Modelo para o dimensionamento de redes de drenagem e de bacias de acumulação de água em estradas não pavimentadas

Abstract

O Brasil possui cerca de 1.725.000 km de estradas, sendo mais de 90% destas não pavimentadas. Essas estradas são de fundamental importância para a economia brasileira. A erosão provocada pela água no leito e nas margens de estradas não pavimentadas é um dos principais fatores para sua degradação, sendo responsável por grande parte dos problemas ambientais advindos da erosão dos solos. Com base nisto, desenvolveu-se um modelo para determinação do espaçamento entre desaguadouros e o dimensionamento do canal e de bacias de acumulação, em estradas não pavimentadas. O hidrograma no canal foi obtido, utilizando-se o modelo de ondas cinemáticas, sendo este transformado em um gráfico de tensão cisalhante ao longo do tempo de ocorrência do escoamento. A perda de solo provocada pelo escoamento foi determinada, com base na diferença entre a tensão provocada pelo escoamento e a tensão crítica para cisalhamento do solo, sendo esta multiplicada pela erodibilidade do solo e pela área onde ocorre a aplicação da tensão cisalhante. O espaçamento máximo entre desaguadouros foi estabelecido, comparando-se a perda tolerável com aquela provocada pelo escoamento, sendo o comprimento máximo do canal aquele para o qual a perda tolerável é atingida. Uma vez calculado o espaçamento entre desaguadouros, para este comprimento, são obtidos, a vazão e o volume escoado, o que permite o dimensionamento hidráulico do canal e do sistema para a acumulação de água. Para a obtenção dos parâmetros do solo necessários ao modelo, desenvolveu-se um equipamento que permite a determinação, em campo, da tensão crítica de cisalhamento e da erodibilidade do solo. Para aplicação do modelo desenvolvido, elaborou-se um software no qual os dados de entrada são a equação de intensidade, duração e freqüência de precipitação, o período de retorno e as condições da estrada, da área externa a esta que contribui para o escoamento e do canal de drenagem. As simulações realizadas com o modelo mostraram ser este bastante sensível aos parâmetros de entrada, apresentando máxima sensibilidade à declividade do canal e mínima ao período de retorno.

Brazil has about 1.725.000 km of roads. More than 90% of these are unpaved. These roads constitute fundamental factor for the Brazilian economy as well as an essential element of integration and social development. Poor drainage of roads is one of the main factors that cause its degradation. This is the main responsible for the environmental problems caused by soil erosion. A model was developed to calculated the spacing between drain outlets, channel design and accumulation basins design in unpaved roads. The hydrograph was obtained in the channel using the cinematic waves model. This hydrograph was transformed in a shear stress graph along the time. The soil loss caused by runoff was determined using the difference among the shear stress caused by the runoff and the soil critical shear stress, multiplied by the soil erodibility and the shear stress application area. The maximum spacing between outlets was established by comparison of the tolerable soil loss with that soil loss caused by runoff. The maximum channel length was determined when the tolerable soil loss was reached. Once calculated the spacing between drains, it is obtained, for this length, the flow rate and the runoff volume. This allows the hydraulic design of the channel and of the system for the water accumulation. For obtaining the parameters of the soil necessary to the model, an equipment that allows the determination of the soil critical shear stress and erodibility was developed. For application of the developed model, a software was made in which the necessary input data are the intensity-duration-frequency of precipitation equation, the return period, the characteristics of the road, the characteristics of external area that contributes to the runoff in the road channel and the characteristics of the own channel. The simulations accomplished with the model showed that this is sensitive to the entrance parameters, presenting maximum sensitivity to the channel slope and minimum sensitivity to the return period.