Transcript
ÁGUAS PLUVIAIS
CONSIDERAÇÕES GERAIS
O estudo da precipitação pluvial visa obter dados para o projeto de
meios de coleta e condução das águas de chuva o mais rapidamente possível
aos cursos d'água, lagos ou oceano, com o objetivo de evitar inundações em
edificações, logradouros públicos ou outras áreas. Constitui um capítulo da
hidrotécnica, também chamada de Engenharia de Recursos Hídricos. O
esgotamento pluvial é objeto específico da hidrotécnica urbana ou
Engenharia de Drenagem Superficial. Esse ramo da hidrotécnica abrange uma
ampla faixa de aplicação de estudos hidrológicos e hidrotécnicos, que vão
desde a obtenção de dados pluviométricos, o estabelecimento da equação de
previsão de chuvas e o estudo das bacias contribuintes até o
dimensionamento e projeto das redes de escoamento de águas pluviais
(coletores e galerias) e das estruturas hidráulicas singulares (bueiros,
pontilhões, bocas-de-lobo etc.).
Aos interessados em ampliar e desenvolver estudos desse importante
campo da hidrotécnica, recomendamos o excelente tratado Engenharia de
Drenagem Superficial (1978), de autoria do ilustre Prof. Paulo Sampaio
Wilken, nome conhecido por quantos se interessam pela engenharia hidráulica
e saneamento ambiental. No presente tópico consideremos 02 casos que
enquadram dentro do âmbito das atribuições de quem elabora projetos de
instalações :
- esgotamento de águas pluviais de áreas relativamente pequenas e de
certo modo isoladas e independentes, como telhados, terraços, pátios,
áreas de estacionamento etc.
- drenagem superficial de áreas maiores, de média extensão, como
loteamentos, conjuntos habitacionais, complexos fabris e industrias,
onde existem arruamentos particulares ligados ou incorporados ao
sistema viário da municipalidade.
ESGOTAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS (AP) EM PEQUENAS ÁREAS
É regido pelo projeto NB 611/79 da ABNT : Instalações prediais de
águas pluviais. A instalação de esgotamento de AP em prédios de qualquer
porte, pátios e áreas limitadas podem abranger 02 casos :
- os elementos que constituem a rede de esgotos pluviais em questão
acham-se acima da galeria do logradouro público ou de sarjeta, e nesse
caso, por gravidade as águas são conduzidas até esses locais.
- Os elementos referidos encontram-se em cota inferior à do coletor ou
poço de visita pública. Torna-se necessário construir um poço de águas
pluviais e bombear a água até uma caixa de passagem, de onde, por
gravidade, possa escoar até a galeria pública.
Consideremos o primeiro caso. As águas de telhados, terraços, áreas e
terrenos são conduzidos por escoamento natural para o coletor da via
pública, caso este exista, para a sarjeta, ou ainda, para alguma vala,
canal ou curso d'água que passe próximo do local a esgotar. A fig 3.1 – pág
10 mostra como se executa, em muitos casos, o esgotamento das AP de um
prédio cujo alinhamento da fachada se acha no passeio. No caso, vemos 02
condutores AP-1 e AP-2 trazendo a água de uma cobertura e permitindo seu
despejo nas caixas de areia (CA) CA-1 e CA-2, de onde é feito o lançamento
numa caixa de ralo na sarjeta. A NB 611 se refere apenas à AP em coberturas
e demais áreas associadas do edifício, tais como terraços, pátios, quintais
e similares. Não se aplicam em casos onde as vazões de projeto e as
características da área exijam a utilização de bocas-de-lobo e galerias.
Estimativa da precipitação pluvial
No caso que estamos considerando, procura-se simplificar a questão do
estabelecimento da intensidade da chuva, que deverá ser prevista para o
dimensionamento de calhas e condutores. Para áreas maiores como as de
loteamentos, devem ser feitas considerações que conduzam a uma maior
exatidão no projeto, o que faremos oportunamente.
Com base em dados pluviométricos locais, procura-se conhecer as
chamadas chuvas críticas, isto é, de pequenas duração e grande intensidade.
