montante.......................................................................15 3.3.2.Verificação da condição de auto-limpeza..................................................................16 3.4.Execução das obras..........................................................................................................17 3.4.1.Localização e alinhamento........................................................................................17 3.4.2.Muros de alas e murros de testa...............................................................................18 3.4.3.Dissipadores de energia.............................................................................................18 3.4.4.Fundações para aquedutos.......................................................................................18 3.4.5.Colocação do aqueduto.............................................................................................19 1
  2. 2. 3.4.6.Comprimento dos aquedutos....................................................................................20 4.Dimensionamento prático de aqueduto situado na Av. 24 de Julho.......................................21 4.1.Memória descritiva...........................................................................................................21 4.2.Colheita de dados.............................................................................................................22 4.3.Mapa de madiçoes...........................................................................................................23 4.4.Orçamento.......................................................................................................................24 5.CONCLUSÃO............................................................................................................................25 6.Bibliografia..............................................................................................................................26 2
  3. 3. 1. INTRODUÇAO O presente trabalho que por nós foi realizado aborda como tema dimensionamento de aquedutos, é um tema bastante complexo e existe muito pouca bibliografia para este tema. Os aquedutos devem de uma forma geral, ser implantados nas respectivas linhas de água, procurando-se desta forma a drenagem natural. No entanto por razoes de ordem tecnica nomeadamente para pequenos caudais e grandes inclinaçoes o posicionamento dos aquedutos pode sofrer alguma variaçao. A caracterização dos aspectos hidráulicos é fundamental no projecto de aquedutos, por isso temos de tomar muita atenção ao dimensionarmos e ter a cuidado da fidelidade dos dados fornecidos, para que estes não nos levem ao erro. Em muitos casos a avaliação dos aspectos hidráulicos constitui um elemento condicionante na avaliação técnico- económica das soluções a considerar, tendo em conta não só o tipo e as dimensões da estrutura final e a sua localização, mas também as obras relativas ao período de construção. Normalmente para o dimensionamento dos aquedutos é necessario uma bateria de calculos, mas para o nosso caso, apenas nos sera necessario calcular o altura da água a entrada, velocidade de escoamento, o caudal de ponta de cheia. O nosso orçamento é baseado em dados não muito fiaveis deveido a pouca consideraçao dos profissionais em cerviço. Quanto a orçamento, são avaliadas quantidades de trabalhos mais significativos e, posteriormente, multiplicadas pelo preço unitario considerado. Contudo iremos abordar duma maneira clara, concisa e simples os outros aspectos inerentes ao tema principal. Mas dizer que independentemente do procedimento a utilizar, no estudo de aquedutos deve ser efectuado um reconhecimento do local das travessias, tendo em vista uma avaliação das condições de escoamento a jusante e, ainda estabelecer a altura máxima de águas a montante do aqueduto, de forma a evitar possíveis prejuízos da plataforma. Mas graças a Deus que este não é o nosso caso. 3
  4. 4. 1.1. Objectivos O presente trabalho tem como objectivo o dimensionamento dos aquedutos, baseando- se nas metodologias de cálculo que se julgam mais adequadas (formula de Tallbot). Para além do dimensionamento, tambem inclui a elaboraçao de estimativas de custo (orçamento) de forma a possibilitar a sua aplicaçao a casos de semelhante natureza ao do projecto em estudo. Ainda tem como onjectivo consolidar os conhecimentos teoricos adquiridos com a realidade do campo de forma a dar mais solides e consistencia os conhecimentos adquiridos durante as aulas de Drenagem Viaria. 1.2. Metodologias • Recolha de informaçao existente sobre o dimensionamento de aquedutos; • Recolha de informaçoes sobre os preços praticados na vendo dos materiais necessarios; • Análise da informaçao, com particular atençao para os criterios de dimensionamento aplicaveis em funçao das caracteristicas do aqueduto em estudo; • Caracterizaçao das estruturas de drenagem mais utilizadas. 4
