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SANEAMENTO E INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS PREDIAIS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM > Conceituar instalações prediais de águas pluviais. > Avaliar a estimativa de precipitação pluvial e da vazão a escoar. > Dimensionar calhas, canaletas, condutores de águas pluviais e ralos. Introdução Quando a chuva incide sobre uma determinada residência, uma destinação correta deve ser pensada, a fim de manter a estanqueidade das partes cobertas e evitar sobrecargas em lajes ou patologias como infiltrações ou corrosão das armaduras de aço das peças de concreto. Por isso, é imprescindível uma correta estimativa da chuva de projeto e o dimensionamento de cada um dos dispositivos que con- duzirá a água até o seu destino adequado. Para isso, é importante conhecer as partes que constituem um sistema residencial de drenagem, ser capaz de estimar a água incidente sobre as superfícies em análise e calcular a vazão, e, também, dimensionar cada uma das partes dos diversos dispositivos. Neste capítulo, você vai estudar cada um desses passos. Instalações prediais de águas pluviais Sempre que pensar em termos de instalações prediais, uma boa formar de ligar os pontos é se perguntar qual problema específico aquele conjunto de dispositivos resolve. As instalações elétricas, por exemplo, resolvem o pro- Instalações prediais de águas pluviais Igor Ribeiro blema de como energizar uma dada unidade residencial de modo adequado. Usando essa analogia, ao pensarmos em instalações prediais de águas pluviais, o problema a ser resolvido é a água pluvial, ou seja, a água da chuva. A partir disso, intuitivamente, é possível pensar os constituintes. A água da chuva que incide sobre os telhados ou platibandas é conduzida por meio de calhas horizontais até uma saída. Tal saída se conecta a tubos verticais que, já abaixo do nível do solo — ou no nível da garagem, em alguns casos —, são ligados a condutores horizontais que direcionarão a água até a rede pública. Vale ressaltar que a legislação brasileira não permite que a água desse sistema seja interligada com as demais instalações, como esgotos (AZEVEDO NETO; FERNÁNDEZ Y FERNÁNDEZ, 2018). Os diâmetros que seriam resultantes da utilização de um sistema único e os riscos associados tornam isso impra- ticável. A Figura 1 ilustra essas instalações. Figura 1. Instalações prediais de águas pluviais. Fonte: Carvalho Júnior (2014, p. 183). Ao conceber esse caminho, é possível identificar a importância desse sis- tema. A norma que rege esse projeto é a NBR 10844 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989), ainda em vigor, que estabelece os critérios em termos de funcionalidade, durabilidade, manutenção, conforto do usuário e variáveis a serem consideradas para um dimensionamento adequado. Esses itens são sumarizados na seção 4.2 da norma, nos pontos a seguir. Instalações prediais de águas pluviais2 � Recolher e conduzir a vazão de projeto até locais permitidos pelos dispositivos legais com estanqueidade: a água que incide sobre os telhados e platibandas deve ser conduzida, adequadamente, sem transbordamento ou alagamentos, até a rede pública, de acordo com o plano diretor da cidade em que se projeta. � Permitir limpeza e desobstrução em qualquer ponto dos sistemas: as calhas, saídas e condutos horizontais devem ter ralos e dispositivos que permitam inspeção e desobstrução quando necessário. � Absorver os esforços provocados pelas variações térmicas, choques mecânicos, pressões de operação e demais intempéries: a maior parte dos materiais utilizados para as partes desses sistemas já satisfazem esses critérios, desde que dimensionados corretamente. � Não provocar ruídos excessivos e ser fixados de modo a assegurar a resistência e durabilidade. � Nos componentes em contatos com outros materiais, utilizar materiais compatíveis entre si. Principais partes das instalações Essas instalações