Drenagem em Espinha de Peixe: o que é, como funciona e quando usar

A recomendação técnica oficial para os gramados dos estádios e centros de treinamento da Copa do Mundo de 2014 no Brasil especifica um projeto de drenagem em formato “espinha de peixe”, com tubos perfurados de PEAD de 4″ nos drenos secundários e 6″ nos coletores. O mesmo arranjo está no Manual de Drenagem de Rodovias do DNIT, entre os seis dispositivos previstos para drenagem subterrânea de rodovias. É o esquema mais usado em campos esportivos e em outras áreas que precisam de escoamento rápido, e o nome intimidador esconde uma lógica simples. Neste artigo você entende o que é, como funciona, quando faz sentido usar em vez do sistema paralelo, e os cuidados de instalação que definem se o sistema vai funcionar ou não.

O que é o sistema de drenagem em espinha de peixe

O nome vem da semelhança com a estrutura vertebral de um peixe: um duto coletor principal faz o papel da coluna, e uma série de drenos laterais ligados a ele em ângulo, as “espinhas”, cobrem a área a ser drenada. É um dos três arranjos clássicos de drenagem subterrânea, ao lado do sistema paralelo (linhas retas equidistantes) e do sistema aleatório (usado só nas manchas úmidas de terrenos irregulares).

A definição técnica do DNIT é direta: são “drenos destinados à drenagem de grandes áreas, pavimentadas ou não, normalmente usados em série, em sentido oblíquo em relação ao eixo longitudinal da rodovia ou área a drenar”. O manual acrescenta duas características que explicam boa parte da popularidade do arranjo: geralmente são de pequena profundidade e, conforme as condições do terreno, podem desaguar livremente ou em drenos longitudinais.

Como funciona

Os drenos laterais, de menor diâmetro, captam a água infiltrada no solo ao longo do trecho e a encaminham para o duto coletor central, normalmente de diâmetro maior para não estrangular o sistema quando o volume de vários laterais converge nele. Na literatura de engenharia de drenagem, a diferença formal entre os dois arranjos regulares está justamente aí: no sistema paralelo os drenos de campo chegam ao coletor em ângulo reto, e no sistema em espinha de peixe eles chegam em ângulo agudo.

A vantagem real do arranjo é mais concreta do que costuma se dizer por aí. Quando o terreno tem declive, colocar os laterais em ângulo permite que o coletor e os laterais aproveitem a declividade do terreno ao mesmo tempo. Num sistema paralelo com o coletor descendo a encosta, os drenos de campo correm praticamente na direção das curvas de nível e ganham pouca declividade própria.

Daí vem a consequência prática que mais importa em campo esportivo. Um estudo da Universidade Santa Cecília sobre drenagem de gramados esportivos observa que o dreno em espinha de peixe “consegue cobrir toda a área do campo e também podem trabalhar com profundidades menores”, enquanto a drenagem em espinha paralela “também cobre todo o campo por terem drenos de maiores comprimentos, o que exige uma maior profundidade para a sua implementação”. Drenos mais longos precisam começar mais fundo para manter a mesma declividade até a saída. Menos profundidade significa menos escavação, menos volume de material drenante e menos interferência com a base do gramado.

O guia de construção de campos de futebol sobre base de areia das universidades estaduais do noroeste dos Estados Unidos descreve o mesmo efeito de forma bem concreta: no arranjo em espinha de peixe o campo é dividido a partir do centro e as valas são abertas em cada direção, o que reduz pela metade o comprimento de cada trecho de escoamento. Trecho mais curto é água saindo mais rápido do perfil, que é exatamente o que se quer num campo que precisa voltar a ser usado logo depois da chuva.

O ângulo das “espinhas” depende da declividade do terreno

Esse é o ponto que quase nunca aparece nas explicações do arranjo, e é o que separa um projeto de um desenho bonito. O ângulo entre o dreno lateral e o eixo da área não é escolha estética: ele é função da declividade do terreno. O manual de drenagem agrícola do USDA descreve exatamente esse mecanismo ao dizer que a espinha de peixe pode ser usada quando o coletor está na direção do declive principal e “a declividade desejada dos drenos laterais é obtida variando o ângulo de confluência com o coletor”. Ou seja, o ângulo é a alavanca que o projetista usa para dar a inclinação certa a cada lateral. O material de formação do IPR/DNIT para projetos rodoviários traz a tabela de referência, onde α é o ângulo formado entre o eixo da via e o eixo da “espinha”, e L é o espaçamento entre espinhas:

Fonte: IPR/DNIT, “Conceitos Básicos de Hidrologia e Drenagem para Projetos Rodoviários”, Módulo 6, Figura 3.12, adaptada de JABÔR (2019). Cotas originais em centímetros.