  5. 5. 2. AQUEDUTO Definição Aquedutos – são dispositivos de drenagem de secção tubular, com a função única de permitir a passagem da água de um lado da estrada para o outro lado. Essa agua pode ser de proveniente de um curso de aguas permanentes, temporárias ou podem ser aguas pluviais caídas na estrada ou na vizinhança da mesma e que tem outra possibilidade de escoamento, que não seja a passagem de um lado para o outro lado da estrada. Sendo assim, os aquedutos podem possuir diversas secções, sendo as mais comuns a circular e quadrangular. Os aquedutos de secção quadrangular, aquedutos em caixa são muitas vezes designados pelo seu nome em língua inglesa ``box-culvert´´. 2.1. Construção dos aquedutos Os aquedutos podem ser construídos em alvenaria, betão simples, betão armado, metal ou mesmo madeira. É indispensável a construção dum aqueduto porque permite o escoamento de águas em que elas possam constituir um perigo para a estrada e que também não exista outra possibilidade para afastar as águas da mesma área. A sua construção é uma actividade indispensável para evitar um corte da estrada pelas águas. Este corte causa muitos prejuízos aos utentes e a sua reparação e sempre dispendiosa. Para construir um aqueduto é necessário: • Demarcar e cavar a vala de saída, se necessário; • Cavar uma trincheira cuja largura deve ser uma vez e meia maior que o diâmetro das manilhas; • A profundidade da trincheira deve ser o diâmetro mais a cobertura; • Formar o fundo da trincheira, de tal maneira que esta seja suavemente inclinada (3 a 5%) na direcção da corrente. Depois espalha-se cerca de 5cm de solo solta em volta de toda base da trincheira; • Coloca-se suavemente as manilhas na trincheira, alinhando-as com alavancas; 5
  6. 6. • Põe se o solo em volta das manilhas em camadas e compacta-se. Remove-se o solo em excesso e limpa-se o local, mas também devemos ter cuidado para não criar gretas nas manilhas durante a compactação; • Passadas duas semanas, retoma-se ao local e nivela-se a estrada sobre o aqueduto, para corrigir qualquer assentamento que possa ter ocorrido. As manilhas podem ser feitas no local da obra ou transportadas para onde são necessários. Os diâmetros mais comuns são os dos 60 a 90cm. Se elas forem menores de 60cm podem entupir facilmente e se forem maiores de 90cm, são difíceis de manipular, portanto é importante verificar os seus requisitos antes da sua construção ou colocação. 2.1.1. Alinhamentos horizontais Os alinhamentos horizontais devem ser de tal forma que as águas possam entrar e sair directamente no aqueduto. Qualquer alteração brusca do sentido da corrente d água acaba por retardar o fluxo do escoamento, causando o aparecimento de possas de águas estagnada, erosão dos solos e a destruição das estradas. As correntes das águas devem atravessar a estradas na primeira oportunidade e nunca se deve correr o risco de remoção e transporte dos finos dos solos por deixar a água correr paralelamente à estrada. Em terrenos planos onde o fluxo de águas forra do leito durante o tempo chuvoso é maior, é sempre melhor providenciar muitos canais e colocar muitos aquedutos do que concentrar todo o fluxo num único canal ou colocar um único aqueduto largo. Como é o nosso caso específico (Av. 24 de Julho, próximo ao café Nicola). 2.1.2. Alinhamentos verticais Qualquer alteração da inclinação natural do fundo do canal causará provavelmente a erosão se a inclinação do aqueduto for maior, que a natural. Se a inclinação do aqueduto for inferior a inclinação natural do terreno, haverá provavelmente a sedimentação, o que irá obstruir o aqueduto. Qualquer colocação do aqueduto abaixo ou acima da cota natural do terreno perturbará o fluxo natural da corrente reduzindo a sua capacidade de descarga pela acumulação de sedimentos a partir da estrada ate a saia do aqueduto. Nas laterais ou rampas das colinas, a inclinação das passagens hidráulicas deve superar algumas diferenças das altitudes. 2.1.2.1. Soluções para vencer estas diferenças A entrada do aqueduto, pode ser construída uma caixa de queda de modo a acelerar a velocidade das águas e canaliza-las para o aqueduto que por sua vez drenará para fora da estrada. 6
  7. 7. Também podemos vencer a altitude pela construção de uma saída em queda protegida a jusante e a construção de uma caixa de entrada a montante. O alinhamento vertical dos aquedutos deverá ter uma inclinação que se situe entre 2 a 5%. 2.1.3. Localização Duma maneira geral há necessidades de construir um aqueduto quando se acumula águas de um dos lados da estrada, em quantidades tal que, o pavimento ou o próprio corpo da estrada são colocados em risco, e não existe outra possibilidade de encaminhar esta água para fora da área da estrada. Essas situações ocorrem com frequências quando temos uma das seguintes condições: • Quando a estrada corta o caminho natural de uma linha de agua bem definida, permanente ou temporário. Neste caso o aqueduto deve ser colocado no ponto mais baixo do perfil longitudinal do terreno; • Quando a estrada se desenvolve a meia encosta. Neste caso as aguas vindas das zonas mais elevadas de uma das faixas da estrada são recolhidas por meio duma vala, e a única possibilidade de afasta-las é desta área é passa-las para o outro lado por meio de um aqueduto. • Quando há um cruzamento de duas estradas. Neste caso acontece com frequência que uma das estradas constitui uma barreira para o escoamento das aguas a serem drenadas e a solução é a construção do aqueduto. 2.1.4. Tecnologia do betão O betão pode ser produzido manualmente ou em betoneiras. O tempo de transporte de betão já fabricado deve ser tão curto quanto possível. A aplicação do betão deve ser feito ate quinze minutos após a sua fabricação. Quando se usa o camião betoneira para transportar o betão, pode se admitir uma duração máxima de duas horas para o transporte. Durante a aplicação é necessário garantir que o betão não seja lançado de uma altura superior a de 1,5 metros para evitar a segregação do mesmo. 7