são constituídas por poucas partes, que têm a função de captar e conduzir a água da chuva até o seu destino. Podemos dividi-las da seguinte forma. � Superfícies coletoras: telhados, platibandas, pisos externos, paredes, coberturas, terraços e demais superfícies que interceptam as águas pluviais. � Calhas: são elementos horizontais que recebem as contribuições das superfícies coletoras e conduzem às saídas. � Rufos: são elementos alocados de modo a evitar infiltrações, prote- gendo cantos como encontros com platibandas ou muros. � Saídas: são elementos verticais que convergem as águas primariamente coletadas nas calhas ou mesmo em outras superfícies coletoras. O proje- tista deve estar atento à possibilidade de incorporação de ar e eventual redução da capacidade hidráulica em saídas do tipo arestas vivas. � Condutores: tubulações utilizadas para conduzir a água por escoamento livre tanto na vertical a partir das saídas quanto na horizontal. � Ralos: elementos dotados de grelhas planas ou hemisféricas que po- dem convergir a água e ser direcionada a alguma outra parte como condutor horizontal. Instalações prediais de águas pluviais 3 Às vezes, problemas de transbordamento de calhas podem ser re- solvidos apenas alterando o tipo de saída para o tipo funil. Esse tipo evita a incorporação de ar que leva à estricção do escoamento e, consequen- temente, à redução da capacidade hidráulica. Entradas do sistema Na engenharia, sempre precisamos saber a demanda para depois dimen- sionar o sistema conforme aquela solicitação. Neste capítulo, seguiremos o mesmo raciocínio: devemos inicialmente estimar a chuva e, a partir dela e do coeficiente de deflúvio assumido, calcular a vazão de chuva que se converte em escoamento superficial. Como a chuva varia amplamente dependendo da região, do período observado e da duração da chuva, usualmente fazemos uma estimativa da chuva de projeto, com base em uma abordagem probabilística. Inicialmente, vamos definir o parâmetro tempo de retorno. Tal parâmetro representa o tempo para que determinado evento seja igualado ou excedido. Ou seja, ao utilizar um tempo de retorno (TR) de 50 anos, em vias práticas, significa que essa é a intensidade pluviométrica que não será igualada ou excedida dentro do período considerado. Quanto maior o TR, maior será a intensidade de chuva considerada no dimensionamento, o que resultará em maiores seções. Nesse ponto, é necessário definir qual será o tempo ótimo, que vai garantir segurança de modo econômico. A NBR 10844 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989) esta- beleceu três faixas com condicionantes, que foram reiteradas posteriormente por Azevedo Neto e Fernández y Fernández (2018) e Araújo (2014). Veja a seguir. � TR = 1 ano: obras onde empoçamentos podem ser tolerados. � TR = 5 anos: para coberturas e/ou terraços. � TR = 25 anos: para coberturas e áreas onde empoçamentos e extrava- samentos não podem ser tolerados. Como empoçamentos e extravasamentos geram efeitos não desejados nas edificações, é usual que o tempo de 25 anos seja adotado para projetos de instalações de águas pluviais. A duração da chuva é outro parâmetro complexo para estimativa. Chuvas de longa duração costumam ter maior volume de água, e as de curta duração Instalações prediais de águas pluviais4 costumam ter maior intensidade. A norma vigente concede um direcionamento: o tempo de duração deve ser adotado como 5 minutos, caso informações meteorológicas mais precisas não estejam presentes (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989). Em obras especiais, como hospitais, podem ser adotados maiores períodos de retorno e diferentes tempos de concentração, para estimativas mais conservativas. Comumente, de acordo com dados colhidos em estações meteorológicas, uma curva que considera a intensidade, a duração e a frequência da chuva (IDF) é ajustada de acordo com uma correlação empírica na forma: Os parâmetros a, b, c e d são ajustados por regressão