Sistemas Prediais de Drenagem de Águas
Pluviais e Freáticas
Eduardo João Vindeirinho Rino
Dissertação para obtenção do Gra...
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Resumo
A presente dissertação pretende reunir informação sobre sistemas prediais de drenagem de
águas pluviais e freát...
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Abstract
The present thesis aims to gather information on building drainage systems for rain and
ground water. A review ...
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Simbologia
Símbolo Grandeza Unidades
! Peso volúmico N/m
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A Área da ...
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Símbolo Grandeza Unidades
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Ja Perda de carga na tubagem de aspiração m
Jc Perda de carga na tubagem d...
IX
Símbolo Grandeza Unidades
VRippl Volume do reservatório segundo o método de Rippl m
3
Vut Volume útil de uma câmara de ...
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XI
Índice
1.	
   INTRODUÇÃO..................................................................................................
XII
4.3.3.	
   EN 12056-3....................................................................................................
XIII
5.3.	
   Acessibilidade dos sistemas....................................................................................
XIV
7.3.1.	
   Policloreto de vinilo (PVC) ..................................................................................
1
1. INTRODUÇÃO
1.1. Motivação e objectivos
No panorama nacional, observa-se uma escassez de bibliografia especializada di...
2
O Capítulo 5 aborda a questão do conforto e qualidade dos sistemas de drenagem de águas
pluviais, apresentando medidas q...
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2. CONTEXTO HISTÓRICO
“Os problemas com que nos deparamos hoje, não podem ser resolvidos com o mesmo
pensamento que, em ...
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Desde então e até ao século XIX, a abordagem dos sistemas de drenagem como infra-
estruturas condicionantes do desenvolv...
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na cidade de Lisboa.
Do séc...
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porta de casa com os resíduos que ...
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Quadro 2.1 – Níveis de atendimento de drenagem e tratamento de águas residuiais em Portugal
Continental [I2].
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relativamente vasta procurando cobrir t...
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3. INSTALAÇÃO E TRAÇADO DA REDE DE DRENAGEM PLUVIAL
3.1. Introdução
Os sistemas prediais de drenagem de águas pluviais t...
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Este capítulo aborda os aspectos que terão de ser levados em conta para a instalação e
traçado da rede. Para tal, irão ...
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• Quaisquer outras substâncias, nomeadamente sobejos de comida e outros resíduos,
triturados ou não, que possam obstrui...
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3.3.2. Drenagem com elevação
Se, ao contrário do sistema anterior, as águas residuais pluviais forem recolhidas a um ní...
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Estes elementos são descritos, de forma genérica, no Quadro 3.1.
Quadro 3.1 – Componentes de um sistema de drenagem plu...
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3.4.1.1. Componentes lineares (de tubagem) do sistema
Nos Quadros 3.2 a 3.6 são apresentadas as regras e recomendações ...
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Quadro 3.4 – Regras aplicáveis a tubos de queda (continuação).
Objecto Tipo Descrição
Traçado
Obrigatórias
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Quadro 3.6 – Regras aplicáveis a ramais de ligação.
Objecto Tipo Descrição
Instalação
Obrigatórias
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Figura 3.4 – Ralo de pinha [I19].
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• Corpo, formado pelas paredes, assentes sobre a soleira, com disposição em planta
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projecto. É também útil em situações de entupimento, servindo de alarme, pelo que deverão
ser colocados em zonas onde p...
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utilização deste tipo de soluções tem vindo a crescer com a proliferação de edifícios com
caves.
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3.4.3.2. Câmaras de retenção
As câmaras de retenção têm como finalidade a retenção no seu interior de matérias que
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3.4.3.2.2. Câmaras de retenção de hidrocarbonetos
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Figura 3.11 – Sistema-tipo de drenagem pluvial [6].
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4. DIMENSIONAMENTO DA REDE DE DRENAGEM PLUVIAL
4.1. Introdução
O processo de dimensionamento de uma rede de drenagem de...
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Q = v ! A , (4.1)
onde: v (m/s) é a velocidade de escoamento; e A (m
2
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!
O declive de um canal corresponde à tangente trigonométrica do ângulo que este forma com
a horizontal e representa-se...