  8. 8. Durante a construção dos aquedutos são usados diferentes tipos de betão de acordo com as cargas que as manilhas vão suportar, estes devem ser fabricados com um betão de boa qualidade, enquanto a laje de fundação pode ser executada com betão pobre. Os traços a serem usados nas diferentes partes do aqueduto são: • Manilha 1:2:4 (para manilhas de diâmetro igual ou superior a 90 cm); • Laje de fundação 1:4:8; • Laje de protecção e murros de alas e testa 1:3:6; • Argamassa para juntas da pedra argamassada 1:4 A tabela abaixo apresenta para os diferentes tipos de traços as quantidades de material necessário para a produção de 1 3 m de betão. Traço do betão Material necessário por cada saco de cimento de 50kg Quantidade de betão em 3 m Cimento (kg) Areia ( 3 m ) Brita ( 3 m ) 1:4:8 50 0.16 0.32 0.24 1:3:6 50 0.12 0.24 0.27 1:2:4 50 0.08 0.16 0.19 1:2:3 50 0.08 0.12 0.16 Fonte: apontamentos de organizaçao de obras 2.1.5. Produção de manilhas As manilhas para aquedutos devem ser fabricadas em moldes metálicos fabricados para esse fim. Para produção de manilhas para betão devem ser usar ´´ 4 1 (40%) e de ´´ 12 1 (60%). O uso de duas britas permite obter um betão mais denso e não deve ser usada uma brita de maior dimensão pelo facto das manilhas serem relativamente finas. Quer a areia quer a brita a ser usada deve estar livre de impurezas como argila, poeira, material orgânico, etc. Como já referido, o traço deve ser 1:2:4 ou 1:2:3 (para diâmetros maiores ou iguais a 90 cm). Deve-se respeitar a relação água/cimento, a fim de garantir a resistência elevada do betão. É indispensável verificar a limpeza interior dos moldes, antes de encher os moldes com betão deve-se pincelar com uma parte de óleo queimado e duas partes de diesel nas faces interiores dos moldes para facilitar a moldagem. Deve-se verificar os moldes 8
  9. 9. interiores se estão centralizados em relação aos exteriores, para garantir uma espessura uniforme da manilha. Deve-se colocar o betão dentro dos moldes, por meio de um instrumento apropriado, sem ultrapassar a espessura de 30cm (se for o caso do apiloamento manual) para cada camada. Usar barra de ferro para apiloar o betão, batendo ao mesmo tempo com um martelo de cabeça de borracha nas paredes do molde. Deixar as manilhas dentro do molde pelo menos 24 horas. Durante este período, manter as manilhas húmidas, borificando-as com agua frequentemente ou mantendo-as cobertas com serapilheiras húmidas, a sombra durante 7 dias. Depois de 7 dias as manilhas já podem ser transportadas e aplicadas. As manilhas devem ser transportadas assentes numa camada de areia solta ou sobre um outro material amortecedor, para garantir que elas não se movimentem durante e transporte. 2.2. Tipos de aquedutos Existem vários tipos de aquedutos cuja denominação parte do tipo de material essencial usado para a sua construção, concretamente os tipos de tubos, dentre os vários tipos destacam-se: • Aqueduto de manilha de betão; • Aqueduto de tubo ARMCO; • Aqueduto de madeira (paus de mato ou tábuas); • Aquedutos de laje de pedra; • Aquedutos de tambores de ferro; • Passagem molhada; • Calçadas ou DRIFTS de tubos. 2.2.1. Aqueduto de manilhas de betão São aquedutos construídos na base de manilhas de betão, por isso o seu nome. Estas manilhas são circulares, com diâmetros que variam de 60 a 1,50 metros. 2.2.1.1. Construção a) Equipamentos empregados Os equipamentos necessários inclui o bulldozer ou moto niveladora, no caso de ser necessário proceder a abertura de um desvio, um camião ou um tractor com atrelado 9
  10. 10. para o transporte de pessoal, material e equipamentos, tanque (tambores) para água, betoneira se estiver disponível, picaretas, pá, enxada, ferramentas de pedreiro, equipamentos de compactação e dispositivos de controlo de tráfego. b) Material a usar Os materiais necessários incluem manilhas de betão, pedras tipo rachão ou bloco de solo-cimento, brita de dimensão média e fina, areia, cimento, madeira para cofragem e água. c) Carregamento das manilhas Para o carregamento dos tubos, constrói-se uma rampa de saibro ou outro tipo de solo para rolar as manilhas. Se usar um camião basculante é necessário remover a tampa traseira da carroçaria e depois de carregados os tubos são amarrados com segurança usando ara o efeito cordas e calços de madeira. 