linear ou não linear de acordo com a localidade para os dados colhidos. Campos et al. (2014) efetuaram um precisoestudo sobre a intensidade pluviométrica a partir dos dados disponíveis na Agência Nacional de Águas (ANA). A Figura 2 mos- tra a curva ajustada por regressão linear (IRL) e não linear (IRNL), com os respectivos coeficientes R2, que aponta a confiabilidade da equação para o conjunto de dados. Figura 2. Ajuste de curva IDF para Teresina (PI). Fonte: Campos et al. (2014, documento on-line). Instalações prediais de águas pluviais 5 Efetuado o ajuste com confiabilidade satisfatória, os coeficientes são usualmente tabelados para cálculo, como o Quadro 1. Quadro 1. Coeficientes de ajuste IDF Nº Local Coeficientes de ajuste a b c d 1 Porto Alegre 816,59 0,167 12 0,76 2 Florianópolis 1.754,24 0,187 36 0,823 3 Curitiba 998 0,178 9 0,784 4 São Paulo* 29,13 0,181 15 0,89 5 Rio de Janeiro 1.239 0,15 20 0,74 *mm/min Fonte: Adaptado de Carvalho Júnior (2014). Nesse ponto, é importante demarcar que a norma permite uma simpli- ficação para edificações com projeção horizontal em planta inferior a 100 m²: para essas áreas, a intensidade volumétrica pode ser considerada com o valor de 150 mm/h. Uma vez que a chuva de projeto foi estimada, aplica-se a equação do método racional: onde Cm é o coeficiente de deflúvio e iA é a área de contribuição em m². Usu- almente, para telhados, adota-se CM = 1,0, que equivale a afirmar que toda a chuva de projeto incidente se converterá em escoamento superficial. Essa consideração é a favor da segurança. Para o cálculo das áreas de contribuição, a NBR 10844 (ASSOCIAÇÃO BRA- SILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989), considerando que a chuva não incide ortogonalmente nas superfícies, prescreve algumas relações de acordo com a configuração disposta. A Figura 3 mostra as principais configurações e as relações para o cálculo das áreas. Instalações prediais de águas pluviais6 Figura 3. Cálculo das diversas configurações para áreas de distribuição. Fonte: Campos et al. (2014, documento on-line). A partir do desenho arquitetônico, deve ser traçado o percurso da água para verificar para qual calha cada uma das áreas contribuirá. Deve-se buscar uma distribuição que forneça os diâmetros mais econômicos e que satisfaça os critérios normativos. Instalações prediais de águas pluviais 7 Calcule a vazão de projeto pelo método racional para o telhado ilustrado a seguir, em uma edificação com 85 m². Fonte: Carvalho Júnior (2014, p. 190). Resolução: Inicialmente, devemos calcular a área da superfície coletora. De acordo com a Figura 3b, para essa superfície inclinada, devemos calcular a área por meio da expressão: Como a área de projeção é inferior a 100 m², podemos adotar a intensidade com o valor de 150 mm/h, o que resulta em: Dimensionamento dos elementos do sistema Uma vez que os inputs do sistema forem calculados, iniciamos o dimensio- namento das calhas. Existem basicamente dois tipos principais: de beiral e de platibanda. Como o escoamento é livre, ou seja, sujeito apenas à pressão atmosférica, utilizaremos a equação de Manning: Instalações prediais de águas pluviais8 onde Am é a área molhada, em m², RH é o raio hidráulico, I é a inclinação da calha e n é o coeficiente de rugosidade, que depende do material utilizado nesse elemento. Entre os mais usuais, cita-se o PVC, o aço galvanizado, as folhas de flandres, as chapas de cobre ou mesmo as de concreto, mais comuns para calhas internas. Como escolher o material para a calha? Carvalho Júnior (2014) faz algumas considerações sobre as vantagens associadas à utilização da calha PVC, que oferece resistência química à corrosão, mesmo para cidades litorâneas, e tem rápida e fácil instalação. Entretanto, esse material perde em termos de durabilidade e sustentabilidade. Como temos um escoamento livre, a capacidade hidráulica da calha está diretamente associada à quantidade de energia que fornecemos ao sistema por meio