Sistemas Prediais de Drenagem de Águas
Pluviais e Freáticas
Eduardo João Vindeirinho Rino
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente:
Professor Augusto Martins Gomes
Orientadores: Professor Albano Luís Rebelo da Silva das Neves e Sousa
Professora Maria Cristina de Oliveira Matos Silva
Vogal:
Professora Filipa Maria Santos Ferreira
Outubro de 2011
(Página em branco)
II
Resumo
A presente dissertação pretende reunir informação sobre sistemas prediais de drenagem de
águas pluviais e freáticas. Para tal, foi efectuada uma pesquisa de bibliografia, legislação e
normalização nacional e internacional relativa ao tema, a qual permitiu descrever a evolução
histórica destes sistemas de drenagem, identificar os diversos sistemas de drenagem
actualmente disponíveis, avaliar as exigências de cada componente dos sistemas, e definir
os métodos de dimensionamento mais adequados a cada situação. A título ilustrativo, os
diferentes métodos de dimensionamento analisados foram aplicados a um caso de estudo
fictício.
A presente dissertação pretende ainda constituir um documento de apoio ao projecto de
redes prediais de drenagem de águas pluviais e freáticas, no qual podem ser encontradas
recomendações relativas à escolha dos traçados e materiais da canalização, bem como um
conjunto de regras de boa prática relativas ao conforto dos ocupantes dos edifícios e às
condições de funcionamento e manutenção dos sistemas. O controlo do ruído, a fixação das
canalizações às estruturas e as condições de acesso à canalização para operações de
manutenção e limpeza são problemas recorrentes que aqui se abordam.
Palavras-chave:
instalações
prediais;
drenagem
dimensionamento; traçado; materiais; tubagens.
III
de
água
pluviais
e
freáticas;
(Página em branco)
IV
Abstract
The present thesis aims to gather information on building drainage systems for rain and
ground water. A review of bibliography, legislation and national and international standards on
the subject was made and then historical evolution of such drainage systems was described,
the available drainage systems were identified, the requirements of each system components
were assessed, and the most adequate design methods for each situation were defined.
Illustratively, the different analysed design methods were applied to a fictitious case study.
The present dissertation also aims to constitute a document to support the design of building
drainage systems for rain and ground water, in which recommendations relative to pipe
location or materials can be found, as well as a set of good practice rules relative to the
comfort of building users and the working and maintenance conditions. Noise control, fixation
of pipes to structures and access conditions for maintenance and cleaning operations are
recurring problems which are discussed in this thesis.
Keywords: building services; rain and ground water drainage; design; location; materials;
pipes.
V
(Página em branco)
VI
Simbologia
Símbolo
Grandeza
Unidades
!
Peso volúmico
N/m
!
Viscosidade
m /s
!
Rendimento de uma bomba
A
Área da secção de passagem do fluxo escoado
m
2
Ac
Área de contribuição
m
2
Acal
Área de secção da caleira
mm
2
Área de secção transversal de uma câmara retentora de
pesados
m
2
Acrp
Adesc
Área de secção do descarregador
mm
2
Aw
Área de superfície de uma câmara de bombagem
m
2
C
Coeficiente de escoamento
Adimensional
c
Coeficiente de vazão
Adimensional
CMDD
Capitação média diária
D
Diâmetro da tubagem
mm
di
Diâmetro interno da tubagem
mm
Ed
Espaçamento entre drenos tubulares
f
Grau de enchimento
Adimensional
FL
Factor de capacidade
Adimensional
Fs
Factor de forma
Adimensional
g
Aceleração gravítica
m/s
H
Altura manométrica
m.c.a.
h
Altura de água
Ha
Altura manométrica de aspiração
m
Hatm
Altura manométrica representativa da pressão atmosférica
m
Hc
Altura manométrica de compressão
m
hk
Altura de precipitação em cada dia
HMA
Altura máxima de aspiração
m
Hn
Altura da napa acima os drenos
m
I
Intensidade de precipitação
3
2
%
l
m
2
mm
mm
l/min.m
VII
2
Símbolo
Grandeza
Unidades
i
Inclinação
m/m
Ja
Perda de carga na tubagem de aspiração
m
Jc
Perda de carga na tubagem de compressão
m
K
Rugosidade da tubagem
k
Coeficiente de perda de carga
Adimensional
k0
Coeficiente de saída
Adimensional
Kf
Permeabilidade
m/s
Lw
Comprimento do descarregador sobre o qual a água pode
escoar
mm
N
Número horário de arranques de um elemento de bombagem
Adimensional
Nest
Número de pessoas numa habitação
Adimensional
NPSH
Net positive suction head – capacidade de aspiração
NS
Dimensão nominal de um separador de hidrocarbonetos
p
Pressão
Pa
P
Potência de uma bomba
W
Psub,pl
Percentagem do consumo de água pluvial
%
Q
Caudal escoado
Qa
Caudal afluente numa câmara de bombagem
l/s
Qb
Caudal escoado por um elemento de bombagem
l/s
Qc
Caudal de cálculo
Qcal
Capacidade de uma caleira
l/s
Qeq
Capacidade de uma caleira rectangular equivalente
l/s
Qramal
Capacidade de um ramal de descarga
l/s
QTQ
Capacidade de um tubo de queda
l/s
Rh
Raio hidráulico
m
S
Diferença entre volume de água pluvial consumido e captado
m
3
Svd
Secção de uma vala drenante
m
2
v
Velocidade de escoamento
Vcons,pl
Volume de água pluvial consumido
m
3
Vpl,anual
Volume anual de água pluvial
m
3
1/3
m .s
-1
m
Adimensional
3
m /s
3
m /s
m/s
VIII
Símbolo
Grandeza
Unidades
VRippl
Volume do reservatório segundo o método de Rippl
m
3
Vut
Volume útil de uma câmara de bombagem
m
3
z
Cota geométrica
m
IX
(Página em branco)
X
Índice
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 1 1.1. Motivação e objectivos ............................................................................................. 1 1.2. Estrutura geral ........................................................................................................... 1 2. CONTEXTO HISTÓRICO .................................................................................................. 3 2.1. Redes urbanas ........................................................................................................... 3 2.2. Redes Prediais ........................................................................................................... 7 3. INSTALAÇÃO E TRAÇADO DA REDE DE DRENAGEM PLUVIAL................................ 9 3.1. Introdução .................................................................................................................. 9 3.2. Lançamento de águas na rede pública ................................................................. 10 3.3. Sistemas básicos de drenagem de águas pluviais .............................................. 11 3.3.1. Drenagem gravítica............................................................................................. 11 3.3.2. Drenagem com elevação .................................................................................... 12 3.3.3. Sistema misto ..................................................................................................... 12 3.4. Constituição dos Sistemas..................................................................................... 12 3.4.1. Regras de instalação e traçado .......................................................................... 13 3.4.1.1. Componentes lineares (de tubagem) do sistema......................................... 14 3.4.2. Acessórios .......................................................................................................... 16 3.4.2.1. Ralos ............................................................................................................ 16 3.4.2.2. Sifões ........................................................................................................... 17 3.4.2.3. Câmaras de inspecção................................................................................. 17 3.4.2.4. Câmara de ramal de ligação ........................................................................ 18 3.4.2.5. Descarregadores e orifícios ......................................................................... 18 3.4.3. Instalações complementares ao sistema ............................................................ 19 3.4.3.1. Sistemas elevatórios .................................................................................... 19 3.4.3.2. Câmaras de retenção ................................................................................... 21 4. DIMENSIONAMENTO DA REDE DE DRENAGEM PLUVIAL........................................ 25 4.1. Introdução ................................................................................................................ 25 4.2. Noções básicas de hidráulica ................................................................................ 25 4.2.1. Tipos de escoamento.......................................................................................... 25 4.2.2. Caudal................................................................................................................. 25 4.2.3. Teorema de Bernoulli.......................................................................................... 26 4.2.4. Escoamentos com superfície livre ...................................................................... 26 4.2.5. Escoamento por orifícios e descarregadores ..................................................... 28 4.3. Caudal de cálculo .................................................................................................... 30 4.3.1. Regulamento Geral ............................................................................................. 30 4.3.1.1. Curvas de Intensidade – Duração – Frequência da precipitação ................ 30 4.3.2. Norma Brasileira – NBR 10844........................................................................... 32 XI
4.3.3. EN 12056-3 ......................................................................................................... 34 4.4. Caleiras e algerozes ................................................................................................ 35 4.4.1. Regulamento Geral ............................................................................................. 35 4.4.2. Norma Brasileira ................................................................................................. 37 4.4.3. EN 12056-3 ......................................................................................................... 37 4.4.3.1. Eaves Gutters – Algerozes........................................................................... 37 4.4.3.2. Parapet gutters - Caleiras com platibanda ................................................... 40 4.4.4. Métodos alternativos ........................................................................................... 41 4.4.4.1. Torres ........................................................................................................... 41 4.5. Ramais de descarga ................................................................................................ 43 4.5.1. Regulamento Geral ............................................................................................. 43 4.6. Descarga de caleiras e algerozes .......................................................................... 44 4.6.1. Regulamento Geral ............................................................................................. 45 4.6.2. Norma brasileira.................................................................................................. 45 4.6.3. EN 12056-3 ......................................................................................................... 45 4.7. Tubos de queda ....................................................................................................... 47 4.7.1. Norma brasileira.................................................................................................. 48 4.7.2. EN 12056-3 ......................................................................................................... 48 4.7.3. Métodos alternativos ........................................................................................... 48 4.8. Colectores prediais ................................................................................................. 50 4.8.1. Regulamento Geral ............................................................................................. 50 4.8.2. Norma brasileira.................................................................................................. 50 4.8.3. EN 12056-3 ......................................................................................................... 50 4.9. Ramais de ligação ................................................................................................... 51 4.10. Acessórios ............................................................................................................. 51 4.10.1. Ralos ................................................................................................................. 51 4.10.2. Sifões ................................................................................................................ 51 4.11. Câmaras de retenção de materiais pesados....................................................... 51 4.12. Câmaras de retenção de hidrocarbonetos – EN 858-1 ...................................... 52 4.12.1. EN 858-1 ........................................................................................................... 52 4.12.2. Métodos alternativos ......................................................................................... 54 4.13. Sistemas elevatórios ............................................................................................. 55 4.13.1. Câmara de bombagem ..................................................................................... 55 4.13.2. Instalação elevatória ......................................................................................... 56 4.13.2.1. Potência da bomba .................................................................................... 56 4.13.2.2. Altura manométrica - Htotal .......................................................................... 56 5. CONFORTO E QUALIDADE NOS SISTEMAS............................................................... 59 5.1. Controle de ruído..................................................................................................... 59 5.2. Controle de odores.................................................................................................. 60 XII
5.3. Acessibilidade dos sistemas.................................................................................. 60 5.4. Autolimpeza dos sistemas – “Siphonic Drainage System” ................................ 60 5.4.1. Considerações gerais ......................................................................................... 60 5.4.2. Dimensionamento ............................................................................................... 63 5.4.2.1. Noções básicas ............................................................................................ 63 5.4.2.2. Influência da presença de ar nos sistemas .................................................. 63 5.4.2.3. Sucção ......................................................................................................... 64 5.4.2.4. Determinação do número de pontos de descarga ....................................... 66 5.4.3. Disposições construtivas .................................................................................... 67 5.5. Sistemas de aproveitamento de águas pluviais (SAAP) ..................................... 68 5.5.1. Considerações gerais ......................................................................................... 68 5.5.2. Constituição do sistema ...................................................................................... 70 5.5.3. Dimensionamento do sistema............................................................................. 71 5.5.3.1. Volume anual de água pluvial ...................................................................... 71 5.5.3.2. Consumos médios........................................................................................ 71 5.5.3.3. Reservatório ................................................................................................. 72 6. SISTEMAS PREDIAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS FREÁTICAS ............................... 73 6.1. Introdução ................................................................................................................ 73 6.2. Água no solo ............................................................................................................ 73 6.3. Constituição dos sistemas de drenagem de águas freáticas ............................. 76 6.3.1. Colectores ........................................................................................................... 76 6.3.2. Caleiras ............................................................................................................... 78 6.3.3. Drenos colectores ............................................................................................... 78 6.3.4. Câmaras de inspecção ....................................................................................... 79 6.3.5. Camadas de impermeabilização......................................................................... 79 6.3.6. Cortinas ou membranas drenantes.................................................................... 81 6.3.7. Instalação elevatória ........................................................................................... 82 6.4. Dimensionamento ................................................................................................... 82 6.4.1. Caudal de cálculo ............................................................................................... 83 6.4.2. Drenos colectores ............................................................................................... 83 6.4.3. Valas drenantes (sem tubo) ................................................................................ 83 6.4.4. Filtros .................................................................................................................. 83 7. TUBAGENS: MATERIAIS, INSTALAÇÃO E ACESSÓRIOS ......................................... 85 7.1. Introdução ................................................................................................................ 85 7.2. Tubagens metálicas ................................................................................................ 85 7.2.1. Aço galvanizado.................................................................................................. 85 7.2.2. Ferro fundido....................................................................................................... 86 7.2.3. Alumíno ............................................................................................................... 87 7.3. Tubagens termoplásticas ....................................................................................... 88 XIII
7.3.1. Policloreto de vinilo (PVC) .................................................................................. 88 7.3.2. Polietileno ........................................................................................................... 89 7.3.3. Polipropileno (PP) ............................................................................................... 90 7.4. Tubagens de grés cerâmico ................................................................................... 91 7.5. Tubagens de Betão ................................................................................................. 92 7.6. Acessórios ............................................................................................................... 92 8. CASO DE ESTUDO ......................................................................................................... 95 8.1. Apresentação do edifício de estudo e das soluções adoptadas ........................ 95 8.2. Dimensionamento ................................................................................................... 95 8.2.1. Drenagem de águas pluviais .............................................................................. 95 8.2.1.1. Dimensionamento de caleiras ...................................................................... 97 8.2.1.2. Dimensionamento de tubos de queda.......................................................... 97 8.2.1.3. Dimensionamento de ramais de descarga de varandas .............................. 98 8.2.1.4. Dimensionamento de colectores prediais .................................................... 99 8.2.2. Águas de infiltração e lavagens ........................................................................ 100 8.2.2.1. Dimensionamento de drenos colectores .................................................... 100 8.2.2.2. Dimensionamento de ramais de descarga (águas de lavagem) ................ 101 8.2.2.3. Dimensionamento da instalação elevatória................................................ 101 8.3. Ramal de ligação ................................................................................................... 102 9. CONCLUSÕES .............................................................................................................. 103 Bibliografia ........................................................................................................................... 105 Anexo A1 – Regiões pluviométricas de Portugal ............................................................. 109 Anexo A2 – Camadas de impermeabilização ................................................................... 111 Anexo A3 Simbologia ......................................................................................................... 113 XIV
1. INTRODUÇÃO
1.1. Motivação e objectivos
No panorama nacional, observa-se uma escassez de bibliografia especializada dirigida ao
dimensionamento e instalação de redes prediais de drenagem de águas pluviais e freáticas.
Assim, a presente dissertação tem como objectivo primordial disponibilizar, de uma forma
concisa e clara, os fundamentos essenciais para a execução de projectos de instalações
desta natureza.
Pretende-se discutir as metodologias de cálculo e dimensionamento com base em
regulamentação e normalização aplicável, a qual não se restringe ao actual regulamento
português em vigor [N1]. A discussão de metodologias de cálculo e dimensionamento
propostas por vários autores, não sendo de aplicação obrigatória, tem como objectivo
fornecer aos projectistas um número significativo de referências e ferramentas que
possibilitem a resolução optimizada e fundamentada de qualquer problema ou dificuldade
que possa vir a surgir no decurso do projecto.
A presente dissertação pretende ainda alertar os projectistas para a necessidade de incluir
no projecto medidas que visem a melhoria ao nível de qualidade e conforto da instalação.
1.2. Estrutura geral
A estrutura deste documento procura ser a mais adequada com vista aos estabelecimento de
uma sequência lógica das matérias abordadas.
O Capítulo 2 tem como finalidade apresentar, de forma breve, a evolução histórica dos
sistemas de drenagem.
O Capítulo 3 aborda todas as questões a ter em conta na instalação e traçado da rede de
drenagem de águas pluviais, apresentando separadamente cada componente do sistema.
São apresentadas, fundamentadamente, todas as regras, obrigatórias e facultativas.
No Capítulo 4 é abordado o dimensionamento de todo o sistema de drenagem de águas
pluviais e componentes. É apresentada uma base teórica de hidráulica para facilitar a
compreensão dos métodos de cálculo. A principal referência será naturalmente o
regulamento que se encontra actualmente em vigor em Portugal [N1], acompanhado de
outros regulamentos e normas nacionais ou internacionais que o complementam. São
apresentadas outras metodologias de cálculo que, não sendo de aplicação obrigatória a nível
regulamentar, introduzem questões e detalhes de dimensionamento que se enquadram no
objectivo da presente dissertação de fornecer aos projectistas a maior quantidade de
informação possível sobre o tema, de forma breve e organizada.
1
O Capítulo 5 aborda a questão do conforto e qualidade dos sistemas de drenagem de águas
pluviais, apresentando medidas que visam a sua melhoria em relação aos sistemas
tradicionais. São abordados factores como a sustentabilidade, o ruído e a acessibilidade,
muitas vezes esquecidos e que, por vezes, estão na origem de problemas difíceis de resolver.
No Capítulo 6 é discutido o tema da drenagem de águas freáticas, tendo-se considerado
vantajoso apresentar separadamente a metodologia de dimensionamento por ser diferente e
não regulamentada. A drenagem de águas freáticas é conseguida através da cooperação de
sistemas de impermeabilização e de um conjunto de tubagens e drenos discutidos em
detalhe neste capítulo.
O Capítulo 7 contempla os materiais e acessórios utilizados nas tubagens de sistemas de
drenagem pluvial e freática. Serão apresentados os materiais mais utilizados no mercado,
sendo apresentadas as suas principais características e discutidas as vantagens e
desvantagens de cada um, com o objectivo de fornecer aos projectistas a informação
necessária para escolher a solução que melhor se adequa a cada situação.
No Capítulo 8 é apresentado um caso de estudo com um edifício fictício onde se pretende
implementar um sistema de drenagem de águas pluviais e freáticas. O caso de estudo
permite ilustrar a aplicação das metodologias de cálculo apresentadas, clarificando os
procedimentos de cálculo.
Finalmente, serão apresentadas, no Capítulo 9, as conclusões mais relevantes que resultam
da elaboração da presente dissertação. São também identificados os aspectos que ainda
carecem de maior aprofundamento e que, eventualmente, poderão ser objecto de mais
estudos.
2
2. CONTEXTO HISTÓRICO
“Os problemas com que nos deparamos hoje, não podem ser resolvidos com o mesmo
pensamento que, em primeira instância, ajudou a criar esses problemas.”
Albert Einstein
2.1. Redes urbanas
Embora as primeiras construções relacionadas com a drenagem de águas residuais tenham
sido executadas há cerca de 5000 anos, a verdade é que desde então até há menos de 300
anos não houve avanços significativos nessa matéria. Durante grande parte da Idade Média
pode mesmo dizer-se que houve um retrocesso na área. Nessa época, as pessoas tinham
poucas preocupações com a higiene, ignorando que a disseminação de grande parte das
doenças que caracterizaram o período decorriam precisamente de ausência de cuidados de
higiene básica.
Segundo Webster (citado por Matos Silva [1]), as primeiras obras conhecidas de drenagem
de águas residuais são as ruínas do sistema constituído por colectores principais e drenos do
aglomerado de Mohengo-Doro. Este sistema encontra-se no ocidente do actual Paquistão e
a sua obra é atribuída à Civilização Hindu por volta do ano de 3000 A.C. Este sistema de
drenagem aparenta ter servido para as escorrências das vias, espantando pelos detalhes e
pormenores que apresenta para a altura em que foi concebido.
Maner (citado por Matos Silva [1]) sublinha a actividade da Civilização Mesopotâmica
desenvolvida nos anos 2500 A.C. As construções nas cidades de Ur e Babilónia de
estruturas de drenagem e saneamento, com o recurso a tijolo e asfalto, já incluíam sarjetas e
sumidouros para a recolha de águas de superfície.
O famoso palácio da cidade de Irakliano, em Cnossos na ilha de Creta, é um exemplo dos
sistemas utilizados na Época Egeia (3000 a 1000 A.C.) [1]. As ruínas revelam a utilização de
pedra e terra-cota nos sistema de drenagem, com um colector que descarregava o efluente a
uma larga distância da origem.
Já no ano de 600 A.C., na Península Itálica, a Civilização Etrusca foi responsável pela
construção planeada de grandes cidades. Marzobotto, situada na actual região de Bolonha, é
exemplo de uma dessas cidades, cujo sistema de drenagem foi bem adaptado às condições
topográficas [1].
No oriente também existem exemplos de referência, tais como algumas ruínas da Civilização
Chinesa, datadas de 200 A.C., que mostram também a preocupação em drenar águas
pluviais [1].
3
Desde então e até ao século XIX, a abordagem dos sistemas de drenagem como infraestruturas condicionantes do desenvolvimento das cidades pode mesmo considerar-se
exclusiva dos romanos, apelidados de pais da “obra pública”. A “Cloaca Máxima” de Roma
aparenta ser a primeira obra de dimensão relevante ligada a motivações de qualidade e
higiene urbana [2].
“Cloaca” é um termo latino que significa “condutor de drenagem urbana”. Paralelamente, o
termo colector provém do latim “co-lego”, que significa juntar, reunir, traduzindo então o
conceito da formação da rede de drenagem através da interligação de colectores [2].
A “Cloaca Máxima” foi construída nos finais do século XI A.C. sob ordem do rei Tarquínio
Prisco, com o objectivo de drenar águas residuais e lixo da cidade de Roma. Este colector
era constituído por troços a céu aberto, recebendo todo o tipo de resíduos que lhe eram
lançados e encaminhando-os para o rio Tibre. Posteriormente, estes troços foram cobertos,
pelo que, hoje em dia, apenas se conhecem alguns troços que se encontram soterrados [2].
A Figura 2.1 mostra um mapa da cidade de Roma, indicando o desenvolvimento da “Cloaca
Máxima” a vermelho.
Figura 2.1 – “Cloaca Máxima” integrada na cidade de Roma (adaptado de “Nordisk familjebok”, em [I1]).
Em Portugal, temos de avançar até ao século XV, em pleno Renascimento, sob o reinado de
D. João II, para encontrar os primeiros elementos históricos que existem sobre o tema.
Segundo Matos e Silva [2], em resposta à peste que assombrava o país, D. João II ordenou
uma limpeza dos “canos”, destinados originariamente para receber as águas das chuvas,
mas que já continham todo o tipo de resíduos.
O “Livro dos Pregos”, da Câmara Municipal de Lisboa, segundo [2], contém um relato
extremamente pormenorizado da situação em que se encontrava a canalização da cidade no
século XVI. Nesse relato, realça-se o facto de as canalizações existentes, em muito mau
4
estado, conduzirem todo o tipo de águas residuais para as praias e linhas de água existentes
na cidade de Lisboa.
Do século XVI até ao terramoto de 1755, o vasto crescimento populacional que se fez sentir
na cidade veio adensar os problemas relacionados com a salubridade da cidade. As
constantes inundações que se faziam sentir encontram-se bem relatadas nas obras de Júlio
Castilho publicadas [3], onde se pode verificar que a área correspondente hoje à Praça da
Figueira era vítima dessas “medonhas inundações” que originavam charcos em plena cidade.
Na obra “Lisboa Antiga – O Bairro Alto” [3] podem mesmo ler-se descrições da imundice que
assolava a cidade, onde para se andar teria que se recorrer a um “capote que nos cobrisse
da cabeça ao joelho”, assim como as acções recorrentes das pessoas “conservarem consigo
focos de infecção, ou de os despejarem da janela abaixo, com pasmo e vergonha da Europa
Civilizada”. Segundo o barão de Lahontan (citado por Castilho [3]), “Lisboa seria umas das
mais belas cidades da Europa, pela sua situação e diversidade de aspectos, se fosse menos
imunda”.
Estas condições precárias de higiene não eram exclusivas de Portugal. Um pouco por toda a
Europa se repetiam estas situações que geraram as condições para que se desse origem a
inúmeras pestes que assolaram a Europa no início da segunda metade do século XIX [2]. Em
resposta a uma situação insustentável a que se tinha chegado, surgiu o aparecimento da
corrente higienista, claramente responsável, a nível europeu, pela chamada de atenção para
a necessidade de infra-estruturas de drenagem como garantia de saúde das populações.