2.2.1.1.1. Procedimentos São vários os factores que contribuem para uma construção segura, eficiente e duradoura, entre os mais importantes uma boa planificação por parte do engenheiro, uma supervisão importante no local de trabalho e a utilização de equipa de trabalho capaz e consciente. Finalmente que se sigam os procedimentos correctos, para se poupar dinheiro e garantir a construção com longa vida. Dentre os quais: a) Abertura de um desvio A construção de um aqueduto poderá criar muitos conflitos com o tráfego. A abertura de um desvio pode ser utilizada pelo tráfego durante um período de construção da obra, algo que contribuirá excessivamente para uma construção segura. Se não for possível a abertura de um desvio, fechar-se-á a metade da estrada e constrói- se metade correspondente ao aqueduto e depois o seu tapamento assim que for possível, abrir-se-á a outra metade ao tráfego e fecha-se a primeira e completa-se o processo de construção do aqueduto. O desvio deverá permitir que o tráfego circule com comodidade e segurança, embora admita-se uma velocidade mais baixa. A construção de desvio merece uma especial atenção nas ligações coma a estrada sendo indispensável que se assinalem e se protejam estas zonas durante a construção do desvio, para evitar acidentes com o tráfego. Para executar esta etapa, enquanto se está a abrir o desvio e p tráfego continua a circulara na estrada é suficiente indicar a existência de trabalhos na estrada, indicar uma redução da velocidade, proteger as zonas da estrada e saída com cones e indicar o fim da zona de trabalho. b) Colocação da sinalização provisória 10
  11. 11. A colocação da sinalização provisória é uma tarefa do encarregado da obra. O objectivo é criar um mínimo possível de dificuldades ao tráfego, garantindo ao mesmo tempo segurança máxima a equipe de trabalho e aos utentes da estrada. A sinalização a utilizar deve permitir aos utilizadores perceberem-se antecipadamente da existência de um desvio aberto. O encarregado deve continuar a observar a circulação do tráfego no local de trabalhos durante o dia, para que possa fazer qualquer alteração necessária para melhorar a segurança e eficiência. c) Marcação e escavação A definição do local da colocação do aqueduto é feita de uma forma bastante aproximada ao dono da obra antes de se proceder a abertura do desvio. Agora é necessário garantir com rigor absoluto e de forma definitiva, onde vai ficar localizado o aqueduto, de modo a serem tingidos os objectivos, para os quais o aqueduto vai ser construído. O aqueduto deve ficar de tal modo posicionado que vai permitir uma recolha eficiente das aguas a montante e um afastamento seguro e rápido das mesmas para a jusante com o dispêndio mínimo dos trabalhos. A construção de uma vala comprida a jusante do aqueduto para afastar as águas vai tornar a obra mais cara e possivelmente menos eficiente. Durante a marcação, marca-se o chão coma ponta de uma picareta a área a escavar. Utilizar fios amarados a estacas e cravadas no chão, para definir rigorosamente os alinhamentos da escavação para se poder trabalhar a volta das manilhas. Se se tratar de uma linha de água de caudal permanente, o aqueduto deve atravessar a estrada de acordo com o alinhamento da linha de água. Se for o caso de um aqueduto para recolha de águas das valetas, o aqueduto deve atravessar a estrada perpendicularmente ao eixo da estrada. Se o solo tiver coesão, as paredes podem ser verticais, não havendo necessidade de escavação em patamares, desde que a altura não exceda 1,75 metros. Se o solo não tiver coesão, é necessário fazer uma escavação com paredes inclinadas com uma declividade de 1:1; Para o cálculo da profundidade e a área a escavar, dependemos do diâmetro exterior das manilhas, camada de betão de limpeza ou camada de base de 15 cm, almofada de areia de 5 cm, camada de 10 cm de solo sobre o aqueduto, laje de protecção em betão com 15 cm, camadas de areia com 15 cm sobre a laje de protecção. Ajustar a profundidade da escavação em função do escoamento a montante, para que a entrada da agua se faça em boas condições e com boa declividade longitudinal (2 a 5%). Também devem ser escavadas áreas correspondentes aos murros de ala, `s caixas de recolha das aguas a montante e protecção a jusante. 11
  12. 12. d) Construção de murros de alas, de testa e da caixa de recolha das águas Deve se construir os murros de alas e de testas, protecção do leito a montante e a caixa de recolha das águas, em aquedutos com diâmetro igual ou inferior a 80cm e em que a estrada corre acima do nível do terreno natural. Construir em betão ou bloco maciço de alvenaria. Se a estrada corre em terreno nitidamente acima do terreno natural, o aqueduto deve ser prolongado em função do declive a dar aos taludes. Neste caso é suficiente prolongar os murros de alas e de testa até 30cm do aqueduto. e) Enchimento da escavação, incluindo a laje de protecção Encher a escavação incluindo os espaços junto aos murros de testa e de ala, com solos compactados em camadas de 15cm de espessura. Para se obter uma boa compactação é necessário que os solos tenham o teor óptimo de humidade. Quando o solo tiver ultrapassado cerca de 10cm de aqueduto, betonar a laje de protecção do aqueduto. Esta laje deve