da declividade. Tendo isso em vista, a norma prevê uma declividade mínima de 0,5% para calhas de beirais (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989). Quando tivermos calhas de água furtada, como na Figura 4, a declividade prescrita no projeto deve ser observada. Figura 4. Formas e tipos das calhas mais comuns. Fonte: Carvalho Júnior (2014, p. 192). Não podemos seguir e utilizar declividades cada vez maiores para aumentar a capacidade hidráulica. Pense por um instante na instalação de uma calha com grande declividade. Além da pouca praticidade associada ao tipo de su- porte, os grandes desníveis são desagradáveis do ponto de vista estético. Por isso, não é muito comum que sejam utilizadas declividades superiores a 2%. Instalações prediais de águas pluviais 9 Como as calhas por vezes fazem curvas, perdas de cargas são associadas. Por isso, a norma prevê um coeficiente para o ajuste da vazão a ser consi- derada para a redução da capacidade hidráulica no cálculo de acordo com o tipo de escoamento e a proximidade da saída vertical dessa mudança de direção (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989). Os valores praticados estão listados no Quadro 2. Quadro 2. Coeficientes de ajuste IDF Tipo de curva Distância do elemento até saída dFonte: Carvalho Júnior (2014, p. 199) Instalações prediais de águas pluviais12 Resolução: Para as informações concedidas, a partir do Quadro 3, temos: Utilizando a saída em aresta viva, devemos traçar uma linha vertical até encontrar a curva correspondente. Então, a partir da intersecção mais alta, traçamos uma horizontal. Por fim, adota-se o diâmetro superior ao obtido. Fonte: Adaptada de Carvalho Júnior (2014). Instalações prediais de águas pluviais 13 Nesse caso, o diâmetro de 75 mm pode ser adotado para as saídas do tipo aresta viva. Para a saída do tipo funil, temos: Fonte: Adaptada de Carvalho Júnior (2014). Observe que, devido à maior capacidade hidráulica, o valor projetado no eixo das ordenadas é menor. Contudo, devido aos diâmetros comerciais, a vazão em análise resultará no mesmo diâmetro de 75 mm. Condutores horizontais Finalmente, a água coletada no sistema, somada às possíveis contribuições das superfícies acima dos tubos, será conduzida pelos condutores horizontais até o destino legalmente permitido, como a calha viária, as valas de infiltra- ção, os poços de armazenamento, entre outros. Reis e Ilha (2019) apontam as técnicas de drenagem de lote como soluções para atender às crescentes demandas de soluções de drenagem de baixo impacto ambiental. A norma limita a declividade mínima desses elementos a 0,5%, para evitar acúmulo de sujeira e demais formas de obstruções (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989). Por outro lado, usualmente, os códigos municipais Instalações prediais de águas pluviais14 estabelecem velocidades máximas — e, com isso, declividades limites — para evitar a erosão dos tubos, aumentando a vida útil. No caso de serem condutores aparentes, devem ser previstas inspeções e caixas de inspeções quando enterrados em mudanças de direção ou no máximo a cada 20 m. A ligação do condutor vertical com os horizontais deve ser feita utilizando curvas. Ao mesmo tempo, devem ser instaladas caixas de areia nessas transições. O dimensionamento desses elementos é feito a partir da aplicação de tabelas fornecidas pela norma, com a capacidade hidráulica em função da rugosidade, declividade e diâmetro dos tubos utilizados (ASSOCIAÇÃO BRASI- LEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1989). A equação de Manning é utilizada supondo a altura da lâmina de água como equivalente a 2/3 do diâmetro. Nesse ponto, é preciso demarcar que as superfícies a nível no terreno usualmente geram contribuições em termos de escoamento superficial. Por isso, o procedimento mais preciso seria estimar o coeficiente de deflúvio para as áreas em análise e então somar a vazão em um dado trecho de cálculo. Para pequenas áreas de