Coeficiente de runoff ou de deflúvio: conceito e cálculo

O conceito de coeficiente de runoff (de deflúvio) será o nosso tema de hoje, principalmente no que diz respeito a projetos de instalações prediais de águas pluviais. E o melhor de tudo, eu apresentarei o tema de maneira completa e simplificada.

Por isso, comentarei um pouco sobre escoamento superficial, método de Lloyd Davies, áreas aplicáveis e equação racional. Portanto, vamos logo ao que interessa.

Segura minha mão, e me acompanhe em uma um artigo!

Escoamento superficial

Dentre as fases básicas do ciclo hidrológico, sem dúvidas uma das mais importantes para projetos de águas pluviais é a de escoamento superficial. Então, antes de passar para o conceito do coeficiente de runoff, vou comentar um pouco sobre essa fase.

Basicamente, quando a chuva atinge o solo, parte dela fica retida na superfície. Desse excesso retido, parcela dele infiltrará na superfície precipitada e a outra parte irá escoar para pontos não saturados por conta da força de atração gravitacional.

Logo, o coeficiente de runoff nos auxiliará na determinação dessas parcelas. Ou seja, é ele que nos demonstrará qual a porcentagem de chuva irá escoar efetivamente, a depender da superfície (ou do material).

Conceito de coeficiente de runoff ou de deflúvio

Também conhecido como coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de deflúvio, é definido como a razão entre o volume de água escoado superficialmente e o volume de água precipitado. Ou seja, isso quantifica o grau de absorção de água pela superfície onde ocorre a precipitação, representando quantos % do volume precipitado será escoado efetivamente.

Na realidade, existe uma pequena absorção por parte das superfícies no início da precipitação, pois elas estão secas e os seus vazios contêm ar. Após algum tempo, estes vazios tornam-se saturados reduzindo a taxa de absorção da água.

Portanto, podemos conceituar o coeficiente de runoff por meio da seguinte equação

\large \mathrm{ C=\frac{V_{escoado}}{V_{precipitado}}}

Tanto a altura da lâmina de água escoada como a altura da lâmina de água precipitada são medidas em milímetros, necessárias para a mensuração dos respectivos volumes escoado e precipitado. Então, conhecendo o coeficiente de “run off” para uma determinada chuva intensa de certa duração, pode-se determinar o escoamento superficial de outras precipitações de intensidades diferentes, desde que a duração seja a mesma.

O valor de c varia na faixa de 0% a 100%, sendo:

C=0, quando há absorção total da água e não ocorre escoamento superficial;

C=1, quando não há qualquer absorção da água pela superfície, ou seja, a chuva precipitada escoa totalmente.

No que tange as instalações de águas pluviais, a NBR fez uma consideração bastante conservadora a favor da segurança e considerando o pior cenário possível. Ao desconsiderar o coeficiente de “run off”, a norma trata as superfícies de captação como totalmente impermeáveis, ou seja, c=1.

Entretanto, há em verdade uma pequena absorção no início da precipitação, por conta do ar contido em seus vazios quando se encontram secas. Passado algum tempo, estes vazios se tornam saturados, reduzindo a taxa de absorção de água.             

Portanto, durante o dimensionamento de águas pluviais, vamos supor que as coberturas ou demais superfícies não estejam mais absorvendo a água e que ela esteja escoando integralmente para os pontos de captação locais.

Método Racional – conceito

Visto o conceito de coeficiente de runoff, vamos agora tratar sobre o método racional (por algumas vezes denominado método de Lloyd Davies). O método racional foi originalmente desenvolvido para estimar vazões máximas de escoamento em pequenas bacias urbanas. Ele estabelece uma relação entre a chuva e o escoamento superficial (deflúvio).

Este método parte do princípio básico de que a vazão máxima, provocada por uma chuva de intensidade uniforme e constante, ocorre quando todas as partes da bacia contribuem simultaneamente com escoamento na seção de deságue.

