Instalações Hidráulicas Prediais de Águas Pluviais

Instalações Hidráulicas Prediais de Águas Pluviais\nLuiz Carlos A. de A. Fontes SISTEMA PREDAIL DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS\nEXERCÍCIO INTEGRADO\nSeja o sistema predial domiciliar de drenagem de águas pluviais apresentado em anexo. Após análise do projeto, solicita-se dimensionar este sistema, considerando o disposto na NBR 10.844/ABNT e nas seguintes informações complementares:\n\nAs calhas e canaletas terão declividade longitudinal com valor igual a 1,0 %;\nA intensidade pluviométrica de projeto vale 110 mm/h;\nOs telhados possuem coeficiente de defluvi superficial igual a 0,95, enquanto que para as superfícies pavimentadas seu valor é igual a 1,00;\nOs condutores e coletores de águas pluviais serão de material que apresenta coeficiente de rugosidade igual a 0,011;\nConsiderar que a espessura máxima para a lâmina d'água na calha de beiral, de seção transversal semicircular, constituída de material PVC (coeficiente de rugosidade igual a 0,011), está limitada a 75 % do valor do seu raio interno (R), enquanto que para a calha de \"pé do muro\", também com seção transversal semicircular e coeficiente de rugosidade igual a 0,020, a espessura máxima d para a lâmina d'água vale 60 % do valor do seu raio interno (R);\nPara as calhas, nas condições especificadas, têm-se:\n1 - Calha de beiral: área da seção molhada = 1,075xR² perimetro molhado = 2,630xR\n2 - Calha do \"pé do muro\": área da seção molhada = 0,793xR² perimetro molhado = 2,319xR\nA canaleta situada no telhado, com seção transversal trapezoidal, tem a espessura da lâmina d'água, máxima, limitada a 60 % do valor de sua altura interna, enquanto que a canaleta de seção transversal retangular têm a espessura da lâmina d'água igual, no máximo, a 70 % do valor da sua altura interna. Estas canaletas possuem coeficiente de rugosidade igual a 0,020.\nOBS.: caso alguma canaleta NÃO ATENDER a vazão contributiva, adotar outras dimensões para a seção transversal, acrescentando 2,0 cm aos comprimentos da (s) base (s) e da (s) altura (s), sem modificar a declividade longitudinal;\nProjeto hidráulico em anexo. COLLETOR PLUVIAL\n 1 GENERALIDADES\nA precipitação das chuvas sobre a superfície terrestre é um fenômeno natural, resultante de um processo denominado Ciclo Hidrológico, o qual é estudado sob o aspecto da movimentação da água em cada fase do ciclo - precipitação, evaporação\ntranspiração, escoamento superficial e escoamento subterrâneo - e suas relações com a vida humana.\nEntende-se por \"precipitações atmosféricas\" o conjunto de águas originadas do vapor d'água atmosférico que cai, em estado líquido ou sólido, sobre a superfície da terra. O conceito engloba, portanto, toda a água que cai sob a forma de chuva, granizo,\norvalho, neblina, neve, sereia ou geada.\nAs chuvas tem sua origem na condensação do vapor d'água atmosférico, na forma de gotas de tamanho suficiente para se precipitarem sobre a superfície terrestre. De uma maneira bastante abrangente pode-se afirmar que as chuvas são definidas pelas suas intensidades e durações. Os grandes temporais, caracterizados pela alta intensidade de precipitação, têm curtas durações e abrangem áreas limitadas.\nA água proveniente das chuvas, ou seja, as águas pluviais ou meteoricas que caem sob telhados, áreas pavimentadas ou não, pátios, teranças, varandas, etc., pode se tornarem como elementos mais danosos para a durabilidade e aparência das construções. A inexistência de um sistema adequado de escoamento para as águas pluviais ou inadequada concepção resulta na adição de grandes proporções pluvimétricas sobre as paredes, áreas sob telhados ou sobre áreas não pavimentadas, podendo ocasionar umedecimento e posterior deterioração dos revestimentos, infiltrações para o interior da habitação, eração de terrenos ou outros males, provocando o surgimento de problemas de natureza puramente estética, e até mesmo, podendo vir comprometer estruturação e edificação. Portanto, as precipitações pluvimétricas devem ser estudadas pelo maior trajeto e no menor tempo possível.\nAo pensar na possibilidade de penetração de gases para o interior da habitação, o sistema de escoamento de águas pluviais deve ser totalmente separado do sistema exclusivamente ao reconhecimento e condução das águas de drenagem urbana.\nDo sistema, que, preferencialmente, deve ser a rede de drenagem urbana.\nDenomina-se sistema predial de águas pluviais ao conjunto de tubulações e demais acessórios destinados à coleta d'água de chuva que cai sobre uma área edificada, para ser convenientemente encaminhada ao coletor público ou, na sua inexistência, a um local mais apropriado.