Nas grandes cidades europeias começam-se a desenhar os princípios gerais da planificação
das infra-estruturas urbanas, respondendo assim à ameaça do aparecimento de cada vez
mais doenças infecciosas e ao aumento da mortalidade. Em Lisboa, esse papel coube a
Frederico Ressano Garcia, que tendo estudado em Paris, aproveitou as influências europeias
e foi o principal responsável pela renovação da rede de esgoto de Lisboa, entre muitas
outras coisas [2].
No entanto, houve um acontecimento marcante no planeamento e construção de infraestruturas urbanas. Tal facto deveu-se a grandes descobertas no domínio da bacteriologia de
doenças como a lepra, a malária, a tuberculose e a cólera, que deram origem à corrente
etiopatológica. Esta corrente defendia que as construções de drenagem deveriam ser menos
onerosas e “não visíveis”, contrariando assim as grandes infra-estrutruras baseadas numa
arquitectura de aparato e monumentalidade [2].
O uso do betão, no final do século XIX, veio promover a substituição dessas grandes infraestruturas normalmente construídas em tijolo ou pedra, as quais passaram a dar lugar a
tubagens de menores dimensões feitas em betão ou grés cerâmico, conferindo a
possibilidade de aplicar uma inclinação adequada ao sistema de auto-limpeza que até então
não era possível. Por esta altura, começaram a aplicar-se ramais de descarga individuais nas
5
edificações, dando uma alternativa aos famosos “canecos” que as pessoas depositavam à
porta de casa com os resíduos que posteriormente seriam lançados na rede pública por
agentes municipais. É por esta altura que os canais destinados exclusivamente a águas
pluviais passam a receber também as águas residuais (sistema de drenagem unitário) [1].
Figura 2.2 – Secção-tipo de colectores implantados em Lisboa em 1884 [1].
No entanto, em meados do século XX, o conceito exclusivo de sistema separativo no Reino
Unido, torna-se universal e começa a implantar-se um pouco por toda a Europa. O facto de
as águas pluviais conterem materiais pesados como o zinco, o chumbo, e hidrocarbonetos foi
crucial para o aparecimento deste conceito [1].
Outra preocupação crescente durante a segunda metade do século XX foi o tratamento das
águas residuais. Antes despejadas sem qualquer tipo de preocupação nos rios e praias,
contribuíram para um aumento significativo da poluição ambiental, pondo em riso a fauna
existente. Começou então a construção de estações de tratamento de águas residuais
(ETAR), que, além de evitarem problemas de poluição, procedem ao tratamento das águas
para serem reutilizadas.
Em 1990, ao nível do atendimento de saneamento básico, apenas 55% da população
portuguesa era servida por sistemas de drenagem e 21% por sistemas de tratamento de
águas residuais, percentagens significativamente afastadas da média europeia que se
situava, respectivamente, em 83% e 69% [I2].
Em 1997, a média nacional cifrava-se em 68% no que respeita à drenagem e em 40%
relativamente ao tratamento de águas residuais, enquanto que em 1999 os valores
aumentaram para, respectivamente, 75% e 55%, conforme se indica no Quadro 2.1.
6
Quadro 2.1 – Níveis de atendimento de drenagem e tratamento de águas residuiais em Portugal
Continental [I2].
Região
Drenagem (%)
Tratamento (%)
1990
1997
1999
1990
1997
1999
Norte
36
51
59
11
24
42
Centro
39
54
71
18
36
51
Lisboa e Vale do Tejo
79
86
89
26
53
64
Alentejo
69
84
85
32
59
74
Algarve
76
81
84
37
64
83
2.2. Redes Prediais
Aliada a esta evolução dos sistemas públicos surge também o conceito de rede privativa. Até
finais do séc. XIX as águas pluviais privativas eram exclusivamente recolhidas por
sumidouros e valetas construídas nos arruamentos. Em terraços de grandes dimensões, a
drenagem da água era feita com o recurso às famosas gárgulas de pedra que permitia o
escoamento da água para as ruas [I2]. No entanto, no início do século XX começaram a
utilizar-se algerozes e tubos de queda nas edificações para facilitar a recolha e o
encaminhamento das águas para a rede pública. Também estas soluções foram sujeitas a
uma evolução, neste caso mais centrada nos materiais utilizados. Mais uma vez a pedra foi o
primeiro material a ser utilizado, como foi referido para as gárgulas, sendo posteriormente
substituída pela madeira revestida a zinco, muito utilizada nos algerozes. Os tubos de queda
eram maioritariamente feitos em metal [1].
A evolução dos sistemas privativos prediais continuou e continua a sofrer alterações à
medida que novos estudos técnicos e científicos vão sendo realizados. Durante o século XX,
em Portugal, foram publicados regulamentos contendo linhas de orientação para uma boa
implementação deste tipo de sistemas [N2, N3, N4]. No entanto, estes regulamentos
continuavam a pecar pela falta de base teórica que possibilitasse um adequado
dimensionamento em cada caso, principalmente no que diz respeito à quantificação do
caudal de água a escoar consoante o edifício em causa, como é o caso do “Regulamento de
Salubridade das Edificações Urbanas” [N2], datado de 1902. O manual da Bibliotheca de
Instrucção Profissional [N3] revela uma evolução ao nível das instalações e métodos
construtivos em relação ao anterior, no entanto continua a faltar uma esperada evolução ao
nível de cálculo, o que se volta a repetir com a publicação dos Regulamentos Gerais das
Canalizações de Água e de Esgoto [N4], em 1974.
A evolução e a importância que a arquitectura foi ganhando nos últimos tempos na
construção de edificações foi também um marco significativo na necessidade em obter
métodos de dimensionamento adequados. A construção de edifícios com coberturas planas
e grandes terraços, assim como a opção de tornar invisíveis os sistemas prediais obrigou a
7
engenharia a recorrer a novas soluções. A gama de materiais utilizados tornou-se
relativamente vasta procurando cobrir todo o tipo de opções que se pretenda.
Hoje em dia o Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água
e de Drenagem de Águas Residuais [N1] (daqui para a frente referido como Regulamento
Geral), aprovado em 1995, contém todos os elementos necessários para o dimensionamento
e instalação das redes prediais. Este regulamento será a principal referência desta
dissertação por pertencer à legislação actual, pelo que terá de ser obrigatoriamente
respeitado.
8
3. INSTALAÇÃO E TRAÇADO DA REDE DE DRENAGEM PLUVIAL
3.1. Introdução
Os sistemas prediais de drenagem de águas pluviais têm como objectivo agrupar e
encaminhar as águas pluviais desde a área de captação, no edifício, até à rede pública. Para
uma instalação adequada há que ter em conta inúmeros factores, não só de natureza
regulamentar
mas
também
outros
que
visam
a
optimização
do
sistema,
quer
economicamente, quer na sua própria integração e interligação com os restantes sistemas
que operam num edifício.
A execução do projecto de um sistema de drenagem de águas pluviais divide-se, de uma
forma geral, em três partes distintas (Figura 3.1).
Etapas do projecto
1) Avaliação dos
2) Escolha do traçado
3) Dimensionamento
dados existentes
- Planta do edifício;
- Escolha do traçado;
- Diâmetros de tubagens;
- Projectos de outras especialidades:
- Localização dos acessórios e
- Dimensões:
- Estruturas;
instalações complementares.
- Abastecimento de água;
- instalações;
- acessórios.
- Abastecimento de gás;
- AVAC.
Figura 3.1 – Etapas da execução do projecto de um sistema de drenagem de águas pluviais.
A primeira, corresponde à análise dos dados existentes, efectuada com o recurso à planta do
edifício e não desprezando a existência de projectos de outras especialidades. Torna-se,
portanto, útil e aconselhável a comunicação entre todos os projectistas e arquitectos
envolvidos na obra, de modo a evitar futuras incompatibilidades. A segunda parte consiste na
execução do traçado do sistema, o que engloba a definição de todos os troços de tubagens e
a localização de acessórios e instalações complementares. A terceira parte corresponde ao
dimensionamento, que tem como finalidade a obtenção dos diâmetros das canalizações,
dimensões de câmaras retentoras e dimensões e potência das bombas das instalações
elevatórias, por exemplo. É importante referir que o traçado e o dimensionamento estão
intimamente ligados e sujeitos a alterações durante a sua elaboração.
9
Este capítulo aborda os aspectos que terão de ser levados em conta para a instalação e
traçado da rede. Para tal, irão ser apresentados todos os elementos constituintes da rede,
bem como alguns pressupostos indispensáveis à sua correcta instalação.
Um traçado correcto e rigoroso da rede de drenagem é tão importante como um adequado
dimensionamento,
existindo
linhas
de
orientação,
umas
obrigatórias
impostas
regulamentarmente e outras baseadas em estudos científicos e na própria experiência de
campo, aconselhando medidas expeditas para a execução de um projecto consistente e
eficaz.
3.2. Lançamento de águas na rede pública
Existem algumas restrições no lançamento de águas na rede pública. Segundo o
Regulamento Geral [N1], nos sistemas públicos de drenagem de águas residuais pluviais só
é permitido o lançamento das águas provenientes de:
•
Rega de jardins e espaços verdes, lavagem de arruamentos, pátios e parques de
estacionamento, ou seja, aquelas que, de um modo geral, são recolhidas pelas
sarjetas, sumidouros ou ralos;
•
Circuitos de refrigeração e de instalações de aquecimento;
•
Piscinas e depósitos de armazenamento de água;
•
Drenagem do subsolo.
Está assim excluído o esgoto doméstico proveniente de instalações sanitárias ou cozinhas, o
qual se destina à rede pública de drenagem de águas residuais domésticas. Está também
estritamente proibido o lançamento em qualquer rede pública de drenagem de águas
residuais de:
•
Matérias explosivas ou inflamáveis;
•
Matérias radioactivas em concentrações consideradas inaceitáveis pelas entidades
competentes;
•
Efluentes de laboratórios ou de instalações hospitalares que, pela sua natureza
química ou microbiológica, constituam um elevado risco para a saúde pública ou
para a conservação das tubagens;
•
Entulhos, areias ou cinzas;
•
Efluentes a temperaturas superiores a 30ºC;
•
Lamas extraídas de fossas sépticas e gorduras ou óleos de câmaras retentoras ou
dispositivos similares, que resultem das operações de manutenção;
10
•
Quaisquer outras substâncias, nomeadamente sobejos de comida e outros resíduos,
triturados ou não, que possam obstruir ou danificar os colectores e os acessórios ou
inviabilizar o processo de tratamento;
•
Efluentes de unidades industriais que contenham:
Compostos
cíclicos
hidroxilados
e
seus
derivados
halogenados;
matérias
sedimentáveis, precipitáveis e flutuantes que, por si ou após mistura com outras
substâncias existentes nos colectores, possam pôr em risco a saúde dos
trabalhadores ou as estruturas dos sistemas; substâncias que impliquem a
destruição dos processos de tratamento biológico; substâncias que possam causar a
destruição dos ecossistemas aquáticos ou terrestres nos meios receptores;
quaisquer substâncias que estimulem o desenvolvimento de agentes patogénicos.
3.3. Sistemas básicos de drenagem de águas pluviais
Existem três tipos diferentes de drenagem de águas pluviais, consoante o método que é
utilizado para encaminhar as águas até à rede pública. Em qualquer caso, a ligação à rede
pública é efectuada através de um ramal de ligação com origem numa câmara de ramal de
ligação localizada no interior do lote a drenar [N1].
3.3.1.
Drenagem gravítica
Como o próprio nome indica, a condução das águas residuais pluviais é feita apenas pela
acção da gravidade. Este sistema é utilizado nos casos em que as águas são recolhidas a
um nível superior ao do colector público de drenagem.
Figura 3.2 – Drenagem gravítica [4].
11
3.3.2.
Drenagem com elevação
Se, ao contrário do sistema anterior, as águas residuais pluviais forem recolhidas a um nível
inferior ao do colector público de drenagem, estas deverão ser elevadas por meios
mecânicos, no mínimo, até ao nível deste. Caso se tratem de caves, e mesmo que o colector
público se encontre abaixo do nível da recolha das águas, estas terão de ser bombadas na
mesma para evitar problemas de refluxo, o que poderia causar problemas na edificação.
3.3.3.
Sistema misto
Nos casos em que a recolha das águas pluviais é efectuada quer acima quer abaixo da cota
do colector público, é utilizado um sistema misto com drenagem gravítica e com elevação
mecânica, consoante a cota do local de recolha.
Figura 3.3 – Sistema misto [4].
3.4. Constituição dos Sistemas
Os sistemas de drenagem de águas pluviais são constituídos por uma rede de colectores,
acessórios e dispositivos de descarga final que encaminham as águas pluviais para a rede
pública.
12
Estes elementos são descritos, de forma genérica, no Quadro 3.1.
Quadro 3.1 – Componentes de um sistema de drenagem pluvial.
Constituintes
Descrição
Caleiras e Algerozes
Condutas de pequena inclinação instaladas nas coberturas com a finalidade
de recolha e condução das águas pluviais para os ramais de descarga ou
tubos de queda. Na presente dissertação designam-se por algerozes as
caleiras exteriores instaladas nos beirais.
Ramais de descarga
Canalizações que têm por finalidade a condução das águas pluviais
provenientes dos dispositivos de recolha até aos tubos de queda, quando
estes existem, ou para os colectores prediais, poços absorventes, valetas ou
áreas de recepção apropriadas.
Tubos de queda
Canalizações destinadas à recolha e consequente transporte das descargas
provenientes dos ramais de descarga até aos colectores prediais ou valetas.
Colectores prediais
Canalizações destinadas à recolha de águas provenientes de tubos de
queda ou de ramais de descarga, caso os primeiros não existam, e à
condução destas para o ramal de ligação.
Acessórios
Dispositivos necessários ao sistema que possibilitam as operações de
manutenção, retenção e garantia de boas condições de habitabilidade dos
espaços.
Instalações
complementares
Instalações que têm como finalidade melhorar o desempenho do sistema de
drenagem. Nos sistemas prediais podem existir instalações elevatórias
(drenagem com elevação ou sistema misto) e câmaras retentoras que
impedem o lançamento de resíduos interditos na rede pública.
Ramal de ligação
Os ramais de ligação são consideradas partes integrantes da rede pública.
Cada edificação possui um ramal de ligação, podendo no entanto ter mais
no caso de existirem estabelecimentos comerciais ou industriais.
Colunas de ventilação
Canalizações cujo traçado apenas se encontra regulamentado para a
drenagem de águas residuais domésticas. No que toca às águas pluviais, as
colunas de ventilação terão que existir apenas em sistemas de drenagem
elevatórios ou mistos, onde existirá um poço de bombagem que necessitará
de ventilação independente.
3.4.1.
Regras de instalação e traçado
A instalação e traçado da rede pressupõe a aplicação do Regulamento Geral [N1], onde se
definem todas as regras e recomendações relativas às diferentes componentes do sistema.
Devem ainda ser consideradas limitações impostas por outras especialidades, de forma a
observar uma adequada compatibilização entre projectos.
Para facilitar a consulta de todos os pormenores a ter em conta na execução do traçado e na
instalação da rede de drenagem de águas pluviais, serão apresentadas, para um conjunto de
componentes dos sistemas, um resumo das regras obrigatórias indicadas no Regulamento
Geral [N1] e de outras regras, que não sendo obrigatórias, constituem recomendações com
vista à optimização e melhoramento dos sistemas de drenagem de água pluviais.
13
3.4.1.1.
Componentes lineares (de tubagem) do sistema
Nos Quadros 3.2 a 3.6 são apresentadas as regras e recomendações aplicáveis às
componentes de tubagem dos sistemas de drenagem de águas residuais pluviais.
Quadro 3.2 – Regras aplicáveis a ramais de descarga.
Objecto
Tipo
Descrição
Obrigatórias
(fonte: [N1])
• A ligação de vários acessórios ao mesmo ramal de descarga
deverá ser feita por meio de forquilhas ou caixas de reunião;
• A ligação dos ramais de descarga aos tubos de queda deve
ser feita através de forquilhas, e aos colectores prediais,
através de forquilhas ou câmaras de inspecção;
• Os ramais de descarga podem ser embutidos, colocados à
vista, visitáveis em tectos falsos e galerias, ou enterrados;
• A colocação dos ramais de descarga não pode afectar a
resistência mecânica dos elementos estruturais do edifício
nem das canalizações.
Recomendáveis
(fontes: [4] a [6])
• Os ramais de descarga deverão ser instalados a
profundidades tais que permitam atenuar a transmissão de
ruídos para as zonas habitáveis.
Obrigatórias
(fonte: [N1])
• O traçado deve ser constituído por troços rectilíneos unidos
por curvas de concordância, que permitam a sua
desobstrução sem necessidade de se proceder à sua
desmontagem, ou por caixas de reunião;
• Os troços que constituem o traçado nunca poderão exceder
os 2 m de altura.
Instalação
Traçado
Recomendáveis
(fontes: [4] a [6])
• Sempre que possível e, desde que tal não ponha em causa o
seu correcto desempenho do sistema, deve-se tentar reduzir a
dimensão dos percursos a seguir esgoto, reduzindo os custos
e os tempos de retenção na canalização.
Quadro 3.3 – Regras aplicáveis a tubos de queda.
Objecto
Tipo
Descrição
Obrigatórias
(fonte: [N1])
• Os tubos de queda de águas pluviais podem descarregar em:
a) Colectores prediais através de forquilhas ou câmaras de
inspecção com curvas de concordância entre os troços
verticais e de fraca pendente;
b) Valetas de arruamentos, directamente ou através de
caleiras ou tubos devidamente protegidos contra
sobrecargas previsíveis.
Instalação
Recomendáveis
(fontes: [4] a [6])
• A inclusão dos tubos de queda nos colectores prediais deverá
ser garantida através de forquilhas ou câmaras de inspecção;
• É aconselhável a instalação dos tubos de queda à vista ou em
galerias, facilitando o seu acesso, e nunca em locais de difícil
acesso ou estruturais;
• Caso atravessem elementos estruturais, deverá ser garantida
a sua não ligação rígida a estes elementos, com o recurso a
elementos que assegurem que isso não se verificará;
• Os tubos de queda, caso se tratem de telhados, podem ser
ligados directamente a uma calha, ou receber um ralo quando
se tratam de terraços onde se receia a sua obstrução por
folhas e detritos diversos.
14
Quadro 3.4 – Regras aplicáveis a tubos de queda (continuação).
Objecto
Traçado
Tipo
Obrigatórias
(fonte: [N1])
Descrição
• O traçado dos tubos de queda deve ser vertical, constituído
preferencialmente por um único alinhamento recto;
• Sempre que não seja exequível o ponto anterior, as
mudanças de direcção devem ser efectuadas por curvas de
concordância, não devendo o valor da translação exceder 10
vezes o diâmetro do tubo de queda. Quando não for possível
manter a translacção dentro deste limite, o troço de fraca
pendente deverá ser tratado como um colector predial;
• A concordância dos tubos de queda de águas residuais com
troços de fraca pendente deverá ser feita por curvas de
transição de raio não inferior ao triplo do seu diâmetro,
tomando como referência o eixo do tubo, ou por duas curvas
de 45º eventualmente ligadas por um troço recto.
Quadro 3.5 – Regras aplicáveis a colectores prediais.
Objecto
Tipo
Obrigatórias
(fonte: [N1])
Instalação
Recomendáveis
(fontes: [4] a [6])
Obrigatórias
(fonte: [N1])
Traçado
Recomendáveis
(fontes: [4] a [6])
Descrição
• Quando os colectores prediais seguem enterrados, devem
ser implantadas câmaras de inspecção no seu início do
colector, em mudanças de direcção, de inclinação, de
diâmetro e nas confluências;
• Quando os colectores prediais estiverem instalados à vista
ou em locais facilmente visitáveis, garantindo assim o seu
acesso, as câmaras de inspecção poderão ser substituídas
por curvas de transição, reduções, forquilhas e por bocas de
limpeza localizadas em pontos apropriados e em número
suficiente, de modo a permitir um eficiente serviço de
manutenção.
• Os colectores prediais poderão ser instalados à vista,
enterrados, em caleiras, galerias ou tectos falsos.
• Caso os colectores prediais atravessem elementos
estruturais, deverá ser garantida a sua independência
destes elementos, com o recurso a dispositivos elásticos
adequados.
• O traçado de colectores prediais deve ser constituído por
troços rectilíneos, tanto em planta como em perfil;
• As câmaras ou bocas de limpeza consecutivas devem
manter uma distância entre si nunca superior a 15 m.
• O comprimento do percurso do esgoto deverá ser o menor
possível com o intuito de reduzir os custos e os tempos de
retenção da água pluvial nas tubagens, devendo ser sempre
garantido o correcto desempenho do sistema;
• Deverá ser evitado o desenvolvimento da canalização sob
elementos de fundação ou embutida em elementos
estruturais, ou, em geral, em quaisquer locais inacessíveis.
15
Quadro 3.6 – Regras aplicáveis a ramais de ligação.
Objecto
Tipo
Descrição
Instalação
Obrigatórias
(fonte: [N1])
• A inserção dos ramais de ligação na rede pública pode
fazer-se nas câmaras de visita ou, directa ou indirectamente,
nos colectores;
• A inserção directa dos ramais de ligação nos colectores só é
admissível para diâmetros destes últimos superiores a
500 mm e deve fazer-se a um nível superior a dois terços de
altura daquele;
• A inserção nos colectores pode fazer-se por meio de
forquilhas simples com um ângulo de incidência igual ou
inferior a 67º 30’, sempre no sentido do escoamento, de
forma a evitar perturbações na veia líquida principal;
• A inserção dos ramais de ligação nos colectores domésticos
pode ainda ser realizada por “tê”, desde que a altura da
lâmina líquida do colector se situe a nível inferior ao da
lâmina líquida do ramal;
• A inclinação não deverá ser inferior a 10 mm/m, sendo
aconselhável que se situe entre 20 e 40 mm/m.
Traçado
Obrigatórias
(fonte: [N1])
• O traçado dos ramais de ligação deve ser rectilíneo, tanto
em planta como em perfil.
Quadro 3.7 – Regras aplicáveis a colunas de ventilação.
Objecto
Instalação
Traçado
3.4.2.
3.4.2.1.
Tipo
Descrição
Recomendáveis
(fontes: [4] a [6])
• Quando se recorre à abertura directa para o exterior esta
deverá ser protegida contra a entrada de águas pluviais ou
de detritos de qualquer tipo;
• Caso as colunas de ventilação atravessem elementos
estruturais, deverá ser garantida a sua não ligação rígida a
estes elemento, com o recurso a elementos que assegurem
que isso não se verificará.
Recomendáveis
(fontes: [4] a [6])
• O traçado das colunas de ventilação deve ser vertical, e as
mudanças de direcção constituídas por troços rectilíneos
ascendentes ligados por curvas de concordância;
• As colunas de ventilação deverão ter origem nos poços de
bombagem;
• Evitar o desenvolvimento das tubagem em zonas de difícil
acesso, bem como serem embutidas em elementos
estruturais.
Acessórios
Ralos
Os ralos são dispositivos que têm como objectivo impedir a passagem de matérias sólidas
transportadas pelas águas residuais, devendo estas matérias ser removidas periodicamente
para evitar entupimentos.
O Regulamento Geral [N1] considera obrigatória a colocação de ralos nos locais de recolha
de águas pluviais e de lavagem de pavimentos, sendo aconselhável recorrer a dispositivos
retentores associados aos ralos onde se preveja grande acumulação de areias. Macintyre [5]
refere que a cada ralo deverá estar associada uma caixa de retenção quando se trate de
terraços ou garagens.
16
Figura 3.4 – Ralo de pinha [I19].
Os ralos recebem a água proveniente de áreas de recolha, tubos de queda e de colectores,
encaminhando-a posteriormente, de acordo com as diferentes situações através de curvas
de concordância [4].
Figura 3.5 – Ralo de pavimento com caixa de retenção.
3.4.2.2.
Sifões
Os sifões são dispositivos incorporados nos aparelhos sanitários ou inseridos nos ramais de
descarga que servem para impedir a passagem de gases para o interior das edificações.
Normalmente não se procede à sifonagem nos sistemas de drenagem de águas pluviais. No
entanto, o Regulamento Geral [N1] refere que os ralos de recolha de águas pluviais, ligados
a sistemas unitários ou parcialmente unitários, devem ser munidos de sifões caso se situem
em locais de permanência de pessoas ou nas suas imediações. Os sifões devem ser
instalados verticalmente, de modo a poder manter-se o seu fecho hídrico, e colocados em
locais acessíveis para facilitar operações de limpeza e manutenção. Está proibida a dupla
sifonagem [N1].
3.4.2.3.