Entretanto, esta consideração ignora a complexidade real do processo de escoamento superficial, desprezando tanto o armazenamento de água na bacia quanto as variações da intensidade de precipitação e do coeficiente de escoamento superficial durante a precipitação.

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A imprecisão do emprego do método será tanto maior quanto maior for a área da bacia, uma vez que as hipóteses anteriores se tornam cada vez mais improváveis. Dessa forma, a método não deveria ser aplicado para grandes áreas (cujos valores de limite de área variam de autor para autor)

Quando é aplicável?

Primeiramente, saiba que existem condições a serem alcançadas antes de se aplicar o método racional no seu projeto. Algumas delas são:

1. Considera-se que a chuva incide homogeneamente sobre sua cobertura ou superfície. Ou seja, em todos os pontos precipitados, a intensidade pluviométrica será a mesma (convenção);
2. Consequentemente, a equação racional (encontrada por meio do coeficiente de runoff) será aplicável somente a pequenas áreas;
3. Assim como convencionamos para a intensidade pluviométrica, devemos considerar o coeficiente de runoff homogêneo ao longo de toda superfície precipitada. Logo, o grau de absorção será o mesmo em todos os pontos da superfície;
4. Por fim, a duração da chuva crítica será fixada com o mesmo valor do tempo de concentração;

– Mas João, a respeito do item “b”, o que seria uma área pequena?

Aí que está o problema, meus amigos. Porque este conceito varia de autor para autor. Assim, caberá ao seu bom senso fazer esta determinação.

Para que você entenda, vou dar alguns exemplos. O professor Porto considera o limite para áreas pequenas até 3 km²; a ASCE, por sua vez, considera 0,8 km² como área máxima. Já o DAEE recomenda o Método Racional para bacias de até 2 km². Porém, acima deste valor há outros métodos mais indicados com o Método I-PAI WU e o Método SCS.

Portanto, no final, cabe a você escolher qual das recomendações seguir.

Equação racional por meio do coeficiente de runoff

Primeiramente, temos que ter em mente duas equações básicas da hidráulica e da hidrologia. A primeira delas diz respeito à taxa de volume escoado:

\large \mathrm{Q=\frac{V_{escoado}}{tempo}} (1)

A segunda é a equação que determina a intensidade pluviométrica:

\large \mathrm{i=\frac{h}{tempo}} (2)

Certo! Passada esta parte, vamos para a equação de runoff que aprendemos neste artigo. Ou seja:

\large \mathrm{ C=\frac{V_{escoado}}{V_{precipitado}}}

Assim, vemos que o numerado pode ser substituido pelos termos da equação (1), tal que Vescodo = Q × tempo. Portanto:

\large \mathrm{ C=\frac{Q \times tempo}{V_{precipitado}}}

Contudo, podemos ainda escrever o Volume total como sendo o produto entre a área superficial (Ac) e a altura de lâmina d’água (h):

\large \mathrm{ C=\frac{Q \times tempo}{A_c \times h}}

Perebam, então, que podemos substituir a relação “i=h/tempo” (2) na equação encontrada acima. Desse modo, ficamos com:

\large \mathrm{ C=\frac{Q}{A_c \times i}}

Por fim, basta reorganizamos os termos e deixá-los em função da vazão (de projeto):

\large \mathrm{ Q_d=C \times A_c \times i}

Prontinho! Temos, então, a chamada equação racional utilizada em projetos de instalações de águas pluviais conforme NBR 10.844/89.

Considerações finais

Por fim, gostaria de ressaltar que há MUITO MAIS tópicos hidrológicos que ainda precisam ser abordados. Entretanto, seria impossível trazer tudo o que eu quero em apenas um texto – como eu sempre digo.

Pessoal, infelizmente, o assunto de águas pluviais não pode ser resumido em alguns artigos. Por isso, indico fortemente o nosso curso completíssimo para quem sonha em dar um passo inicial na carreira de projetista: Curso de Instalações Prediais de Águas Pluviais.

Abraços do João!