projeção, Carvalho Júnior (2014) e Azevedo Neto e Fernández y Fernández (2018) utilizam aproximações que estimam o diâmetro a partir de uma dada área de contribuição calculada. A partir de tais aproximações, basta calcular a área e consultar o Quadro 4 para obter o diâmetro de projeto. Instalações prediais de águas pluviais 15 Q ua dr o 4. D iâ m et ro s no m in ai s a se re m a do ta do s a pa rt ir de u m a da da á re a de c on tr ib ui çã o n n = 0, 01 1 n = 0, 01 2 n = 0, 01 3 i 0, 50 % 1% 2% 3% 0, 50 % 1% 2% 3% 0, 50 % 1% 2% 3% DN 50 13 18 26 31 12 17 24 29 11 15 22 27 75 38 53 76 93 35 49 69 85 32 45 64 78 10 0 81 11 5 16 3 19 9 75 10 6 14 9 18 3 69 97 13 8 16 9 15 0 24 0 34 0 48 0 58 8 22 0 31 1 44 0 53 9 20 3 28 7 40 6 49 8 20 0 51 7 73 1 1. 03 4 1. 26 7 47 4 67 0 94 8 1.1 61 43 8 61 9 87 5 1. 07 2 25 0 93 8 1. 32 6 1. 87 5 2. 29 6 85 9 1. 21 5 1. 71 9 2. 10 5 79 3 1.1 22 1. 58 7 1.9 43 30 0 1. 52 4 2. 15 6 3. 04 9 3. 73 4 1. 39 7 1.9 76 2. 79 5 3. 42 3 1. 29 0 1. 82 4 2. 58 0 3. 16 0 Fo nt e: A da pt ad o de A ze ve do N et o e Fe rn án de z y Fe rn án de z (2 01 8) . Instalações prediais de águas pluviais16 Exemplo Para o telhado a seguir, em planta, não existem contribuições não despre- zíveis no nível dos condutores horizontais, e os condutores verticais têm as seguintes vazões: Cada condutor vertical está conectado à jusante com o condutor vertical de mesmo índice. Efetue o dimensionamento de todos os condutos indicados na figura a seguir. Fonte: Adaptada de Viana (2019). Condutor vertical Platibanda 1 20 .0 0 Pl at ib an da 2 Ca lh a 1 Ca lh a 2 2 10.00 Planta baixa 1 Platibanda 1 Condutores horizontais CH1 CH3 CH5 CH2 CH4 CH6 Condutores horizontais Caixa de areia Pl at ib an da 2 Instalações prediais de águas pluviais 17 Resolução: Inicialmente, devemos atribuir corretamente as vazões para o dimensio- namento de todas as tubulações. Como apenas as vazões dos condutores verticais serão consideradas, atribuímos inicialmente a vazão para os tubos horizontais conectados à montante com os tubos verticais. Logo: Adicionalmente, verificamos que o tubo CH1 une-se a CH2 em uma caixa de areia. Logo, CH5 terá a vazão: A esse tubo, adicionaremos as vazões dos tubos horizontais 4 e 5: A partir dessas vazões, consultando uma tabela de capacidade hidráulica como a disponível em Azevedo Neto e Fernández y Fernández (2018), obtemos os diâmetros, para n = 0,011: Instalações prediais de águas pluviais18 Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 10844: instalações prediais de águas pluviais-procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 1989. ARAÚJO, R. R. Estudo comparativo entre a Norma Brasileira NBR10844 e a Norma Europeia 12056-3. 2014. Dissertação (Mestrado) — Universidade do Porto, Porto, 2014. AZEVEDO NETO, J. M.; FERNÁNDEZ Y FERNÁNDEZ, M. Manual de hidráulica. 9. ed. São Paulo: Blücher, 2018. CAMPOS, A. R. et al. Equações de intensidade-duração-frequência de chuvas para o estado do Piauí. Revista Ciência Agronômica, v. 45, n. 3, p. 488–498, 2014. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rca/a/gpg3YZG4dtWdj7XYRmC49CQ/?format=pdf&lang =pt. Acesso em: 27 jul. 2021. CARVALHO JÚNIOR, R. Instalações prediais hidráulico-sanitárias: princípios. São Paulo: Blücher, 2014. E-pub. REIS, R. P. A.; ILHA, M. S. de O. Influência das condições de instalação do sistema predial de água pluvial nas soluções de drenagem na fonte. Ambiente Construído, v. 19, n. 1, p. 129–141, jan./mar. 2019. VIANA, D. Dimensionamento de calhas e condutores: exercício de fixação. In: GUIA da engenharia. [S. l.: s. n.], 2019. Disponível em: https://www.guiadaengenharia.com/ dimensionamento-calhas-condutores/. Acesso em: 30 jul. 2021. Leitura recomendada GONÇALVES, L. S. Relações intensidade-duração-frequência com base em estimativas de precipitação por satélite. 2011. Dissertação (Mestrado) — Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2011. 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