REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7718680
Lucas Morais de Souza
Leonardo Carlos de Oliveira
RESUMO
Este estudo constitui um instrumento de consulta e apoio ao setor de engenharia de uma fábrica, mais especificamente ao setor de manutenção predial, pois o mesmo auxilia no planejamento de ações necessárias aos problemas atuais e futuras com relação ao sistema de drenagem do prédio em questão.
Palavras-chave: drenagem; águas pluviais; dimensionamento;
ABSTRACT
This study constitutes a consultation and support instrument for the engineering sector of a factory, more specifically for the building maintenance sector, as it helps in the planning of necessary actions for current and future problems regarding the drainage system of the building in question.
Keywords: drainage; rainwater; sizing;
1 INTRODUÇÃO
1.1 Descrição do objeto de estudo
A coberta do prédio da produção da Fabrica contempla uma área de 49.500 m² dividida em 11 cobertas com dimensões de 180 m de comprimento e 25 m de largura cada.
Cada uma das 11 cobertas e ainda composta por módulos de 20 metros de comprimento pelos 25 metros.
A coberta é composta por telhas de alumínio, forma arqueada, com calhas em todo seu comprimento.
As calhas são metálicas, com formatos e dimensões conforme plantas instaladas em alturas de 7,30 m e 10,30 m. As calhas são drenadas por tubos de queda de 200 mm de diâmetro dispostos a uma distancia media de 20 metros um do outro.
1.2 Causas para estudo do sistema de drenagem
No período chuvoso de 2016, foram detectados diversos problemas com relação ao sistema de captação e drenagem do prédio da produção da Fabrica dos quais destacamos: Infiltração nas coberturas, transbordamento de calhas e transbordamento nas junções de tubulações de descidas de água pluvial.
1.3 Objetivo deste estudo
O objetivo principal deste trabalho será a análise do sistema de águas pluviais com a finalidade de estudar, segundo as normas e literatura afins, as vazões e as dimensões do sistema de águas pluviais a fim de apontar as possíveis causas de transbordamento de calhas do sistema assim como apontar soluções ou medidas de prevenção em relação a este tocante.
Para elaborar este trabalho ficou claro que deveríamos ter conhecimento do sistema de calhas, suas dimensões, inclinações e vazões. Conhecimento do sistema de tubos de descidas de águas pluviais (tubos de queda): quantidades, diâmetros e vazões. Como também da rede coletora subterrânea.
Desta forma dividimos o trabalho nas seguintes etapas:
- Levantamento físico das instalações existentes; • Verificação do dimensionamento do sistema existente;
- Definição dos problemas encontrados.
- Definição de propostas corretivas.
- Definição de propostas preventivas.
1.4 Metodologia
A metodologia adotada pela empresa em comum acordo com o setor de engenharia da fábrica tem as seguintes atividades:
- Atividade 01-Levantamento in-loco:
– Identificação das dimensões das calhas: Levantamento das dimensões e formatos. Identificação das prumadas de água pluviais: Cadastramento das prumadas suas dimensões e derivações para posterior desenho das mesmas.
– Identificação da rede coletora que passa pelo piso do setor: Abertura das tampas das caixas de visita das águas pluviais com a finalidade de identificar as dimensões das mesmas, as dimensões dos condutores horizontais que chegam até elas, assim como os condutores verticais que chegam até elas. - Atividade 03 – Verificação das instalações quanto a suas dimensões e vazões em relação aos critérios da NBR 10844.
- Atividade 04 – Elaboração de relatório técnico a partir dos elementos encontrados nas atividades acima.
1.5 Limitações de trabalho
Ao longo da execução dos trabalhos de levantamento encontraram-se algumas dificuldades que foram se dissipando à medida que se adotavam novas medidas e conduções do trabalho.
Um dos principais objetivos deste trabalho era catalogar as instalações existentes. A maior dificuldade foi na coleta de dados da rede coletora.
O segundo passo foi a abertura das caixas de visita. O objetivo era que os funcionários responsáveis pela abertura das mesmas levantassem a tampa, recolocassem as mesmas e em seguida lacrassem com silicone. Neste ponto, se observou grande dificuldade nas aberturas das mesmas conforme a seguir:
Algumas caixas foram abertas mais foi encontrada uma nova tampa devido a um segundo piso abaixo.
Outras caixas, apesar do esforço dos funcionários, não cedeu e seria necessário quebrar a tampa para se ter a visita. Foi decidido não executar, pois a quebra da tampa, não resultaria em restauração da mesma em tempo hábil podendo interferir nos processos de produção da fabrica.
E em outros casos as caixas estavam em local de difícil acesso.