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Quadro 4.1 - Grandeza geométricas adimensionais para secções circulares [8].
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2
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a unidade (entre 0,98 e 0,99). Além deste coeficiente, deve ainda ser considerado um
coeficiente de contracção da secçã...
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Quintela [8] apresenta ainda uma expressão para descarregadores de canais com queda
vertical. Neste tipo de estruturas,...
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são pouco importantes. O Regulamento Geral [N1] considera um período de retorno mínimo
de 5 anos para uma duração de pr...
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Para precipitações com duração de 5 minutos e período de retorno mínimo de 5 a 20 anos,
os valores médios de intensidad...
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No Quadro 4.4 são apresentadas expressões de cálculo da área de contribuição para
diferentes configurações de cobertura...
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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...
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Quadro 4.6 – Áreas de contribuição efectivas da cobertura tendo em conta o efeito do vento [N7].
Situações onde o efeit...
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Figura 4.4 – Caleira de secção semicircular [4].
Considerando que a altura da lâmina líquida é a máxima permitida, tem-...
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As expressões (4.15) e (4.16) aplicam-se para inclinações superiores ou iguais a 0,5% em
conformidade com as exigências...
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Qcal
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#FL
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onde: Acal (mm
2
) é a área do algeroz tal como o indicado na Figura 4.7; e F...
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Para secções rectangulares ou trapezoidais (Figura 4.8), a capacidade do algeroz é dada por
Qcal
= 3,48!10"5
# Acal
1,2...
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Figura 4.10 – Factor de forma, Fs (Shape factor) [N7].
Figura 4.11 – Geometria de algerozes de secção trapezoidal [N7]....
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4.4.4. Métodos alternativos
4.4.4.1. Torres
Segundo Torres [6], o caudal de cálculo dos algerozes deve ser majorado em ...
42
Outro factor a ter em conta são as mudanças de direcção de 90º nos tubos de queda.
Quando isso acontece, admite-se uma ...
43
Na Figura 4.12 é apresentado um ábaco construído para precipitações de 2 l/min.m
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relacionando A, T e Qcal [6]. O á...
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4.6.1. Regulamento Geral
No Regulamento Geral [N1] não existem requisitos aplicáveis a estes elementos.
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Dissertacao sistemas de esgoto
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  1. 1. 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
  2. 2. II (Página em branco)
  3. 3. III 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 de água pluviais e freáticas; dimensionamento; traçado; materiais; tubagens.
  4. 4. IV (Página em branco)
  5. 5. V 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.
  6. 6. VI (Página em branco)
  7. 7. VII Simbologia Símbolo Grandeza Unidades ! Peso volúmico N/m 3 ! Viscosidade m 2 /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 Acrp Área de secção transversal de uma câmara retentora de pesados m 2 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 l D Diâmetro da tubagem mm di Diâmetro interno da tubagem mm Ed Espaçamento entre drenos tubulares m f Grau de enchimento Adimensional FL Factor de capacidade Adimensional Fs Factor de forma Adimensional g Aceleração gravítica m/s 2 H Altura manométrica m.c.a. h Altura de água mm 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 mm HMA Altura máxima de aspiração m Hn Altura da napa acima os drenos m I Intensidade de precipitação l/min.m 2
  8. 8. VIII 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 m 1/3 .s -1 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 m NS Dimensão nominal de um separador de hidrocarbonetos Adimensional p Pressão Pa P Potência de uma bomba W Psub,pl Percentagem do consumo de água pluvial % Q Caudal escoado m 3 /s Qa Caudal afluente numa câmara de bombagem l/s Qb Caudal escoado por um elemento de bombagem l/s Qc Caudal de cálculo m 3 /s 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 m/s Vcons,pl Volume de água pluvial consumido m 3 Vpl,anual Volume anual de água pluvial m 3
  9. 9. IX 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
  10. 10. X (Página em branco)
  11. 11. XI 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  
  12. 12. XII 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  
  13. 13. XIII 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  
  14. 14. XIV 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  
  15. 15. 1 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.
  16. 16. 2 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.
  17. 17. 3 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].