ter uma espessura de 15cm e uma largura igual a 1,5 vezes mais que o diâmetro exterior da manilha e o betão deve ter o traço de 1:3:6. Depois devemos colocar solo húmido sobre a laje. Manter o solo húmido durante 7 dias, ao fim de 28 dias cobrir a laje com solo bem compactados numa espessura de 15cm. Se haver garantia de qualidade das manilhas utilizadas, pode se dispensar a laje de protecção. A espessura dos solos de cobertura do aqueduto deve ser no mínimo igual a 2 1 ´´do diâmetro interno das manilhas utilizadas. Isto é para manilhas de 60,90 a 120cm de diâmetro interno, as coberturas mínimas de solos estabilizados mecanicamente deverão ser de 45, 60 e 90cm respectivamente. Alem da economia resultante da não utilização do betão, há vantagens de não ser necessário esperar pela cura do mesmo, para se compactarem bem as camadas de solo. Tipos de manilhas Diâmetro (cm) Espessuras da coberta (cm) Betão moldado 60 90 120 30 45 60 Betão feito no local 60 90 45 70 Aço ondulado (circular) 60 30 Aço ondulado (elíptico) 90 45 Fonte: manual construindo estradas a mão, página 56 f) Melhoria das condições de segurança Se os murros de testa se prolongam para cima da estrada, tratando-se de um aqueduto em estradas com aterro baixo, deve-se pintar as faces dos murros voltados para os 12
  13. 13. condutores, com barras em diagonal. Deve-se usar tinta reflectora e as barras devem ser alternamente vermelhas e brancas. g) Protecção contra a erosão Depois das melhorias do escoamento, quer a montante quer a jusante, o encarregado deve novamente observar a obra no seu conjunto, e validar a possibilidade da água poder provocar a erosão. Deve-se analisar a entrada e a saída do aqueduto, as valetas e as valas de escoamento e os taludes de aterro nas medições do aqueduto, e se necessário recorrer a protecção vegetal, pedra arrumada a mão, pedra argamassada e construção de cascatas para proteger as zonas susceptíveis de serem erodidas. h) Remoção da sinalização provisória Remover os dispositivos colocados para o controle do tráfego pela ordem inversa a sua colocação. 2.2.2. Aqueduto de tubo ARMCO Aquedutos de tubo ARMCO são aqueles construídos na base de manilhas de aço ondulado, denominado ARMCO. Estas manilhas podem ser circulares ou elípticas, que vem em duas partes separadas, semi-circulares ou semi-elíptica. Para junta-las usam-se ligamentos metálicos. O seu manuseamento é mais fácil em relação as manilhas de betão por apresentarem um peso leve, e tem as desvantagens de serem caras. 2.2.2.1. Instalação de aquedutos de tubo ARMCO A instalação deste tipo de aquedutos inclui as actividades inerentes a instalação de aquedutos de manilhas de betão, havendo diferenças apenas nas ligações. As ligações e tubo ARMCO são feitos através de parafusos especiais com porcas, que para sua aplicação bastará enrosca-los. O que normalmente determina o local para construção de aquedutos são as linhas de água com pequenos e pontos baixos. Porem, a construção de aquedutos deve respeitar as seguintes distâncias: 13
  14. 14. Inclinação das estradas Distancia entre os aquedutos 12 40 10 80 8 120 6 160 4 200 2 240 Fonte: manual construindo estradas a mão. 3. DIMENSIONAMENTO DOS AQUEDUTOS Para dimensionar aquedutos é necessário, em primeiro lugar, obter dados do problema. A obtenção de dados consiste numa serie de observações até que obtenhamos um figurino adequado ao problema a que nos propomos resolver. Em segundo lugar é preciso escolher o tipo de secção que iremos utilizar para resolução do problema. E depois fazer uma serie de verificações de modo a termos certeza da forma como a nossa obra vai funcionar futuramente. 3.1. Colheita de dados • Cálculo de caudal de ponta de cheia – o primeiro dado a obter é o caudal de ponta de cheia que é o máximo caudal que acontece com uma certa frequência, isto é, ocorre num certo intervalo de anos. Este intervalo poderá ser de 1, 2, 3, 4, etc anos. • Escolha do comprimento do aqueduto (L) – a escolha do comprimento do aqueduto tem a ver com o perfil transversal da estrada na qual queremos instalar a nossa obra. Por exemplo se for uma estrada com o perfil A, o comprimento do aqueduto poderá ser de 7 metros e dois murros de testa com 0.3 metros cada, que totalizando tudo daria 7.6 metros. • Inclinação do aqueduto – a inclinação do aqueduto deverá estar entre 2 à 5%. • Altura da agua permissível à entrada – a altura da agua permissível a entrada ( a montante), é a diferença de cotas entre o nível máximo da agua a entrada do aqueduto e o nível do pavimento da estrada. Normalmente esta é no mínimo de 1,0 metro. 14