Câmaras de inspecção
A localização das câmaras de inspecção já foi referida a propósito da instalação dos
colectores prediais (ver Quadro 3.5). As câmaras de inspecção podem ser executadas em
vários materiais, como betão, alvenaria e PVC, sendo normalmente são constituídas por:
17
•
Soleira;
•
Corpo, formado pelas paredes, assentes sobre a soleira, com disposição em planta
normalmente rectangular ou circular;
•
Cobertura, plana ou tronco-cónica assimétrica, com uma geratriz vertical na
continuação do corpo para facilitar o acesso;
•
Dispositivo de acesso, nos casos em que a altura excede 1,0 m [N1], formado por
degraus encastrados ou por escada fixa ou amovível, devendo esta última ser
utilizada somente para profundidades iguais ou inferiores a 1,7 m;
•
Dispositivo de fecho resistente.
Figura 3.6 – Câmara de inspecção pré-fabricada (PVC) [I3]
A dimensão em planta das câmaras de inspecção, para altura inferiores a 1,00 m, não deve
ser inferior a 0,80 da sua altura, medida da soleira ao pavimento. Para alturas superiores a
1,00 m, as dimensões mínimas em planta de uma câmara rectangular ou circular não devem
ser menores do que 1,00 m ou 1,25 m, consoante a sua profundidade seja inferior a 2,50 m
ou igual ou superior a este valor [N1].
3.4.2.4.
Câmara de ramal de ligação
As câmaras de ramal de ligação são câmaras de inspecção que devem ser construídas na
extremidade jusante de sistemas prediais possibilitando a ligação destes aos respectivos
ramais de ligação. É preferível que estejam localizadas fora da edificação, no entanto, caso
não seja possível, poderão ser construídas no interior do edifício, desde tal ocorra em zonas
comuns [N1].
3.4.2.5.
Descarregadores e orifícios
3.4.2.5.1.
Descarregadores de superfície
Os descarregadores de superfície são dispositivos existentes nas caleiras e algerozes. Têm
como finalidade possibilitar que o transbordo da água se faça para o exterior do edifício,
salvaguardando os casos em que o caudal de precipitação possa ser superior ao previsto no
18
projecto. É também útil em situações de entupimento, servindo de alarme, pelo que deverão
ser colocados em zonas onde possa ser facilmente detectada a sua actividade.
Figura 3.7 – Descarregador de superfície [4].
3.4.2.5.2.
Orifícios de descarga
Em projectos onde o tipo de cobertura adoptada não permita a existência de
descarregadores de superfície, opta-se pela execução de orifícios de descarga, munidos de
um tubo (tubo-ladrão), que têm exactamente a mesma função dos anteriores. Deverão ser
feitos à média de um por tubo de queda e ter preferencialmente secção rectangular. Quando
tal não for possível, o tubo-ladrão associado a um grupo de tubos de queda deverá ter
secção igual ou maior a uma vez e meia a maior das secções do conjunto considerado [7].
Esta solução apesar de ser muito recorrente nas varandas, onde se aplica um tubo-ladrão no
orifício de descarga, não é obrigatória.
Figura 3.8 – Orifício de descarga [4].
3.4.3.
3.4.3.1.
Instalações complementares ao sistema
Sistemas elevatórios
A necessidade de elevar as águas residuais pluviais subjacente aos sistemas de drenagem
mistos ou com elevação obriga à utilização dos denominados sistemas elevatórios. A
19
utilização deste tipo de soluções tem vindo a crescer com a proliferação de edifícios com
caves.
Os sistemas elevatórios estão associados poços de bombagem, onde existem uma ou duas
câmaras, de recolha de águas residuais pluviais e uma instalação mecânica para elevação
dessas águas.
Existem dois tipos de sistemas de bombagem mais utilizados para a drenagem de águas
pluviais, os quais diferem na posição da bomba em relação ao caudal a drenar:
•
Bombas submersíveis: sistema em que poço de bombagem possui apenas uma
câmara onde coabitam a bomba e o caudal a escoar;
•
Bombas instaladas em câmara seca: sistema em que o poço de bombagem possui
duas câmaras distintas destinadas, respectivamente, a receber a bomba e as águas
pluviais.
Figura 3.9 – Bomba submersível [I3].
A localização da câmara de bombagem deverá permitir o seu fácil acesso para operações de
manutenção e inspecção e minimizar os efeitos dos eventuais ruídos, vibrações e cheiros.
A câmara de bombagem deverá possuir uma estrutura independente da do edifício e
impermeabilização através de um revestimento interior resistente à acção dos efluentes. A
geometria da câmara de bombagem dependerá naturalmente do equipamento escolhido.
É aconselhável que os sistemas de elevação sejam constituídos por grupos de bombas que
minimizem o risco de acumulação de água por falha do sistema.
20
3.4.3.2.
Câmaras de retenção
As câmaras de retenção têm como finalidade a retenção no seu interior de matérias que
ponham em causa o correcto desempenho dos sistemas prediais de drenagem de águas
pluviais, evitando assim obstruções, incrustações ou outros danos nas canalizações.
Existem vários tipos de câmaras de retenção consoante o tipo de material a separar. Na
drenagem de águas residuais pluviais, os tipos de câmaras mais utilizados são [4]:
•
Câmaras de retenção de materiais pesados (areias): destinadas a reter no
seu interior as areias transportadas pelas águas;
•
Câmaras de retenção de hidrocarbonetos: destinadas a reter no seu interior
os hidrocarbonetos, usualmente presentes em lubrificantes e produtos
existentes em postos de lavagem de viaturas (garagens), transportados
pelas águas.
Actualmente, a construção de raiz de câmaras de retenção em edifícios é pouco usual,
sendo corrente utilizar câmaras pré-fabricadas. Em geral, as câmaras de retenção incluem:
3.4.3.2.1.
•
Septo de entrada;
•
Câmara de retenção/sedimentação;
•
Filtro Coalescente (Câmaras de retenção de hidrocarbonetos);
•
Septo de saída;
•
By-Pass (Câmaras de retenção de hidrocarbonetos).
Câmaras de retenção de materiais pesados
A entrada de areias nas canalizações de drenagem de águas residuais é difícil de evitar
apenas com o recurso a ralos devido à granulometria muito fina destes materiais. As
câmaras retentoras de areias, dispostas de uma forma intercalada nas redes de drenagem,
servem assim para evitar a sua acumulação nas canalizações e os consequentes problemas
de mau desempenho e eventual entupimento.
O processo de retenção assenta no princípio básico da diferença de densidades das
partículas envolvidas. A água ao entrar na câmara perde velocidade, permitindo assim a
natural deposição das partículas mais densas (areias) no fundo da câmara. O fundo deverá
ser limpo periodicamente para garantir a capacidade da câmara de retenção.
As câmaras de retenção de materiais pesados devem localizar-se o mais próximo possível
da origem das águas pluviais, pelo que se aconselha a sua colocação na base dos tubos de
queda [4].
21
3.4.3.2.2.
Câmaras de retenção de hidrocarbonetos
As câmaras de retenção de hidrocarbonetos são intercaladas nos sistema de drenagem,
dependendo da necessidade, e servem para reter hidrocarbonetos existentes nas águas a
drenar. Existem normalmente em postos de lavagem, oficinas de lubrificação, venda de
combustíveis de automóveis, entre outros.
O processo de retenção tira, novamente, partido da diferença de densidades entre as
substâncias da mistura, funcionando, neste caso, por flutuação uma vez que a água é mais
densa que os hidrocarbonetos a reter (Figura 3.10).
As câmaras retentoras de hidrocarbonetos têm uma extrema importância na medida em que
estes são muito poluentes e altamente reactivos com o oxigénio, colocando em causa a
durabilidade dos sistemas de drenagem, principalmente se forem usadas tubagens metálicas.
No entanto, os problemas mais comuns correspondem à obstrução do sistema por gorduras
acumuladas.
Estas câmaras de retenção devem respeitar as especificações da norma EN 858-1 [N5], a
qual será analisada mais à frente.
Figura 3.10 – Câmara retentora de hidrocarbonetos pré-fabricada [I4].
Na Figura 3.11 pode-se observar, de uma forma esquemática, um sistema-tipo de drenagem
de águas pluviais com todos os constituintes que foram atrás descritos, e a sua própria
integração num edifício.
22
Figura 3.11 – Sistema-tipo de drenagem pluvial [6].
23
(Página em branco)
24
4. DIMENSIONAMENTO DA REDE DE DRENAGEM PLUVIAL
4.1. Introdução
O processo de dimensionamento de uma rede de drenagem de águas residuais pluviais deve
ser rigoroso de modo a assegurar o bom funcionamento de todo o sistema.
O primeiro passo deste processo corresponde à quantificação dos caudais de cálculo.
Tratando-se de águas pluviais, o caudal de cálculo depende directamente da intensidade de
precipitação, a qual, por sua vez, depende da região em que se pretende implantar o edifício.
Uma vez determinados os caudais de cálculo, procede-se ao dimensionamento dos
constituintes do sistema, ou seja, determinam-se os diâmetros das tubagens, as áreas de
descarregadores e orifícios, os tipos de bomba a utilizar e as dimensões e tipos de câmaras
retentoras. Tudo isto assenta numa base teórica de hidráulica que convém apresentar para
justificar as expressões de cálculo utilizadas.
Dadas as noções básicas de hidráulica necessárias, apresentar-se-ão as diferentes
metodologias presentes em regulamentos e normas para a estimação do caudal de cálculo.
Será utilizada a mesma abordagem para apresentar o dimensionamento dos diferentes
constituintes de uma rede de drenagem pluvial.
4.2. Noções básicas de hidráulica
4.2.1.
Tipos de escoamento
Podem considerar-se três tipos de escoamento: variável, permanente e uniforme. Num
escoamento variável, a velocidade num ponto é função das coordenadas do ponto e do
instante considerado [8]. Assim, em cada ponto, a velocidade das partículas que por ele
passam varia de instante para instante.
Num escoamento permanente, a velocidade é função das coordenadas, mas independente
do instante considerado, ou seja, a velocidade varia de ponto para ponto, mas em cada
ponto, mantém-se constante ao longo do tempo [8].
Num escoamento uniforme, a velocidade é constante ao longo de cada trajectória, sendo,
portanto, constante em módulo e direcção [8]. No escoamento uniforme as trajectórias são
rectilíneas.
4.2.2.
Caudal
O caudal Q corresponde ao volume de fluido que atravessa uma dada superfície por unidade
de tempo, sendo dado por
25
Q= v!A,
(4.1)
2
onde: v (m/s) é a velocidade de escoamento; e A (m ) é a área da secção de passagem do
fluido escoado.
4.2.3.
Teorema de Bernoulli
O teorema de Bernoulli estabelece que, para líquidos perfeitos (líquidos ideais de
compressibilidade e viscosidade nulas) e movimentos permanentes, a energia mecânica total
por unidade de peso de líquido é constante ao longo de cada trajectória. Segundo Quintela
[8], é possível admitir que os líquidos reais, em trechos curtos de escoamentos permanentes
partindo do repouso ou fortemente acelerados, se comportam como perfeitos e que a carga
total é constante, não só ao longo da trajectória, como também em todos os pontos do
líquido em movimento.
A energia mecânica total por unidade de peso de líquido, ou carga total em m.c.a., é dada
por
H=
p
v2
+z+ ,
!
2g
3
(4.2)
2
em que: ! (N/m ) é o peso volúmico do líquido; g (m/s ) é a aceleração da gravidade; e p
(Pa) é a pressão a que está submetido o líquido. O primeiro termo do trinómio é designado
por altura piezométrica e representa a energia de pressão da unidade de peso de líquido
submetido à pressão p. O segundo termo corresponde à cota geométrica em relação a um
plano horizontal de referência e representa a energia de posição da unidade de peso líquido
situada à cota z. O terceiro termo é designado por altura cinética e corresponde à energia
cinética por unidade de peso.
4.2.4.
Escoamentos com superfície livre
Um escoamento com superfície livre ocorre quando um líquido percorre um canal com uma
parte do seu contorno em contacto com a atmosfera ou outro meio gasoso. Nesta
designação podem incluir-se cursos de água natural (rios) ou artificiais (canais).
Considerando escoamento uniforme em canais de secção constante ao longo do seu
percurso, o caudal escoado será igualmente constante. Em secções simples, a perda de
carga unitária considera-se igual à diminuição, na unidade de percurso, da cota do perfil
longitudinal, sendo, portanto, igual ao seno do ângulo que o leito forma com a horizontal.
Para declives pequenos, a perda de carga é aproximadamente igual ao declive do canal.
26
O declive de um canal corresponde à tangente trigonométrica do ângulo que este forma com
a horizontal e representa-se por i.
Quando o líquido em movimento é a água, admite-se que o regime é turbulento, podendo
então utilizar-se a equação de Gauckler-Manning-Strickler,
2
1
Q = K ! A !Rh3 ! i 2 ,
3
1/3
(4.3)
-1
onde: Q (m /s) é o caudal escoado; K (m .s ) é o coeficiente de rugosidade da tubagem; A
2
(m ) é a secção da tubagem ocupada pelo fluido; Rh (m) é o raio hidráulico; e i (m/m) é a
inclinação do canal.
Em secções fechadas, ao contrário do que possa parecer, a capacidade máxima de
transporte não corresponde à máxima altura líquida na secção. Tal facto pode ser explicado
pelo aumento da área de secção com a altura não compensar a redução do raio hidráulico,
que é consequência do acréscimo do perímetro molhado.
No dimensionamento de um canal de secção circular aceita-se como máximo de relação H/D
o valor de 0,80.
No Quadro 4.1, retirado de Quintela [8], apresentam-se os elementos necessários para o
cálculo de grandezas geométricas referentes a secções circulares, tendo em conta as
relações indicadas na Figura 4.1.
R=
Raio
!
D
2
Altura da lâmina
líquida
h = R ! (1" cos#)
Área molhada
A m = R 2 ! (" # cos" ! sen")
Perímetro molhado
Pm = 2 !R ! "
Raio hidráulico
Rh =
Figura 4.1 – Relações geométricas para secções circulares.
27
R ! (" # cos" ! sen")
2"
Quadro 4.1 - Grandeza geométricas adimensionais para secções circulares [8].
4.2.5.
2
h/D
A/D
R/D
0,10
0,04088
0,06352
0,15
0,07387
0,09288
0,20
0,11182
0,12059
0,25
0,15355
0,14663
0,30
0,19817
0,17094
0,35
0,24498
0,19349
0,40
0,29337
0,21423
0,45
0,34270
0,23309
0,50
0,39270
0,25000
0,55
0,44261
0,26489
Escoamento por orifícios e descarregadores
Aplicando o teorema de Bernoulli, chega-se à fórmula de Torricelli para a velocidade do jacto
na saída de um reservatório. Considerando o reservatório da Figura 4.2 e assumindo
escoamento permanente, é possível aplicar a equação (4.2) a qualquer ponto, obtendo-se
pA
v2 p
v2
+ z A + A = P + zP + P .
!
2g !
29
(4.4)
Figura 4.2 – Escoamento por um orifício.
Como A e P estão em superfície livre, tem-se
pP p A
=
= 0.
!
!
(4.5)
Sendo nula a velocidade no ponto A, a equação (4.4) simplifica-se para
. v p = 2gh.
(4.6)
No entanto, vP é o valor teórico da velocidade, sendo o valor real da velocidade de saída um
pouco inferior. Este valor obtém-se introduzindo um coeficiente de velocidade, cv, que ronda
28
a unidade (entre 0,98 e 0,99). Além deste coeficiente, deve ainda ser considerado um
coeficiente de contracção da secção, o qual pode ser determinado experimentalmente [8].
Assim, para se calcular o caudal à saída do orifício, considera-se a equação (4.1) combinada
com a fórmula de Torricelli, afectando o resultado de um coeficiente de vazão c = c v c c , tal
que
(4.7)
Q = c ! A ! 2gh.
Quando se colocam tubos no prolongamento de orifícios, o valor do coeficiente de vazão
altera-se. Quando a veia líquida se mantém destacada da parede do tubo, o coeficiente de
vazão é de cerca de 0,60. Porém, se o tubo externo tiver um comprimento de 1,5 a 2,5 vezes
o diâmetro do orifício, a veia líquida poderá aderir à parede, o que irá aumentar o coeficiente
de vazão para 0,80 [8].
Quando se suprime a parte superior de um orifício colocado sobre a parede vertical de
reservatório, obtém-se um descarregador. Existem vários tipos de descarregadores, os quais
variam consoante a sua secção e largura da parede do reservatório.
Nos descarregadores de secção rectangular de largura b, com parede delgada, o caudal é
dado por
3
(4.8)
Q = c ! b ! 2g ! h 2 ,
onde c assume o valor de 0,40 [10].
Para outras secções, o caudal é obtido por integração ao longo da altura líquida H de fatias
de secção rectangular de largura b variável,
Q = c ! " b ! 2gh ! dh.
(4.9)
No caso de secções semi-circulares, a equação (4.9) pode ser resolvida para
b = 2 ! H! (2R " H) , de acordo com as relações geométricas indicadas na Figura 4.1.
Segundo Quintela [8], c assume um valor de 0,62 para descarregadores circulares e
triangulares.
Nos descarregadores de soleira horizontal espessa, o caudal é dado por
3
Q = 0,385 ! b ! 2g ! h 2 .
29
(4.10)
Quintela [8] apresenta ainda uma expressão para descarregadores de canais com queda
vertical. Neste tipo de estruturas, embora não constituam propriamente um descarregador, a
lei de vazão tem o interesse de permitir uma medição do caudal que não requer muita
precisão. O caudal é então dado por
3
Q = 1,17 ! b ! 2g ! h 2 .
(4.11)
4.3. Caudal de cálculo
A quantificação do caudal de cálculo corresponde ao primeiro passo do dimensionamento da
rede pluvial. Existem várias metodologias para a sua obtenção, as quais apresentam
diferenças que importa analisar.
O caudal de cálculo dependerá da intensidade de precipitação, da área de contribuição a
drenar e do coeficiente de escoamento do terreno.
A área de contribuição a drenar corresponde em geral à área de colecção da água pluvial a
drenar.
O coeficiente de escoamento é a razão entre a precipitação útil, isto é, aquela que dá origem
a escoamento na rede, e a precipitação efectiva. Este coeficiente depende directamente da
inclinação e tipo de terreno. No caso de coberturas inclinadas ou terraços, os quais são
impermeáveis, o coeficiente é unitário.
4.3.1.
Regulamento Geral
Segundo o Regulamento Geral [N1], a velocidade de escoamento terá que ser obtida com
base em curvas de intensidade, duração e frequência da precipitação (curvas I-D-F) que
fornecem valores médios das intensidades máximas de precipitação num dado período para
as diferentes regiões do país. O caudal de cálculo é dado por
Qc = C !I! A c ,
(4.12)
onde: Qc (l/min) é o caudal de cálculo; C (adimensional) é o coeficiente de escoamento; I
2
2
(l/min.m ) é a intensidade de precipitação; e Ac (m ) é a área de contribuição a drenar em
projecção horizontal.
4.3.1.1.
Curvas de Intensidade – Duração – Frequência da precipitação
As curvas I-D-F são obtidas observações ou registos udográficos, abrangendo um intervalo
considerável de tempo. Através destes registos são retiradas séries de valores máximos da
intensidade de precipitação, para diferentes durações da precipitação, as quais serão objecto
de um tratamento estatístico. Segundo Matos [9], os períodos de retorno inferiores a um ano
30
são pouco importantes. O Regulamento Geral [N1] considera um período de retorno mínimo
de 5 anos para uma duração de precipitação de 5 minutos.
De seguida, apresenta-se o algoritmo de cálculo da intensidade de precipitação I:
1. Identificação, a partir de séries de registo udográficos, de eventos
pluviométricos independentes. O critério de consideração de eventos
independentes corresponde à escolha de um intervalo de tempo mínimo de
clima seco entre precipitações. Este intervalo de tempo varia de estudo
para estudo.
2. Pesquisa do valor médio da intensidade máxima de precipitação em cada
evento, correspondente a uma duração selecionada.
3. Ordenação, por ordem decrescente, da série de valores máximos anuais
para cada duração, e ajustamento de uma lei estatística de distribuição de
extremos. As distribuições mais utilizadas são as de Gumbel, Pearson tipo
III e log Pearson. Daqui resultam os valores das previsões das intensidades
média de precipitação máxima para as diversas durações e períodos de
retorno.
4. Ajustamento das provisões estastísticas das intensidades médias de
precipitação máxima a curvas exponenciais do tipo I = a ! t b , onde I
2
representa a intensidade média da precipitação máxima (em l/h.m ), t a
duração da precipitação considerada; e a e b são parâmetros de
ajustamento.
O Quadro 4.2 apresenta os valores obtidos para as constantes a e b para diferentes períodos
de retorno e para três regiões pluviométricas (A, B e C) que cobrem a totalidade do território
nacional [N1]. No Anexo A1 é apresentada a distribuição geográfica das regiões A, B e C.
Em geral, o dimensionamento de sistemas de drenagem de águas pluviais poderá ser
efectuado com base no Quadro 4.2, podendo, para casos de maior complexidade ou risco,
ser aplicado o algoritmo acima descrito para zonas particulares do território.
Quadro 4.2 – Valores dos parâmetros a, b [2].
Regiões pluviométricas
Período
de retorno
(anos)
A
B
C
a
b
a
b
a
b
5
259,26
-0,562
207,41
-0,562
311,11
-0,562
10
290,26
-0,549
232,21
-0,549
348,82
-0,549
20
317,74
-0,538
254,19
-0,538
381,29
-0,538
50
349,54
-0,524
279,63
-0,524
419,45
-0,524
100
365,62
-0,508
292,50
-0,508
438,75
-0,508
31
Para precipitações com duração de 5 minutos e período de retorno mínimo de 5 a 20 anos,
os valores médios de intensidade máxima da precipitação para cada região pluviométrica são
indicados no Quadro 4.3.
-2
Quadro 4.3 – Valores de precipitação (l/min.m ) para as diferentes regiões pluviométricas.
Regiões pluviométricas
Período de retorno
(anos)
A
B
C
5
1,75
1,40
2,10
10
2,00
1,60
2,35
20
2,23
1,78
2,67
A área de contribuição a drenar corresponde à projecção horizontal da cobertura em metros
quadrados.
4.3.2.
Norma Brasileira – NBR 10844
A NBR 10844 [N6] é a norma brasileira que regulamenta os sistemas prediais de drenagem
de águas pluviais. Segundo esta, o caudal de cálculo deverá ser dado por
Qc =
I! A c
,
60
(4.13)
2
onde: Qc (l/min) é o caudal de cálculo; I (mm/h = l/h.m ) é a intensidade pluviométrica; e Ac
2
(m ) é a área de contribuição.
A determinação da intensidade pluviométrica deve ser feita a partir da fixação de valores
adequados para a duração de precipitação e o período de retorno. Tomam-se como base
dados pluviométricos locais. Os períodos de retorno variam consoante a situação, devendo
adoptar-se:
•
T=1 ano
- para áreas pavimentadas onde o alagamento pode ser tolerado;
•
T=5 anos
- para coberturas e/ou terraços em geral;
•
T=25 anos
- para coberturas e áreas onde o alagamento não pode ser tolerado.
2
Caso não existam dados referentes à precipitação, para áreas até 100 m , poderá ser
-2
adoptada um valor de 150 l/h.m .
Esta norma não refere o coeficiente de escoamento por se aplicar exclusivamente a
coberturas impermeáveis.
Quanto à área de contribuição, a norma brasileira cobre mais casos do que o Regulamento
Geral, pois tem em conta o efeito do vento na inclinação da chuva, o que influencia a
quantidade de água que poderá cair nas coberturas.
32
No Quadro 4.4 são apresentadas expressões de cálculo da área de contribuição para
diferentes configurações de cobertura.
Quadro 4.4 - Superfícies de contribuição (Ac), tendo em conta a acção do vento (adaptado de [N6]).
Superfície plana horizontal
Ac = A = a ! b
Superfície inclinada
!
d$
Ac = #a + & ' b
2%
"
d
Superfície plana vertical única
Ac = A +
a!b
2
Duas superfícies planas verticais opostas
Ac = A +
a!b
2
Duas superfícies planas verticais opostas
# a ! b " c ! d&
Ac = A + %
(
2
$
'
Duas superfícies planas verticais adjacentes e
perpendiculares
Ac = A +
A12 + A 22
2
Três superfícies planas verticais adjacentes e
perpendiculares, sendo as duas opostas idênticas
Ac = A +
a!b
2
Quatro superfícies planas verticais, sendo uma
com maior altura
Ac = A +
33
a!b
2
4.3.3.