Neste contexto fizemos o levantamento de todas as caixas que foram possíveis de serem abertas e conseguimos elementos suficientes para estimar a vazão do sistema.
2 PARÂMETROS NORMATIVOS E LITERÁRIOS PARA ANALISE
Para analise do sistema de água pluvial foi considerado primeiramente os parâmetros da NBR 10844 (Instalações prediais de águas pluviais) assim como literatura vigente sobre o assunto.
2.1 Definições
Para os efeitos deste trabalho foram adotadas as seguintes definições:
- Altura pluviométrica: Volume de água precipitada por unidade de área horizontal.
- Área de contribuição: Soma das áreas das superfícies que, interceptando chuva, conduzem as águas para determinado ponto da instalação.
- Bordo livre: Prolongamento vertical da calha, cuja função é evitar transbordamento.
- Caixa de areia: Caixa utilizada nos condutores horizontais destinados a recolher detritos por deposição.
- Calha: Canal que recolhe a água de coberturas, terraços e similares e a conduz a um ponto de destino.
- Calha de beiral: Calha instalada na linha de beiral da cobertura.
- Calha de platibanda: Calha instalada na linha de encontro da cobertura com a platibanda.
- Condutor horizontal: Canal ou tubulação horizontal destinado a recolher e conduzir águas pluviais até locais permitidos pelos dispositivos legais.
- Condutora vertical: Tubulação vertical destinada a recolher águas de calhas coberturas, terraços e similares e conduzi-las até a parte inferior do edifício.
- Diâmetro nominal: Simples número que serve para classificar, em dimensões os elementos de tubulações (tubos, conexões, condutores, calhas, bocais, etc.), e que corresponde aproximadamente ao diâmetro interno da tubulação em milímetros. Levantamento do sistema de drenagem de águas pluviais
- Duração da precipitação: Intervalo de tempo de referência para a determinação de intensidades pluviométricas.
- Intensidade pluviométrica: Quociente entre a altura pluviométrica precipitada num intervalo de tempo e este intervalo.
- Perímetro molhado: Linha que limita a seção molhada junto às paredes e ao fundo do condutor ou calha.
- Período de retorno: Número médio de anos em que, para a mesma Duração de precipitação, uma determinada intensidade pluviométrica é igualada ou ultrapassada apenas uma vez.
- Saída: Orifício na calha, cobertura, terraço e similares, para onde as águas pluviais convergem.
- Seção molhada: Área útil de escoamento em uma seção transversal de um condutor ou calha.
- Tempo de concentração: Intervalo de tempo decorrido entre o início da chuva e o momento em que toda a área de contribuição passa a contribuir para determinada seção transversal de um condutor ou calha.
- Vazão de projeto: Vazão de referência para o dimensionamento de condutores e calhas.
2.2 Base de cálculos
2.2.1 Área de contribuição
No cálculo da área de contribuição, devem-se considerar os incrementos devidos à inclinação da cobertura e às paredes que interceptem água de chuva que também deva ser drenada pela cobertura.
2.2.2 Intensidade pluviométrica
Para calculo da intensidade pluviométrica um período de retorno de 25 anos e duração de precipitação de 5 minutos o que segundo tabela 5 da NBR 10844 chuvas intensas no Brasil teremos uma intensidade pluviométrica de 180 litros por minuto.
2.2.3 Vazão de projeto
A vazão de projeto deve ser calculada pela fórmula:
Onde:
Q = Vazão de projeto, em L/min
I = intensidade pluviométrica, em mm/h
A = área de contribuição, em m²
2.2.4 Dimensionamento de calhas
A NBR 10844/ano orienta que as calhas devem ser dimensionadas através da fórmula de Manning-Strickler, indicada a seguir, ou de qualquer outra fórmula equivalente:
Onde:
Q = Vazão de projeto, em L/min
S =área da seção molhada, em m²
n = coeficiente de rugosidade (Ver Tabela 2)
R = raio hidráulico, em m
P = perímetro molhado, em m
i = declividade da calha, em m/m
K = 60.000
Tabela 1 : Coeficiente de rugosidade
Conforme o engenheiro Plinio Tomaz[1], A NBR 10844 não prever cálculo sem declividade da calha e recomenda que a mesma seja de no mínimo 0,5%. Para casos assim Tomaz recomenda a seguinte formula para calculo para calhas planas: ho= 31,5 x(Q/B)2/3
Onde,
ho=Altura mínima da lamina de água
Q=Vazão de pico (consideramos a vazão de projeto) e L/min
B=Largura da lamina de água da seção molhada em milímetros. Para este calculo ho e considerado metade da altura da seção molhada. Como o que nos interessa e a vazão do projeto, reformulamos a formula em função da vazão e obtendo o seguinte modelo:
Q=(B x ho2/3)÷31,5
No tocante sobre a altura da lamina de água a ser considerada HelioCreder[2] , recomenda que a altura útil da calha seja de metade da altura da mesma. Na formula de calhas planas, indicada por Plinio Tomaz a altura mínima da lamina d’água é a metade da altura útil da calha.