  15. 15. • Limitação da velocidade máxima de escoamento – A velocidade de escoamento deverá ser limitada de preferência aos 3m/s. Esta velocidade chama- se velocidade de partida, a partir da qual faremos verificação para fixarmos as condições de funcionamento da nossa obra. • Escolha do tipo de aqueduto a utilizar – Quanto ao tipo de secção a utilizar, e no caso concreto de estradas terciárias, usam-se mais as manilhas de betão (tubos). O uso de secções rectangulares (box culverts) ou tubos ARMCO é excepcional, por considerações de ordem económica. 3.2. Escolha das dimensões (D) • Para escolhera dimensão da secção de vazão, devemos ter em conta a limitação da velocidade, nomeadamente: Devemos ainda ter em conta que a área de uma secção circular obtêm-se pela expressão: Em segundo lugar, devemos supor que o nosso aqueduto tem a saída não afogada e o escoamento é em superfície livre. Na maioria dos casos, os aquedutos funcionam sob controlo à entrada, sendo, porem necessário confirmar através dos cálculos, para o efeito deve ser verificada a condição abaixo. A partir desta formula, podemos com facilidade determinar as dimensões da altura da água. 3.3. Verificação do funcionamento da obra É necessário verificar a altura da água supondo o controlo de escoamento a montante e depois a jusante. 3.3.1. Cálculo da altura da agua a montante a) Supondo controlo a entrada Utilizando a dimensão ``D´´ obtida no passo em que escolhemos a dimensão diâmetro e o caudal de ponta de cheia calculado, vai se a um dos ábacos para secções circulares ou rectangulares, respectivamente e determina-se relação (relação entre a altura da 15
  16. 16. agua a montante e o diâmetro da conduta), e em função do diâmetro arbitrado, obter o (altura da agua a montante). Se a altura da água for superior ou muito inferior ao admissível, experimenta-se outro diâmetro até se obter uma altura mais aproximada. b) Supondo controlo a saída A altura da água a montante deve ser avaliada á soleira da sida do aqueduto ( ). Se a cota for igual ou superior à altura do topo do aqueduto, deve tomar-se e calcular-se a altura da água a montante pela expressão: Onde: WH - Altura da água a montante (à entrada); WTh =0 - Altura da água à saída do aqueduto H – perda de carga em metros à sida do aqueduto. Para uma altura da agua a jusante inferior ao topo do aqueduto, a altura da agua a montante é determinada pela expressão anterior, tendo em conta que: 3.3.2. Verificação da condição de auto-limpeza A condição de auto-limpeza implica que quando em funcionamento, o aqueduto seja capaz de escoar todos os detritos transportados pela agua. Para o efeito é necessário que a relação entre a altura crítica de escoamento e o diâmetro do aqueduto sejam igual ou inferior a 0.85, matematicamente: Esta condição é bastante importante pois, a acumulação de detritos no interior do aqueduto pode levar ao colapso da obra, ou seja, pose levar a ocorrência de cheias. Quando ocorrem cheias as agua podem galgar o pavimento da estrada o que fará com que haja corte nesta. a) Se o controlo do escoamento é à saída, a velocidade calcula-se pela formula: Onde: 0A - área molhada da secção de saída. 16
  17. 17. b) Se o controlo de escoamento se faz a entrada do aqueduto, a velocidade de saída de agua calcula-se como se fosse a velocidade média num canal aberto, pela expressão de Manning-Strickler que abaixo se indica: i – inclinação da linha de carga ou do fundo em mm. V – velocidade de escoamento em m/s. R- raio hidráulico que se calcula pela expressão abaixo dada: mA - Área da secção molhado. mP - Perímetro molhado. SK - Coeficiente de rugosidade da Manning, cujos valores constam nos ábacos. 3.4. Execução das obras Uma vez que já sabemos calcular a secção de vazão dos aquedutos, é importante que tomemos em consideração outros aspectos relacionados com estes. Em primeiro lugar temos de recordar os conceitos de alinhamento dos aquedutos. 3.4.1. Localização e alinhamento A localização apropriada de cada aqueduto é um factor muito importante, tal como são importantes os alinhamentos vertical e horizontal no que diz respeito corrente de água e a estrada. É importante para o desempenho hidráulico do aqueduto, a estabilidade da corrente de agua, os custos da sua construção e manutenção, assim como os estragos devido a erosão. Há normas estabelecidas para estes conceitos que abaixo se indicam: a) Onde a estrada atravessa um vale, o ponto mais baixo deve ser provido de uma passagem hidráulica 8 aqueduto ou outro tipo de passagem), quer haja uma corrente estabilizada de água ou não; b) Onde houver uma corrente de água estabilizada, o aqueduto (ou passagem hidráulica) deverá seguir o alinhamento existente, a não ser que este possa ser melhorado; c) A inclinação (gradiente) do aqueduto deverá ser a mesma que a inclinação natural do terreno onde está a corrente de água; 17
  18. 18. d) Podem ser necessárias para nos assegurarmos que o curso de água não se altera, uma vez que isto pode causar grandes estragos e a consequente alteração da localização do aqueduto. Outros problemas que devemos tomar cautela são o galgamento do aqueduto pela água. 3.4.2. Muros de alas e murros de testa Os murros de alas e de testa são geralmente construídos em pedra argamassada ou em betão geralmente in situ, e devem desempenhar as seguintes funções: a) Melhorar a eficiência hidráulica; b) Reter os materiais finos e reduzir a erosão dos aterros em declives da estrada; c) Prover estabilidade estrutural às partes finais do aqueduto e servir de contra-peso para compensar as forças de impulsão devido as agua; d) Reduzir a infiltração e prevenir um eventual levantamento do aterro, isto é, o