EN 12056-3
A EN 12056-3 [N7] é a norma europeia aplicável a sistemas gravíticos de drenagem de
águas pluviais em coberturas de edifícios de habitação, comércio e indústria. Aplica-se na
União Europeia apesar de fazer referência aos países que possuem a sua própria legislação.
O caudal de cálculo deve ser estimado com base na equação (4.12). Esta metodologia é
idêntica à do Regulamento Geral [N1], salvaguardando também os casos em que não
existam dados fiáveis sobre a precipitação do local. Nesses casos os valores da intensidade
-2
de precipitação deverão situar-se entre 36 e 216 l/h.m , tendo em conta a localização do
edifício que se pretende construir e a legislação local.
Estes valores de intensidade pluviométrica terão que ser multiplicados por um factor de risco,
o qual é definido no Quadro 4.5.
Quadro 4.5 – Factores de risco [N7].
Situação
Factor de
risco
Caleiras
1,0
Caleiras onde o transbordo de água possa ser prejudicial, p.e. entradas de edifícios
públicos
1,5
Circunstâncias que possam causar transbordo de água para o interior do edifício
2,0
Casos que necessitem de um grau elevado de protecção:
-
Salas de operações;
Meios de comunicação críticos;
Armazéns de substâncias tóxicas e inflamáveis;
Galerias de arte.
3,0
O cálculo da área de contribuição também segue um procedimento específico. Existem duas
metodologias distintas, assentando a diferença entre ambas na avaliação do efeito do vento.
A EN 12056-3 [N7] refere que o efeito do vento poderá ser desprezado a não ser que a
regulamentação local indique o contrário.
Desprezando o efeito do vento, a área de contribuição e dada por
A c = a ! b,
(4.14)
2
onde: Ac (m ) é a área de contribuição efectiva da cobertura; b (m) é o comprimento da
cobertura a ser drenada; e a (m) é a largura da cobertura desde a caleira até à cumeeira.
Quando for necessário ter em conta o efeito do vento, o cálculo da área de contribuição
efectua-se com base no Quadro 4.6.
34
Quadro 4.6 – Áreas de contribuição efectivas da cobertura tendo em conta o efeito do vento [N7].
Situações onde o efeito do vento deve ser
considerado
Área de contribuição impermeável
efectiva
Chuva conduzida pelo vento formando um ângulo igual
ou superior a 26º com vertical
"
d%
Ac = b ! $a + '
2&
#
A c = a! " b
Chuva perpendicular à cobertura
A Figura 4.3 ilustra todas as dimensões necessárias ao cálculo da área de contribuição
efectiva de uma cobertura.
Figura 4.3 – Dimensões da cobertura [N7].
4.4. Caleiras e algerozes
4.4.1.
Regulamento Geral
Os caudais de cálculo serão determinadas de acordo com a equação (4.12). O
dimensionamento de caleiras e algerozes deverá ser efectuado com base na equação (4.3),
de Gauckler-Manning-Strickler, considerando que a altura da lâmina líquida não deverá
exceder 70% da altura da secção. De acordo com Pedroso [7], esta exigência poderá ser
contornada se for assegurado que, em caso de transbordo, este não se dará para o interior
do edifício.
Para secções semicirculares (Figura 4.4), o raio hidráulico Rh e a área ocupada pelo fluido
poderão ser determinados em função do quociente entre a altura da lâmina líquida (h) e o
diâmetro da caleira ou algeroz (D), considerando as relações apresentadas na Figura 4.1.
35
Figura 4.4 – Caleira de secção semicircular [4].
Considerando que a altura da lâmina líquida é a máxima permitida, tem-se h/D=0,35,
obtendo-se, a partir da equação (4.3),
3
"
%8
Qc
$
'
D=$
1 '
$
'
# K ! 0,08195 ! i 2 &
(4.15)
Procedendo de forma análoga para secções rectangulares (Figura 4.5), tem-se h=0,7a,
obtendo-se, a partir da equação (4.3),
2
"
%3
" 7 % $ A ' 1
' ! i2 .
Q = K ! $b ! a' ! $
# 10 & $ b + 14 a '
$# 10 '&
Figura 4.5 – Caleira de secção rectangular [5].
36
(4.16)
As expressões (4.15) e (4.16) aplicam-se para inclinações superiores ou iguais a 0,5% em
conformidade com as exigências indicadas no Quadro 3.2.
4.4.2.
Norma Brasileira
A NBR 10844 [N6] propõe também a utilização da fórmula de Gauckler-Manning-Strickler
(4.3) para o dimensionamento de caleiras e algerozes, a qual deverá ser aplicada para uma
altura da lâmina líquida de 0,5D.
4.4.3.
EN 12056-3
No dimensionamento de caleiras, a EN 12056-3 [N7] distingue-se do regulamento português
pela distinção que faz de dois tipos de caleiras. Segundo o Regulamento Geral [N1], a
definição de caleira corresponde a condutas de pequena inclinação que têm por finalidade a
recolha e condução das águas pluviais para os ramais de descarga ou tubos de queda. Na
Norma Europeia existe um distinção entre algerozes (eaves gutters) e caleiras (parapet
gutters), definindo-se para cada uma delas uma metodologia de cálculo diferente. Na figura
são ilustrados os dois tipos de caleiras.
ext
int
a)
int
b)
Figura 4.6 – Condutores de águas pluviais: a) algeroz; b) caleira.
Em qualquer dos casos, o caudal de cálculo é dado por
Qc = 0,9 ! Qcal ,
(4.17)
onde Qcal (l/s) é a capacidade do algeroz.
4.4.3.1.
Eaves Gutters – Algerozes
Tal como efectuado na secção anterior, podemos distinguir algerozes com diferentes
geometrias da secção de escoamento: semicircular, rectangular ou trapezoidal.
Para secções semicirculares, a capacidade do algeroz é dada por
37
(4.18)
Qcal = 2.78 !10"5 # A1,25
#FL ,
cal
2
onde: Acal (mm ) é a área do algeroz tal como o indicado na Figura 4.7; e FL é um factor de
capacidade dado no Quadro 4.7.
Quadro 4.7 – Valores do factor de capacidade, FL, em função da relação entre o comprimento do
algeroz (L) e a altura da lâmina líquida (h) [N7].
Factor de capacidade
L/h
Inclinação
Inclinação
Inclinação
Inclinação
Inclinação
< 3mm/m
4 mm/m
6 mm/m
8 mm/m
10 mm/m
50
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
75
0,97
1,02
1,04
1,07
1,09
100
0,93
1,03
1,08
1,13
1,18
125
0,90
1,05
1,12
1,20
1,27
150
0,86
1,07
1,17
1,27
1,37
175
0,83
1,08
1,21
1,33
1,46
200
0,80
1,10
1,25
1,40
1,55
225
0,78
1,10
1,25
1,40
1,55
250
0,77
1,10
1,25
1,40
1,55
275
0,75
1,10
1,25
1,40
1,55
300
0,73
1,10
1,25
1,40
1,55
325
0,72
1,10
1,25
1,40
1,55
350
0,70
1,10
1,25
1,40
1,55
375
0,68
1,10
1,25
1,40
1,55
400
0,67
1,10
1,25
1,40
1,55
425
0,66
1,10
1,25
1,40
1,55
450
0,63
1,10
1,25
1,40
1,55
475
0,62
1,10
1,25
1,40
1,55
500
0,60
1,10
1,25
1,40
1,55
Caso os algerozes contenham uma ou mais mudanças de direcção com ângulos superiores
a 10º ao longo do seu desenvolvimento, a sua capacidade deverá ser multiplicada por um
factor de redução igual a 0,85.
Figura 4.7 – Algerozes de secção semicircular ou similar [N7].
38
Para secções rectangulares ou trapezoidais (Figura 4.8), a capacidade do algeroz é dada por
Qcal = 3,48 !10"5 # A1,25
#FL #Fd #Fs ,
cal
(4.19)
onde: Fd é um factor adimensional de profundidade, dado pela Figura 4.9; e Fs é um factor
adimensional de forma, dado pela Figura 4.10.
Figura 4.8– Caleiras de secção rectangular ou trapezoidal [N7].
As Figuras 4.9 e 4.10 permitem determinar os factores de profundidade e de forma em
função de parâmetros geométricos da secção, de acordo com a Figura 4.11.
a – factor de profundidade, Fd
b – h/T (Ver Figura 4.11)
Figura 4.9 – Factor de profundidade, Fd (Depth factor) [N7].
a – factor de forma, Fs
b – S/T (Ver Figura 4.11)
39
Figura 4.10 – Factor de forma, Fs (Shape factor) [N7].
h
Figura 4.11 – Geometria de algerozes de secção trapezoidal [N7].
A Figura 4.9 mostra que para secções de grande altura, a capacidade do algeroz é
aumentada. A Figura 4.10 mostra que a máxima capacidade do algeroz é obtida para
secções quadradas.
Tal como para secções semicirculares, a existência de mudanças de direcção em ângulos
iguais ou superiores a 10º deve ser tida em conta reduzindo a capacidade do algeroz em
15%.
4.4.3.2.
Parapet gutters - Caleiras com platibanda
A EN 12056-3 [N6] impõe um valor mínimo do bordo da caleira, a em função da sua
profundidade Z, (Figura 4.11), tal como se apresenta no Quadro 4.8.
Quadro 4.8 – Valores mínimos a [N7].
Profundidade da calha
Z (mm)
Bordo livre
a (mm)
inferior a 85
25
de 85 a 250
0,3 Z
superior a 250
75
A capacidade das caleiras de secção rectangular, trapezoidal ou similar é dada por
Qcal = 3,89 !10"5 # A1,25
#FL #Fd #Fs,
cal
(4.20)
Para outras secções, a norma EN 12056-3 [N7] permite recorrer a um método experimental
para a determinação da capacidade das caleiras, de acordo com a metodologia definida no
seu Anexo A.
40
4.4.4.
Métodos alternativos
4.4.4.1. Torres
Segundo Torres [6], o caudal de cálculo dos algerozes deve ser majorado em 1,35, pois a
sua capacidade de transporte pode diminuir devido a factores como a entrada não adoçada
do fluxo de queda. Quanto à sua secção, esta deverá apresentar uma altura total excedendo
no mínimo 1/3 da altura líquida máxima.
Este autor também diferencia os algerozes (eaves gutters) com descargas livres nos tubos
de queda das caleiras (parapet gutters).
4.4.4.1.1.
Algerozes de beiral (pequena largura)
Segundo Torres [6], a capacidade de transporte dos algerozes é dada por uma expressão
análoga à equação (4.18), em que
Qcal = 2,78 !10"5 ! 60 ! A1,25 ,
(4.21)
2
onde: Qcal (l/min) é a capacidade do algeroz; e A (mm ) é a secção máxima líquida e não a
secção do algeroz.
Torres [6] não faz uma distinção de geometria da secção, apresentando a mesma expressão
para algerozes em meia cana ou em segmentos circulares, rectangulares, trapezoidais ou
em V. Torres [6] indica que a equação (4.21) é válida para h
L!
" 0.2 , onde L’ é a largura
máxima líquida.
No Quadro 4.9 são apresentadas das capacidades obtidas através da equação (4.21).
Quadro 4.9 - Capacidade de algerozes em meia cana com tubo de queda na extremidade [6].
Algerozes
(mm)
Caudais
(l/min)
75
20
100
40
125
66
150
110
Os valores indicados no Quadro 4.9 correspondem a valores médios para alturas da lâmina
líquida entre 0,35D e 0,50D. Os mesmos valores podem também ser obtidos com a equação
(4.18) para FL=0.77, ou seja para a altura máxima da lâmina líquida em algerozes com
inclinação nula ou menor do que 3 mm/m. De acordo com o Quadro 4.7, o factor de
capacidade igual a 0.77 corresponde a uma situação intermédia de relação L/h, ou seja,
L/h=150.
41
Outro factor a ter em conta são as mudanças de direcção de 90º nos tubos de queda.
Quando isso acontece, admite-se uma influência negativa na capacidade de transporte dos
algerozes. Para corrigir esse facto, deverá multiplicar-se o caudal de cálculo por um factor de
segurança que varia com as distâncias dos topos dos tubos de queda às mudanças de
direcção. São ainda diferenciadas as entradas em aresta viva e aresta boleada. Esse factor
pode ser consultado no Quadro 4.10.
Quadro 4.10 – Influência de curvas de 90º nos tubos de queda na capacidade de transporte dos
algerozes para entradas no tubo de queda em: a) aresta viva; b) aresta boleada [6].
Distâncias mínimas (m) entre as secções
de topo dos tubos de queda e a mudança
de direcção de 90º
Tipos de entrada no
tubo de queda
Factor de multiplicação
pelo caudal
0a2
a)
b)
1,10
1,20
2a4
a)
b)
1,05
1,10
O Quadro 4.11 faz a correspondência entre as dimensões nominais de algerozes e os
diâmetros dos tubos de queda.
Quadro 4.11 – Correspondências entre dimensões de algerozes e tubos de queda [6]
Algerozes
Tubos de queda (mm)
(meia cana)
Na extremidade
No desenvolvimento
(mm)
do algeroz
do algeroz
50 (a)
50 (a)
50 (b)
50 (b)
63 (a)
63 (a)
50 (b)
50 (b)
75 (a)
89 (a)
63 (b)
75 (b)
89 (a)
100 (a)
75 (b)
100 (b)
75
100
125
150
4.4.4.1.2.
Caleiras de soleira larga e secção trapezoidal
As caleiras de soleira larga deverão ter, no mínimo, uma largura de 300 mm, sendo a sua
capacidade dada por
Qcal = 0,0058
A3
T
2
(l / min),
(4.22)
onde: A (mm ) é a secção líquida na descarga; T (mm) é a largura da superfície livre na
secção de descarga (Figura 4.11).
42
-2
Na Figura 4.12 é apresentado um ábaco construído para precipitações de 2 l/min.m ,
relacionando A, T e Qcal [6]. O ábaco deve ser utilizado de forma iterativa, definindo h,
calculando T e A, e encontrando a área de cobertura Sc a drenar.
Figura 4.12 – Ábaco para dimensionamento de algerozes (Nota: precipitação de 120 mm/h) [6].
4.4.4.1.3.
Algerozes (fórmula geral)
Torres [6] apresenta uma fórmula geral para qualquer caleira ou algeroz, a qual é dada por
Qc = 0,0015 ! A1,25 (l / min),
(4.23)
a qual é muito próxima da equação (4.21).
4.5. Ramais de descarga
4.5.1.
Regulamento Geral
Tal como no caso das caleiras e algerozes, os ramais de descarga deverão ser
dimensionados com base na equação de Gauckler-Manning-Strickler, sendo o caudal de
cálculo determinado pela equação (4.12). Para escoamentos em secção cheia ou meia
secção, o raio hidráulico é Rh=D/4, pelo que a equação (4.3) toma a forma:
3
Dsec ção cheia
# 5
&8
% 4 3 Qc (
=% "
;
1 (
%!
2 2 (
K "i '
$
43
(4.24)
3
Dmeia sec ção
5
$
'8
& 2 ! 4 3 Qc )
=&
#
;
1)
& "
2 2 )
K #i (
%
(4.25)
respectivamente para escoamentos em secção cheia e em meia secção.
Os ramais de descarga deverão ser dimensionados para inclinações superiores a 5 mm/m,
sendo aconselháveis entre 10 e 40 mm/m [7].
O diâmetro mínimo dos ramais de descarga é de 40 mm, passando a 50 mm quando forem
aplicados ralos de pinha.
4.6. Descarga de caleiras e algerozes
A descarga de caleiras e algerozes pode ser efectuada através de descarregadores de
superfície ou de orifícios de descarga. A descarga pode ser efectuada por um ramal de
descarga, tubo de queda, ou directamente para o exterior em descarregador de superfície ou
através de um tubo-ladrão.
Nos dois primeiros casos, a descarga pode ser efectuada em extremidade ou ao longo do
desenvolvimento da caleira ou algeroz. Poderão existir ainda caixas receptoras tal como
ilustrado na Figura 4.13.
No caso das descargas directas para o exterior aplicam-se as recomendações indicadas em
3.4.2.5.
a)
b)
Figura 4.13 – Descarregadores com caixa receptora: a) em extremidade; b) no desenvolvimento da
caleira ou algeroz [N7].
44
4.6.1.
Regulamento Geral
No Regulamento Geral [N1] não existem requisitos aplicáveis a estes elementos.
4.6.2.
Norma brasileira
Na NBR 10844 também não há nenhuma referência a estes elementos.
4.6.3.
EN 12056-3
A norma EN 12056-3 [N7] apresenta métodos de dimensionamento de dispositivos de
descarga para ramais de descarga e tubos de queda.
Para caleiras ou algerozes com secções de soleira horizontal (trapezoidas ou rectangulares),
a capacidade do descarregador é dada pelo Quadro 4.12 para saídas circulares e não
circulares. O funcionamento do descarregador dependerá da altura da lâmina líquida,
considerando-se descarga em superfície para pequenas alturas da lâmina líquida na caleira
e descarga por orifício para valores mais elevados da altura da lâmina líquida.
Quadro 4.12 – Capacidade dos descarregadores de caleiras ou algerozes para ramais de descarga e
tubos de queda [N7].
Descarga
Secção circular
Qdesc =
k 0 !D ! h1,5
7500
Secção não circular
Qdesc =
k 0 !L w ! h1,5
24000
Descarregador
válido para h !
Qdesc
Orifício
D
2
k !D2 ! h0,5
válido para
= 0
15000
h>
D
2
válido para h !
Qdesc =
2A desc
Lw
k 0 ! A desc ! h0,5
12000
válido para h !
2A desc
Lw
onde: Qdesc (l/s) é o caudal total do descarregador; D (mm) é o diâmetro efectivo do ramal de descarga
ou tubo de queda (Figura 4.14); h = h.Fh (mm) é a altura de água onde Fh é dado pelo gráfico da
(Figura 4.15); k0 é um coeficiente adimensional de saída, valendo 1,0 para casos em que a descarga é
desobstruída e 0,5 para casos onde se aplicam grelhas ou ralos; Lw (mm) é a largura do descarregador
2
ou orifício; e Adesc (mm ) é a área de secção do descarregador.
As expressões indicadas no Quadro 4.12 decorrem da expressão (4.7) para descarga
através de orifício e (4.8) para descarga de superfície. A título ilustrativo, indica-se que as
expressões do Quadro 4.12 para descarga por orifícios correspondem aproximadamente à
equação (4.9) com coeficiente de vazão igual a 0,6.
45
a) Entrada cónica:
D0 ! 1,5 " di L T ! D0
;
Diâmetro efectivo: D=D0
b) Entrada bordos circulares:
D0 ! 1,5 " di R !
;
c) Entrada com aresta viva:
D0
6
Diâmetro efectivo: D=0,9D0
Diâmetro efectivo:D=D0=di
Figura 4.14 – Dimensões de descarregadores: D0 é o diâmetro do descarregador; e D é o diâmetro do
ramal de descarga ou tubo de queda [N7].
a – Fh
b – S/T (Ver Figura 4.11)
Figura 4.15 – Factor Fh [N7].
Para caleiras e algerozes com secção de soleira não horizontal, a área do descarregador
(abertura na caleira) deverá ser o dobro da área da secção do tubo de queda de. Tal como
anteriormente, a introdução de ralos e grelhas reduz a capacidade do descarregador em 50%.
No caso de existirem caixas receptoras (Figura 4.13), a capacidade do descarregador é dada
por
3
L ! h2
Q= w
2400
46
(l / s),
(4.26)
onde: Lw (mm) pode ser considerado igual ao perímetro de abertura.
4.7. Tubos de queda
De acordo com Pedroso [4], podem ser consideradas duas situações de cálculo
correspondentes a precipitação corrente e acidental. No primeiro caso, com alturas baixas de
lâmina líquida nas caleiras ou algerozes, a descarga para o tubo de queda deverá ser de
superfície. No segundo caso, com maior altura da lâmina líquida, a descarga será por orifício.
O Regulamento Geral [N1] considera apenas a situação de precipitação normal, em que a
capacidade do tubo de queda é dada por
#
h&
Q = % ! + " ( ) * )D ) h ) 2gh,
D'
$
(4.27)
onde: H (m) é a carga no tubo de queda; D (m) é o diâmetro interior do tubo de queda; α é
uma constante que depende da entrada no tubo de queda, valendo 0,453 para entrada em
aresta viva e 0,578 para entrada cónica; e β é uma constante igual a 0,350.
A equação (4.27) pode ser escrita na forma
5
" # $ # 2g # h 2
Qc !
U
D=
,
3
(4.28)
% # $ #D # 2g # h 2
U
em que U é uma constante de conversão de unidades, a qual vale 1 para unidades do
Sistema Internacional, e 6 !10
"
7
2
para Qc em l/min e D e H em mm.
Pedroso [4] refere que a equação (4.28) não se aplica quando L<0,04D ou L<1 m, onde: L
(m) corresponde ao comprimento do tubo de queda e D (m) é o diâmetro do tubo de queda;
ou para casos onde a precipitação é acidental, o caudal no tubo de queda é dado pela
equação (4.7), a qual pode ser escrita na forma
"c D%
Q = $ ! ' ( ) (D ( h ( 2gh,
#4 h&
(4.29)
que é comparável com a equação (4.27). No Quadro 4.13 comparam-se os resultados
fornecidos pelo primeiro factor de ambas as expressões para diferentes relações h/D e
diferentes valores de coeficiente de vazão. Constata-se que a aproximação entre as
expressões é maior para relações h/D próximas de 0,20 a 0,30 para valores de C inferiores
ou iguais a 0,6 e para relações h/D próximas de 0,35 para valores de C superiores a 0,6.
47
Quadro 4.13 – Valores dos primeiros termos das expressões para tubos de queda para precipitações
correntes e acidentais.
!+"
h/D
4.7.1.
H
D
C D
+
4 H
! = 0,453
! = 0,578
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,1
0,49
0,61
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
0,2
0,52
0,68
0,63
0,75
0,88
1,00
1,13
0,3
0,56
0,79
0,42
0,50
0,58
0,67
0,75
0,4
0,59
0,93
0,31
0,38
0,44
0,50
0,56
0,5
0,63
1,10
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,6
0,66
1,31
0,21
0,25
0,29
0,33
0,38
0,7
0,70
1,56
0,18
0,21
0,25
0,29
0,32
0,8
0,73
1,84
0,16
0,19
0,22
0,25
0,28
Norma brasileira
A NBR 10844 [N6] disponibiliza dois ábacos para o dimensionamento de tubos de queda de
águas pluviais. Um para tubos com entrada em aresta viva, o outro para tubos cuja caleira
adjacente possui um funil de descarga (Figura 4.16).
4.7.2.
EN 12056-3
Segundo a norma europeia EN 12056-3 [N7], a capacidade dos tubos de queda é dada pela
expressão de Wyly-Eaton,
Qc = 2,5 !104 "K
#
1
6
8
5
"D 3 " t s3 ,
(4.30)
onde: K (mm) é a rugosidade do tubo de queda, assume-se 0,25 mm; D (mm) é o diâmetro
interno do tubo de queda; e ts é a taxa de ocupação do tubo de queda.
A expressão acima é idêntica à utilizada para o dimensionamento de tubos de queda de
esgoto doméstico pelo Regulamento Geral [N1], considerando as taxas de ocupação do tubo
de queda de 1/5 e 1/3.
Os tubos de queda que possuam troços com inclinação menor a 10º deverão ser tratados
como colectores e, como tal, serão dimensionados de uma forma diferente.
4.7.3.
Métodos alternativos
Segundo Torres [6], o critério a adoptar para o dimensionamento dos tubos de queda poderá
2
ser o de fazer corresponder a cada cm de secção do tubo um valor de 300/h, sendo h a
altura da lâmina líquida.
48
Figura 4.16 – Dimensionamento de tubos de queda [N6]
49
4.8. Colectores prediais
4.8.1.
Regulamento Geral
De acordo com o Regulamento Geral [N1], o dimensionamento dos colectores prediais
deverá obedecer às seguintes regras:
•
O caudal de cálculo resulta do somatório dos caudais de cálculo de tubos de queda e
ramais de descarga que lhe estão directamente ligados, e cujo dimensionamento já
foi referido;
•
A inclinação dos colectores prediais deve estar compreendida entre 5 e 40 mm/m
[N1], recomendando-se, no entanto, um limite mínimo de 10 mm/m [7];
•
O diâmetro deverá ser calculado com base na equação (4.3) (fórmula de GaucklerManning-Strickler), considerando escoamento em secção cheia.
4.8.2.