A experiência tem mostrado que , normalmente, as chuvas de pequena duração
são de grande intensidade e, ao contrário, as chuvas prolongadas são de
intensidade menor. Como ralos, calhas e condutores recebem essa
precipitação, devem ser dimensionados para chuvas intensas, de modo que,
integralmente e em espaço de tempo muito limitado, as águas sejam drenadas,
evitando que ocorram alagamentos, transbordamentos e infiltrações. A
precipitação é expressa por sua intensidade, a qual é medida em milímetros
da altura d'água por hora. No caso de grandes áreas, como veremos mais
adiante, além de se considerar a infiltração de parte da água pelo solo não
pavimentado, há que se levar em consideração que decorre certo tempo para
que as cheguem aos ralos e bocas-de-lobo. Costuma-se considerar como chuva
crítica para esse gênero de estimativa prudente, a chuva de 150 mm/h. É
evidente que, para achar a vazão a esgotar, temos apenas que multiplicar
a área sobre a qual cai a chuva por esse valor de intensidade da mesma.
Chamando (S) de área em m², (p) de precipitação em mm/h, (Q) de vazão
em l/s teremos :
Q = S x p / (3600) ( Vazão de projeto
Para 1 m² e p = 150 mm/h teremos :
Q = 0,0042 l/s por m² ou 2,52 l/min por m².
Essa taxa é geralmente a que se considera , pelo menos para áreas de até
100 m². Para locais em que os índices pluviométricos são
extraordinariamente elevados para chuvas de curta duração, tem-se adotado
170 mm/h, e onde a extrema segurança é necessária, como no caso dos
acessos às estações subterrâneas do metrô, adota-se no cálculo de drenagem
3,6 l/min por m², o que corresponde a 216 mm/h.
Calhas e canaletas
Nos telhados empregam-se calhas que, conforme o detalhe arquitetônico,
podem ser de cobre, cimento amianto, PVC rígido, chapa galvanizada,
fiberglass e concreto. Em áreas e pátios, recorrem-se, às vezes, a
canaletas abertas ou recobertas com grelhas, tampas de concreto armado ou
FF. As calhas de cobre são usadas mais em residências com telhados cujo
estilo recusa outro tipo de material. As curvas, derivações, bocais,
esquadros e luvas são fabricados geralmente no próprio local da obra, por
funileiro. A fixação é feita com braçadeiras de ferro ou "cambotas" de
madeira. Calhas de chapa de ferro galvanizado são desaconselhadas por serem
rapidamente destruídas em locais de ar salitrado. Em instalações
industriais são largamente usadas as de cimento amianto. Encontram muita
aceitação as calhas de PVC rígido e de fiberglass, pelas conhecidas
propriedades que esses materiais possuem e pelo bom aspecto estético que
oferecem.
DIMENSIONAMENTO DAS CALHAS
Podemos calcular as calhas por meio de fórmulas da hidráulica de
canais, ou usar tabelas e ábacos que, evidentemente, foram calculados por
fórmulas a partir de hipóteses quanto à precipitação pluvial.
Emprego das equações clássicas de hidráulica de canais
O cálculo pode ser realizado tal como vimos no tópico Esgotos
Sanitários, com as equações de continuidade ( de Castelli) Q = A x v (área
multiplicado pela velocidade) e de Chevy, V = C , ou então com a de
Manning-Strickler
V = (R)2/3 . (I)1/2 / (n) , Q = K . S (V)
Onde,
V = velocidade de escoamento em m/s
R = raio hidráulico ou raio médio ( razão entre a área transversal de
escoamento molhada e o perímetro molhado
I = declividade em m/km ou mm/m ( altura disponível / comprimento da calha
n = coeficiente de rugosidade, considerado como igual a 0,012 para calhas
de material liso
K = 60000
S = seção molhada (m²)
Calhas e canaletas de seção semicircular. Considerando a calha semicircular
de raio r trabalhando a plena seção, o raio hidráulico R é dado por
R = (π r²/2) / (2πr/2) = r/2
Com o valor de (r) se calcula o raio hidráulico R. Tendo-se r e conhecendo-
se o n e I, determina-se V. Pela equação da continuidade obtém-se o valor
de Q. Dividindo Q pela precipitação acha-se a área de cobertura ou terreno
drenada pela calha.