  18. 18. 4 Desde então e até ao século XIX, a abordagem dos sistemas de drenagem como infra- estruturas 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
  19. 19. 5 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 infra- estruturas 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 infra- estruturas 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
  20. 20. 6 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.
  21. 21. 7 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
  22. 22. 8 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.
  23. 23. 9 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). - Planta do edifício; - Escolha do traçado; - Diâmetros de tubagens; - Projectos de outras especialidades: - Localização dos acessórios e - Dimensões: - Estruturas; instalações complementares. - instalações; - Abastecimento de água; - 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. Etapas do projecto 2) Escolha do traçado 3) Dimensionamento1) Avaliação dos dados existentes
  24. 24. 10 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;
  25. 25. 11 • 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].
  26. 26. 12 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.
  27. 27. 13 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.
  28. 28. 14 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 Instalação 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. Traçado 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. 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 Instalação 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. 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.
  29. 29. 15 Quadro 3.4 – Regras aplicáveis a tubos de queda (continuação). Objecto Tipo Descrição Traçado Obrigatórias (fonte: [N1]) • 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 Descrição Instalação Obrigatórias (fonte: [N1]) • 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. Recomendáveis (fontes: [4] a [6]) • Caso os colectores prediais atravessem elementos estruturais, deverá ser garantida a sua independência destes elementos, com o recurso a dispositivos elásticos adequados. Traçado Obrigatórias (fonte: [N1]) • 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. Recomendáveis (fontes: [4] a [6]) • 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.
  30. 30. 16 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 Tipo Descrição Instalação 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. Traçado 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. 3.4.2. Acessórios 3.4.2.1. 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.
  31. 31. 17 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:
  32. 32. 18 • 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
  33. 33. 19 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. Instalações complementares ao sistema 3.4.3.1. 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
  34. 34. 20 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.
  35. 35. 21 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: • Septo de entrada; • Câmara de retenção/sedimentação; • Filtro Coalescente (Câmaras de retenção de hidrocarbonetos); • Septo de saída; • By-Pass (Câmaras de retenção de hidrocarbonetos). 3.4.3.2.1. 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].
  36. 36. 22 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.
  37. 37. 23 Figura 3.11 – Sistema-tipo de drenagem pluvial [6].
  38. 38. 24 (Página em branco)
  39. 39. 25 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
  40. 40. 26 Q = v ! A , (4.1) onde: v (m/s) é a velocidade de escoamento; e A (m 2 ) 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 ! + z + v2 2g , (4.2) em que: ! (N/m 3 ) é o peso volúmico do líquido; g (m/s 2 ) 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.
  41. 41. 27 ! 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, Q = K ! A !Rh 2 3 !i 1 2 , (4.3) onde: Q (m 3 /s) é o caudal escoado; K (m 1/3 .s -1 ) é o coeficiente de rugosidade da tubagem; A (m 2 ) 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. Raio R = D 2 Altura da lâmina líquida h = R!(1" cos#) Área molhada Am = R2 !(" # cos"!sen") Perímetro molhado Pm = 2!R!" Raio hidráulico Rh = R!(" # cos"!sen") 2" Figura 4.1 – Relações geométricas para secções circulares.
  42. 42. 28 Quadro 4.1 - Grandeza geométricas adimensionais para secções circulares [8]. h/D A/D 2 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 4.2.5. 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 ! + zA + vA 2 2g = pP ! + zP + vP 2 29 . (4.4) Figura 4.2 – Escoamento por um orifício. Como A e P estão em superfície livre, tem-se . (4.5) Sendo nula a velocidade no ponto A, a equação (4.4) simplifica-se para . vp = 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 pP ! = pA ! = 0
  43. 43. 29 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 = cv cc , tal que Q = c ! A ! 2gh. (4.7) 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 Q = c !b! 2g !h 3 2 , (4.8) 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 Q = 0,385!b! 2g !h 3 2 . (4.10)
  44. 44. 30 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 Q =1,17!b! 2g !h 3 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! Ac , (4.12) onde: Qc (l/min) é o caudal de cálculo; C (adimensional) é o coeficiente de escoamento; I (l/min.m 2 ) é a intensidade de precipitação; e Ac (m 2 ) 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
  45. 45. 31 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! tb , onde I representa a intensidade média da precipitação máxima (em l/h.m 2 ), 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]. Período de retorno (anos) Regiões pluviométricas 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
  46. 46. 32 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. Quadro 4.3 – Valores de precipitação (l/min.m -2 ) para as diferentes regiões pluviométricas. Período de retorno (anos) Regiões pluviométricas 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! Ac 60 , (4.13) onde: Qc (l/min) é o caudal de cálculo; I (mm/h = l/h.m 2 ) é a intensidade pluviométrica; e Ac (m 2 ) 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. Caso não existam dados referentes à precipitação, para áreas até 100 m 2 , poderá ser adoptada um valor de 150 l/h.m -2 . 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.