Norma brasileira
Segundo a norma NBR 10844 [N6], o dimensionamento dos colectores de secção circular
deverá ser efectuado com base na equação de Gauckler-Manning-Strickler (4.3)
considerando escoamento com altura igual a 2/3 do diâmetro interno, tal que
8
1
(4.31)
Qc = 0,244 !K !D 3 ! i 2 .
Deverão ser instaladas caixas de inspecção sempre que houver ligações com outras
tubagens, mudança de inclinação e a cada 20 m de troço. A ligação entre estes e os tubos
de queda deverá ser assegurada por uma curva de raio longo e com uma caixa de inspecção.
4.8.3.
EN 12056-3
Segundo a EN 12056-3 [N7], os colectores são dimensionados com o recurso à equação de
Colebrook-White, considerando uma altura da lâmina líquida igual a 0,7D, rugosidade
2
efectiva de kb=1,0 mm e viscosidade de ! = 1,31!10"6 m /s.
A equação de Colebrooke-White é dada por
$ k
2,51" # ')
v = !2 " 2g"D " i " log&& b +
),
% 3,7 "D D " 2g"D " i (
(4.32)
a qual, para H=0,7D, pode ser resolvida recursivamente através da expressão
2
*
$
'-5
Qc
kb
2,51" #
)/ .
Dn+1 = ,
" log!1 &
+
& 3,7 "D D " 2 " g"D " i )/
, !1,1745 " 2 " g" i
n
%
(.
n
n
+
50
(4.33)
4.9. Ramais de ligação
O cálculo do diâmetro interior dos ramais de ligação é efectuado de forma análoga à descrita
em 4.8 para os colectores prediais. O diâmetro do ramal de ligação não deverá ser inferior ao
maior dos diâmetros das canalizações que para ele confluem respeitando o mínimo de
125 mm [N1].
4.10. Acessórios
4.10.1. Ralos
Os ralos instalados no topo de tubos de queda de águas pluviais devem ter uma área útil
igual ou superior a 1,5 vezes a área da secção daqueles tubos. De acordo com a EN 120563 [N7], esta relação poderá ir até 2,0 no caso de algerozes com secção de soleira não
horizontal.
4.10.2. Sifões
O fecho hídrico dos sifões não deve ser inferior a 50 mm nem superior a 75 mm para águas
pluviais.
4.11. Câmaras de retenção de materiais pesados
Como se referiu em 3.4.3.2.1, o dimensionamento das câmaras de retenção de areias
assenta no princípio básico da diferença de densidades entre elementos, água e os materiais
mais pesados (areias).
Segundo Pedroso [4], para se obter um desempenho adequado, há que garantir velocidades
de escoamento no interior da câmaras de retenção entre 0,25 m/s a 0,30 m/s. Para
velocidades inferiores a 0,15 m/s poderá ocorrer uma deposição elevada de areias. Para
velocidades superiores a 0,40 m/s, a retenção poderá não ocorrer de todo.
Assim, fixando a velocidade num valor próximo de 0,30 m/s, é possível determinar a área de
secção transversal da câmara de retenção através de
A crp =
Qc
(m2 ),
v
(4.34)
3
onde Qc (m /s) é o caudal de cálculo, correspondente ao somatório dos caudais de descarga
que afluem à câmara de retenção.;
Muitas vezes a retenção de areias é efectuada em câmaras de retenção de hidrocarbonetos.
Esta opção é justificada pelo facto de as câmaras retentoras de hidrocarbonetos possuírem,
como se verá adiante, uma primeira zona onde pequenas quantidades de lamas e areias
podem ser acumuladas, conseguindo-se assim reter os dois tipos de materiais com a
utilização de um só sistema. Esta situação é frequente em oficinas e postos de lavagem,
51
onde a quantidade de hidrocarbonetos é muito elevada. Em edifícios habitacionais, é mais
comum o uso das câmaras retentoras de pesados (areias).
4.12. Câmaras de retenção de hidrocarbonetos – EN 858-1
O dimensionamento das câmaras de retenção de hidrocarbonetos (líquidos leves, com
3
densidade inferior a 0,95 g/cm praticamente insolúveis em água e não saponificáveis)
também denominados separadores de hidrocarbonetos, deverá respeitar a EN 858-1 [N5],
cujas recomendações mais importantes são apresentadas em seguida.
4.12.1. EN 858-1
Existem duas classes de câmaras retentoras de hidrocarbonetos, as quais diferem nas
quantidades máximas de material residual que conseguem reter e na técnica de separação
dos resíduos (Quadro 4.14).
Quadro 4.14 – Classes de separadores de hidrocarbonetos [N5].
Classe
Teor de óleo residual máximo
permitido (mg/l)
Técnica de separação
Tipo de separador
I
5,0
Química
Coalescente
II
100
Mecânica
Gravítico
Os separadores podem ser de plena retenção passando as águas residuais, na sua
totalidade, através do tubo de entrada para a câmara de separação, onde
os
3
hidrocarbonetos com densidade inferior a 0,85 g/cm são facilmente separados da água,
graviticamente, subindo à superfície. A capacidade de retenção é determinada pelo tamanho
das partículas, temperatura da água, caudal e duração do tempo de retenção. Os
separadores podem também apresentar um descarregador instalado a um nível superior à
soleira do tubo de entrada, permitindo que, quando se atingir um nível de água, os caudais
saiam directamente sem qualquer tratamento. Assume-se que os caudais iniciais são os que
contêm os níveis mais elevados de hidrocarbonetos.
A Figura 4.17 representa esquematicamente uma câmara retentora de hidrocarbonetos.
1.
Descarregador;
2.
Nível da água;
3.
Depósito de partículas pesadas;
4.
Separador de hidrocarbonetos.
Figura 4.17 – Câmara retentora de hidrocarbonetos [N5].
52
Os materiais utilizados nas câmaras retentoras de hidrocarbonetos são os seguintes:
•
Betão: simples, armado ou reforçado com fibras;
•
Metal: ferro fundido, aço inoxidável ou aço;
•
Plásticos: plástico reforçado com fibra de vidro, polietileno.
A norma EN 858-1 [N5] estabelece exigências particulares em função do tipo de material
adoptado. De qualquer forma, qualquer material, incluindo os que forem utilizados no
revestimento, terá que ser quimicamente testado [N5] e deverá ser garantida a sua
resistência ao contacto com óleos minerais, gasolina, gasóleo, petróleo, etc.
De acordo com a norma EN 858-1 [N5], os separadores de hidrocarbonetos são
caracterizados pela sua dimensão nominal, a qual se designa por NS #, onde # é um número
adimensional equivalente ao máximo caudal (em l/s) que aflui do separador. Estes caudais
variam entre 1,5 e 500 l/s.
A determinação da dimensão nominal e da classe do separador varia consoante este seja
pré-fabricado ou construído in situ. Os separadores fabricados in situ têm funcionamento
gravítico e dimensão nominal inferior a NS 150. No caso dos separadores pré-fabricados, a
determinação da dimensão nominal e da sua classe é obtida através do seu desempenho
quando sujeitos ao conjunto de ensaios descritos na norma. Os separadores pré-fabricados
disponíveis no mercado têm, obrigatoriamente, que respeitar a norma europeia EN 858-1
[N5]. Uma vez que os separadores mais pequenos são pré-fabricados, este tipo de unidades
é mais adequado para as situações mais correntes. Os separadores fabricados in situ
aplicam-se a instalações do tipo oficinal ou industrial.
No caso dos separadores de hidrocarbonetos pré-fabricados, a capacidade de separação
(em litros) deve ser, pelo menos, dez vezes a dimensão nominal, incluindo sempre
dispositivos de fecho automático tal como indicado na Figura 4.17.
•
Os separadores construídos in situ devem obedecer ainda às seguintes regras:
•
A relação entre a largura e a altura deverá ser entre 1:1,15 e 1:5;
•
A distância entre o fundo do separador e o tubo de saída deverá ser de 20% da
profundidade da água;
•
A profundidade mínima da água deverá ser 2,5 m incluindo uma profundidade de
0,15 m para líquidos de baixa densidade e outra de 0,35 m para a deposição de
possíveis sedimentos.
Finalmente, a norma EN 858-1 [N5] estabelece ainda valores mínimos da superfície de
2
3
água no separador fabricado in situ, Amin (m ), bem como do volume total, Vmin (m ), e da
3
capacidade de armazenamento de hidrocarbonetos, V1,min (m ), os quais são dados por
53
A min = 0,2 !NS;
(4.35)
Vmin = Hs ! A = 0,5 !NS;
(4.36)
V1,min = 0,03 !NS;
(4.37)
onde Hs (m) é a altura total do separador.
No Quadro 4.15 apresentam-se as dimensões obtidas para separadores com dimensão
nominal NS 150 a NS 500, incluindo também o diâmetro nominal mínimo (DNmin) dos tubos
de entrada e saída no separador.
Quadro 4.15 – Dimensões de separadores construídos in situ [N5].
2
3
3
NS
Amin(m )
Vmin (m )
V1min (m )
DNmin (mm)
150
30
75
4,5
400
200
40
100
6
400
300
60
150
9
500
400
80
200
12
500
500
100
250
15
600
4.12.2. Métodos alternativos
Pedroso [4] apresenta um método de dimensionamento diferente, o qual se baseia na
2
definição de superfícies específicas de separação, Se (m ), de acordo com o Quadro 4.16.
Quadro 4.16 – Superfícies específicas de separação [4].
Massa volúmica
3
(g/cm )
Superfície específica de separação
correspondente ao caudal escoado de
2
1 l/s (m )
Gasolina
0,75
0,16
Petróleo
0,8
0,20
Mazute
0,85
0,27
1,5
Óleo
0,9
0,40
2,0
Tipo de produto
Factor de correcção
Fc
1,0
O Quadro 4.16 inclui um factor de correcção (Fc) aplicável ao caudal a drenar. Assim, umas
vez definido o caudal a drenar, Qc (l/s), a superfície de água, Amin, será
A min = Se ! Qc !Fc .
(4.38)
No Quadro 4.17 são apresentados os volumes mínimos do tempo de retenção para
separação, Tret.
54
Quadro 4.17 – Tempos mínimos de retenção para separação [4].
Tipo de produto
Tempo mínimo de retenção Tret (s)
Factor de correcção Fc
Gasolina
120
Petróleo
120
Mazute
180
1,5
Óleo
240
2,0
1,0
O volume da câmara de separação, Vsep (litros), será dado por
Vsep = Qc !Fc .Tret .
(4.39)
Na Figura 4.18 são indicadas algumas recomendações geométricas para câmaras de
separação de hidrocarbonetos.
Valores recomendados (mm):
B ≥ 100;
C/L > 1;
D ≥ 50;
E ≥ 150;
F ≥ 350;
G ≥ 200;
H ≥ 200;
J ≥ 150;
K ≥ 200;
d > 100.
Figura 4.18 – Câmara de retenção de hidrocarbonetos fabricada in situ [4].
4.13. Sistemas elevatórios
Os sistemas elevatórios de águas residuais são, em geral, constituídos por uma câmara de
bombagem e pelas bombas.
4.13.1. Câmara de bombagem
3
O volume útil, Vut (m ), da câmara de bombagem é dimensionado em função do caudal
-1
afluente de cálculo, Qa (l/s), e do número horário de arranques, N (h ), admitido para o
elemento de bombagem, tendo-se
55
Vut =
0,9 ! Qa
.
N
(4.40)
Caso a câmara de bombagem possua duas células, esta metodologia só será adoptada para
a célula destinada à recolha dos afluentes.
O cálculo do volume do poço de bombagem poderá ser substituído pelo cálculo da sua área
de superfície [I3], tendo-se
Aw =
Qb
,
20
(4.41)
onde: Qb (l/s) é o caudal escoado pela bomba.
O volume total do poço de bombagem resulta assim da multiplicação de Aw por uma altura de
1 m, para estações pequenas, e de 2 m para estações grandes.
4.13.2. Instalação elevatória
4.13.2.1.
Potência da bomba
A potência de uma bomba é dada por
P=
3
! " Qb "Htotal
(W),
#
(4.42)
3
onde: ! (N/m ) é o peso volúmico; Qb (m /s) é o caudal bombado, o qual pode ser majorado
em 20%; Htotal (m) é a altura total; e ! é o rendimento da bomba.
4.13.2.2.
Altura manométrica - Htotal
A altura manométrica, ou altura total de elevação, representa o ganho de pressão do
escoamento na passagem pela bomba.
A Figura 4.19 ilustra uma instalação elevatória, servindo de base para a determinação da
altura manométrica.
1)
Câmara de bombagem;
2)
Bomba;
3)
Altura a que se pretende elevar a água.
Figura 4.19 – Instalação elevatória.
56
Tendo em conta a equação (4.2), a perda de carga entre dois pontos x e y é dada por
!Hxy = Hx " Hy .
(4.43)
Para o cálculo da altura manométrica da bomba é necessário estimar as perdas de carga
entre 1 e 2 (troço de aspiração) e entre 2 e 3 (troço de compressão). As perdas de carga
podem ser divididas em perdas contínuas e singulares (ou localizadas). Frequentemente,
opta-se por considerar as perdas localizadas em derivações e mudanças de direcção ou de
diâmetro como perdas contínuas em troços de tubagem rectilíneas de comprimento
equivalente. Uma forma simples de estimar os comprimentos equivalentes de tubagem é
majorar os comprimentos reais em 20 a 30%. Podem também ser consultadas tabelas de
comprimentos equivalentes, as quais são disponíveis para a generalidade dos materiais
utilizados em canalizações. A perda de carga, ΔH (mca), será então dada por
!H = J"Leq,
(4.44)
onde: J (mca/m) é a perda de carga unitária e Leq é o comprimento equivalente total de
tubagem (comprimento real somado dos comprimentos equivalentes de cada singularidade).
A perda de carga unitária pode ser dada por diversas expressões, sendo frequente utilizar-se
a fórmula de Flamant [5], aplicável em regime turbulento, para tubos lisos, tal que
7
"
5
J = 4 ! b ! v 4 !D 4 ,
(4.45)
onde: b é uma constante que caracteriza a rugosidade do material da tubagem, variando
-4
-4
entre 1,3x10 (fórmula de Blasius) e 2,3x10 [4]; v (m/s) é a velocidade do escoamento; e D
(mm) é o diâmetro interior do tubo.
A altura manométrica de aspiração, Ha (mca), é então dada por aplicação do teorema de
Bernoulli ao troço de aspiração entre 1 e 2 (Figura), tendo-se
)# p
&
v2 , # p
v2 &
Ha = +%% 1 + "Ha (( + z 2 + 2 . / %% 1 + z1 + 1 (( 0 z a + "Ha ,
2g .- $ !
2g '
+*$ !
'
(4.46)
onde: p1 (Pa) é a pressão em 1; z1 e z2 (m) são as cotas dos pontos 1 e 2, respectivamente,
sendo z2-z1=za; v1 e v2 (m/s) são as velocidades de escoamento em 1 e 2, respectivamente,
sendo
v 22 ! v12
" 0 ; e ΔH (mca) é a perda de carga no troço de aspiração.
2g
Uma vez que a bomba não deverá aspirar água de uma profundidade superior à sua
capacidade, será necessário conhecer o valor da altura máxima de aspiração da bomba, a
qual depende da carga hidráulica líquida positiva de sucção da bomba (ou carga absoluta útil
57
na aspiração ou ainda, no original em língua inglesa, “Net Positive Suction Head” - NPSH).
Este parâmetro, que deve ser disponibilizado pelo fabricante da bomba, mostra a diferença
entre a pressão disponível à entrada da bomba e a pressão de vapor de água. Quando a
pressão disponível é inferior à pressão de vapor, o líquido vaporiza dando origem a
fenómenos de cavitação com rebentamento de ar cujas ondas de choque podem danificar a
tubagem e a bomba.
Tendo em conta a Figura 4.19, a carga líquida positiva de sucção é dada por
$p
' p
NPSH = && 1 " z a " #Ha )) " v ,
%!
( !
(4.47)
onde pv (Pa) é a pressão de vapor, a qual depende da temperatura da água, situando-se a
altura equivalente,
pv
, entre 0,13 e 0,29 mca para temperaturas entre 10 e 20ºC [4].
!
Introduzindo
altura
a
manométrica
de
aspiração
na
equação
(4.47),
tem-se,
conservativamente, o seu valor máximo,
Ha,máx =
p1 #
p &
" %%NPSH + v ((.
! $
!'
(4.48)
Para a determinação da altura manométrica de compressão, Hc (mca), procede-se de forma
análoga, tendo-se
)# p
&
v2 , # p
v2 &
Hc = +%% 3 + "Hc (( + z 3 + 3 . / %% 2 + z 2 + 2 (( 0 z c + "Hc ,
2g .- $ !
2g '
+*$ !
'
(4.49)
onde: p2 (Pa) é a pressão em 2; z3 (m) é a cota do ponto 3, sendo z3-z2=zc; v3 (m/s) é a
velocidade de escoamento no ponto 3, sendo
v 32 ! v 22
" 0 ; e ΔHc (mca) é a perda de carga no
2g
troço de compressão.
Finalmente, a altura manométrica total da bomba é dada por
Ht = Ha + Hc = z a + z c + !Ha + !Hc .
58
(4.50)
5. CONFORTO E QUALIDADE NOS SISTEMAS
Além dos aspectos relacionados com o dimensionamento de sistemas de drenagem de
águas pluviais, os quais são maioritariamente, normalizados ou regulamentados, há que
considerar outros aspectos relacionados com o conforto e a sustentabilidade dos sistemas,
tais como:
•
Controle de ruído;
•
Controle de odores;
•
Acessibilidade dos sistemas;
•
Autolimpeza do sistemas;
•
Aproveitamento de águas pluviais.
5.1. Controle de ruído
O ruído é um dos factores que mais perturba o conforto dos utentes dos edifícios. Entre as
fontes de ruído encontram-se os sistemas de drenagem de águas pluviais.
Em geral, o ruído nos sistemas de drenagem de águas pluviais decorre do funcionamento de
bombas em troços com escoamento em pressão ou de impactos na canalização que se
propagam ao longo da estrutura para finalmente darem origem a radiação sonora de paredes
e pavimentos.
Estes impactos ou choques podem resultar da queda de água na transição de tubos de
queda para colectores prediais, principalmente quando não existem câmaras de inspecção. A
ligação não sifonada de dispositivos interiores que, pela qualidade do esgoto (exemplo:
águas de condensação em sistemas de ar condicionado) ligam directamente à rede de
drenagem de águas pluviais pode traduzir-se na redução de isolamento sonoro da
envolvente face a ruídos exteriores, tendo particular importância nos dias de chuva.
Uma vez que o ruído em canalizações de drenagem de águas pluviais é, essencialmente,
ruído de percussão, as medidas a tomar para reduzir a ocorrência de ruído são as seguintes:
•
Utilização de tubagens de material pouco rugoso e com alguma flexibilidade;
•
Opção por traçados pouco sinuosos;
•
Instalação das tubagens com ligações flexíveis aos elementos de suporte (Figura 5.1);
•
Atravessamento de elementos estruturais com interposição de material elástico e
resiliente (Figura 5.1);
•
Instalação de bombas em locais isolados da restante estrutura do edifício;
•
Controle da velocidade de escoamento em pressão.
59
O Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios (RRAE) [N8] estipula limites do
valor preconizado do nível sonoro equivalente ponderado A, LAr,nt, em locais receptores
tendo como fonte sonora as instalações de drenagem de águas pluviais, entre outras
canalizações dos edifícios.
.
Figura 5.1 – Isolamento para prevenção de ruídos [6].
5.2. Controle de odores
Normalmente as águas pluviais não constituem um problema em relação à emanação de
odores desagradáveis. No entanto, em locais onde o sistema público de drenagem for
unitário, deverá ter-se o cuidado de dotar os colectores prediais de águas pluviais que
conduzem a água à câmara de ramal de ligação de sifões de modo a evitar a passagem de
odores do sistema de esgoto doméstico para o sistema pluvial.
5.3. Acessibilidade dos sistemas
A fácil acessibilidade aos sistemas de drenagem de águas pluviais poderá evitar muitos
transtornos. De facto, facilitando a actuação, por parte das entidades competentes, em
intervenções de reparação e inspecção dos sistemas, reduz-se o tempo destas operações.
Uma boa acessibilidade também evita que possíveis anomalias possam interditar espaços
comuns ou privados durante períodos excessivamente longos.
No Capítulo 3 foram discutidos os cuidados a ter para garantir a adequada acessibilidade dos
sistemas de drenagem de águas pluviais.
5.4. Autolimpeza dos sistemas – “Siphonic Drainage System”
5.4.1.
Considerações gerais
Os sistemas de drenagem pluvial tradicionais asseguram o escoamento pela via gravítica.
Para tal, torna-se necessário tomar algumas medidas como a aplicação de troços com uma
inclinação mínima evitando assim possíveis entupimentos e a própria estagnação da água no
sistema. Como forma de combater os problemas que o sistema tradicional apresenta,
consoante os casos, desenvolveu-se, há cerca de 40 anos, um sistema sifónico que, tirando
60
partido da indução de vácuo nas tubagens, permite a drenagem das águas pluviais de um
forma mais eficaz.
Este sistema de drenagem de coberturas, designado por “Siphonic Drainage System” - SDS),
foi desenvolvido pelo Engenheiro finlandês Olavi Ebeling no final dos anos 60 [I5]. Desde
então espalhou-se pela Europa, com maior incidência nos países nórdicos. Durante os anos
80, o sistema SDS chegou ao Reino Unido pelas mãos da empresa suíça Geberit, que ainda
hoje é líder no mercado deste tipo de sistemas.
Nos anos 90 observou-se um crescimento significativo da implementação dos sistemas
sifónicos em Portugal.
O sistema SDS assenta no príncipio de que a água, ao descer pelas tubagens, cria uma
pressão negativa no topo do tubo de queda, a qual será, posteriormente, aproveitada para
sugar a água. A pressão negativa, à semelhança do que ocorre nos sifões, é garantida pela
falta de ar no interior da tubagem.
Nos sistemas tradicionais, a água ao entrar nos tubos de queda forma um vórtice que reduz
significativamente a capacidade do sistema. O componente mais significativo num sistema
tradicional é o descarregador da cobertura, cuja capacidade determina o escoamento nos
tubos de queda, os quais são dimensionados para operar à pressão atmosférica. A Figura
5.2 esquematiza a passagem da água do descarregador para o tubo de queda num sistema
gravítico.
Figura 5.2 – Entrada da água no tubo de queda (Sistema tradicional) [I6].
Os ralos utilizados no sistema sifónico são os elementos chave do sistema porque controlam
a entrada de água e ar, criando o vácuo necessário. Na Figura 5.3 está representada a
constituição de um ralo sifónico.
61
Figura 5.3 – Ralo “sifónico” [I6].
A utilização deste sistema de drenagem traz um número significativo de vantagens, das
quais se destacam:
•
Redução do número de tubos de queda associados a cada caleira;
•
A rede de colectores subterrâneos poderá ser substituída por uma rede muito mais
acessível, o que reduzirá significativamente os custos;
•
Redução das dimensões das tubagens;
•
Melhor integração da rede de tubagens no edifício;
•
Redução da quantidade de água nas coberturas durante grandes chuvadas, devido à
velocidade de escoamento que é imposta quando isso acontece;
•
A velocidade a que se dá o escoamento, em chuvadas intensas, permite a sua autolimpeza.
A Figura 5.4 ilustra a simplicidade de um sistema SDS relativamente ao sistema tradicional
de drenagem de águas pluviais.
a)
b)
Figura 5.4 – Sistemas de drenagem de águas pluviais: a) tradicional; b) SDS [I6].
62
5.4.2.
Dimensionamento
5.4.2.1.
Noções básicas
Tendo em conta o teorema de Bernoulli, a perda de carga hidráulica entre dois pontos x e y
que contabiliza as perdas devidas à resistência das paredes interiores das tubagens (perdas
de carga contínuas) e as perdas adicionais devidas a acessórios (perdas de carga
singulares) é dada por
& k*2
#p
& #p
Q2
Q2
!Hx,y = %% x +
+ z x (( ) %% y +
+ z y (( =
,
$ " 2gA
' $ " 2gA
' 2g
(5.1)
2
onde: ! (N.s/m ) é a viscosidade do fluido; e k é um coeficiente de perda de carga. As
restantes variáveis assumem o significado atribuído no Capítulo 4.