\n2 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DO SISTEMA PREDIAL DE ESCOAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS\nO sistema predial de escoamento de águas pluviais é constituído pelos seguintes elementos:\n2.1 Superfícies coletores\nSão superfícies que interceptam a água proveniente das chuvas, conduzindo-a para um determinado ponto do sistema de drenagem. Podem ser telhados, terracos, pátios, varandas, áreas pavimentadas ou não, etc. 2.2 Calhas/Canaletas\nSão pequenos canais a descoberto, destinados a coletar água proveniente de coberturas, terços e similares, conduzindo-a para um determinado ponto da instalação predial. As calhas apresentam diversas espécies. A mais usada é a semicircular. As calhas podem ser de beiral (situadas na beirada do telhado ou no prolongamento deste telhado além das prumadas das paredes) ou de palitada (situadas internamente junto a pequena murada utilizada para esconder o telhado). As calhas podem ser feitas de cobre, fibrocimento, concreto com revestimento impermeável, fibra de vidro, plástico (PVC rígido), etc. Na definição do tipo de material que será utilizado, consideram-se os aspectos de custos, facilidades de execução, fatores estéticos, etc.\n2.3 Ralos\nSão compostos de uma caixa e uma grelha, utilizados em terraços e em áreas descobertas com a finalidade de receber águas pluviais e impedir a penetração de folhas e outros materiais no sistema de drenagem.\n2.4 Funis\nSão alargamentos feitos no topo dos condutores, junto às calhas, e se destinam a dar rápido escoamento às águas de chuva.\n2.5 Condutores\nTubulações verticais, geralmente cilíndricas ou prismáticas, destinadas a recolher águas de calhas, coberturas, terços e similares e conduzi-las até a parte inferior da edificação, ao nível do solo.\n2.6 Coletores\nSão condutos livres \"horizontais\" que coletam as águas de chuva dos condutores, conduzindo-as até o sistema público de drenagem ou outro local adequado. 2.7 Caixas de Areia\nSão caixas construídas geralmente em alvenaria de bloco, normalmente enterradas, utilizadas para recolher por depósito partículas de areia e outros detritos contidos nas tubulações de águas pluviais, além de permitirem a inspeção e limpeza do sistema. Geralmente são providas com tampa em forma de grelha.\n2.8 Caixas de Inspeção\nSão caixas construídas geralmente em alvenaria de bloco, normalmente enterradas, que coletam as descargas provenientes de condutores e coletores e permitem a mudança de direção, sem o uso de curvas, assim como a inspeção e a manutenção do sistema de drenagem. Normalmente são providas de uma tampa \"cega\".\n3 ELEMENTOS BÁSICOS PARA A ELABORAÇÃO DO PROJETO E DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA PREDIAL DE ESCOAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS.\nOs elementos básicos a serem utilizados pelo Engenheiro Hidráulico são os seguintes:\n3.1 Projeto arquitetônico\nNo projeto arquitetônico da edificação já vem estabelecido o caminento do(s) telhado(s), cabendo ao engenheiro de projetos hidráulicos estudar o posicionamento das calhas/canaletas, das decisões dos condutores de águas pluviais e a localização das caixas de areia, no terreno, visando a interligações das mesmas com os coletores, assim como a ligação à rede pública. Portanto, o projeto da rede de escoamento de águas pluviais nas edificações em geral deve fixar desde a tomada d'água, normalmente através dos ralos da cobertura e nas áreas expostas, a passagem das canalizações em todos os pavimentos, a ligação dos condutores às caixas de areia no terreno, além de seguir as orientações contidas na NBR-10844/ABNT/1989 que \"fixa exigências e critérios para os projetos das instalações de drenagem de águas pluviais, visando garantir níveis adequáveis de funcionalidade, segurança, higiene, conforto, durabilidade e econômica.\" \n3.2 Fatores meteorológicos: conceitos básicos\nEstudos hidrológicos, voltados para elaboração do projeto e dimensionamento de sistemas prediais de escoamento de águas pluviais, são realizados a partir de registros das medições das precipitações pluvimétricas, agindo-se feito mediante leituras reais e computação da quantidade d'água que cai em determinada área, em um intervalo de tempo conhecido. As medições das precipitações podem ser coletadas e que denominadas de PLUVÍMETROS (são recipientes que coletam a água precipitade a que impedem a evaporação da mesma) e de PLUVIOGRAFOS (aparelhos que registram as alturas precipitações associadas ao instante em que elas ocorrem).