  47. 47. 33 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 Ac = a + d 2 ! " # $ % &'b Superfície plana vertical única Ac = A + a!b 2 Duas superfícies planas verticais opostas Ac = A + a!b 2 Duas superfícies planas verticais opostas Ac = A + a!b " c !d 2 # $ % & ' ( Duas superfícies planas verticais adjacentes e perpendiculares Ac = A + A1 2 + A2 2 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 + a!b 2 d
  48. 48. 34 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 de precipitação deverão situar-se entre 36 e 216 l/h.m -2 , 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 Ac = a!b, (4.14) onde: Ac (m 2 ) 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.
  49. 49. 35 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 Ac = b! a + d 2 " # $ % & ' Chuva perpendicular à cobertura Ac = !a "b 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.
  50. 50. 36 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), D = Qc K !0,08195!i 1 2 " # $ $$ % & ' '' 3 8 (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), Q = K ! b! 7 10 a " # $ % & '! A b + 14 10 a " # $ $ $ $ % & ' ' ' ' 2 3 !i 1 2 . (4.16) Figura 4.5 – Caleira de secção rectangular [5].
  51. 51. 37 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. a) 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 int intext
  52. 52. 38 Qcal = 2.78!10"5 # Acal 1,25 #FL , (4.18) onde: Acal (mm 2 ) 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]. L/h Factor de capacidade 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].
  53. 53. 39 Para secções rectangulares ou trapezoidais (Figura 4.8), a capacidade do algeroz é dada por Qcal = 3,48!10"5 # Acal 1,25 #FL #Fd #Fs , (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)
  54. 54. 40 Figura 4.10 – Factor de forma, Fs (Shape factor) [N7]. 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 # Acal 1,25 #FL #Fd #Fs, (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. h
  55. 55. 41 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) onde: Qcal (l/min) é a capacidade do algeroz; e A (mm 2 ) 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.
  56. 56. 42 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 0 a 2 a) b) 1,10 1,20 2 a 4 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 75 50 (a) 50 (a) 50 (b) 50 (b) 100 63 (a) 63 (a) 50 (b) 50 (b) 125 75 (a) 89 (a) 63 (b) 75 (b) 150 89 (a) 100 (a) 75 (b) 100 (b) 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 (l / min), (4.22) onde: A (mm 2 ) é a secção líquida na descarga; T (mm) é a largura da superfície livre na secção de descarga (Figura 4.11).
  57. 57. 43 Na Figura 4.12 é apresentado um ábaco construído para precipitações de 2 l/min.m -2 , 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: (4.24)Dsecção cheia = 4 5 3 ! " Qc K2 "i 1 2 # $ % % % & ' ( ( ( 3 8 ;
  58. 58. 44 Dmeia secção = 2! 4 5 3 " # Qc K2 #i 1 2 $ % & & & ' ( ) ) ) 3 8 ; (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].
  59. 59. 45 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 Secção não circular Descarregador Qdesc = k0 !D!h1,5 7500 Qdesc = k0 !Lw !h1,5 24000 válido para válido para h ! 2Adesc Lw Orifício válido para válido para 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 ou orifício; e Adesc (mm 2 ) 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. h ! D 2 Qdesc = k0 !D2 !h0,5 15000 h > D 2 Qdesc = k0 ! Adesc !h0,5 12000 h ! 2Adesc Lw

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