Como os drenos franceses funcionam
(practical.engineering)- O dreno francês é um método de drenagem subterrânea que remove a água infiltrada abaixo da superfície, reduzindo riscos como pressão hidrostática, expansão do solo, congelamento e corrosão sob estruturas
- A água passa pelo solo e se acumula na camada de brita; quando necessário, escoa por um tubo perfurado, e a drenagem continua mesmo depois que a chuva para, até que o solo seque
- Se for usada apenas brita, partículas finas do solo podem migrar para os vazios, reduzindo o desempenho da drenagem e, em casos graves, levando à erosão interna ou a dolinas
- Drenos franceses comuns envolvem a camada de brita com geotêxtil, mas em locais críticos para a segurança, como barragens, usam-se filtros à base de areia devido a limitações relacionadas a danos, impossibilidade de substituição e entupimento
- Mesmo em escalas diferentes, como barragens, muros de arrimo, terras agrícolas e fundações de casas, o ponto central do projeto de drenagem subterrânea é remover a água e manter o solo no lugar
O risco que a pressão da água subterrânea representa para estruturas
- Em fevereiro de 2017, o grande vertedouro da Oroville Dam, no norte da Califórnia, foi gravemente danificado durante a liberação de água após fortes chuvas
- Depois do incidente, um relatório forense apontou o sistema de drenagem sob o vertedouro como uma das causas contribuintes
- Os drenos não ficavam sob o concreto, mas se projetavam para dentro dele
- Como resultado, a espessura do concreto foi reduzida, tornando-o mais vulnerável a fissuras
- O motivo de ser necessária drenagem sob o vertedouro é que a água não flui apenas pela superfície, mas também se move dentro do solo e da rocha
- A água que entra sob uma estrutura pode gerar pressão capaz de levantá-la ou deslocá-la, e quanto mais a água flui, maior é o risco
- Engenheiros de barragens geralmente lidam com isso de duas formas
- Tornam estruturas de concreto, como vertedouros, pesadas o suficiente para ficarem fixas pela gravidade
- Criam caminhos de drenagem para que a água escoe e a pressão diminua
Princípios básicos de um dreno francês
- A água causa vários problemas em estruturas
- Faz alguns solos expandirem e contraírem
- Ao congelar, pode provocar movimentos de longo prazo
- Acelera apodrecimento, erosão e corrosão
- A água na superfície pode ser gerenciada com relativa facilidade por canais, meios-fios e inclinações, mas a água abaixo da superfície é mais difícil de lidar
- Um modelo simples de drenagem subterrânea consiste em uma caixa com areia, um furo no fundo e uma camada de brita diante do furo
- A água da chuva infiltra na areia e continua se movendo
- A água se acumula em direção à brita, passa pelos vazios entre as pedras e sai do modelo
- Mesmo depois que a chuva para, a água subterrânea continua fluindo até que a maior parte do solo seque
- Essa estrutura é a forma básica do que costuma ser chamado de dreno francês
- O nome “dreno francês” não vem da França, mas de Henry French, um americano que escreveu um livro sobre drenagem agrícola em 1846
- Henry French não afirmou ter inventado o método de drenagem
- Muito antes de usarem drenagem subterrânea para proteger construções, agricultores já a utilizavam para reduzir campos encharcados e o alagamento de máquinas agrícolas
- A expressão “tile drain” surgiu da prática de usar telhas de argila para manter um espaço por onde a água pudesse escoar
Brita, tubos e direção dos furos
- Em usos simples e de baixa criticidade, é comum usar uma vala preenchida com brita
- O método que usa apenas brita pode entupir com o tempo
- Em solos com partículas mais finas que areia, os grãos entram entre as pedras e reduzem a capacidade de drenagem
- A velocidade de drenagem também pode diminuir
- As telhas de argila tinham a vantagem de manter um espaço vazio por onde a água pudesse fluir; depois, tubos perfurados ou tubos ranhurados passaram a cumprir essa função
- Há uma discussão antiga entre engenheiros e instaladores sobre a direção dos furos dos tubos
- Se os furos apontam para cima, a água precisa preencher a camada de brita até o topo do tubo para entrar nele
- Se os furos apontam para baixo, o caminho do fluxo é menos direto, então a água flui mais devagar e tem menor chance de carregar solo ou detritos para dentro
- Muitos fabricantes recomendam instalar os furos voltados para baixo, para que a água entre no tubo antes que o envoltório de brita fique completamente saturado
- Na prática, em muitos casos a direção dos furos não faz grande diferença, e muitos tubos perfurados para drenagem têm furos em toda a circunferência
Filtros para evitar entupimento e erosão
- A vantagem da drenagem é remover a água rapidamente, reduzindo o tempo em que ela atua sobre a estrutura
- Diminui o tempo em que a água pressiona as paredes do subsolo