murro de testa deve incorporar paredes-cortinas profundas (paredes imitantes) e declives laterais de protecção em forma de pedra arrumada a mão. 3.4.3. Dissipadores de energia Os dissipadores de energia (aventais) deverão ser construídos nas entradas e saídas dos aquedutos para proteger a base da erosão. Em termos de materiais, os dissipadores de energia poderão ser em pedras soltas arrumada a mão ou pedras argamassada ou ainda em betão. Os comprimentos dos dissipadores de energia deverão ser no mínimo de 1,5*D à entrada e 2-3*D à saída. Em geral, o comprimento e o tipo de material dos dissipadores de energia deverão ser definidos em função da velocidade do escoamento, com o auxílio de alguns ábacos. Como se disse anteriormente, é importante controlar a velocidade da água à entrada do aqueduto para reduzir o assoreamento, sendo igualmente importante o controle da velocidade à saída e arredores desta. 3.4.4. Fundações para aquedutos A fundação dos aquedutos deverá ser estável e uniforme para que o desempenho da obra seja satisfatório. A fundação devera ter a necessária capacidade de suporte de carga, de modo que o aqueduto mantenha o mesmo alinhamento vertical e sustenha o aterro colocado sobre si, e as viaturas que forem a passar sobre ele. a) Fundação irregular – quando a escavação da fundação atravessa zonas com solos moles ou rochas, a fundação devera ser feita o mais uniforme possível 18
  19. 19. através da escavação das rochas, bolsas de argilas ou outros solos fracos num nível mais abaixo do nível previsto para a fundação. Após esta escavação dever- se-á preencher com material granular (solos bons), até ao nível da escavação da fundação recomendado no projecto. b) Fundação mole – todo material mole e instável devera ser escavado e posteriormente substituído por material granular (exemplo saibro, pedra britada, ou laterites bem graduados), até ao nível recomendado pelo projecto. c) Fundação em pântanos – onde forem encontradas fundações instáveis e profundas onde não podem ser estabilizadas com material granular, podemos cavar e colocar umas duas fiadas de esteiras feitas de paus com diâmetro que variam dos 3 a 5 cm e, por cima destas esteiras de paus, fazer o enchimento com solos bons. d) Fundação em rochas – a rocha deve ser escavada até aos 250mm abaixo do nível da fundação e alargada o suficiente para prevenir a colocação do tubo em qualquer ponto (contacto do todo com a rocha). Depois deve-se preencher com solos, de modo a prover uma almofada para o tubo. 3.4.5. Colocação do aqueduto Uma vez provida uma fundação estável e uniforme, é necessário preparar o leito do aqueduto de acordo com os requisitos que se indicam adiante e de acordo ainda com as especificações técnicas. As funções mais importantes do leito de fundação do aqueduto são: • Nivelar e eliminar qualquer desigualdade e irregularidade da fundação; • Assegurar o suporte uniforme ao longo de todas as condutas dos tubos; • Prover uma distribuição e dissipação de todas as Vargas induzidas pelas terras e pelo tráfego ao longo de toda a periferia do aqueduto. 19
  20. 20. O tubo deverá ser colocado num leito constituído por material seleccionado e devidamente modelado para a décima parte (D/10) do diâmetro exterior do tubo, conforme a ilustra a figura. 3.4.6. Comprimento dos aquedutos O comprimento dos aquedutos num aterro deverá ser determinado graficamente ou matematicamente. É importante realçar porem, que os taludes do aterro deverão ser do tipo 1:2, isto é, 1 metro na direcção vertical e 2 metros na direcção horizontal. 20
  21. 21. 4. Dimensionamento prático de aqueduto situado na Av. 24 de Julho A vala de drenagem localizada na Av. 24 de Julho tem uma extensão de 2.985 metros de comprimento, 9.70 metros de largura e 3.5. sobre a mesma. 4.1. Memória descritiva 4.1.1. Descrição geral A presente memória descritiva diz respeito a um projecto de construção de um aqueduto de caixa situado na Av. 24 de Julho no bairro de Matacuane (próximo ao IICB). 4.1.2. Implantação A implantação do aqueduto obedecerá com rigor as normas e especificações da JAE. 4.1.3. Abertura de caboucos De uma maneira geral, os caboucos são abertos com profundidade e largura de acordo com os pormenores de fundações, estes são bem compactados de modo a garantir uma boa capacidade de suporte. 4.1.4. Fundações Serão executadas fundações com sapatas corridas em betão armado com aço A400 de 22mm ao traço de 1:2:4, com dimensões figuradas no projecto. 4.1.5. Almofada de areia Será empregue como almofada de areia, uma areia limpa e isenta de impurezas, numa espessura de 10 cm, e depois será bem compactado. 4.1.6. Enroucamento Para o enroucamento será empregue uma brita de duas e meia polegadas, limpa, isenta de gretas e impurezas, numa camada de 15cm de acordo com as peças desenhadas. 4.1.7. Betão de limpeza Para o betão de limpeza, será empregue um traço pobre de 1:5, que será bem compactado com dimensões figuradas nas peças desenhadas. 4.1.8. Pilares Toda estrutura será construída de acordo com as peças desenhadas. Os pilares serão de betão armado, B400, usar-se-á o aço das classe A400, com e sintas com , com uma afastamento entre elas de 15cm. O traço será 1:2:3. 21