Exemplo :
Qual a área que poderá ser esgotada por uma calha semicircular de cimento
amianto de 15 cm de diâmetro, sendo a declividade da calha de 1%, o n =
0,013 e p = 0,042 l/s/m² ?
r = 0,15/2 = 0,075 m, I = 0,01, n = 0,013 e Q = 0,000042 m³/s/m²
Raio hidráulico : R = r/2 = 0,0375 m
Velocidade pela fórmula de Manning :
V = (R)2/3 . (I)1/2 / (n)
Substituindo os valores encontraremos p/ V = 0,862 m/s
Descarga : Q = S (V)
(π. 0,075²)/2 . (0,862) = 0,007614706 m³/s
Área drenada : A = 0,007614706 / 0,000042 = 181,30 m²
A tab 3.1 – pág 06 foi calculada pela fórmula de Manning, tal como fizemos
para calha de 6" de diâmetro. É aplicável a calhas de cimento amianto. O
coeficiente de rugosidade adotado foi um pouco menor que o adotado no
exemplo anterior.
Obs.: Para calhas de beiral ou platibanda, é conveniente aumentar a vazão
estimada de projeto, de 15 a 20%, para levar em conta as mudanças de
direção do condutor vertical ligado à calha e a localização de sua inserção
na calha.
Calhas ou canaletas de seção retangular
As calhas de concreto fundidas no local em geral são de seção
retangular, por serem de execução mais simples. Da fig 3.2 – pág 10 podemos
escrever :
Perímetro molhado : p = b + 2 a
Raio hidráulico : R = (a . b) / p
Exemplo :
Sejam b = 200 mm i = 1% Q = 0,042 l/s/m²
a = 145 mm n = 0,02
Perímetro molhado : p = 0,2 + (2.0,145) = 0,49 m
Raio hidráulico : (0,2 . 0,145) / 0,49 = 0,0592 m
Velocidade pela fórmula de Manning : V = 0,76 m/s
Descarga : Q = a . b . V = 0,2 . 0,145 . 0,76 = 0,022 m³/s ou 1322 l/min
Obs.: O valor de K = 60000
1 m³/s ( 60000 l/min
Área drenada : 0,022/0,000042 = 524 m²
Conclusão :
V = (R)2/3 . (I)1/2 / (n)
Q = S (V)
Quanto maior a inclinação (I) maior a velocidade. Quanto maior a velocidade
maior a vazão. Quanto maior a vazão maior a área drenada.
Condutores de águas pluviais (fig 3.3 – pág 10)
Costuma-se designar por condutores os tubos que conduzem as AP dos
telhados, terraços e áreas abertas às caixas de areia, a partir de onde as
águas são conduzidas ao local de lançamento por coletores. Esses coletores,
quando de diâmetro pequeno, são chamados de AP. O local de lançamento pode
ser um coletor público, uma galeria de AP, uma caixa de ralo na via
pública, um canal ou rio.
Condutores verticais
O condutor vertical pode ser ligado na extremidade superior
diretamente a uma calha (caso de telhados), ou receber um ralo quando se
trata de terraços ou calhas largos, onde se receia a obstrução do condutor
por folhas, papéis, trapos e detritos diversos. O condutor normalmente não
é, e nem deve ser calculado como um encanamento à plena seção, e o formato
dos ralos e suas grelhas determinam uma perda de carga de entrada que só
experimentalmente pode ser determinada. Por esta razão se justificam o
emprego de tabelas consagradas pelo uso e os bons resultados obtidos em
função dos diâmetros dos condutores verticais, já levando em conta as
conseqüências da obstrução da grelha e dos ralos. Pode-se usar a tab 3.2 –
pág 05, que permite o dimensionamento dos condutores verticais, com caixa
de ralo de boca afuniladas baseada numa precipitação pluvial de 150 mm/h ou
2,50 l/min e por m² de área sobre a qual cai a chuva.