- Reduz situações em que a água congela ao lado da estrutura e gera deslocamentos de longo prazo
- Diminui a possibilidade de expansão do solo, apodrecimento e corrosão
- Na maioria dos locais reais, o solo não tem partículas tão grossas quanto a areia de parquinho e inclui partículas mais finas, como silte e argila
- Se pedras grandes forem colocadas entre a areia e a saída, a água pode sair turva, carregando partículas de solo
- Com o tempo, a areia pode ser lavada para dentro dos espaços entre as pedras e formar uma dolina
- Se partículas de solo migrarem para dentro da brita e do tubo, também ocorrerá entupimento
- O maior problema na drenagem subterrânea é o entupimento, por isso uma drenagem bem projetada normalmente inclui um filtro
- Em drenos franceses ao redor de casas, um projeto comum usa manta geotêxtil
- Trata-se de uma lâmina permeável usada para separar camadas de solo e rocha, evitar erosão, reforçar o aterro e filtrar partículas de solo da água em movimento
- Em um projeto típico, o envoltório de brita é revestido com geotêxtil para impedir que finos migrem para dentro
- Às vezes isso é chamado de “pipe-within-a-pipe”
- Geotêxteis têm limitações claras
- São facilmente danificados durante a instalação
- Após a instalação, reparo ou substituição é praticamente impossível
- Quando partículas de solo ficam presas na malha de fibras, a permeabilidade e a eficiência podem cair rapidamente
Filtros de areia e tratamento da drenagem em barragens
- Em barragens, a drenagem devidamente filtrada é especialmente importante
- O relatório de 360 páginas da FEMA, Filters for Embankment Dams: Best Practices for Design and Construction, trata desse tema
- O relatório de 400 páginas do Bureau of Reclamation, Drainage for Dams and Associated Structures, também aborda a drenagem em barragens
- Vários acidentes famosos com barragens tiveram relação direta com drenagem insuficiente ou projeto de drenagem inadequado, incluindo o incidente do Oroville Spillway mencionado acima
- Em barragens de terra feitas com solo compactado, a movimentação de partículas do solo pode ser fatal
- Segundo um relatório de status da FEMA, pela política do National Dam Safety Review Board, geotêxteis não devem ser usados em locais críticos para a segurança de barragens
- Em barragens, usam-se filtros de areia em seu lugar
- Assim como a brita retém a areia enquanto permite a passagem da água, a areia consegue reter partículas menores, como silte e argila
- Para projetar um filtro, primeiro é preciso conhecer a distribuição granulométrica do solo de fundação
- A análise por peneiramento separa a proporção por tamanho de partícula, e isso pode ser representado por uma curva de distribuição granulométrica
- O material do filtro precisa permitir a passagem da água enquanto bloqueia partículas do solo
- Em barragens, muitas vezes é difícil obter, com um único material, filtragem e capacidade de drenagem suficientes ao mesmo tempo
- Por isso, muitas barragens usam um filtro de duas etapas
- A primeira etapa filtra o solo de fundação, e a segunda filtra a primeira etapa enquanto permite que a água flua com mais liberdade
- No meio, instala-se um tubo perfurado para escoar a água rapidamente
- Há duas formas principais de lidar com a água que sai do solo
- Se houver um ponto baixo por perto, ela é descarregada na superfície por gravidade
- Se não houver um ponto baixo de descarga, ela é removida por bomba
- Subsolos residenciais podem ter um sump, um ponto baixo onde a água de drenagem se acumula; quando há um sump, uma bomba de sump é muito útil para levar a água para fora da casa
- Projetos de drenagem de barragens, muros de arrimo, terras agrícolas e fundações residenciais usam formas e produtos variados, mas o objetivo é o mesmo
- Remover a água
- Não remover o solo junto
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Já construí drenos franceses várias vezes em obras residenciais; alguns duraram bastante, outros não.
A maior causa de falha é a movimentação do solo. É indispensável envolver a brita e o tubo com manta geotêxtil de nível comercial; se você usar um tubo com furos muito maiores e mais numerosos do que as pequenas frestas mostradas no vídeo, também se preocupa menos com a orientação dos furos.
Na brita, o essencial são os vazios: para a drenagem ser rápida, é preciso haver bastante espaço entre as pedras. Evite coisas como cascalho de playground e preste atenção ao tipo de agregado.
Também é preciso calcular a quantidade de água que realmente precisa ser escoada. Use o valor da “enchente de 100 anos” da região como limite superior de precipitação e multiplique pela área de drenagem; isso é especialmente importante se o telhado fizer parte da bacia: https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/sci...