  22. 22. 4.1.9. Guarda corpos Os guarda corpos serão em pilaretes de estruturas de betão longarinas de tubo galvanizado e diâmetro 5cm. Estes serão pintados a tinta óleo com duas de mão. 4.2. Colheita de dados • Cálculo de caudal de ponta de cheia Dados: 51 35 35.2 56.2 = = = = C hmmI mH mC 2 016.635.256.2 mAmmA =⇒×= Considerando que o valor da área e hectare é menor que 1k 2 m vamos a formula de Talbot smQQ CIA Q 3 116.0 360 016.635 5 1 360 =⇒ ×× =⇒= • Altura da água permissível à entrada A escolha do comprimento do aqueduto depende da largura da estrada, para o nosso caso é de 20.80 metros de acordo com as peças desenhadas em anexo. mHHDH www 937.235.225.125.1 =⇒×≤⇒×≤ Com base no cálculo, concluímos que a altura admissível para a entrada do aqueduto é de 2.937 metros. 22
  23. 23. 4.3. Mapa de madiçoes Desiganação do trabalho Nº de partes iguais Dimesões Extensão, superficies, volumes ou peso Item Comprime nto Largu ra Altura ou espeçura Elementa res Parciais Total 1 Preliminares --- --- --- --- --- --- --- 1.1 Limpeza 1 9.00 22.00 --- 198.00 198.00 198.00 1.2 Implantação 1 6.87 20.80 --- 142.48 142.48 142.00 2 Mov. de terra --- --- --- --- --- --- --- 2.1 A. Caboucos 2 20.80 1.60 0.85 28.29 56.57 56.57 3 Fundações --- --- --- --- --- --- --- 3.1 Alm. Arreia 2 20.80 1.60 0.15 5.00 10.00 10.00 3.2 Enro. Pedra 2 20.80 1.60 0.20 6.65 13.31 13.31 3.3 Betão de limpeza 2 20.80 1.60 0.20 6.65 13.31 13.31 3.4 Sapata 2 20.80 1.60 0.70 23.30 46.60 46.60 3.4. 1 Estribo 2 467.02 --- --- 467.02 934.04 934.04 4 Pilar 2 20.80 0.80 5.10 84.86 169.72 169.72 4.1 Armadura 2 1736.00 --- --- 1736.00 3472.0 0 3472.00 4.2 Estribo 2 1861.79 --- --- 1861.79 3723.6 0 3723.60 5 Alvenaria 2 --- --- --- 203 406 406 6 Laje de betão 1 20.80 6.85 0.28 40 40 40 6.1 Estribo 1 3464.00 --- --- 3464.00 3464.0 0 3464.00 7 Pilaretes 12 0.15 0.15 0.88 0.0198 0.237 0.237 7.1 Armadura 12 42.24 --- --- 42,24 84.48 84.48 7.2 Estribos 12 3.22 --- --- 3.22 38.64 38.64 Fonte: apontamento de organização de obras. 23
  24. 24. 4.4. Orçamento Desiganação do trabalho Extensão, superficies, volumes ou peso Preços por unidade (mt) Sub totais (mt) Item 1 Preliminares --- --- 1.1 Limpeza 198.00 2 m 7.00 1.386,00 Subtotal 1 1.386,00 2 Mov. de terra --- --- 2.1 A. Caboucos 56.57 3 m 20.00 1.131,14 Subtotal 2 1.131,14 3 Fundações --- --- 3.1 Alm. Arreia 10.00 3 m 3.000,00 30.000,00 3.2 Enro. Pedra 13.31 3 m 5.000,00 65.500,00 3.3 Betão de limpeza 13.31 3 m 9.732,00 129.532,00 3.4 Sapata 46.60 3 m 10.203,00 475.459,80 3.4. 1 Estribo 934.04 ml 30,00 28.020,00 Subtotal 3 728.511,80 4 Pilar 169.72 3 m 11.458,00 1.944.651,76 4.1 Armadura 3472.00ml 33,00 114.576,00 4.2 Estribo 3723.60ml 26,00 96.798,00 Subtotal 4 2.156.025,76 5 Alvenaria 406 15,00 6.090,00 Subtotal 5 6.090,00 6 Laje de betão 40 3 m 11.458,00 458.320,00 6.1 Estribo 3464.00ml 30,00 103.920,00 Subtotal 6 562.240,00 7 Pilaretes 0.237 3 m 11.458,00 2.715,54 7.1 Armadura 84.48ml 30,00 253.440,00 7.2 Estribos 38.64ml 26,00 1.004,64 Subtotal 6 257.160,18 8 Mão-de-obra --- --- 1.113.763,00 Total +IVA 3.964.997,24 24
  25. 25. 5. CONCLUSÃO Com o trabalho findo, dizer que foi com grande esforço que adquirimos o conteúdo presente nele, visto que é um tema pouco conhecido. Mas dizer que independentemente do procedimento a utilizar, no estudo de aquedutos deve ser efectuado um reconhecimento do local das travessias, tendo em vista uma avaliação das condições de escoamento a jusante e, ainda estabelecer a altura máxima de águas a montante do aqueduto, de forma a evitar possíveis prejuízos da plataforma. Mas graças a Deus que este não é o nosso caso. Mas dizer que o ecentuado desenvolvimento da rede viaria nacional registado nos últimos anos implicou a construção de grande numero de atravessamento de linhas de água, principalmente nas zonas proximas a valas de drenagem (exemplo concreto a Av. 24 de Julho). Contudo tem surgido novas técnicas de dimensionamento e uma delas é o dimensionamento automatico, isto é por meio de calculos computadorizados que tem a vantagem de apresentar a simulação da situação. A protecçao com enrocamento é frequentemente utilizada quando a velocidade do escoamento a saida de aquedutos é inferior a 4,5 m/s, pois, para estas cituaçoes, é mais economica de que a construçao de estruturas de dessipaçao de energia. O dimensionamento de protecçao pode ser efectuado de acordo com a velocidade a saida e de acordo com a natureza dos solos predominantes no local da obra. Contudo esperamos ter cumprido com a meta, e que o nosso trabalho possa ser uma grande ajuda a quem tiver o privilégio de ler e que possa ainda facilitar os futuros trabalhos envolvendo o mesmo tema. 25
  26. 26. 6. Bibliografia 6.1. Fontes escritas: • Apontamentos; • Manual de construção de estradas J. Antoniou; P. Guterie; J. de Veen. Construindo estradas a mão 6.2. Internet: http://www.estv.ipv.pt/PaginasPessoais/fmartins/Publica%C3%A7%C3%B5es/Tese %20Mestrado/T-CIII.pdf http://www.lamehousing.com.br/uploads/artigos/10092010_133200.pdf 26

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