Esta abordagem de cálculo foi usada para estimar a capacidade de escoamento e a
distribuição de pressões em plataformas de sistemas de drenagem sifónicos [10]. Existem
diferenças significativas nas pressões calculadas ao longo do sistema, as quais dependem
directamente do atrito causado pelos acessórios. As discrepâncias existentes nos resultados
são explicadas pela variação de ar contido na tubagem e pelas imprecisões na estimativa
das perdas de carga singulares, incluindo no ralo sifónico. Apesar de se considerar que a
imprecisão no cálculo de cada perda de carga singular é reduzida, o erro acumulado
resultante da soma de todas as parcelas que compõem o sistema pode ser significativo. Para
contrariar esta situação, têm sido desenvolvidos vários estudos em para determinação das
perdas de carga singulares relativas a acessórios específicos deste tipo de sistema [10], os
quais indicam que:
•
O erro associado ao coeficiente de perda k poderá ser superior a 5%;
•
O coeficiente de perda de carga do ralo varia entre 0,287 e 0,339.
Este tipo de sistemas é dimensionado para funcionar a pressões até 80 kPa abaixo da
pressão atmosférica. Contudo, essas pressões podem variar e aumentar devido a (Slater et
al, em [10]):
•
Interacção com o sistema subterrâneo;
•
Bloqueio total ou parcial dos ralos;
•
Inconformidades no traçado do sistema resultante da instalação;
•
Volume de ar que entra no sistema.
5.4.2.2.
Influência da presença de ar nos sistemas
A maior parte dos sistemas são dimensionados para funcionar ligeiramente acima da
condição de dimensionamento. À medida que a intensidade de precipitação aumenta, ocorre
63
uma despressurização parcial instável do sistema que, segundo testes laboratoriais têm
mostrado, resulta no deslocamento de quantidades substanciais de ar no sistema. A
natureza instável do escoamento, aliada a estes deslocamentos de ar que poderão aumentar
significativamente o escoamento, aumenta o risco de causar ruídos e vibrações no sistema
que poderão fazer com que ele falhe. Tudo isto faz com que o ar seja tratado como um
elemento essencial no dimensionamento do sistema. Para tal são consideradas três tipos de
entrada do ar no sistema de drenagem:
1) Ar presente no sistema antes do início da precipitação;
2) Ar que entra acompanhando a água no início da precipitação;
3) Ar que entra por intermédio da abertura dos ralos.
A primeira via de entrada do ar ocorre durante o tempo em que o sistema se encontra em
repouso, isto é, no intervalo de tempo entre precipitações. Durante este período, o sistema é
exclusivamente preenchido por ar.
A segunda via de entrada de ar é causada durante a descarga nos tubos de queda. Devido à
natureza turbulenta dessa descarga, grandes quantidades de ar contidas no escoamento
poderão ser introduzidas no sistema. Para limitar este problema, os ralos utilizados devem
impedir a formação de vórtices na entrada dos descarregadores, o que, na maioria das vezes,
é conseguido por uma obstrução de geometria variável colocada na entrada do sistema (ralo).
No entanto, existirá sempre uma quantidade de ar que entra no sistema devido a pequenos
vórtices e à redução da altura de escoamento.
Sistemas bem dimensionados permitem a saída do ar por uma de duas maneiras possíveis:
através do ralo da cobertura à medida que a afluência de água começa a aumentar ou
através de um ponto de descarga associado ao sistema subterrâneo. Contudo, em qualquer
dos casos, a presença de ar será sempre inevitável, alterando constantemente as condições
hidráulicas do escoamento durante a fase de sucção.
5.4.2.3.
Sucção
O conceito de sucção é de extrema importância nos sistemas sifónicos de drenagem de
águas pluviais. Se, por alguma razão, a sucção falhar, todo o sistema irá falhar, o que não é
admissível. A descrição da ocorrência do fenómeno de sucção será efectuada considerando
que as condições hidráulicas do sistema sifónico prevalecem ao longo do seu funcionamento,
isto é, a afluência de água para o sistema aumentará rapidamente até se verificarem as
condições de dimensionamento, podendo mesmo exceder-se estas condições.
O fenómeno de sucção pode ser divido em quatro etapas, tal como mostra a Figura 5.5.
64
Figura 5.5 - Etapas do fenómeno de sucção num sistema sifónico de drenagem de águas pluviais [10].
A primeira etapa (A) corresponde a intensidades de precipitação até 10% da capacidade
para a qual o sistema foi dimensionado. Neste momento, o sistema funciona como um
sistema tradicional, onde a secção não é totalmente preenchida pela água. O escoamento
nos tubos de queda aparenta ser quase nulo e no troço horizontal é considerado sub-crítico.
Direcção do escoamento
Figura 5.6 – Primeira etapa do fenómeno de sucção em SDS (Sistema ravítico) [I6].
Com o aumento da intensidade de precipitação, a altura da lâmina de água sobre o ralo
aumenta. Durante esse período, o prato anti-vórtice do ralo começa a submergir, evitando a
entrada de ar no sistema de tubagem e aumentando o escoamento. Este aumento do
escoamento produz uma interface entre dois tipos de movimento, um lento, da água que já
se encontrava no sistema, e o novo, bem mais rápido. Esta interface irá permitir a formação
de uma cortina de água que irá percorrer o sistema e que permitirá o início da acção sifónica.
Note-se que deverá existir sempre um troço horizontal entre o descarregador e o tubo de
queda, para permitir o preenchimento total do descarregador, dando assim início ao
fenómeno de sucção. O descarregador terá de ser correctamente dimensionado, pois de
acordo com estudos feitos no Reino Unido (Arthur & Swaffield (1999); Sommerhein (1999)
em [10]), se o descarregador for sobredimensionado o risco de o sistema falhar aumenta.
65
Direcção do escoamento
Figura 5.7 – Segunda etapa (B) do fenómeno de sucção em SDS [I6].
Eventualmente, a intensidade de precipitação aumentará até um ponto onde a água entrará
através dos ralos com uma taxa que fará com que o ressalto hidráulico seja deslocado do
início do troço horizontal para o fim deste, fazendo com que a água ocupe praticamente a
totalidade da tubagem. Ao mesmo tempo uma bolsa de ar fica presa a meio da tubagem à
medida que as condições de secção cheia se vão propagando até ao tubo de queda.
Direcção do escoamento
Figura 5.8 – Terceira etapa (C) do fenómeno de sucção em SDS (ressalto hidráulico) [I6].
Quando a intensidade de precipitação atinge o seu pico, o sistema funciona com eficiência
máxima. Neste momento, as condições de escoamento em secção cheia propagam-se ao
tubo de queda, fazendo com que ocorra uma despressurização do escoamento na sua
entrada que reduz a pressão para níveis inferiores à pressão atmosférica. Isto provocará um
aumento da velocidade de escoamento e fará com que a bolsa de ar se desloque ao longo
do sistema até ser expulsa, permitindo que, agora sim, o sistema funcione na sua
capacidade máxima.
Direcção do escoamento
Figura 5.9 – Quarta etapa (D) do fenómeno de sucção em SDS (escoamento em secção cheia) [I6].
5.4.2.4.
Determinação do número de pontos de descarga
Para se determinar o número de pontos de descarga necessários para drenar uma certa área
é necessário calcular a quantidade de água a drenar, utilizando o método preconizado na EN
12056-3 [N7] e que, de resto, já foi apresentado em 4.3.3. Dividindo o caudal total a drenar
pela capacidade de cada descarregador, obtém-se o número de descarregadores
necessários.
66
O volume de água a drenar pode também ser calculado por [I12]
V=
I! "! µ ! A
,
1000
(5.2)
2
onde: I (l/s/ha) é a intensidade de precipitação; A (m ) é a área a drenar; e η e µ são factores
de redução que dependem, respectivamente do tipo de cobertura e da superfície da
cobertura.
Em qualquer dos casos, a capacidade dos descarregadores deverá ser reduzida em 85%
para garantir o seu total preenchimento e o bom funcionamento da sucção. A distância entre
descarregadores não deverá exceder os 20 m.
5.4.3.
Disposições construtivas
No desenvolvimento do sistema convém ter sempre presente alguns pormenores
construtivos de maneira a evitar problemas de funcionamento. De seguida serão
apresentados alguns exemplos de disposições construtivas.
O aumento do diâmetro do descarregador poderá fazer com que este não atinja o seu
preenchimento total o que fará com que o sistema falhe. O alargamento poderá ser opção
caso se garanta que não influenciará o seu preenchimento total. No que diz respeito aos
troços horizontais, esse problema não se coloca, pelo que é possível adoptar essa solução.
Incorrecto
Correcto
Figura 5.10 – Aumento de diâmetro no descarregador [I5].
A opção por um descarregador com uma determinada inclinação está completamente
vedada. A inclinação iria fazer com que a velocidade de escoamento aumentasse, havendo o
risco de este se processar sempre pela via gravítica, e pondo em risco o preenchimento total
das tubagens.
Incorrecto
Correcto
Figura 5.11 – Descarregador inclinado [I5].
67
Pela mesma razão, os troços horizontais não devem conter nenhuma inclinação. No entanto,
caso se opte por essa solução terá que se aplicar uma redução de diâmetro no tubo de
queda por forma a garantir o preenchimento das tubagens.
Correcto
Incorrecto
Figura 5.12 – Inclinação do troço horizontal [I5].
Apesar de não ser desigual, é possível proceder ao aumento do diâmetro nos tubos de
queda. Para tal é necessário fazer o alargamento num local que não evite que o escoamento
se continue a processar a secção cheia. É uma tarefa de difícil resolução, pois é
praticamente impossível de garantir que isso não venha a acontecer, pondo em causa o
processo de sucção.
Incorrecto
Correcto
Figura 5.13 – Aumento do diâmetro no tubo de queda [I5].
5.5. Sistemas de aproveitamento de águas pluviais (SAAP)
5.5.1.
Considerações gerais
Apesar de ter tido um grande desenvolvimento nas últimas décadas, o aproveitamento de
águas pluviais, especialmente para fins não potáveis, não é novo, tendo milhares de anos de
utilização. Existem vestígios de estruturas construídas para esse efeito em várias civilizações
como a Inca, Maia, Grega e Romana. Em Portugal são exemplos os castelos de Sesimbra e
Ourém que possuíam um sistema de armazenamento da água pluvial que servia de reserva
em situações de cerco, abastecendo todo o castelo [11].
Hoje em dia, se se tiver em conta o mapa da precipitação anual no mundo (Figura 5.14), é
possível concluir que, na maioria dos casos, existe uma relação entre a pluviosidade e o
desenvolvimento dos países. Este facto leva a que a água pluvial seja encarada como um
factor de desenvolvimento e que, como tal, possa e deva ser cada vez mais aproveitada e
reutilizada.
68
Figura 5.14 - Precipitação mundial anual (adaptado de [I7]).
Um factor importante a ter em conta no aproveitamento das águas pluviais corresponde ao
transporte de contaminantes presentes no ar que estas águas efectuam. Estes
contaminantes alteram as características da água tornando-a não potável. Segundo
Annecchini [12], o sódio, o magnésio, o potássio e o cloro são alguns exemplos de
constituintes detectados em águas pluviais recolhidas em zonas próximas do oceano,
enquanto a sílica, o alumínio e o ferro podem-se encontrar em zonas mais interiores. As
zonas industriais constituem outro factor de risco na contaminação das águas pluviais, assim
como as zonas urbanas de grande desenvolvimento industrial.
Assim, as águas pluviais devem ser consideradas não potáveis, pelo que a sua reutilização
terá fins não potáveis. Estudos realizados mostram que a maior parte da água utilizada em
edifícios de habitação se destina a fins não potáveis, como as regas, descargas sanitárias e
postos de lavagem [12]. Na Figura 5.15 é ilustrada a distribuição do consumo de água em
habitações na Alemanha, mostrando-se que cerca de 60% da água consumida tem fins não
potáveis. Este indicador dá enfâse à importância da reutilização de águas pluviais, permitindo
poupança da água potável indispensável à sobrevivência humana. O maior problema destes
sistemas prende-se com o perigo de esta água poder ser consumida involuntariamente, o
que poderá trazer problemas para a saúde pública.
Lavagem de carros e jardins (6%)
Lavagem de pratos (6%)
Beber e cozinhar (4%)
Chuveiro (36%)
Descargas sanitárias (27%)
Lavagem de roupa (12%)
Figura 5.15 – Consumo de água em residências na Alemanha (adaptado de [12]).
69
5.5.2.
Constituição do sistema
O sistema de aproveitamento de águas pluviais (SAAP) tem como principal objectivo a
captação das águas pluviais para poderem ser reutilizadas, reduzindo assim o consumo de
água potável. A colecta da água é normalmente efectuada nas coberturas ou através dos
solos, sendo a primeira forma bastante mais simples.
A Figura 5.16 mostra a constituição de um SAAP e o caminho percorrido pela água desde a
sua captação, até à sua reutilização.
Figura 5.16 – Constituição de um SAAP [12].
Como se pode verificar, a água recolhida na cobertura é conduzida através de caleiras e
tubos de queda até um reservatório de armazenamento (Figura 5.16). Antes da entrada no
reservatório, terá de passar por sistema de filtragem que desvie as primeiras águas,
consideradas mais poluídas. O reservatório está equipado com um sistema de bombagem
que posteriormente encaminhará a água para a rede não potável onde se inserem máquinas
de lavar roupa, autoclismos e sistemas de rega. O reservatório deverá ter uma torneira de
segurança, que servirá de apoio caso este se apresente um nível de água reduzido,
alimentando-o com água potável.
Existem quatro tipos distintos de sistemas de aproveitamento de água [13]:
•
Sistema de fluxo total: toda a água captada é encaminhada para o reservatórios,
passando por um sistema de filtragem. Caso este exceda a sua capacidade, a água
é conduzida para o sistema de drenagem;
•
Sistema com derivação: é colocado um elemento que desvia as primeiras águas da
chuva directamente para o sistema de drenagem. A restante segue o mesmo
caminho do sistema anterior;
•
Sistema com volume adicional de retenção: o sistema é reforçado com um
reservatório de maiores dimensões destinado a evitar inundações;
70
•
Sistema com infiltração no solo: em tudo idêntico ao primeiro, residindo a única
diferença no facto de o excesso de água ser direcionado para uma zona de
infiltração no solo.
Figura 5.17 – Reservatório de águas pluviais [I18].
5.5.3.
Dimensionamento do sistema
O dimensionamento dos sistemas de aproveitamento de águas pluviais é muito semelhante
ao das redes de drenagem, tendo de respeitar o Regulamento Geral [N1]. No fundo, um
SAAP não é mais do que um sistema de drenagem que em vez de encaminhar a água para a
rede pública, encaminha-a para um reservatório para que esta possa ser reutilizada.
Assim, a grande diferença no dimensionamento resulta da necessidade da quantificação de
volume anual de água pluvial e da estimativa da capacidade do reservatório, que terão de ser
ajustados às necessidades de consumo dos dispositivos associados.
5.5.3.1.
Volume anual de água pluvial
O volume anual de água pluvial que pode ser armazenado é calculado:
365
Vpl,anual = C ! A ! "hk ,
(5.3)
i=1
2
onde: C é o coeficiente de escoamento; A (m ) é a área de captação; e hk (mm) é a altura de
precipitação em cada dia do ano.
O volume de água anual deverá ser reduzido em 10% devido ao sistema de filtragem que faz
com que alguma quantidade de água não seja aproveitada.
5.5.3.2.
Consumos médios
O cálculo do consumo total numa habitação pode ser, entre outros métodos, baseado na
Capitação Média Diária Doméstica (CMDD) [15]. O consumo de água que se pretende ser de
71
origem pluvial será assim uma percentagem estimada do consumo de água total. A CMDD
encontra-se fixada para as diferentes zonas do país, como indicado no Quadro 5.1.
Quadro 5.1 – CMMD de Portugal [15].
Regiões hidrográficas
CMDD
(l/habitante)
Minho e Lima
127
Cavado, Ave e Leça
148
Douro (RH3)
109
Vouga, Mondego, Lis e Ribeiras do Oeste
149
Tejo
174
Sado e Mira
201
Guadiana
169
Ribeiras do Algarve
298
Açores
166
Madeira
163
O volume de água pluvial consumido é então dado por
Vcons,pl = Nest !
CMDD !Psub,pl
100
(5.4)
onde: Nest é o número de pessoas; e Psub,pl é a percentagem do consumo de águas pluviais.
O número de pessoas consideradas depende do número de quartos que a habitação
possui.Consideram-se duas pessoas por quarto e mais uma pessoa por cada outra divisão.
5.5.3.3.
Reservatório
O volume do reservatório deverá ser calculado tendo em conta o volume de água captado e
o consumo associado ao edifício em causa. O método de Rippl [15] é um dos mais simples e
mais utilizados, no entanto existem muitos outros. Este método considera que o reservatório
está inicialmente cheio e os períodos de seca futuros não serão piores do que os anteriores.
O primeiro passo desta metodologia consiste na determinação da diferença entre o volume
consumido e o volume de água captado num dado mês j,
S j = Vcons,pl,j ! Vpl,j.
(5.5)
De seguida, calcula-se o volume do reservatório através do somatório das diferenças
positivas registadas para cada mês,
12
Vreservatório = ! S j, para S j > 0.
(5.6)
j=1
Finalmente, terá que se garantir que
12
12
!V
cons,pl,j
j=1
< ! Vpl,j.
j=1
72
(5.7)
6. SISTEMAS PREDIAIS DE DRENAGEM DE ÁGUAS FREÁTICAS
6.1. Introdução
As águas freáticas resultam da infiltração no terreno da água proveniente da precipitação, a
qual, ao atingir camadas profundas e impermeáveis do terreno, forma toalhas de água que
ficam depositadas em profundidade.
A construção de edifícios com pisos subterrâneos, usualmente utilizados como garagens, é,
actualmente, muito freguente. Essa opção, justificada pela racionalização do espaço
disponível, leva a que tenha de se levar em conta a possível, e quase certa, presença deste
tipo de águas o que poderá originar patologias se não forem tomados os devidos cuidados.
Talvez porque a construção de edifícios com um número elevado de pisos subterrâneos seja
relativamente recente, em Portugal, ainda não existe um regulamento destinado a garantir a
qualidade dos sistemas de drenagem de águas freáticas. Podem-se mesmo encontrar
inúmeros edifícios que nem sequer dispõem qualquer sistema que possibilite a drenagem
deste tipo de águas.
O sistema de drenagem de águas freáticas tem como finalidade receber e encaminhar as
águas freáticas até ao poço de bombagem. Como estas poderão ser lançadas na rede
pública de drenagem de águas pluviais, este poço poderá ser comum aos dois tipos de
águas. Caso o sistema pluvial seja gravítico, o poço de bombagem receberá apenas as
águas freáticas encaminhando-as para a rede predial pluvial, sendo posteriormente
conduzidas até à rede pública.
Neste capítulo, além de se fazer uma breve discussão sobre as águas subterrâneas e as
características dos solos, é também efectuada uma apresentação dos constituintes dos
sistemas de drenagem correntes, tentando-se definir o procedimento de dimensionamento e
instalação dos sistemas de drenagem de águas freáticas, sempre com o objectivo de evitar
assim patologias e problemas que coloquem em causa a habitabilidade e funcionamento do
edifício.
A impermeabilização da envolvente, tal como em coberturas e varandas, apesar de nem
sempre ser considerada parte integrante do sistema de drenagem, deverá ser especificada
criteriosamente. No presente capítulo são apresentadas soluções construtivas para
impermeabilização, sendo discutida a sua integração com os sistemas de drenagem.
6.2. Água no solo
A água existente no nosso planeta encontra-se sujeita a uma constante mudança de estado
físico, percorrendo um ciclo ininterrupto. Quando proveniente da precipitação, que poderá
ocorrer em vários estados (chuva, neve, nevoeiro ou mesmo orvalho): infiltra-se no solo;
73
evapora-se parcialmente da superfície terrestre, corre sob ou sobre ela em cursos de água,
sendo conduzida até ao mar; é absorvida pelas plantas; fica retida nos poros do solo; etc.
A Figura 6.1 mostra a relação entre a precipitação e a água no solo, a qual se traduz em
curvas de evolução da precipitação, da evaporação, da infiltração e da humidade do solo.
Observa-se, mesmo nos meses de Verão, a saturação do solo o que reforça a necessidade
da impermeabilização dos elementos de construção que se encontram em contacto com este.
Figura 6.1 – Evolução da precipitação, da evaporação, da infiltração e da humidade do solo [16].
A água no solo surge em diferentes formas, sendo retida por diferentes forças físicas [16]:
• Água de infiltração:
água que, movimentando-se no solo no sentido descendente
por acção da gravidade, se vai infiltrando nos poros, aí se
mantendo durante poucos dias no caso dos solos bastante
permeáveis, ou conduzindo à saturação hídrica em solos
pouco permeáveis.
• Água acumulada:
água que resulta do encontro da água de infiltração com uma
camada de solo impermeável ou de difícil penetração,
conduzindo à saturação hídrica dos solo. sobrejacentes.
• Água suspensa:
água que resulta da possibilidade da água acumulada
atravessar o solo impermeável através de estratos permeáveis.
• Água de capilaridade:
água que se movimenta no sentido ascendente por efeito de
capilaridade, em poros de pequenas dimensões, sendo, por
isso, inexistente em solos com granulometria elevada. A
velocidade de capilaridade diminui com o aumento da
74
distância ao nível freático e aumenta se o ar não estiver
saturado de vapor de água, compensando uma evaporação
mais elevada. Esta água é a principal responsável pelos danos
causados pela humidade em pavimentos.
• Água de condensação:
água resultante da condensação do vapor de água existente
nos poros do solo.
• Água freática:
água que se infiltra nas camadas mais profundas, formando aí
toalhas
de
água
interligadas, designando-se
por
água
acumulada se ficar limitada localmente.
• Água adsorvida:
água retida sob a forma de uma película muito delgada na
superfície dos corpos, devido a forças de ligação de origem
molecular e electrostática entre as superfícies dos grãos de
solo e as gotas de água.
Para melhor se perceber a relação da água com o solo, e a consequente ascensão desta,
desde o subsolo, até à superfície, pondo em causa os elementos de construção, torna-se
imperativo ter algumas noções das propriedades dos solos.
A permeabilidade, avaliada segundo Darcy pelo coeficiente de permeabilidade kf, é
directamente dependente da porosidade wf. [16]. Quanto menor for a permeabilidade, maior
será a retenção das águas infiltradas no solo, aumentando assim o risco de os edifícios
serem negativamente afectados pelas águas acumuladas após um período de chuvas.
No Quadro 6.1 encontram-se apresentados os valores de kf em função da granulometria e as
alturas de ascensão capilar para diferentes tipos de solos classificados segundo a norma DIN
4023 [16]. O Quadro 6.1 mostra que a ascensão capilar aumenta com a diminuição da
permeabilidade.
Quadro 6.1 – Altura de ascensão capilar e permeabilidade de diferentes tipos de solos [16].
Granulometria
Ascensão
Permeabilidade
(mm)
capilar (cm)
kf (cm/s)
X
60
0
muito permeável
grosso
gC
20-60
~0
permeável
médio
mG
6-20
~0
permeável
fino
fG
2-6
5
1x10
grossa
gS
0,6-2
10
1,0x10 -1,5x10
-2
-3
média
mS
0,2-0,6
25
1,5x10 -1,5x10
-3
-4
fina
fS
0,06-0,2
50-100
1,0x10 -5,5x10
-4
-6
Silte
U
0,002-0,06
200-1000
5,5x10 -1,0x10
-6
-7
Argila
T
<0,002
>1000
1,0x10 -1,0x10
-7
-9
Tipos de solos
Pedras
Blocos
Designação
Seixo
-2
Areia
75
A Figura 6.2 mostra a variação da ascensão capilar com o tempo, para três tipos de solos
(areia, silte e argila).
Silte
Argila
Areia
Figura 6.2 – Variação da ascensão capilar no solo ao longo do tempo (adaptado de [6]).
Para completar a caracterização do solo, é necessário classificar a sua estrutura
dependendo do tipo e disposição das respectivas partículas sólidas, bem como da
configuração dos espaços vazios por elas limitados. Existem três tipos de estruturas:
• Estrutura incoerente:
quando as partículas sólidas repousam lado a lado, não se
formando assim um bloco estrutural (areias).
• Estrutura coerente:
quando as partículas se encontram ligadas entre si, formando
uma massa mais ou menos compacta (terra vegetal, argila).
• Estruturas agregadas: quando as partículas se encontram ligadas entre si com
estruturas características (calcários).
Para simplificar a caracterização dos solos existem ainda métodos alternativos como é o
caso do diagrama de Laatsch e o diagrama de classificação de solos segundo a
especificação do LNEC (Figura 6.3). Estes diagramas permitem uma classificação
relativamente simples e directa dos solos tendo em conta a sua granulometria.