Nota : 1 mm/h ( 0,01666666666 l/min p/ 1 m² de área
Tab 3.2 Condutores verticais de águas pluviais
"Diâmetro do condutor"Área máx. da cobertura "
"(pol) "cm "Uso "Considerando "Recomendação "
" " "corrent"1 cm² por m² "norte - "
" " "e "de " "
" " "no RJ "Área a esgotar"americana "
"2 "5,1 "46 "20 "39 "
"2 1/2 "6,4 "89 "31 "62 "
"3 "7,6 "130 "44 "88 "
"4 "10,2 "288 "78 "156 "
"5 "12,7 "501 "128 "256 "
"6 "15,2 "780 "176 "342 "
"8 "20,3 "1616 "323 "646 "
Alguns projetistas, adotando o critério de supor, arbitrariamente, que a
velocidade de escoamento no condutor vertical é a mesma que a do coletor
horizontal a plena seção e com velocidade da ordem de 0,5 m/s, adotam 1 cm²
de seção de condutor para cada metro quadrado de área drenada, o que conduz
a diâmetros exagerados. Certas especificações
norte-americanas prevêem 0,50 cm² de condutor por m² de área drenada,
considerando chuvas de 200 mm/h. A tab 3.2 – pág 05 mostram enorme
discrepância entre os valores das áreas drenadas pelos condutores segundo
os três critérios.
Os valores de uso corrente no RJ correspondem praticamente aos do
escoamento de tubo circular a plena seção com declividade de 4%, como se
comprova cotejando as tab 3.2 e 3.3 – págs 05 e 07. O dimensionamento
rigoroso deveria levar em conta a altura da lâmina d'água acima do ralo e
os desvios da coluna até a caixa de areia.
Condutores horizontais
Os condutores de terraços, áreas abertas, pátios etc., são
denominados horizontais, quando sua declividade é pequena. Em geral, são
dimensionados para trabalhar a plena seção, com a declividade necessária e
suficiente para escoar com velocidade aconselhável, vencendo a perda de
carga. A tab 3.3 – pág 07 permite determinar a área drenada para vários
diâmetros do condutor e diversas declividades, supondo uma precipitação de
150 mm/h e trabalhando a plena seção. Podemos calcular a área máxima
drenada pelo condutor considerando a plena seção. Suponhamos, por exemplo,
o condutor de 4", uma declividade de 1% e n = 0,02, plena seção e 0,042
l/m² de precipitação.
O raio hidráulico é R = πr² / 2πr = r/2 = 0,025 m
Na tab 2.20 obtemos para declividade de 1/1000 (um por mil) os valores :
V = 0,22 m/s
Q = 1,70 l/s
Tab 2.20 Diâmetro do coletor da área transversa de escoamento
"Diâmetros "Plena seção "Seção 3/4 D "Seção 1/2 D "
"mm "pol. "
"do "por um condutor de águas pluviais "
"condutor"Declividade (%) "
"(pol.) "0,5 "1 "2 "4 "
"2 " " "32 "46 "
"3 " "69 "97 "139 "
"4 " "144 "199 "288 "
"5 "167 "255 "334 "502 "
"6 "278 "390 "557 "780 "
"8 "548 "808 "1105 "1816 "
"10 "910 "1412 "1807 "2824 "
Ralos
Nos locais onde se pretende esgotar águas pluviais usam-se ralos que
coletam a água de áreas cobertas ou de calhas, canaletas e sarjetas,
permitindo sua entrada em condutores e coletores.
O ralo compreende 02 partes :
a) Caixa ;
b) Grelha, que é o ralo propriamente dito.
Caixa de ralo
Para terraços e calhas de telhados usa-se geralmente caixa de FF
contendo 02 partes : uma que se liga ao tubo da coluna de queda de AP e
outra que se sobrepõe e se ajusta à primeira, intercalando-se entre ambas,
conforme o tipo de impermeabilização : camadas de feltro de amianto em base
asfáltica ou lençol de Pb ou de neoprene. Quando se trata de esgotamento de
água de áreas de estacionamento ou grandes pátios, a caixa de ralo é de
alvenaria de tijolo maciço revestido com argamassa de traço forte.