\nA seguir, apresentar-se-ão alguns conceitos hidrológicos básicos a fim fundamentar as análises feitas adiante, porém sem maiores aprofundamentos, pois os mesmos fogem ao objetivo deste texto didático.\n3.2.1 Intensidade de chuva\nConsidera-se a precipitação como sendo a \"altura\" da chuva que cai em determinada área em um intervalo de tempo. Assim, denomina-se por altura pluvimétrica a razão entre o volume de água precipitada coletada e a área da superfície onde se deu a coleta. Por ser uma relação entre volume e superfície, é expressa em unidade linear, normalmente em milímetros (mm). Define-se como intensidade pluvimétrica o quociente entre a altura pluviométrica precipitada num determinado intervalo de tempo e esse intervalo de tempo (mm/h). Portanto, dividindo a precipitação de uma determinada chuva, registrada em um pluviômetro, pelo tempo de duração da chuva, obtém-se a intensidade.\nA experiência tem mostrado que normalmente as chuvas ou parcela de chuva de grande intensidade tem duração curta e, ao contrário, as chuvas de menor intensidade apresentam uma duração longa, de maneira que ralos, calhas, condutores e coletores, que 3.2.2 Período de Retorno ou de Recorrência\nDefine-se período de retorno ou de recorrência como o tempo necessário (número médio de anos) para uma mesma duração de precipitação, que uma determinada intensidade pluviométrica seja igualado ou ultrapassada apenas uma vez.\nO período de retorno é fixado segundo as características da área a ser drenada; no caso de instalações hidráulicas prediais de águas pluviais, para cobertura e ou terrços, é estabelecido, pela NBR No. 10.844/ABNT/1989, um período de retorno igual a 5 (cinco) anos, enquanto que a duração da precipitação deve ser fixada em 5 (cinco) minutos.\n\n3.2.3 Frequência\nA frequência é o número de vezes que uma determinada intensidade de chuva é igualada ou superada em um determinado intervalo de tempo. Verifica-se que a frequência é igual ao inverso do tempo de recorrência.\n\n3.2.4 Tempo de Concentração\nCom tempo de concentração define-se o intervalo de tempo decorrido entre o início da chuva e o momento em que toda a área coletora passa a contribuir para uma determinada seção transversal de um condutor ou calha. A área de drenagem é constituída pelas áreas das superfícies que, interceptando a chuva, coletam e conduzem as águas para um determinado ponto da instalação.\nPara o escoamento em telhados e áreas descobertas de pequeno porte, o tempo de concentração varia entre cerca de 1 (um) a 5 (cinco) minutos.\n\n3.2.5 Intensidade pluviométrica de projeto ou intensidade da chuva crítica de projeto.\nComo a intensidade da chuva é inversamente proporcional à duração (t) e diretamente proporcional ao período de recorrência (T), pode-se estabelecer uma fórmula empírica do tipo:\nI = a x T^n / (t + b)\nonde a e b são parâmetros e m e n expoentes a serem determinados para cada local.\nPara serem determinadas as características das chuvas de uma localidade, é necessário coletar-se uma série de dados seguros e apropriados sobre uma quantidade razoável de precipitações ocorridas na região, em um longo período de anos. Os registros, denominados pluvioagramas, devem indicar o descorrelacionamento das chuvas individualmente, os quais são obtidos a partir de registradores automáticos, anteriormente designados por pluviógrafos. A partir da coleta de informações, são traçadas curvas relacionadas à duração, à intensidade e à frequência provável das chuvas, estabelecendo-se a procurada intensidade da chuva crítica de projeto.\nNBR No. 10.844/ABNT/1989.\nTabela 5: CHUVAS INTENSAS NO BRASIL (duração – 5 minutos), valores de intensidade pluviométrica relativos às diversas localidades brasileiras. Para Salvador – BA, a intensidade pluviométrica vale 122 mm/h, para um período de retorno de 5 anos. Portanto, a determinação da intensidade pluviométrica, para fins de projeto, deve ser feita a partir da fixação de valores apropriados para a duração de precipitação e o período de retorno. Em projeto de instalações hidráulicas prediais de escoamento de águas pluviais costuma-se considerar valores de intensidade pluviométrica entre 100 mm/h e 150 mm/h.\nNa inexistência de equações intensidade versus duração versus frequência e de dados pluviográficos, algumas propostas metodológicas foram desenvolvidas pela Hidrologia, as quais permitem estimar intensidades associadas a diversas durações a partir de dados pluviométricos, geralmente a chuva diária máxima.\n\n3.3 Cálculo da Vazão: Método Racional\nExistem diversos processos para a determinação da vazão a ser considerada no dimensionamento de um sistema predial de escoamento de águas pluviais. O Método Racional é o mais adequado para ser utilizado para pequenas áreas contribuintes, como é a situação das áreas relativas às edificações residenciais.