6.3. Constituição dos sistemas de drenagem de águas freáticas
A constituição de um sistema de drenagem de águas freáticas pode variar consoante o caso
que se apresente. No entanto, é possível identificar os constituintes mais comuns.
6.3.1.
Colectores
Os colectores são canalizações responsáveis pela condução das águas freáticas,
provenientes dos drenos colectores, até ao poço de bombagem. Estes colectores devem
apresentar características idênticas às referidas a propósito dos colectores utilizados em
sistemas de drenagem de águas pluviais. Os materiais utilizados podem ser de diversos tipos,
tal como se descreve no Capítulo 7.
76
a)
b)
Figura 6.3 – Diagrama de classificação dos solos: a) baseado nas coordenadas de Laatsch; b) segundo
a especificação LNEC E219-1968 [16].
77
6.3.2.
Caleiras
As caleiras permitem o encaminhamento das águas freáticas para os colectores.
Normalmente, as caleiras são utilizadas para remediar situações em edificações construídas
sem as necessárias protecções na contenção periférica, sendo colocadas entre duas
paredes, uma exterior (contenção periférica) e outra interior. As caleiras (e base de
assentamento) devem ser impermeáveis até à altura dos seus diâmetros correspondentes.
6.3.3.
Drenos colectores
Os drenos colectores são canalizações onde afluem as águas do subsolo, através de juntas
abertas, furos ou por permeabilidade da superfície exterior dos tubos. Os drenos devem estar
protegidos por filtros que impeam a passagem de materiais pesados. O diâmetros dos furos
e o espaçamento entre elementos de tubagem deve ser tal que não permita a passagem de
componentes dos filtros para o seu interior. Os tubos porosos oferecem uma maior
capacidade de transporte, devido à gama de diâmetros disponível.
Os elementos de drenagem, deverão dispor-se relativamente à fundação, estrutura e soleira
da cave de forma a garantir o escoamento total da água que se possa vir a acumular. No
caso particular de pavimentos de caves de grande superfície, é aconselhável, se as
condições do solo o permitirem, instalar os elementos de drenagem, formando um anel
periférico juntamente com uma rede de drenagem de superfície em “espinha” constituída por
troços distanciados entre si de 2,0 a 3,5 m. A Figura 6.5 ilustra esta solução.
Figura 6.4 – Dreno de superfície [4].
78
Na maior parte das vezes, é suficiente efectuar-se o escoamento da água acumulada para a
conduta anelar por intermédio de tubos de pequeno diâmetro que atravessem a fundação. A
Figura 6.6 representa este tipo de solução
6.3.4.
Câmaras de inspecção
As câmaras de inspecção são dispostas ao longo da rede de drenagem em mudanças de
inclinação, direcção, diâmetro, ou em confluências, servindo para facilitar a manutenção do
sistema de drenagem. As características das câmaras de inspecção usadas na drenagem de
águas freáticas são idênticas às usadas nos sistemas de drenagem pluviais.
Figura 6.5 – Sistema de drenagem com dreno tubular [16].
6.3.5.
Camadas de impermeabilização
Para proteger pavimentos ou paredes contra o ataque da humidade ascensional ou de
infiltração
é
necessário
proceder
à
sua
impermeabilização.
As
camadas
de
impermeabilização são aplicadas quer nas paredes, quer nos pavimentos de piso
subterrâneos e podem ser fabricadas em vários materiais, sendo frequente a utilização de
telas asfálticas.
a) Tela asfáltica alumínio
b) Tela asfáltica poliéster
Figura 6.6 – Telas asfálticas [I8].
79
c) Tela asfáltica mineral
Podem ainda ser utilizados outros materiais os quais se indicam no Anexo A2 juntamente
com a sua representação simbólica em peças desenhadas [16].
A Figura 6.7 apresenta algumas soluções correntes impermeabilização aplicáveis quando for
possível a escavação em talude. A Figura 6.8-a representa o percurso feito pela água
segundo as curvas de humidade, desde a sua infiltração na fundação até à chegada às
paredes interiores através da ascensão por capilaridade. A Figura 6.8-b refere-se a um
pavimento com desvão. As Figuras 6.8-c e 6.8-d referem-se a caves, sendo a primeira não
habitável.
Figura 6.7 – Camadas de impermeabilização segundo a norma DIN 4117 (adaptado de [15]).
As camadas de impermeabilização horizontais, visíveis na Figura 6.8 (soluções c e d) são
dispensáveis
em
paredes
interiores,
tal
como
acontecerá
com
a
camadas
de
impermeabilização horizontal inferior se as paredes interiores forem em betão hidrófugo.
Quando existe a necessidade absoluta de manter seco o pavimento dos pisos subterrâneos,
torna-se obrigatória a sua impermeabilização de acordo a Figura 6.8-d. Caso não se
disponha de uma camada especial de impermeabilização, à parede interior terá que ser
aplicada uma impermeabilização vertical complementar. As esquinas, cantos e reentrâncias
deverão possuir um arredondamento com um raio na ordem dos 4 cm. Em solos coerentes,
deve-se ainda optar pela aplicação de uma camada de seixo grosso sob as camadas
impermeabilizantes com o intuito de reduzir a probabilidade da existência de ascensão
capilar. Esta medida poderá ser descartada caso se tratem de espaços onde a humidade
poderá ter um papel favorável, como acontece no caso das adegas.
Na Figura 6.9 é ilustrado um sistema de impermeabilização de pavimentos.
80
1)
Construção da estrutura.
2)
Revestimento com emulsão betuminosa.
3)
Colocação da tela asfáltica.
4)
Aplicação do isolamento térmico específico para o piso.
5)
Aplicação da betonilha armada.
6)
Finalização com o revestimento final (cerâmica, madeira,
alcatifa, etc).
Figura 6.8 – Impermeabilização de pavimentos de cave [I9].
Os trabalhos de impermeabilização só devem ser efectuados a temperaturas superiores a
4ºC e com tempo seco, caso contrário, terão de ser tomadas medidas especiais. Na
aplicação de demãos de recobrimento aplicadas há que ter alguns cuidados, principalmente
no que diz respeito ao intervalo de tempo de aplicação entre camadas. Se forem aplicados
materiais frios, a cada demão deverá ser aplicada após a secagem completa da anterior. Nos
casos em que se utilizem materiais quentes, tem que se esperar que a demão anterior
arrefeça.
As superfícies impermeabilizadas só estão preparadas para receber as terras de
acompanhamento quando a camada de impermeabilização estiver completamente seca ou
com presa. Os trabalhos de aterro deverão ser feitos com todo o cuidado, de forma a não
danificar as superfícies. Para garantir a qualidade da superfície, poderá optar-se pela
aplicação de camadas de protecção constituídas por: tijolos furados colocados ao alto; perfis
de estacas-pranchas ou chapa ondulada de fibrocimento; mantas de lã mineral; placas
filtrantes em betão. As camadas de protecção desempenham também um papel fundamental
na condução das águas para as zonas drenantes.
6.3.6.
Cortinas ou membranas drenantes
As estruturas enterradas e, consequentemente, os sistemas de impermeabilização, estão
normalmente sob grande pressão da água que circula nos terrenos. As cortinas drenantes
procuram contrariar este fenómeno, protegendo as camadas de impermeabilização e
permitindo drenar grandes quantidades de água, obtendo, desta forma, uma adequada
circulação da água nas estruturas enterradas.
Estas membranas são normalmente em polietileno de alta densidade (PEAD), sendo
comercializadas em rolos com nódulos granulares (Figura 6.10), os quais devem ficar em
contacto com as paredes para facilitar a evaporação e circulação do ar (Figura 6.10.).
Figura 6.9 – Membrana drenante em polietileno de alta densidade (PEAD) [I8].
81
As membranas drenantes também podem ser aplicadas em pavimentos, devendo, nesse
caso, os nódulos contactar com o betão de limpeza sob o pavimento, de forma a melhorar a
distribuição de cargas e também a estanqueidade.
Figura 6.10 – Aplicação de uma membrana drenante [I10].
As membranas drenantes podem ser utilizadas em combinação com geotêxteis, tal como
ilustrado na Figura 6.12.
1)
Construção do muro ou parede.
2)
Revestimento com emulsão betuminosa.
3)
Colocação da tela asfáltica.
4)
Fixação da membrana drenante.
5)
Aplicação do geotêxtil e do tubo de drenagem.
6)
Colocação da terra.
Figura 6.11 – Impermeabilização de paredes enterradas [I9].
6.3.7.
Instalação elevatória
As intalações elevatórias de sistemas de drenagem de águas freáticas permitem a condução
destas águas ao exterior, sendo em geral idênticas às utilizadas na drenagem de águas
pluviais.
6.4. Dimensionamento
Para se dimensionar um sistema de drenagem de águas freáticas é indispensável conhecer
a ordem de grandeza do caudal a escoar. A estimativa deste caudal é complicada visto que a
quantidade das águas subterrâneas depende de muitos factores.
Em seguida descrevem-se as metodologias de determinação do caudal de cálculo e de
dimensionamento das constituintes do sistema de drenagem.
82
6.4.1.
Caudal de cálculo
A base de cálculo para o caudal de águas subterrâneas deverá ser a precipitação local [16].
Admitindo que 50% do caudal precipitado se infiltra no solo, considera-se que o tempo de
escoamento do mesmo será de 1 hora para um tempo de precipitação de 5 minutos. A
aplicação destas hipóteses às quantidades de precipitação verificadas na Alemanha, levam à
2
consideração de caudais no solo de 1 l/s por cada 1000 m de bacia de infiltração [16].
2
Outros autores [6], admitem caudais subterrâneos entre 0,8 e 1,2 l/s por 1000 m de bacia
contribuinte. Nas zonas urbanas, essa bacia terá, no entanto, uma área muito menor,
enquanto em zonas periféricas, esse valor poderá ser maior.
6.4.2.
Drenos colectores
Os drenos tubulares devem ser dimensionados, com base na fórmula de Gauckler-ManningStrickler, para um escoamento em superfície livre até secção cheia, com pendentes que
conduzam a velocidades não superiores a 1,5 m/s.
Em geral, para o escoamento das águas, são suficientes drenos de 100 mm de diâmetro
cujas inclinações deverão situar-se entre 0,5 e 2,0% [16].
Em relação aos drenos colocados no exterior do edifício, Torres [6] refere que é suficiente
considerar apenas o caudal previsível, enquanto que para os drenos colocados sob os piso
térreos deverá ser estimado um espaçamento entre eles, evitando assim que a cota máxima
freática ultrapasse o agregado poroso colocado sob o pavimento. Esse espaçamento, Ed (m),
poderá ser dado por
1
! K $2
Ed = 2Hn ## f &&
"Q%
(6.1)
onde: Hn (m) é a altura acima dos drenos; Kf (m/s) é a permeabilidade do agregado sobre os
3
-2
drenos; e Q (m /s.m ) é o caudal por unidade de área.
Os espaçamentos obtidos pela equação (6.1) estão sujeitos a ajustamentos consoante as
fundações do edifício, mas, em geral, rondam os 5 m.
6.4.3.
Valas drenantes (sem tubo)
2
Segundo Torres [6], a secção, Svd (m ) de valas drenantes que não disponham de tubo
deverá ser dimensionada segundo a lei de Darcy para escoamentos em meios porosos [8],
tendo-se em unidades do Sistema Internacional,
Svd =
6.4.4.
Qc
.
Kf ! i
(6.2)
Filtros
O dimensionamento do material a usar nos filtros de valas perimetrais poderá ser efectuado
recorrendo às curvas granulométricas do terreno e do filtro.
83
Na Figura 6.13 é apresentado um ábaco de dimensionamento onde ∅p é o diâmetro da
malha de peneiro pelo qual passa uma percentagem de material. Considerando os pontos A
e A’, correspondentes, respectivamente a 4∅15 no filtro e a 4∅85 no solo, situa-se, segundo a
regra de Terzaghi, a curva granulométrica do filtro à esquerda de A’ e à direita de A, devendo
ser respeitadas as seguintes relações:
filtro
!15
!solo
85
" 4;
filtro
!50
!solo
50
" 25 ;
filtro
!15
solo
!15
" 4;
!filtro
60
solo
!10
= 20 .
Figura 6.12 – Ábaco para dimensionamento de filtros, segundo Terzaghi [6].
84
7. TUBAGENS: MATERIAIS, INSTALAÇÃO E ACESSÓRIOS
7.1. Introdução
Nos sistemas de drenagem pluviais e freáticos, os principais factores de escolha do material
a adoptar são de ordem económica e de facilidade de instalação das tubagens, não existindo,
em geral, as preocupações relativas à reacção material com a água drenada. Note-se que a
água pluvial ou freática recolhida não se destina ao consumo. Note-se ainda que, uma vez
que a água a drenar não é aquecida, também não existem preocupações com o
comportamento mecânico dos tubos face a solicitações térmicas.
Os materiais mais utilizados nos sistemas pluviais e freáticos são praticamente os mesmos,
diferindo apenas nas tubagens metálicas que normalmente não são usadas nos sistemas
freáticos devido à agressividade do meio (solo) envolvente. Os materiais mais utilizados para
estes dois sistemas de drenagem são:
• Metais;
• Termoplásticos;
• Grés cerâmico;
• Betão.
Consoante o material escolhido para as tubagens a instalar no sistema de drenagem predial
de águas pluviais ou freáticas, há diferentes tipos de acessórios e regras a cumprir para
garantir a sua adequada instalação no edifício. Neste capítulo, serão analisadas as
características de cada material, os acessórios existentes e os cuidados a ter na sua
instalação.
Para garantir a qualidade, as tubagens deverão ser portadoras de certificado de ensaio por
uma entidade acreditada, bem como identificadas para que se possa saber a classe a que
pertencem.
7.2. Tubagens metálicas
As tubagens metálicas são as menos utilizadas nos sistemas pluviais devido ao seu elevado
custo comparativamente com as restantes, não sendo utilizadas nos sistemas freáticos. Os
metais mais utilizados são: o aço galvanizado e o ferro fundido. Actualmente o alumínio tem
vindo a ganhar uma maior importância, pelo que existem algumas empresas que
disponibilizam soluções com uma variada gama de secções e acabamentos.
7.2.1.
Aço galvanizado
O aço galvanizado surge de um processo electroquímico que confere ao aço uma maior
resistência à oxidação. Este processo consiste na imersão do aço em zinco fundido, que
posteriormente o revestirá. Este processo tem a desvantagem de encarecer o material, mas
também tem a vantagem de conferir uma maior resistência e durabilidade quando
85
comparado a outros. Não é aconselhável que esteja sujeito a velocidades de escoamento
muito baixas. Outro aspecto relevante é o facto de não se poderem ligar a jusante de
tubagens de cobre, ligação esta que permite o transporte, pela água, de iões de cobre que
provocam a corrosão do aço galvanizado. Tal problema não se coloca nos sistemas de
drenagem de águas pluviais, visto não ser prática corrente a utilização do cobre.
A ligação entre troços pode ser assegurada por acessórios de ligação, soldadura ou até
mesmo por encaixe (Figura 7.1).
Figura 7.1 – Tubagens em aço galvanizado unidas por encaixe.
Os diâmetros mais usuais neste tipo de material variam entre 8 e 150 mm, sendo
comercializados normalmente em varas de 6 m.
No Quadro 7.1 são resumidas as características principais deste material, tal como as formas
de ilustração, sendo também apontadas as suas principais vantagens e desvantagens.
Quadro 7.1 – Resumo das propriedades do aço galvanizado.
Características principais
Rigidez, elevada densidade; baixo coeficiente de dilatação; boa
condutibilidade térmica; elevada resistência ao desgaste; rugosidade de
grau médio.
Instalação
Elementos livres (tectos falsos, galerias, caleiras); embutidas; e à vista.
Vantagens
Boa resistência à corrosão; grande durabilidade; boa resistência a
produtos químicos; ao choque; e a temperaturas elevadas.
Desvantagens
Custo elevado; incompatibilidade com outros metais (principalmente ao
nível dos acessórios).
7.2.2.
Ferro fundido
O ferro fundido é bastante utilizado nas tubagens de sistemas de drenagem de águas
residuais, domésticas e pluviais. A protecção das tubagens é conferida através da deposição
de revestimentos betuminosos, tintas de zinco, tintas asfálticas, tintas epoxídicas, entre
outras, que lhe garantem maior durabilidade. Como tal, a sua escolha terá que ser baseada
no tipo de protecção e da água a drenar.
A utilização de tubagens de ferro fundido tem como principais vantagens o isolamento
acústico, durabilidade elevada e uma resistência elevada à corrosão.
86
Geralmente, são comercializadas em varas de 0,5 a 3,0 m, caso possuam abocardamento,
ou somente em varas de 3 m se não tiverem abocardamento. Os diâmetros normalmente
variam entre os 50 e os 300 mm.
A ligação entre os diversos troços da tubagem deverá ser assegurada por elementos do
mesmo material, variando o processo caso se trate de tubagens com ou sem abocardamento.
Nas tubagens com abocardamento, a ligação é executada através do encaixe de juntas de
elastómetro, as quais deverão ser lubrificadas com um produto adequado para receber o
elemento macho a introduzir. Estas juntas são muito importantes, na medida em que
garantem a absorção de deslocamentos causados pela dilatação. Nos casos em que não
exista abocardamento, a ligação é garantida normalmente pela sua colocação topo a topo,
unidos por juntas de elastómetros e fixadas através de abraçadeiras metálicas. É importante
referir que este procedimento é mais rígido que o anterior.
Na execução de cortes nas tubagens, há que se ter o cuidado de não danificar ao
revestimento de protecção da tubagem. Em ambos os processos de ligação anteriormente
descritos, uma vez efectuado o corte, é necessário remover as rebarbas provenientes do
processo de corte, evitando assim problemas como a danificação das borrachas que irão ser
posteriormente aplicadas.
As tubagens podem ser instaladas tanto à vista, como embutidas, em caleiras, tectos falsos
ou galerias. A sua fixação será assegurada por elementos de suporte ou amarração, as
abraçadeiras, elementos estes que também terão de permitir que eventuais contracções ou
dilatações, causadas pela temperarura, e que possam danificar a ligação. Caso se tratem de
tubagens verticais, estas deverão ter, no mínimo, um ponto de suporte na extremidade
superior; nas horizontais, esse número passa para um elemento a jusante e a montante das
uniões.
No Quadro 7.2 são resumidas as características principais deste material, tal como as formas
de ilustração, sendo também apontadas as suas principais vantagens e desvantagens.
Quadro 7.2 – Resumo das propriedades do ferro fundido.
Características principais
Fácil fusão e moldagem; boa resistência mecânica; boa resistência ao
desgaste; boa capacidade de amortecimento.
Instalação
Elementos livres (tectos falsos, galerias, caleiras); embutidas; e à vista.
Vantagens
Isolamento acústico; durabilidade elevada; e uma resistência elevada à
corrosão.
Desvantagens
Incompatibilidade com outros metais (principalmente ao nível dos
acessórios).
7.2.3.
Alumíno
O alumínio é ainda pouco utilizado em tubagens, devido ao seu elevado custo. No entanto,
note-se que o alumínio já é o segundo metal mais utilizado na construção a seguir ao aço.
Na Figura 7.2 ilustram-se alguns elementos em alumínio para a utilização em sistemas de
drenagem de águas pluviais.
87
Figura 7.2 – Caleiras e tubos de queda em alumínio [I11].
No Quadro 7.3 são resumidas as características principais deste material, tal como as formas
de ilustração, sendo também apontadas as suas principais vantagens e desvantagens.
Quadro 7.3 - Resumo das propriedades do alumínio.
Características principais
Peso reduzido; fácil fusão e moldagem; elevada resistência ao desgaste.
Instalação
Elementos livres (tectos falsos, galerias, caleiras); embutidas; e à vista.
Vantagens
Durabilidade elevada; custo reduzido de manutenção; flexibilidade;
benefícios ecológicos (o alumínio não contém substâncias tóxicas).
Desvantagens
Custo elevado.
7.3. Tubagens termoplásticas
As tubagens termoplásticas são as mais utilizadas nos sistemas de drenagem pluviais e
freáticos, sendo, nestes últimos, usadas praticamente em exclusividade. Existem vários tipos
de tubagens termoplásticas no mercado, como o policloreto de vinilo (PVC), o polietileno de
alta densidade (PEAD) e o polipropileno (PP). O mais utilizado é o PVC, talvez pelo seu
custo mais reduzido comparativamente com os outros. De qualquer forma, o factor
económico, bem como o facto de as águas a transportar neste tipo de sistemas serem frias,
simplifica o processo de escolha.
7.3.1.
Policloreto de vinilo (PVC)
O PVC foi sintetizado pela primeira vez no séc. XIX. Desde então tem sido utilizado para
inúmeras finalidades, tendo, consequentemente, sofrido alterações na sua composição.
Devido ao seu coeficiente de dilatação térmica, não é aconselhável a sua utilização para
conduzir águas quentes (temperaturas superiores a 20º C), o que constitui um problema que
não se coloca na drenagem de águas pluviais e freáticas.
As tubagens (Figura 7.3) são normalmente comercializadas em varas de 6 m, com diâmetros
nominais que variam entre os 32 e os 400 mm, podendo apresentar ligeiras variações
consoante o fabricante.
Existem dois processos para assegurar a ligação entre troços de tubagem: ligação por anéis
de estanqueidade e ligação por colagem.
A primeira consiste na colocação de anéis de neoprene no abocardamento, seguida de
lubrificação adequada antes da introdução da peça macho, a qual deverá ser cortada
88
previamente, deixando-se uma aresta na extremidade (chanfro) com cerca de 15º. Há que ter
em atenção que as rebarbas provenientes do processo de corte terão de ser removidas.
A ligação por colagem é assegurada pela utilização de uma cola à base de tetra-hidrofurano
que faz com que o PVC se funda, provocando a soldadura dos elementos. A colagem é
precedida de um polimento da superfície de contacto, que irá receber a cola, com uma lixa,
para melhorar as condições de aderência. As tubagens só poderão ser aplicadas após a
secagem da cola e da realização de um ensaio feito por uma entidade acreditada. O
processo de corte da peça macho é idêntico ao descrito para a ligação por anéis.
Tal como as tubagens metálicas, também as de PVC podem ser instaladas à vista ou não,
ficando então embutidas, em caleiras, tectos falsos ou galerias. Caso as tubagens se situem
à vista e na parte exterior do edifício, convém serem protegidas de modo a evitar problemas
resultantes da acção dos raios ultravioletas. Essa protecção é conferida pela impregnação de
uma tinta adequada.
Figura 7.3 – Tubagem em PVC [I12].
No Quadro 7.4 são resumidas as características principais deste material, tal como as formas
de ilustração, sendo também apontadas as suas principais vantagens e desvantagens.
Quadro 7.4 – Resumos das propriedades do PVC.
Características principais
Rigidez, baixa densidade; elevado coeficiente de dilatação; baixa
rugosidade; baixa condutibilidade térmica.
Instalação
Elementos livres (tectos falsos, galerias, caleiras); embutidas; e à vista.
Vantagens
Facilidade de instalação e de execução das ligações; boa resistência a
produtos químicos; elevada resistência à oxidação; auto-extinção da
chama.
Desvantagens
Fraca resistência a temperaturas elevadas; ao choque; e aos raios
ultravioleta.
7.3.2.
Polietileno
Desde as décadas finais do séc. XX, o polietileno tem sido utilizado com frequência nas
redes de abastecimento de água fria. O etileno pode ser polimerizado de diferentes formas,
obtendo-se vários tipos deste composto. Em tubagens são utilizados o polietileno de baixa,
de média e de alta densidade, correspondendo respectivamente às siglas PEBD, PEMD,
PEAD. O PEAD é o mais correntemente utilizado.
O PEAD não suporta temperaturas extremas por grandes períodos de tempo, o que o torna
uma solução possível para as tubagens de drenagem de águas pluviais e freáticas. O PEAD
é frequentemente utilizado nos sistemas sifónicos.
89
Existem soluções de tubos de PEAD com manta geotêxtil e de parede dupla para a
drenagem freática. Este tipo de tubos são normalmente comercializados em rolo com
diâmetros entre 50 a 200 mm.
As ligações entre troços poderão ser asseguradas, caso se trate de união entre troços do
mesmo material, com o recurso a soldadura topo a topo e união de electrossoldadura. Nas
ligações com mudanças de materiais, opta-se pela união com junta flangeada. Na Figura 7.4
ilustram-se os diferentes tipos de ligações. a) Soldadura topo a topo
b) União de electrossoldadura
c) União c/ junta flangeada
Figura 7.4 – Métodos de ligação de tubagens em PEAD [I13].