2.2.5 Dimensionamento dos condutores verticais
O dimensionamento dos condutores verticais deve ser feito a partir dos seguintes dados:
Q = Vazão de projeto, em L/min;
H = altura da lâmina de água na calha, em mm;
L = comprimento do condutor vertical, em m;
Nota: O diâmetro interno (D) do condutor vertical é obtido através dos ábacos da abaixo.
Para calhas com saída em aresta viva ou com funil de saída, deve-se utilizar, respectivamente, o ábaco (a) ou (b) no caso deste estudo as saídas são em aresta viva e utilizaremos o ábaco (b).
Uma vez obtido os dados acima mencionados devemos levantar uma vertical por Q até interceptar as curvas de H e L correspondentes. No caso de não haver curvas dos valores de H e L, interpolar entre as curvas existentes. Transportar a interseção mais alta até o eixo D. Adotar o diâmetro nominal cujo diâmetro interno seja superior ou igual ao valor encontrado.
Gráfico 1 :
2.2.6 Dimensionamento dos condutores horizontais
Para dimensionamento dos condutores horizontais a NBR 10844 se utiliza de tabela de capacidade de condutores horizontais de seção circular. No entanto a referida tabela trabalha com tubulações até 300 mm de diâmetro o que não satisfaz a realidade encontrada que possui diâmetros acima deste valor. A mesma tabela utiliza a formula de Manning-Strickler com altura de lamina d’água igual a 2/3 para calculo de seus valores e utilizaremos o mesmo critério para calcular a vazão da rede horizontal da fabrica.
3 LEVANTAMENTO E CADASTRO DE DADOS
Para o levantamento da rede de água pluvial existente foram utilizadas três frentes de trabalho:
Para o cadastramento as dimensões das calhas foram contratadas, profissional com treinamento para trabalho em altura e a fabrica disponibilizou plataformas elevatórias a fim de levantar as dimensões e inclinações das calhas.
Para o cadastramento das tubulações de descidas de água pluvial foi disponibilizado pelo setor de engenharia da fabrica, desenho da planta baixa e de coberta do setor de produção e em posse destas um funcionário realizou um levantamento ponto a ponto de toda a rede de tubos de queda.
Para levantamento da rede coletora deverá ser aberta as tampas das caixas de visita do sistema de águas pluviais a fim de se cadastrar toda a rede coletora. Para isto foi disponibilizado três pessoas das quais duas abririam as caixas de visita e um cadastraria as dimensões da mesma assim como as tubulações.
4 DESCRIÇÃO DOS SISTEMAS ENCONTRADOS
4.1 Coberta
Em conformidade com desenhos e imagens fornecidos pelo setor de engenharia da Fabrica as cobertas são metálicas, em alumínio, com uma forma arqueada.
Conforme figura abaixo, podemos observar que a coberta e composta por vários módulos com diferentes níveis de altura.
Figura 1 :
Além dos módulos podemos dividir as cobertas em dois grupos de acordo com os níveis de altura das calhas: Um de cobertas mais altas com 10,30 m de altura em relação ao piso e outro conjunto de cobertas com 7,30 m de altura em relação ao piso. Em cada conjunto existe ainda uma diferença de nível menor de aproximadamente 1 m de altura entre os módulos.
Figura 2 :
Cada módulo de coberta tem 25 m por 20 m tendo ao longo dos 20 metros as calhas. Na ponta de cada calha observa-se a existência dos tubos que ora descem para a rede coletora através de tubos de queda hora deságuam nas calhas dos módulos que estão 1 m abaixo.
4.2 Sistema de calhas
Encontramos três tipos de calhas:
Calhas que denominamos tipo 01 e 02 que estão respectivamente localizadas nos níveis 10,30m e 7,30m dos telhados e calha 03 localizada nos telhados que estão na mesma altura.
Figura 3 :
4.2.1 Formato e Dimensões da Calha 01
Calha metálica de formato retangular com dimensões úteis de 300mm x 200mm por 120mm
Figura 4 :
4.2.2 Formato e Dimensões da Calha 02
Calha metálica de formato retangular com dimensões úteis de 420mm x 200 por 120mm
Figura 5 :
4.2.3 Formato e Dimensões da Calha 03
Calha metálica de formato prismático com dimensões úteis de 550mm x 110 por 120mm
Figura 6 :
4.3 Sistema de condutores verticais
O sistema de condutores verticais é composto por 182 descidas com tubulações de diâmetro de 200 mm distribuídos em 11 colunas que correspondem às calhas do sistema de águas pluviais do prédio da produção da fábrica.