A leitura da tabela é o resumo do princípio do arranjo. Em terreno plano o dreno entra a 90°, ou seja, perpendicular, porque não há declividade longitudinal para aproveitar e a única inclinação disponível vem da seção transversal. Conforme a declividade aumenta, o ângulo fecha, o dreno passa a correr mais alinhado com a direção da descida e ganha inclinação própria. Como cada dreno passa a escoar mais rápido, ele consegue atender uma faixa mais larga, e o espaçamento abre de 4 m para 10 m. Em terreno com 6% de declividade, a mesma área é coberta por menos da metade do número de linhas de dreno. Cada linha fica individualmente mais longa, porque atravessa a área na diagonal, então o ganho aparece principalmente em número de valas e de junções, não na metragem total de tubo.

Espinha de peixe × sistema paralelo: quando usar cada um

O sistema paralelo é mais simples de projetar e funciona bem em áreas grandes, planas e regulares, com solo uniforme. A espinha de peixe se destaca em áreas longas e estreitas, de formato irregular, ou com declive mais acentuado. A comparação abaixo reúne o que as referências técnicas apontam de cada lado:

Fontes: Illinois Drainage Guide (University of Illinois), Virginia Cooperative Extension (BSE-208), Cavelaars et al. (1994) e Pinto, Barbosa e Passos (UNISANTA, 2019).

Vale registrar o contraponto honesto, porque ele aparece nas mesmas fontes: a espinha de peixe tende a custar mais que o arranjo paralelo, por conter mais junções, e produz drenagem dupla nos pontos em que dois laterais opostos encontram o coletor. Isso não invalida o arranjo, apenas explica por que ele não é resposta automática. Em área grande, plana e regular, o paralelo entrega o mesmo resultado por menos. Na prática, a decisão depende do formato e do tamanho da área, do declive disponível, do volume de água esperado e do ponto de deságue, e não existe um “melhor” universal entre os dois arranjos.

Espaçamento entre drenos: por que não existe número único

Essa é a pergunta mais comum e a que mais gera erro de execução. O espaçamento entre drenos não é um valor de tabela fixo: ele é calculado pela equação de Hooghoudt, que descreve o rebaixamento do lençol freático entre dois drenos como uma elipse e depende da condutividade hidráulica do solo, da altura máxima do lençol sobre os drenos e da intensidade de precipitação de projeto.

Entender a elipse explica o defeito mais visível de um sistema mal espaçado. Entre dois drenos, o lençol não desce reto: ele forma um arco, mais baixo junto de cada dreno e mais alto no meio do vão. Se o espaçamento for maior do que o solo permite, a crista desse arco fica acima da zona de raízes, e é isso que aparece na superfície como acúmulo de água em faixas, sempre no meio do caminho entre duas linhas de dreno.

Vale um alerta sobre uma confusão que aparece bastante em obra. Num campo esportivo existem dois elementos diferentes e facilmente trocados um pelo outro: as linhas de dreno, que são as valas com tubo descritas acima, e as ranhuras de areia, fendas rasas e estreitas abertas na superfície, transversais às linhas de dreno, para encurtar o caminho que a água percorre até chegar ao dreno. As duas trabalham em escalas muito diferentes: no sistema descrito pelo guia PNW 675, as linhas de dreno ficam a cada 15 pés, cerca de 4,6 m, enquanto as fendas de injeção de areia têm 0,6 polegada de largura e ficam a cada 19 polegadas, algo em torno de 48 cm. Espaçamentos pequenos citados em conversa de obra quase sempre se referem às ranhuras, não às linhas de dreno. Aplicar o número de uma coisa na outra leva a enterrar tubo demais e a resolver de menos o escoamento de superfície.

Aplicações mais comuns

O uso mais frequente da espinha de peixe é em campos esportivos e gramados. Veja o guia completo de drenagem de quadra de Beach Tennis, que detalha dimensionamento, tipo de areia e geotêxtil necessário nesse caso específico. O mesmo princípio se aplica a campos de futebol, quadras poliesportivas e outras áreas de grama ou areia que não podem ficar com poças d’água.

Fora do esporte, o arranjo é padrão em obra rodoviária. O DNIT prevê os drenos em espinha de peixe para cortes onde os drenos longitudinais não dão conta da área, para terrenos que vão receber aterro com lençol freático próximo da superfície, e para aterros sobre solo natural impermeável. É por isso que o mesmo desenho aparece tanto num gramado quanto em drenagem de rodovias, em ferrovias e em pátios de aeroportos.

