Águas pluviais: dimensionamento de calhas

Aposto que você já se perguntou por que, em épocas de muita chuva, os telhados costumam dar tanto problema, como é o caso das famosas goteiras, os desagradáveis mofos no forro e até os desabamentos da cobertura!

Mas você sabia que uma das principais causas disso é o incorreto dimensionamento das instalações de águas pluviais?

Pois bem, nesse post você aprenderá como evitar esses problemas, fazendo o correto dimensionamento e execução de calhas e condutores e ainda seguindo as recomendações da ABNT NBR 10844/1989 – Instalações prediais de águas pluviais.

Agora vamos lá, engenheiros?

Conceitos básicos

Para iniciarmos nosso estudo, precisamos conhecer alguns conceitos fundamentais relacionados às instalações de águas pluviais, são eles:

Altura pluviométrica: Volume de água precipitada por unidade de área horizontal.

Intensidade pluviométrica: Razão entre a altura pluviométrica precipitada e seu respectivo intervalo de tempo.

Tempo de concentração: Intervalo de tempo decorrido entre o início da chuva e o momento em que toda a área de contribuição passa a contribuir para determinada seção transversal de um condutor ou calha.

Período de retorno: Número médio de anos em que, para a mesma duração de precipitação, uma determinada intensidade pluviométrica é igualada ou ultrapassada apenas uma vez.

Se quiser saber mais sobre período de retorno, temos um vídeo específico! Confira abaixo:

Área de contribuição: Soma das áreas superficiais que recebem e conduzem as águas para determinado ponto da instalação.

Diâmetro nominal: Simples número que serve para classificar, em dimensões, os elementos de tubulações e que corresponde aproximadamente ao diâmetro interno da tubulação em milímetros, não servindo para fins de cálculos.

Vazão de projeto: Vazão de referência para o dimensionamento de condutores e calhas.

Bordo livre: Prolongamento vertical da calha, cuja função é evitar transbordamento.

Caixa de areia: Caixa utilizada nos condutores horizontais destinados a recolher detritos por deposição.

Calha: Canal que recolhe a água de coberturas, terraços e similares e a conduz a um ponto de destino.

Condutor: Canal ou tubulação destinado a recolher e conduzir águas pluviais até locais permitidos.

Saída: Orifício na calha, cobertura, terraço e similares, para onde as águas pluviais convergem.

Ralo: Caixa dotada de grelha na parte superior, destinada a receber águas pluviais.

Projeto de instalação predial de águas pluviais

Os passos seguintes foram elaborados para facilitar a execução de um projeto de instalação predial de águas pluviais, desde o cálculo da vazão de projeto para determinada localidade no território brasileiro até o correto dimensionamento e execução das tubulações, vejamos.

1 – Determinação da intensidade pluviométrica

No passo 1, para a determinação da intensidade pluviométrica (I) tomamos como base dados pluviométricos locais. Mas, para isso, devemos fixar a duração da precipitação (t) em 5 minutos e o período de retorno (T), que deve ser escolhido segundo as características da área a ser drenada, conforme abaixo:

• T = 1 ano: áreas pavimentadas, onde empoçamentos possam ser tolerados;
• T = 5 anos: coberturas e/ou terraços;
• T = 25 anos: coberturas e áreas onde empoçamento ou extravasamento não possa ser tolerado.

Sabendo disso, temos os seguintes valores de intensidade pluviométrica para o território brasileiro:

Tabela 1 – Intensidade pluviométrica para tempo de duração de 5 min

2 – Cálculo da área de contribuição

Neste passo, para o cálculo da área de contribuição para o posterior cálculo da vazão, devemos utilizar as expressões abaixo, conforme cada situação.

Vale ressaltar que, para construções até 100m² de área de projeção horizontal, salvo casos especiais, podemos adotar uma intensidade pluviométrica de 150mm/h.

Se quiser saber com maiores detalhes como é feito o cálculo da área de contribuição, é só clicar no vídeo abaixo:

3 – Determinar a vazão de projeto

De posse das informações dos passos anteriores, a vazão de projeto pode ser calculada pela seguinte expressão:

\mathrm{Q=\dfrac{I.A}{60}}

Onde:

• Q: Vazão de projeto (L/min);
• I: intensidade pluviométrica (mm/h), tabela 1;
• A: área de contribuição (m²).

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4 – Dimensionamento

Neste passo, aprenderemos como dimensionar calhas e condutos a partir da equação de Manning ou por meio das tabelas e ábacos abaixo tomando como base a vazão de projeto já calculada.

Dimensionamento de calhas

Como dito anteriormente, calha é um canal que recolhe a água de coberturas e a conduz a um ponto de destino. Dessa forma, para que a água seja transportada corretamente, sem transbordamentos, é necessário um prévio dimensionamento da seção da calha, que deverá ser feito a partir da fórmula de Manning, indicada a seguir, e comparada com a vazão de projeto do passo anterior.

\mathrm{Q=K\cdot\dfrac{S}{n}\cdot(R_H)^{2/3}\cdot{i^{1/2}}}

Onde:

• Q: vazão de projeto (L/min);
• S: área da seção molhada (m²);
• P: perímetro molhado (m);
• R: raio hidráulico (m), R=S/P;
• n: coeficiente de rugosidade, tabela 2;
• i: declividade da calha (m/m);
• K: 60.000.