Se o terreno for plano demais e não houver inclinação suficiente para levar a água embora, um poço seco feito de modo semelhante pode ser melhor: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Dry_well
A construtora tinha autorização para mover a bacia de retenção e criar o cul-de-sac, mas o lugar continuava sendo o ponto mais baixo do bairro, então toda a água superficial corria para lá — e a casa ficava no ponto mais baixo dentro disso.
No fim, instalamos drenos franceses nos dois lados da casa, colocamos uma boca de drenagem no fim da entrada de carros para impedir que a água descesse até a casa, reconstruímos e elevamos a parede frontal da fundação estilo anos 1970, que estava quase erodida, e instalamos no quintal dos fundos duas caixas de drenagem quadradas de 24 polegadas e PVC enterrado de 4 polegadas para descarregar no riacho atrás.
Como o terreno tinha muitas árvores, durante chuvas fortes as caixas de drenagem entupiam rapidamente com folhas, então eu precisava ficar com água do tornozelo ao joelho, limpando continuamente os ralos com um ancinho.
Ainda assim não era suficiente: a água superficial que vinha das casas de cima cobria o quintal dos fundos como uma enxurrada durante tempestades. Não podíamos mexer no riacho por causa das regras de servidão do Corpo de Engenheiros, então a solução acabou sendo obter a concordância do vizinho para cavar uma vala de drenagem superficial do ponto baixo do quintal dele até o riacho.
Na divisa, para contornar a regra que proibia muros permanentes, fizemos uma berma “temporária”, mas na prática era quase um muro de cimento: 76 sacos de Qwikrete empilhados em três fiadas e cobertos com aparas de grama, resíduos de jardim e mulch.
Depois disso, decidi que nunca mais construiria nem compraria uma casa no pé de uma encosta.
Aos 5:58 ele menciona que também é possível encontrar tubos com furos em todo o perímetro.
Nos últimos anos, vi muita gente zombando desse termo técnico dizendo que, em menos de 10 anos, houve várias “enchentes de 100 anos”.
Pode não ser uma boa ideia lançar água superficial diretamente em um aquífero, porque, em condições naturais, essa água passaria pelo solo superior e seria filtrada; ao entrar diretamente, a contaminação da superfície pode ser levada direto para a fonte de água potável.
Dito isso, não sou especialista, então é difícil aconselhar quando o registro é necessário.
Eu não fazia a menor ideia de que isso vinha do nome de um americano.
A casa dos meus pais fica em uma encosta, e a água da chuva acumulada na montanha acima descia e batia contra a casa. O solo era raso e majoritariamente argiloso, com rocha-mãe aparecendo logo abaixo; quando chovia, a água tinha poucos lugares para ir sob o solo, então, sob pressão, brotava à superfície em vários pontos — e um deles era a casa.
Eles compraram a casa nova, mas a construtora não levou esse problema de água em conta; nos primeiros anos a água subia pelo piso do porão e, depois, começou a jorrar pelas janelas.
Foi caríssimo escavar valas subterrâneas com maquinário pesado em um terreno cheio de rochas e instalar drenos franceses ao redor da casa e em uma seção de captação diagonal na frente dela. A água coletada contornava a casa pelo subsolo e saía encosta abaixo; as inundações pararam imediatamente, meus pais acabaram o porão como uma grande suíte master, e ele permaneceu seco por décadas.
Alguns anos atrás, depois que meu pai faleceu, no ano seguinte, quando as chuvas começaram, as inundações voltaram. Piso, drywall, guarnições das janelas, móveis e livros foram destruídos; parecia o cenário depois de um furacão. Durante a chuva, vi água entrando pelas janelas como uma cachoeira, e estava claro que havia algo errado com o sistema de drenagem.
Chamamos um engenheiro para verificar se a fundação tinha rachado e deixado a água entrar, mas no fim acabou sendo uma falha no dreno francês. Depois de gastar muito dinheiro de novo para escavar, substituir e consertar, não houve mais inundação, e este vídeo parece explicar exatamente o que aconteceu.
Isso vale tanto para sistemas de esgoto/drenagem quanto para sistemas de dreno francês.
É um dos meus canais favoritos, e fico feliz que o Grady também esteja no Nebula: https://nebula.tv/videos/practical-engineering-how-french-dr...
