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Águas Pluviais

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 + 2a

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.

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