\nO método racional utiliza a denominada \"Fórmula Racional\" para a determinação do valor da vazão máxima de contribuição em uma determinada área:\nQ = C x I x A\ndonde, Q: vazão, em litros/segundo\nI: intensidade pluviométrica de projeto, em mm/h\nA: área da superfície contribuinte, em m²\nC: coeficiente de escoamento superficial (dimensional)\n\nPode-se entrar com os fatores da equação em outras unidades, desde que sejam tomados os cuidados de ajuste dimensional a partir de um adequado fator de multiplicação.\nO coeficiente de escoamento superficial (run off coefficient, na expressão inglesa) é a relação entre a quantidade de água que escoa superficialmente e a quantidade de água que se precipita sobre determinada área. Portanto, o coeficiente de escoamento superficial representa a fração da chuva precipitada que escoa efetivamente.\nO coeficiente de escoamento superficial depende principalmente do grau de impermeabilização da superfície colorante das chuvas. São sugeridos na Tabela alguns valores a serem adotados para o coeficiente de escoamento superficial: Tabela 1: Valores de alguns coeficientes de escoamento superficial\nSuperfícies de telhados 0,70 a 0,95\nPavimentos 0,40 a 0,90\nVias e passeios apedrejados 0,15 a 0,30\nSuperfícies não pavimentadas e quintais 0,10 a 0,30\nApós estudos hidrológicos realizados para a cidade de Salvador – BA, a equação de chuvas intensas normalmente adotada pela Prefeitura Municipal é:\nI = 2960,16 T^0,163 / (t⁴ + 24)^0,743\nsendo, I: intensidade, em litros/segundo/hectare\nT: tempo de recorrência, em anos\nt: duração da chuva, em minutos\n\n3.3.1 Vazão de projeto\nA vazão de projeto (Qp) é a vazão de referência para o dimensionamento de diversos elementos componentes do sistema de escoamento de águas pluviais. É função basicamente da chuva. Se o parâmetro A representa a área da superfície pluvial, B a intensidade da chuva crítica (normalmente adota-se 150 mm/h, em Salvador/BA a vazão de projeto é obtida pela expressão:\nQp = A x I = A x 150\nCompatibilizando-se as unidades, para que a vazão de projeto seja expressa em litros por segundo e a área da superfície contribuinte em metros quadrados, tem-se:\nQp = n x 0,042 l/s/m²\n\nPara cada metro quadrado de área da superfície contribuinte (A = 1 m²), a vazão de projeto pode ser calculada pela expressão:\nQp = n x 0,042 l/s/m²\n\nConhecendo-se o valor para toda a área da superfície coletora (A), calcula-se a vazão contribuinte para uma calha de beiral, por exemplo, mediante uma simples operação aritmética de multiplicação:\nQc = Qp x A\ndonde, Qc: vazão contribuinte, em l/s\nA: área da superfície contribuinte ou coletora, em m²\nA pequena absorção das superfícies coletoras, bem como a evaporação, em geral são desprezadas. Para telhados, o coeficiente de escoamento superficial é adotado como tendo valores da ordem de 0,95 4 DIMENSIONAMENTO DAS CALHAS\n\nO dimensionamento das calhas é basicamente função das superfícies contribuintes e da precipitação pluvionétrica adotada para a localidade. A determinação das dimensões das calhas pode ser feita por meio de tabelas adequadas, especialmente elaboradas para o local onde será construída a edificação, atendendo ao tipo de material utilizado na concepção e às diversas formas geométricas empregadas na construção das mesmas, onde a seção semi-circular é mais comum. O dimensionamento é baseado na utilização de conhecidas fórmulas da Hidráulica, como sejam: Basin, Manning, etc. A declividade longitudinal das calhas deverá ser de 1% ou, excepcionalmente, de 0,5 %. As dimensões transversais para as calhas semi-circulares são de diâmetro de 100, 150, 200, 250 e 300 milímetros, fabricadas comercialmente em material PVC. \nA Tabela 2 indica valores para o coeficiente de rugosidade dos materiais normalmente utilizados na confecção de calhas:\n\nTabela 2 Fonte: NBR - 10.844/ABNT/1989\n\nMATERIAL COEF. RUGOSIDADE (n)\n\nPlástico, fibrocimento, aço, metais não ferrosos 0,011\n\nP ferro fundido, concreto alisado, alvenaria revestida 0,012\n\nCerâmica, concreto não alisado 0,013\n\nAlvenaria de tijolo não revestida 0,015\n\n4.1 Dimensionamento das calhas com seção transversal semi-circular\n\n4.1.1 Equação de escoamento nas calhas\n\nSeja uma calha de seção semi-circular, de raio interno R, conforme\n\nFigura 1:\n\nA vazão contribuinte para a calha (Qc) é calculada pelo produto da vazão de projeto (Qp) pelo valor da área da superfície coletora (A), ou seja:\n\nQc = Qp x A\n\n(1)\n\n19