A dobragem destas peças, apesar de ser facilitada pela sua flexibilidade que permite a
manobra manual, pode também efectuada com recurso a uma pistola de ar quente, sendo
totalmente desaconselhável a utilização de objectos que emitam qualquer tipo de chama
para evitar o risco de danificar o tubo.
No Quadro 7.4 são resumidas as características principais deste material, tal como as formas
de ilustração, sendo também apontadas as suas principais vantagens e desvantagens.
Quadro 7.5 – Resumo das propriedades do PEAD.
Características principais
Flexibilidade; baixa densidade; elevado coeficiente de dilatação; muito
baixa rugosidade; baixa condutibilidade térmica; elevada resistência ao
desgaste.
Instalação
Embutidas ou encamisadas por mangas em elementos livres (pavimentos,
tectos falsos, caleiras, entre outros); à vista.
Vantagens
Facilidade de manuseamento e aplicação; boa resistência ao choque e a
produtos químicos; facilidade de reparação; elevada resistência à
oxidação; boa resistência aos ácidos fracos e fortes não oxidantes, às
base, e à maioria dos solventes orgânicos.
Desvantagens
Baixa resistência a temperaturas elevadas; grande dilatação; baixa
resistência a pressões muito elevadas; vulnerabilidade aos raios
ultravioletas; grande exigência na qualidade de instalação; preço elevado;
intumescência em contacto com gorduras.
7.3.3.
Polipropileno (PP)
O polipropileno é muito semelhante ao polietileno (Figura 7.5). No entanto, suporta
temperatura mais extremas, o que o leva a ser mais utilizado em sistemas de distribuição de
água quente e de aquecimento apesar de poder ser também utilizado em sistemas de
90
drenagem. A sua produção tem sofrido nos últimos anos um acréscimo significativo pelo
facto de se tratar de um polímero que, modificado ou copolimerizado, permite obter
propriedades muito interessantes, quer para as aplicações comuns quer como material de
engenharia.
Figura 7.5 – Tubagem em polipropileno [I14].
Os diâmetros comercializados normalmente variam de 125 a 1200 mm, consoante a
disponibilidade do fabricante.
A ligação entre troços normalmente é assegurada com o sistema de ligação soldadura topo a
topo, podendo no entanto utilizar-se acessórios adequados.
No Quadro 7.6 são resumidas as características principais deste material, tal como as formas
de ilustração, sendo também apontadas as suas principais vantagens e desvantagens.
Quadro 7.6 – Resumo das propriedades do polipropileno.
Características principais
Rigidez; baixa densidade; elevado coeficiente de dilatação; muito baixa
rugosidade; baixa condutibilidade térmica; peso reduzido.
Instalação
Elementos livres (tectos
embutidas; e à vista.
Vantagens
Facilidade de instalação; boa resistência a produtos químicos e a
temperaturas elevadas; elevada resistência à oxidação; bom
comportamento a baixas temperaturas.
Desvantagens
Baixa resistência ao choque e aos raios ultravioletas; grande dilatação;
obrigatoriedade de construção de uma rede linear de canalização;
exigência de mão de obra especializada nas uniões.
falsos,
galerias,
caleiras,
entre
outros);
7.4. Tubagens de grés cerâmico
O grés cerâmico é usado exclusivamente em tubagens enterradas, o que, geralmente,
corresponde a colectores prediais e ramais de ligação.
A ligação entre os vários troços, ou entre troços e acessórios, é assegurada por anéis de
poliuretano que garantem a sua estanqueidade.
91
Existem algumas regras de instalação que convém respeitar. As tubagens deverão ser
assentes num leito perfeitamente regularizado, permitindo assim que as tubagens disponham
de um apoio contínuo ao longo de toda a sua extensão. Após a sua colocação no leito, a vala
previamente aberta deverá ser coberta de areia até ao nível do plano axial horizontal. De
seguida procede-se à sua compactação. Feito isto, volta-se a colocar areia até uma altura de
0,15 m acima da geratriz do tubo, procedendo-se então a nova compactação. Para finalizar,
enche-se o que resta da vala com material de escavação em camadas de 0,30 m que serão
compactadas faseadamente até preencher a vala na totalidade.
No Quadro 7.7 são resumidas as características principais deste material, tal como as formas
de ilustração, sendo também apontadas as suas principais vantagens e desvantagens.
Quadro 7.7 – Resumo das propriedades do grés cerâmico.
Características principais
Elevado peso; coeficiente de rugosidade muito reduzido; elevada
porosidade.
Instalação
Enterradas.
Vantagens
Elevada resistência a ataques químicos.
Desvantagens
Preço pouco competitivo; difícil manuseamento e aplicação; resistência
estrutural reduzida; falta de estanqueidade nas juntas.
7.5. Tubagens de Betão
O betão é utilizado em redes subterrâneas, devendo ser observadas as regras de instalação
descritas para o grés cerâmico, tendo especial atenção ao recobrimento, o qual não deverá
ser muito reduzido.
No Quadro 7.8 são resumidas as características principais deste material, tal como as formas
de ilustração, sendo também apontadas as suas principais vantagens e desvantagens.
Quadro 7.8 – Resumo das propriedades do betão.
Características principais
Elevado peso; coeficiente de rugosidade reduzido.
Instalação
Enterradas.
Vantagens
Preço competitivo comparado com os restantes
normalmente se usam em tubagens enterradas.
Desvantagens
Baixa resistência a ataques químicos; baixa resistência ao impacto;
estanqueidade reduzida.
materiais
que
7.6. Acessórios
Os acessórios são elementos utilizados nas tubagens que possibilitam, além da união de
troços, as mudanças de direcção, as entradas e saídas de caixas de visita e as mudanças de
diâmetro necessárias ao desenvolvimento dos seus traçados.
No Quadro 7.9 são indicados alguns acessórios tipicamente utilizados em mudanças de
direcção ou redução de diâmetros.
92
Quadro 7.9 - Acessórios de tubagens (fonte: [I15]).
Curva macho-fêmea 15º
Curva macho-fêmea 45º
Curva macho fêmea 87,5º
Forquilha de 45º
Forquilha dupla de 45º
Tê a 87,5º
Redução de diâmetro
Os acessórios indicados no Quadro 7.9 também podem ser fornecidos com outros ângulos.
No caso das curvas, podem ser comercializados ângulos de 20º, 30º e 67,5º. As forquilhas
encontram-se também com ângulo de 67,5º.
A utilização de acessórios em tubagens metálicas é assegurada pela união de extremidades
macho-fêmea através de um sistema de rosca. As extremidades devem ser munidas de uma
anel de borracha que garanta a estanqueidade da ligação. No caso das tubagens em PVC, é
mais comum a colagem com ou sem abocardamento, tal como se descreveu anteriormente.
A fixação das tubagens à estrutrura dos edifícios é efectuada, em instalações à vista ou
embutidas em tecto falso, com recurso a abraçadeiras metálicas (Figura 7.6).
a) Abraçadeira de fixação
b) Abraçadeira de suspensão
Figura 7.6 – Tipos de abraçadeiras em aço inox [I15].
Estas abraçadeiras devem possuir um material isolante que, além de proteger a própria
tubagem face a vibrações externas, desempenha um papel importante no que diz respeito ao
isolamento sonoro e permite que eventuais movimentos térmicos se processem sem
introdução de esforços exagerados.
93
(Página em branco)
94
8. CASO DE ESTUDO
8.1. Apresentação do edifício de estudo e das soluções adoptadas
Com o objectivo de ilustrar a aplicação das regras de dimensionamento apresentadas nos
capítulos anteriores, efectuou-se o projecto de drenagem de águas pluviais e freáticas de um
edifício fictício de estudo.
O edificío, localizado no distrito de Lisboa, é composto por 5 pisos sendo um deles
subterrâneo e destinado a garagens e arrecadações. Considera-se que o edifício possui uma
cobertura inclinada de duas águas e um terraço no terceiro piso (Figura 8.1). Os cálculos
apresentados referem-se à drenagem de águas pluviais da cobertura, terraço e varandas,
bem como à drenagem das águas de infiltração e de lavagem do piso de garagem.
Na cobertura, a água será captada por caleiras e encaminhada para tubos de queda munidos
de ralos de pinha na sua extremidade superior. Como se observa na Figura 8.1, as caleiras
encaminharão a água até aos quatro cantos da cobertura, onde se encontram os tubos de
queda. Na entrada da garagem, será instalada uma caleira para receber as águas
provenientes da rampa de entrada e que posteriormente serão encaminhadas para uma
estação elevatória (ver Figura 8.5).
Nos terraços e varandas, a opção será garantir uma pendente para o exterior, onde existirão
caleiras que estão ligadas a ramais de descarga que encaminharão a água até aos tubos de
queda. Os ramais de descarga serão aplicados sob as varandas ou terraços no plano de um
tecto falso, sendo posteriormente ligados aos tubos de queda. Existirão tubos ladrão ao nível
da soleira como forma de protecção, evitando o transbordo da água para o interior da
edificação em caso de obstrução ou falha do sistema.
No piso subterrâneo será aplicado um sistema de impermeabilização nas paredes e
pavimento, de acordo com as recomendações já referidas anteriormente. Este piso terá seis
torneiras de lavagem com um caudal de descarga de 1,25 l/s (75 l/min). A drenagem da água
de lavagem será assegurada por seis ralos de pavimento, ligados a ramais de descarga que
encaminharão a água até um poço de bombagem, o qual receberá também as águas de
infiltração. O sistema de elevação é responsável pelo encaminhamento da água até uma
caixa de inspecção comum às águas pluviais provenientes da cobertura, terraços e varandas,
de onde será lançada para o sistema público.
8.2. Dimensionamento
8.2.1.
Drenagem de águas pluviais
Tendo em conta a localização do edifício (Lisboa) e o período de retorno de 5 anos indicados
2
pelo Regulamento Geral [N1], obtém-se uma intensidade de precipitação de 1,75 l/min.m , tal
como apresentado no Quadro 8.1.
95
Figura 8.1 – Planta de arquitectura da cobertura e corte geométrico AB.
Quadro 8.1– Critérios de dimensionamento.
Região pluviométrica
A
Período de retorno, T (anos)
5
Parâmetro a
259,26
Parâmetro b
-0,562
5
Duração t (min)
Intensidade de precipitação I (l/min.m )
1,75
Coeficiente de escoamento C (%)
100
2
96
Em seguida, efectua-se o dimensionamento das diferentes componentes do sistema de
drenagem de águas pluviais, sendo o cálculo apoiado em peças desenhadas de projecto
representando esquematicamente o traçado da rede de acordo com a simbologia
apresentada no Anexo A3.
8.2.1.1.
Dimensionamento de caleiras
No Quadro 8.2 apresentam-se os resultados obtidos para os diferentes métodos de cálculo.
Uma vez que a EN 12056-3 [N7] não considera caleiras de secção circular, optou-se por
calcular a área para secção rectangular, sendo o diâmetro equivalente calculado para essa
área. Considerou-se para todas as caleiras (Figura 8.2) uma pendente de 0,7% constituídas
1/3
-1
por PVC, para o qual se considerou K=120 m .s . Considerou-se uma altura da lâmina
líquida igual a 35% do diâmetro.
Quadro 8.2 – Dimensionamento de caleiras.
Ca1
Regulamento Geral
Ac
Qc
D
Dn
2
3
(m )
(m /s)
(mm) (mm)
186,5 0,0054 152,3
160
Ac
2
(m )
198,6
EN 12056-3
Qc
D
3
(m /s)
(mm)
0,0058 187,1
Ca2
71,0
0,0021
106,0
110
74,3
0,0022
Ca3
10,9
0,0003
52,5
50
10,9
Ca4
51,8
0,0015
94,2
90
Ca5
108,8
0,0032
124,4
125
Caleiras
Dn
(mm)
200
Ac
2
(m )
198,6
NBR 10844
Qc
D
3
(m /s) (mm)
0,0058 155,9
126,3
125
74,3
0,0022
107,8
110
0,0003
58,5
63
18,6
0,0005
64,1
63
51,8
0,0015
109,3
110
59,5
0,0017
99,2
110
108,8
0,0032
147,1
160
108,75
0,0032
124,4
125,0
Dn
(mm)
160
O Quadro 8.2 mostra que a EN 12056-3 [N7] conduz, em geral, a maiores diâmetros de
caleiras, o que pode ser consequência da aproximação efectuada. O Regulamento Geral
[N1] e a norma NBR 10844 [N6] conduzem, em geral, a diâmetros semelhantes.
8.2.1.2.
Dimensionamento de tubos de queda
No Quadro 8.3 apresentam-se os resultados obtidos pela aplicação dos diferentes métodos
de cálculo para os tubos de queda do caso de estudo. Consideraram-se tubos de queda em
PVC com entrada cónica de caleiras e ramais de descarga. No caso dos tubo de queda P3 e
P4, os quais servem várias varandas e terraços, considerou-se a altura de lâmina líquida na
varanda ou terraço mais elevados para o dimensionamento pelo método do Regulamento
Geral [N1].
Quadro 8.3 – Dimensionamento de tubos de queda.
Tubos
Regulamento Geral
EN 12056-3
NBR 10844
de queda
Qc
3
(m /s)
D
(mm)
Dn
(mm)
Qc
3
(m /s)
D
(mm)
Dn
(mm)
Qc
3
(m /s)
D
(mm)
Dn
(mm)
P1
0,0054
22,7
50
0,0058
36,4
50
0,0058
50
50
P2
0,0021
13,6
50
0,0022
25,2
50
0,0022
50
50
P3
0,0019
84,1
90
0,0019
24,0
50
0,0032
50
50
P4
0,0043
69,2
75
0,0043
32,6
50
0,0056
50
50
97
O Quadro 8.3 mostra que o EN 12056-3 [N7] e a NBR 10844 [N6] conduzem a resultados
semelhantes. O Regulamento Geral [N1] relaciona-se mais directamente com o caudal,
conduzindo nalguns casos a diâmetros bastante superiores aos obtidos pelos outros dois
métodos.
Figura 8.2 – Planta de arquitectura da cobertura (caleiras e tubos de queda).
8.2.1.3.
Dimensionamento de ramais de descarga de varandas
No Quadro 8.4 apresentam-se os resultados obtidos pela aplicação dos diferentes métodos
de dimensionamento para os ramais de descarga. Consideraram-se ramais de descarga em
1/3
-1
PVC (K=120 m .s ) com pendente de 2% (Figura 8.3).
Quadro 8.4 – Dimensionamento de ramais de descarga.
Ramais de
descarga
Regulamento Geral
EN 12056-3
NBR 10844
Qc
3
(m /s)
D
(mm)
Dn
(mm)
Qc
3
(m /s)
D
(mm)
Dn
(mm)
Qc
3
(m /s)
D
(mm)
Dn
(mm)
Ra1
0,0006
33,9
50
0,0006
40,1
50
0,0011
45,3
50
Ra2
0,0030
60,8
63
0,0030
74,8
75
0,0035
70,2
75
O Quadro 8.4 mostra que o cálculo pelo método do Regulamento Geral [N1] é menos
conservativo do que os restantes métodos.
98
8.2.1.4.
Dimensionamento de colectores prediais
Na Figura 8.4 é apresentada uma planta com os colectores ao nível do piso térreo.
1/3
-1
Consideram-se colectores em PVC (K=120 m .s ) com 2% de inclinação. No Quadro 8.5 é
apresentam-se os resultados obtidos por aplicação dos diferentes métodos de cálculo.
Figura 8.3 – Pormenor tipo da drenagem de águas pluviais e de lavagem das varandas (escala 1:20).
Quadro 8.5 – Dimensionamento de colectores.
CI1-CI2
Regulamento Geral
Qc
D
Dn
3
(m /s)
(mm)
(mm)
0,0043
69,3
110,0
EN 12056-3
Qc
D
Dn
3
(m /s)
(mm)
(mm)
0,0043
125,9
125
NBR 10844
Qc
D
3
(m /s)
(mm)
0,0056
84,2
CI2-CI3
0,0086
89,9
110,0
0,0086
157,7
160
0,0113
109,2
110
CI3-CI4
0,0107
97,5
110,0
0,0108
169,8
160
0,0134
116,6
110
CI4-CI5
0,0161
113,8
110,0
0,0165
196,0
200
0,0192
133,4
140
CI5-CI6
0,0180
118,7
125,0
0,0184
203,3
200
0,0225
141,4
140
CI6-CI7
0,0199
123,3
125,0
0,0204
210,1
200
0,0257
148,8
140
CI8-CI7
0,0117
101,0
110,0
0,0084
156,8
160
0,0084
97,9
110
Colectores
99
Dn
(mm)
110
O Quadro 8.5 mostra que, em geral, o método da norma europeia EN 12056-3 [N7] é mais
conservativo do que os restantes.
Figura 8.4 – Planta de arquitectura do piso 0 (traçado dos colectores).
8.2.2.
8.2.2.1.
Águas de infiltração e lavagens
Dimensionamento de drenos colectores
2
Para o cálculo do caudal de infiltração foi considerado o valor de 1 l/s para cada 1000 m de
superfície em contacto com o solo. Admite-se que o edifício em estudo se encontra isolado
2
numa área de bacia contribuinte de 2000 m , pelo que o caudal de infiltração será de 2,05 l/s.
O sistema de drenagem de águas de infiltração será assegurado por uma rede de drenos
colectores, dispostos conforme indicado na Figura 8.5, os quais recebem e encaminham as
águas de infiltração até ao poço de bombagem.
No Quadro 8.6 são apresentados os resultados obtidos considerando drenos colectores em
1/3
-1
PVC (K=120 m .s ) com pendente de 0,5%.
Quadro 8.6 – Dimensionamento do dreno colector.
Método proposto por Pedroso [4]
Dreno
colector
Qc (m /s)
D (mm)
Dn (mm)
DC1
0,00004
21,0
110
DC2
0,00075
60,6
110
DC3
0,00031
43,7
110
DC4
0,0013
73,4
110
3
100
Figura 8.5 – Planta de arquitectura do piso de garagens (drenos colectores).
8.2.2.2.
Dimensionamento de ramais de descarga (águas de lavagem)
Foram consideradas seis torneiras com um caudal de 1,25 l/s que será escoado por seis
ralos de pavimento e encaminhado para o poço de bombagem por seis ramais de descarga
1/3
-1
em PVC (K = 120 m .s ) com 2% de inclinação. No Quadro 8.7 são apresentados os
resultados obtidos pelo método preconizado pelo regulamento português [N1] para ramais de
descarga de águas residuais, pelo qual não se apresentam resultados para os outros dois
métodos. Os diâmetros foram obtidos com o recurso à fórmula de Manning-Gauckler-Strickler,
para secção cheia.
Quadro 8.7 – Dimensionamento dos ramais de descarga.
8.2.2.3.
Ramais
de
descarga
Regulamento Geral
Qc (m /s)
D (mm)
Dn (mm)
Ra3
0,0013
43,7
50
3
Dimensionamento da instalação elevatória
O caudal de cálculo da instalação elevatória corresponde à soma aritmética do caudal de
infiltração e do caudal de lavagem, aplicando-se um factor de segurança de 20%. No Quadro
8.8 são apresentados os resultados obtidos por aplicação do método de cálculo descrito em
4.12.2, considerando-se tubagens em PVC (b=0,000134 na fórmula de Flamant).
101
Quadro 8.8 – Dimensionamento da bomba.
3
Caudal de cálculo, Qc (m /s)
0,0063
Diâmetro nominal Dn (mm)
63
Velocidade v (m/s)
2
Perda de carga contínua J (m/m)
0,0574
Comprimento de tubagem L (m)
2,5
Comprimento equivalente de tubagem Leq (m) = 1,20L
3
Diferença de cotas Δz (m)
3
Altura manométrica total Htotal (m.c.a.)
3,81
Potência P (kW)
0,334
O volume do poço de bombagem foi dimensionado para oito arranques por hora, obtendo-se
3
0,7 m .
8.3. Ramal de ligação
1/3
-1
Considerou-se o ramal de ligação em PVC (K=120 m .s ) com 2% de inclinação, obtendose os resultados indicados no Quadro 8.9 para os diferentes métodos de cálculo.
Quadro 8.9 – Dimensionamento do ramal de ligação.
Ramal de
ligação
RL
Regulamento Geral
Qc
D
Dn
3
(m /s)
(mm)
(mm)
Qc
3
(m /s)
0,0316
0,0288
146,6
160
EN 12056-3
D
Dn
(mm)
(mm)
236,2
315
Qc
3
(m /s)
NBR 10844
D
(mm)
0,0342
165,5
Dn
(mm)
200
O Quadro 8.9 mostra que, mais uma vez, o método de cálculo preconizado pela norma
europeia EN 12056-3 [N7] conduz a maiores diâmetros.
102
9. CONCLUSÕES
A presente dissertação tinha como principal objectivo, agrupar e disponibilizar de uma forma
rigorosa, o maior volume de informação possível relativo ao projecto de sistemas de
drenagem de águas pluviais e freáticas.
Foi efectuada uma pesquisa baseada, fundamentalmente em normas e regulamentos,
nacionais
e
internacionais,
com
o
intuito
de
identificar
várias
abordagens
de
dimensionamento. Foram ainda consultadas publicações de vários autores, o que permitiu
completar a dissertação com medidas que, não sendo regulamentares nem obrigatórias,
devem ser tidas em conta na optimização dos sistemas. Entre estas recomendações
encontram-se algumas relacionadas com a qualidade dos sistemas e com o conforto dos
utilizadores, bem como medidas visando a maior durabilidade dos materiais.
Em Portugal, o dimensionamento é feito de acordo o regulamento português [N1]. Entre os
métodos de dimensionamento considerados na dissertação incluem-se a norma europeia EN
12056-3 [N7] e a norma brasileira NBR-10844 [N6]. Os métodos de cálculo baseiam-se
sempre nos conceitos teóricos de escoamentos com superfície livre, residindo as maiores
diferenças na estimativa da área de contribuição para avaliação do caudal de cálculo da
precipitação. O regulamento português [N1] não tem em conta o efeito do vento nem a
configuração das coberturas, varandas ou terraços. Também foram identificadas diferenças
importantes no dimensionamento de tubos de queda.
Apesar de os sistemas de drenagem freática se considerarem parte integrante dos sistemas
pluviais, a instalação, traçado e dimensionamento destes sistemas não se encontram
regulamentados em Portugal. Foram consultadas algumas publicações sobre o tema,
concluindo que a informação existente sobre a matéria é escassa comparativamente com a
informação que está disponível relativamente à drenagem de águas pluviais. Conclui-se que
uma parte importante do projecto de sistemas de drenagem de águas freáticas assenta em
medidas de carácter prático tais como aplicações de membranas drenantes e de
impermeabilização, acompanhadas de redes de drenos e filtros. Seria interessante
aprofundar mais o tema, no sentido de definir com maior rigor o caudal de cálculo a
considerar, o qual estará na base de todo o dimensionamento.
Para ilustrar os métodos de dimensionamento estudados e clarificar eventuais dúvidas foi
considerado um caso de estudo fictício bastante simples. Neste caso de estudo considerouse sempre uma inclinação do pavimento das varandas para o exterior, onde uma caleira
capta a água, a qual é drenada por um ramal de descarga instalado na parte inferior da
consola, sendo escondido por um tecto falso. A inclinação para o interior facilitava a ligação
para o tubo de queda, no entanto em caso de obstrução poderia trazer outros problemas que
esta solução evita em casos de chuva mais intensa. Esta solução evita a descarga para o
exterior, o que é recomendável. O caso de estudo permitiu comparar os resultados obtidos
103
pelos principais métodos estudados, concluindo-se que a norma europeia [N7] conduz, em
geral, a soluções mais conservativas. Apenas no caso dos tubos de queda se têm, por vezes,
soluções mais conservativas pelo método português [N1]. Seria útil efectuar análises deste
tipo para outros casos de estudo com o objectivo de verificar as conclusões acima indicadas
se mantêm.
De qualquer forma, considera-se que os objectivos propostos para esta dissertação foram
alcançados e espera-se que a dissertação possa construir um documento útil para o
dimensionamento de redes de drenagem de águas pluviais e freáticas.
104
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107
(página em branco)
108
Anexo A1 – Regiões pluviométricas de Portugal
109
(página em branco)
110
Anexo A2 – Camadas de impermeabilização
111
(página em branco)
112
Anexo A3 – Simbologia
Canalização de águas residuais pluviais (A. R. P.)
Canalização de drenagem de subsolo
Tubo de queda de A. R. P. (nº. n, de diâmetro ! )
Sentido de escoamento (i – inclinação da tubagem)
Sifão
Caixa de pavimento
Ralo
Ralo de pinha
Câmara de inspecção
Câmara retentora
Instalação elevatória
Válvula de seccionamento
Válvula de retenção
113