Cuidados na instalação

• Espaçamento: definido por cálculo a partir da condutividade hidráulica do solo, não copiado de outro projeto. Espaçamento maior do que o solo suporta deixa o lençol alto no meio do vão, e isso aparece como faixas de água entre as linhas de dreno.
• Inclinação: a referência usual para gramado esportivo é 1%, e a recomendação da Copa de 2014 fixa mínimo de 0,5% no nivelamento do fundo das valetas. Mais importante que o número é manter a inclinação uniforme ao longo de todo o trecho, sem contrapendente.
• Leito de assentamento: precisa estar homogêneo, sem “solavancos” sob o tubo. Irregularidades no leito criam pontos baixos onde a água para, atrapalham a vazão e podem danificar o tubo dependendo do dimensionamento. A especificação da USGA cobra que o material escavado seja removido da cava e que o fundo da valeta fique liso e limpo, com o tubo assentado sobre um berço de brita de no mínimo 25 mm, justamente para garantir declividade positiva em toda a extensão da linha.
• Diâmetro do coletor: subdimensionar o coletor anula o resto do projeto. Num estudo de caso de campo de futebol, um tubo de 100 mm entregou apenas metade da vazão necessária, e o projeto só fechou com diâmetro nominal de 170 mm. A recomendação da Copa de 2014 trabalha com 4″ nos drenos secundários e 6″ nos coletores.
• Material do tubo: PEAD (Polietileno de Alta Densidade) é o indicado por ser atóxico, flexível, resistente e durável. O Techdreno é a linha específica para esse uso, e o Techdreno DW atende os trechos que pedem mais resistência mecânica e maior vazão, típico de coletor principal sob área de tráfego.
• Geotêxtil, e principalmente onde ele entra: a manta geotêxtil (Bidim) filtra as partículas finas que entupiriam o tubo e separa fisicamente as camadas de solo e areia. O detalhe que costuma ser executado errado é a posição da manta. Em construção esportiva sobre base de areia, as duas principais referências pedem o geotêxtil como barreira entre o subsolo instável e o colchão drenante, e não como uma meia em volta do tubo: a recomendação da Copa de 2014 orienta colocar a manta nas laterais e no fundo das valetas, sem “envelopar” o conjunto, e a especificação da USGA é ainda mais direta, ao registrar que em nenhuma circunstância a manta deve cobrir os tubos ou as valetas de drenagem, e que tubos encapados em manta não são recomendados nesse tipo de obra. Já em solo fino, em drenagem agrícola e em obra rodoviária, envolver o dreno é prática corrente, porque ali a colmatação por finos é o risco dominante. Nesse cenário existe uma alternativa mais eficiente que dispensa a manta por completo: a linha Techdreno KC tem micro-fendas autolimpantes que funcionam como filtro passivo, deixando passar os grãos finos sem entupir, resolvendo o mesmo risco que a manta resolveria, sem o custo e a mão de obra de envolver o tubo. É definição de projeto e depende do solo.
• Enchimento da vala: brita 0 ou pedrisco lavado envolvendo o tubo, o mesmo material do colchão drenante. Onde o espaço para escavação é restrito, o geocomposto drenante substitui parte da seção de brita.
• Emendas: junção mal vedada deixa entrar solo fino e é onde o sistema costuma entupir primeiro. O guia PNW 675 é explícito ao mandar conectar corretamente e vedar todas as junções com fita, para impedir a entrada de material de solo e de animais. As emendas devem ser seladas, por exemplo com Dutoseal Tape.
• Caixas de inspeção: a recomendação da Copa de 2014 prevê caixas de inspeção para limpeza e avaliação do sistema. Sistema enterrado sem ponto de inspeção só dá sinal de problema quando o gramado já alagou.

O que define o custo do sistema

Somando os números já citados, o custo de uma drenagem em espinha de peixe é governado por três decisões, e nenhuma delas é a marca do tubo.

A primeira é o espaçamento, porque ele determina quantos metros de tubo entram na área. A segunda é a declividade disponível: pela tabela do IPR/DNIT, sair de terreno plano para 6% de declive permite abrir o espaçamento de 4 m para 10 m, o que corta pela metade o número de valas e de junções necessárias para cobrir a mesma área. A terceira é o diâmetro: no estudo de caso citado, adotar o diâmetro que efetivamente atende a vazão de projeto conduziu mais que o dobro do necessário e, nas palavras do próprio estudo, se a condutividade hidráulica do solo permitisse seria possível “aumentar o espaçamento entre drenos, economizando em material”.

É por isso que economizar no diâmetro do coletor ou apertar a malha “por segurança” costuma sair mais caro. O caminho de menor custo por metro quadrado drenado passa por ensaiar o solo, aproveitar o declive que o terreno já tem e dimensionar o coletor para a vazão real. A equipe técnica da Techduto avalia esses três pontos junto com o seu projeto antes de indicar linha e diâmetro.

Algumas Referências:

1. DNIT. Manual de Drenagem de Rodovias, IPR-724, 2ª edição, 2006. Item 5.2 “Drenos em espinhas de peixe”. gov.br/dnit (PDF)
2. IPR/DNIT. Conceitos Básicos de Hidrologia e Drenagem para Projetos Rodoviários, Módulo 6: Drenagem subsuperficial e profunda. Item 3.2 e Figura 3.12, adaptada de JABÔR, M. A., Drenagem de Rodovias: Estudos Hidrológicos e Projetos de Drenagem, apostila, 2019. repositorio.enap.gov.br (PDF)
3. COMITÊ ORGANIZADOR BRASILEIRO COPA 2014. Recomendação Técnica para Gramados em Estádios e CTs, Rev. 0, 2009. PDF
4. PINTO, M. G. S.; BARBOSA, R. R. P.; PASSOS, Y. M. Sistema de Drenagem de Gramados Esportivos. Trabalho de Conclusão de Curso, Engenharia Civil, Universidade Santa Cecília (UNISANTA), Santos, 2019. cursos.unisanta.br (PDF)