Tabela 2 – Coeficientes de rugosidade

Material	n
plástico, fibrocimento, aço, metais não ferrosos	0,011
ferro fundido, concreto alisado, alvenaria revestida	0,012
cerâmica, concreto não alisado	0,013
alvenaria de tijolos não revestida	0,015

Para facilitar o dimensionamento das calhas, a tabela 3 abaixo fornece as capacidades de calhas semicirculares, usando coeficiente de rugosidade de 0,011 para alguns valores de declividade. Para isso, os valores foram calculados utilizando a fórmula de Manning acima, com lâmina de água igual à metade do diâmetro interno.

Neste caso, primeiramente fixamos uma declividade para a calha, então basta utilizarmos o valor de vazão encontrado no passo 2 e escolher, na tabela 3 abaixo, um valor maior ou igual a ele. Dessa forma, o resultado encontrado será o diâmetro para a calha circular. Viu como é fácil?

Tabela 3 – Capacidades de calhas semicirculares com coeficientes de rugosidade n = 0,011 (L/min)

Diâmetro interno (mm)	Declividades
	0,50%	1,00%	2,00%
100	130	183	256
125	236	333	466
150	384	541	757
200	829	1167	1634

Vele lembrar que alguma recomendações devem ser levadas em conta para o dimensionamento das calhas, são elas:

• Inclinação uniforme mínima: 0,5%;
• Quando a saída não estiver colocada em uma das extremidades: a vazão de projeto para o dimensionamento das calhas deve ser aquela correspondente à maior das áreas de contribuição;
• Quando não se pode tolerar nenhum transbordamento ao longo da calha:  podem ser previstos extravasores como medida adicional de segurança;
• Quando a saída estiver a menos de 4m de uma mudança de direção: a vazão de projeto para a calha deve ser multiplicada pelos coeficientes da tabela 4, abaixo.

Tabela 4 – Coeficientes multiplicativos da vazão de projeto

Tipo de Curva	Curva a menos de 2m da saída da calha	Curva entre 2m e 4m da saída da calha
canto reto	1,2	1,1
canto arredondado	1,1	1,05

Dimensionamento de condutores verticais

Os condutores verticais são tubulações destinadas a recolher águas de calhas e similares e conduzi-las até a parte inferior do edifício. Para tanto, é necessário escolher quantos condutores deverão existir e isso depende do número de saídas necessárias para a calha.

Dessa forma, a vazão recebida por cada condutor vertical será simplesmente a vazão da calha dividida pelo número de saídas.

Diante disso, para a correta execução da instalação de águas pluviais devemos seguir algumas recomendações técnicas acerca dos condutores verticais, são elas:

• Os condutores verticais devem ser projetados, sempre que possível, em uma só prumada;
• Quando houver necessidade de desvio: devem ser usadas curvas de 90º de raio longo ou curvas de 45º e devem ser previstas peças de inspeção;
• Diâmetro interno mínimo: 70mm.

Agora, para o dimensionamento dos condutores verticais, devemos utilizar os ábacos abaixo e observar os seguintes passos:

• Primeiramente, devemos escolhes qual dos dois ábacos utilizar, para isso devemos escolher qual o tipo da saída da calha: aresta viva ou de funil;
• Escolhido o ábaco, devemos levantar uma vertical a partir do valor da vazão calculada para o condutor vertical até interceptar as curvas de H (altura da lâmina de água na calha, em mm) e L (comprimento do condutor vertical, em m), correspondentes;
• Após realizarmos as duas interseções, transportaremos a mais alta até o eixo D, por meio de uma linha horizontal;
• Por fim, adotaremos o diâmetro nominal cujo diâmetro interno seja superior ou igual ao valor encontrado e maior que 70mm.

Tabela 5 –  Ábacos para a determinação de diâmetros de condutores verticais

Dimensionamento de condutores horizontais

Os condutores horizontais são similares às calhas. No entanto, a principal diferença é que esses dispositivos são responsáveis por receber as águas dos condutores verticais e conduzi-las a locais adequados, podendo possuir seção aberta ou fechada.

Abaixo, algumas recomendações técnicas acerca dos condutores horizontais:

• Declividade uniforme mínima: 0,5%;
• Dimensionamento dos condutores horizontais de seção circular: a altura da lâmina deve ser considerada igual a  2/3 do diâmetro interno do tubo;
• Tubulações aparentes: inspeções sempre que houver conexões com outra tubulação, mudança de declividade, mudança de direção e ainda a cada trecho de 20m nos percursos retilíneos;
• Tubulações enterradas: caixas de areia sempre que houver conexões com outra tubulação, mudança de declividade, mudança de direção e ainda a cada trecho de 20m nos percursos retilíneos;
• Ligação entre os condutores verticais e horizontais: sempre feita por curva de raio longo, com inspeção ou caixa de areia.

Para o dimensionamento, basta utilizarmos a tabela 6 abaixo. Para isso, precisamos conhecer o coeficiente de rugosidade do material do condutor, fixar a declividade e saber o valor da vazão de água que deverá ser recebida por ele (geralmente o mesmo valor da vazão do condutor vertical). Por fim, basta apenas encontrarmos o valor correto dentre os diâmetros internos, na coluna 1.

Tabela 6 – Capacidade de condutores horizontais de seção circular (L/min.)

Pois bem, esse foi nosso post sobre dimensionamento de calhas e condutores e nos baseamos, entre outras fontes, na ABNT NBR 10844/1989 – Instalações prediais de águas pluviais.

Caso deseje exercitar o que aprendeu agora, clique aqui e confira um simples exercício que preparamos.

E para mais informações, não contempladas neste post, assista o vídeo explicativo que o Guia fez especialmente pra você:

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