A distância entre as descidas na calha é de 20 m correspondendo com os módulos de coberta anterior citados.
4.4 Sistema de condutores horizontais – Rede Coletora
Do sistema de condutores horizontais foram encontrado 62 caixas de visita que estão interligadas por uma rede de tubulações concreto circulares com diâmetros que variam entre 500 mm e 700 mm.
Conforme anteriormente citado nas limitações de trabalho, a maior dificuldade que obtivemos no levantamento físico das instalações foi à abertura das caixas de visita. Das 62 caixas encontradas foram possíveis de vistorias 10 caixas. Das quais conseguimos ter uma estimativa do sistema de águas pluviais existente.
As caixas encontradas estão marcadas em planta a sua localização, dimensões e tubulações interligadas a mesmas.
Segue um relato do que foi encontrado nas caixas possíveis de visita:
5 MEMÓRIA DE CALCULO DO SISTEMA EXISTENTE
5.1 Área de contribuição e vazão de projeto
A área de contribuição será a área de cada módulo de coberta encontrado a qual é servida por uma calha em cada beiral da coberta.
A largura utilizada e a largura útil, incluindo a inclinação da coberta, de metade da coberta.
Alguns módulos desta coberta estão ligados a uma parede de 3 metros de altura e esta deve ser considera na área de contribuição.
Portanto temos:
Largura útil da coberta: L=24,50÷2+3,00=15,25
Tabela 2 :
Portanto cada calha de cada módulo da coberta terá uma contribuição de 914,98 litros por minuto.
5.2 Condutores verticais
Como cada calha e servida de duas saídas, observamos que a vazão necessária para cada condutor devera ser metade da vazão da calha, ou seja: 457,49 litros por minuto.
914,98 L/min÷2=457,49 L/min
Verificando o ábaco de vazão de condutores verticais observamos que para uma vazão de 1000 l/m interpolamos as linha de altura da lâmina de água na calha e a curva de comprimento do condutor vertical. Encontramos tubulações com diâmetros comerciais mínimas de 75 mm e 150 mm respectivamente. Como na fabrica as tubulações tem diâmetro de 200 mm as mesmas atendem a vazão de condutores verticais.
5.3 Condutores Horizontais
Pelo levantamento físico observou-se que a maioria do sistema e servido por condutores de 70 mm de diâmetro sendo esta tubulação a principal responsável pela drenagem do sistema. Considerando esta tubulação com nível de água a 2/3, inclinação de 0,5% e segundo a fórmula de ManningStrickler, encontramos uma vazão de 30.793,77 litros por minuto conforme abaixo:
Tabela 3 :
Considerando a pior situação de acumulo de vazões teremos a contribuição de vinte e duas calhas, ou seja: 22 x 914,98 L/min em um total de 20.129,56 L/min. Portanto a rede de condutores horizontais e suficiente para atender o sistema.
5.4 Vazão das calhas
No levantamento físico foi observado que as calhas não possuem inclinação horizontal e para o estudo da vazão foi considerado dois modelos de calculo:
Fórmula de Manning – Strickler, recomendada pela ABNT 10844,com nível de água a meia altura de calha e inclinação mínima de 0,5%.
Formula de calhas planas indicadas por Plínio Tomaz com nível de água a meia altura de calha.
5.4.1 Vazão da Calha 01:
Tabela 4 :
Observamos então que a calha de modelo 01 atende a uma vazão máxima de 850,22 litros por minuto pela ABNT e 290,40 litros por minuto pelo cálculo de calhas planas.
5.4.2 Vazão da Calha 02:
Tabela 5 :
Observamos então que a calha de modelo 02 atende a uma vazão máxima de 1.259,84, litros por minuto pela ABNT e 406,56 litros por minuto pelo cálculo de calhas planas.
5.4.3. Vazão da Calha 03:
A calha de modelo 03 atende a vazão de dois telhados, portanto uma vazão de 1.829,96 litros por minuto.
Tabela 6 :
Observamos então que a calha de modelo 03 atende a uma vazão máxima de 1.317.56, litros por minuto pela ABNT e 758,35 litros por minuto pelo cálculo de calhas planas.