A fig 3.4 – pág 11 mostra uma caixa de ralo para via pública ou rua
particular com ralo de FF do tipo pesado. Vê-se que a caixa não possibilita
a coleta de areia e evita que a água possa acumular-se , dando lugar a
inconvenientes de ordem sanitária. Em algumas municipalidades, porém,e em
zona altamente urbanizadas, é usada a caixa de ralo também como caixa de
areia e , portanto, a saída do coletor se faz 60 cm acima do fundo da
caixa, como mostra a fig 3.5 – pág 12 . No tipo indicado existe uma boca-de-
lobo, que é uma abertura no meio-fio por onde a água , vindo pela sarjeta,
escoa diretamente na caixa. Na fig 3.5 – pág 12 a caixa não contém ralo,
mas tampão de FF.
É mais comuns fazer-se boca-de-lobo com um ralo colocado na sarjeta
(fig 3.6 – pág 12) ou no passeio, debaixo de uma tampa que pode ser de
concreto (fig 3.7 – pág 13) ou de FF (fig 3.6 – pág 12). Quando se usa boca-
de-lobo e ralo, as dimensões da caixa são maiores e esta se estende sob o
passeio. Em alguns tipos de boca-de-lobo, o chanfro no meio-fio é
substituído por uma placa de FF na altura do meio-fio (fig 3.6). A fig 3.7
mostra um tipo de boca-de-lobo com grelha e tampa de concreto. A entrada de
água faz-se por uma abertura no meio-fio ou no anel de apoio da tampa. O
projetista da infra-estrutura de um loteamento deverá levar em conta que a
declividade mínima dos logradouros (calçadas) deve ser de 3%. São
aceitáveis logradouros com trechos em patamar, sendo obrigatório, nestes
trechos, que as sarjetas sejam projetadas com 60 cm de largura e lançadas
com greide ondulante, com a "gola" (espelho) do meio-fio variando, em cada
15 m de extensão, de 0,12 a 0,17 m. Nos pontos mais baixos das sarjetas
devem ser projetados ralos com bocas-de-lobo. (fig 3.8 – pág 14)
Grelhas
As grelhas sobrepõem-se à caixa e visam impedir o acesso de corpos
estranhos ao condutor. Existem 02 tipos de grelhas : as planas e as
hemisféricas.
Grelhas planas
São usadas em sarjetas, áreas de estacionamento de veículos e
terraços, onde possa haver movimentação de pessoas. As grelhas de caixa de
ralo, quando nas sarjetas de ruas, são de FF pesado, usando-se também o
concreto. Para drenagem de pequenas áreas, empregam-se grelhas de FF de (10
x 10), (15 x15), (20 x20), (30 x 30), (40 x 40) cm etc., podendo-se
encomendar às fundições grelhas em outras dimensões.
Grelhas hemisféricas
Também chamadas de "cogumelo" ou "abacaxi" (pelo que suas formas
sugerem), são usadas de preferência nos terraços, nas calhas de concreto de
telhados e áreas abertas de edifícios, por proporcionarem maior seção de
escoamento e reterem papéis, trapos e detritos sem ficarem totalmente
recobertas, obstruindo a passagem da água. A fig 3.10 – pág 14 mostra
vários tipos de ralos "abacaxi", além de alguns tipos de ralos planos.
Costuma-se fazer caixa de ralo com dimensões tais que a grelha tenha uma
área de orifícios iguais, pelo menos uma vez e meia à área do condutor ao
qual o ralo serve.
Poços de visita (PV)
Os PV devem estar localizados nas seguintes partes da rede de AP :
a) nas cabeceiras dos coletores ;
b) nas mudanças de direção ;
c) nas mudanças de declividades ;
d) nas mudanças de seção ;
e) na confluência de coletores ;
f) nos alinhamentos retos em intervalos não superiores a 60 m.
A fig 3.11 – pág 15 mostra um PV de alvenaria e a fig 3.12 – pág 16 , um
PV de anéis de concreto pré-moldados.
A fig 3.35 – pág 11 mostra as áreas de contribuição para cálculo de vazão
em calhas, coletores e condutores verticais.
Não abordaremos o esgotamento de águas pluviais de áreas de média extensão.