No FAQ diz que pertence à CuriosityStream, e pelo que sei a CuriosityStream foi fundada por John Hendricks, criador do canal/rede Discovery TV
Pelo que vi, a CuriosityStream tem mais uma pegada de ciência popular e documentários americanos excessivamente dramáticos; se o Nebula for da mesma linha, parece um pouco estranho o Grady estar lá
Certa vez, ao cavar um buraco para plantar uma frutífera, encontrei um dreno francês
O terreno ficava numa encosta e, ao cavar uns 30 cm, apareceu um grande monte de cascalho sujo. Pensei que alguém tivesse enchido aquele ponto com cascalho, então cavei outro buraco um pouco mais abaixo e apareceu cascalho de novo; só bem depois entendi o que era
Descobri que era o dreno principal de todo o bairro. Mudei a árvore para o lado, e ela cresceu bem graças àquela boa água
Raízes de árvores têm uma capacidade incrível de encontrar água; até um vazamento gota a gota numa tubulação de água pode ficar completamente envolto por raízes em alguns anos
Como alguém que tem pensado bastante em restauração de terras, fiquei um pouco desconfortável ao ver a parte sobre a filosofia de Henry French
Em vez de enxergar como “água sobrando”, é preciso começar pensando que tipo de relação se quer ter com a água. É necessário distinguir onde se quer acumular água, como em um lago ou ponto de captação de chuva, e onde se quer manter seco, como estruturas habitadas, e pensar em como desacelerar, espalhar e infiltrar a água em sua relação com a bacia hidrográfica maior e com o vapor d’água na atmosfera
Para ampliar essa perspectiva, podem ajudar cursos como https://waterstories.com, textos como https://climatewaterproject.substack.com/ e os livros de Brad Lancaster sobre captação de água da chuva (http://harvestingrainwater.com/)
Do ponto de vista agrícola, a crítica de Chris Jones aos tubos de drenagem também vale ouvir: https://www.youtube.com/watch?v=Svwjd3FwNCY&t=5668s
Declarando meu viés: fiz parte do curso da Water Stories e sou investidor do livro do Climate Water Project que será lançado em breve
A água indesejada surge principalmente por causa de construções que criam superfícies impermeáveis, como ruas, estacionamentos e entradas de garagem. A água se acumula, escorre ladeira abaixo e entra nas fundações, mas provavelmente isso não seria um problema se o local não tivesse sido mexido desde o início
Nesse caso, medidas de engenharia do terreno para retirar a água me parecem uma mitigação muito mais aceitável
Dá para sentir a força da água
Entre desastres naturais como vulcões, incêndios florestais, terremotos e tornados, o que causa mais danos e mata mais pessoas é a água
Enchentes, tsunamis e marés de tempestade são como bombas com enorme poder destrutivo
Por aqui, passamos pelo Sandy; quando chegou, o furacão em si não parecia tão forte, mas a água que veio junto causou danos enormes e mortes
Ótimo vídeo, e gosto deste canal
Meu porão alagou recentemente, então estou pensando em alugar equipamento para criar drenagem e declividade. Os antigos proprietários gastaram dinheiro reparando trincas e pintando a fundação, mas isso no fim sempre falha
A melhor forma de manter um porão seco é ter a declividade adequada; se isso não for possível, colocar uma drenagem. É simples assim
Isso também reduz a pressão sobre a fundação, ajudando a evitar a formação de trincas e problemas estruturais
Só cortar o concreto já foi um trabalho sujo e pesado, e aquilo era apenas o começo. Além disso, encontramos uma sapata de fundação inesperada atravessando por baixo das paredes internas, o que tornou tudo realmente penoso
Gosto de dar uma olhada em temas assim. No começo a gente pensa: “qual é a dificuldade? É só cavar uma vala e encher de cascalho”, mas na prática é muito mais complexo
No vídeo, a importância da drenagem filtrante para barragens não pode ser enfatizada o suficiente, e aparecem até o relatório de 360 páginas da FEMA, Filters for Embankment Dams: Best Practices for Design and Construction, e o relatório de 400 páginas do Bureau of Reclamation, Drainage for Dams and Associated Structures
No fim, um engenheiro civil poderia passar a vida inteira pensando só em drenagem subterrânea
Esses materiais sempre aparecem nos vídeos dele, e o valor das informações práticas disponibilizadas gratuitamente por várias agências federais é realmente impressionante
French drain deveria entrar na lista de “nomes que, surpreendentemente, vêm de pessoas”: https://notes.rolandcrosby.com/posts/unexpectedly-eponymous/
Recentemente, meu parceiro me deu um “Coffey Whiskey” porque sabe que eu gosto de café, e graças a isso descobri mais um caso desses que só dá para perceber deixando passar uma letra na grafia
Tudo o que sei sobre French drain aprendi neste vídeo
Ainda assim, achei bem engraçado saber que existe uma espécie de guerra santa no setor sobre se “os furos ficam para cima ou para baixo”
No nosso setor também há muitas guerras santas parecidas, com ânimos acalorados mas geralmente sem tanta importância, então foi interessante ver o mesmo em outras áreas