6 ANALISE CRITICA DA SITUAÇÃO EXISTENTE
Analisando os cálculos e a situação encontrada in loco destacamos os seguintes itens:
6.1 Telhado e Calhas
Encontramos diversas situações em que a saída de calhas está escoando no telhado ou diretamente na calha abaixo.
Figura 7 :
Esta disposição das saídas das calhas deixa o telhado vulnerável de transbordamento, pois além de dobrar a vazão na calha torna esta contribuição pontual, ou seja, uma calha que teria sido dimensionada para atender uma vazão por área de contribuição de telhado deve atender um escoamento pontual.
As calhas tipo 01 e 03, conforme cálculos acima, não atendem as vazões do telhado. A calha tipo 02 seriam suficiente, mais nos locais em que ocorrerem às concentrações acima citadas, chega a atender a vazões superiores ao recomendado.
6.2 Condutores Verticais e Horizontais
As redes de condutores verticais e horizontais atendem a demanda das vazões mais, conforme levantamento realizado, nem todas as descidas chegam a caixas de inspeção não sendo possível realizar manutenção.
Esta situação fica desconforme com as recomendações da NBR 10844 que prever que par toda mudança de direção e encontro de tubulações, tanto nos coletores verticais quanto horizontais, sejam estes aparentes ou enterrados, deve ser prevista pecas de inspeção.
Em um exemplo mais específico o tubo de queda AP-59, no eixo C7, conforme planta em anexo, transbordou no período chuvoso de 2016. Não foi possível verificar o encaminhamento desta decida como também o motivo da possível obstrução, pois a mesma não possui nenhum mecanismo de visita.
7 PROPOSTAS PARA O SISTEMA DE ÁGUAS PLUVIAIS
7.1 Intervenção no sistema de calhas e coberta
Para o sistema de calhas e cobertas recomendamos que:
Sejam retiradas as tubulações que deságue em outro telhado ou diretamente nas calhas. Estas saídas devem ser encaminhadas ao sistema de condutores horizontais por prumadas próprias ou conectadas as prumadas de água existentes.
Nas calhas, recomendamos que seja feitas novas saídas, conforme planta 06/06 em anexo, a fim de diminuir a área de contribuição e atender as vazões das calhas existentes.
Neste sistema deverão ser criadas nas calhas duas novas saídas ao longo de cada modulo de 20 m de calha. Cada saída desta será conectada em um condutor horizontal de 200 mm instalado abaixo das calhas e este conectado nas tubulações de queda existentes. Com este procedimento a distancia entre as novas saídas irão variar entre 6,66m e reduzindo assim a área de contribuição e vazão de projeto conforme a seguir:
Tabela 7 :
Observamos então que a vazão de projeto se aproxima bastante das vazões máximas das calhas anteriormente calculadas.
7.2 Intervenção no sistema de condutores verticais
No sistema de condutores verticais recomendamos que sejam incluídas visitas nos tubos de queda que não estão interligados a uma caixa de areia.
As visitas devem ser executadas com uma junção simples com o mesmo diâmetro da tubulação, instaladas a uma altura mínima de 1,50m. Em uma das saídas da Junção deve ser instalado um Cap. com anel de borracha para vedação e posterior visita. Para este procedimento e necessário que a tubulação existente seja cortada reconstruída com a instalação de uma luva de correr. Este sistema descrito fica mais bem exemplificado na figura a seguir:
Figura 8 :
8 PROPOSTA PREVENTIVA
Mesmo com os procedimentos acima descritos as calhas e telhado estarão sempre vulneráveis ao longo do tempo a situações como acumulo de poeira, desgastes das partes metálicas, etc.
Para que a calha possa oferecer todas as vantagens é necessário que se faça uma inspeção periódica à procura de possíveis problemas. Evitar o acúmulo de sujeira é o principal deles e é imprescindível para o bom escoamento da água da chuva.
Neste tocante recomendamos que seja instaladas linhas de vida ao longo dos telhados para execução dos trabalhos de manutenção periódica e assim podermos garantir que o sistema de drenagem de águas pluviais sejam funcional e estejam sempre em bom estado.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR-8.160: Instalações Prediais de Esgotos Sanitários – Procedimentos. 1999;
TOMAZ, Plinio Aproveitamento de agua de chuva 2ª Ed. Navegar. Rio de Janeiro, 2005.
CREDER, Hélio Instalações Hidráulicas e Sanitárias 6ª ed. LTC. Rio de Janeiro, 2005.
[1] Tomaz, Plinio Aproveitamento de agua de chuva 2ª Ed. Navegar. Rio de Janeiro, 2005.
[2] Creder, Hélio Instalações Hidráulicas e Sanitárias 6ª ed. LTC. Rio de Janeiro, 2005.