Em Hidráulica (veja mais 24 artigos nesta área)
por Engº Ms. Sérgio Frederico Gnipper
2 -- Aumento da capacidade de escoamento do condutor vertical
Como nem sempre o aumento da inclinação da calha é fisicamente viável sem grandes
Transbordamento: antes de aumentar as secções das calhas, amplie a capacidade dos condutores verticais
Não é raro ocorrer transbordamento de calhas em forros e lajes de teto quando
ocorrem chuvas intensas. Conforme a intensidade e a duração da chuva, a água extravasada
para dentro do ambiente pode representar sérios prejuízos e aborrecimentos para os seus
usuários. Mas nem sempre o problema está na capacidade das calhas em si, mas nos condutores
que estão com pouca capacidade.
Na figura abaixo vemos alguns exemplos de calhas de platibanda com seção retangular
Na figura abaixo vemos alguns exemplos de calhas de platibanda com seção retangular
e semi-circular. Elas são dimensionadas para determinada quantidade de chuva por m²,
para isto determina-se qual é a área de contribuição do telhado, sabendo-se assim quantos
litros por minuto serão escoados em cada parte da calha. Com o tempo e as variações climáticas,
pode acontecer que dada calha passa a receber quantidade de água maior do que aquela
de início prevista.
A figura abaixo ilustra uma situação onde uma calha teve suas dimensões originalmente
calculadas para captar e conduzir apenas a água que incide no pano de telhado
em cujo beiral está fixada. Porém, a construção posterior de edificações vizinhas
de maior altura, com expressivas superfícies verticais (A1 e A2), anexas ao pano
do telhado inicial, acabaram aumentando a área de interceptação de chuvas
que contribuem para a calha.
Neste caso, sempre que incide uma chuva intensa, acompanhada de vento na direção
da concavidade formada por essas três superfícies contíguas, as superfícies verticais
interceptarão águas de chuva que também serão direcionadas para a calha. Como ela
foi originalmente dimensionada para apenas dar conta da chuva que incide sobre o pano
de telhado, certamente transbordará sempre que ocorra uma chuva mais intensa,
permitindo que um bom volume de água penetre por sobre o forro ou laje de teto.
Para corrigir o problema logo se pensa em algo radical: troca da calhas existentes por outras
Para corrigir o problema logo se pensa em algo radical: troca da calhas existentes por outras
com maior seção, o que nem sempre é viável ou fácil de ser feito no local, por vezes requerendo
modificações no madeiramento sob as telhas, com elevado custo e dificuldade de execução.
Em situações como esta, antes de cogitar trocar a calha, um profissional especializado poderá
propor medidas práticas para aumentar a capacidade de vazão do sistema predial de coleta
de águas pluviais, com base em cálculos de engenharia e soluções provenientes do
conhecimento técnico do funcionamento do sistema.
Entre essas medidas, estão:
• O simples aumento da declividade das calhas (sua inclinação), e
• O aumento da capacidade de escoamento dos condutores verticais. Vejamos:
1 -- Aumento da declividade das calhas
Esta primeira medida deve ser tomada sempre que possível, porém sabendo de antemão que
Entre essas medidas, estão:
• O simples aumento da declividade das calhas (sua inclinação), e
• O aumento da capacidade de escoamento dos condutores verticais. Vejamos:
1 -- Aumento da declividade das calhas
Esta primeira medida deve ser tomada sempre que possível, porém sabendo de antemão que
tem suas limitações. Quando uma chuva intensa passa a incidir sobre uma dada superfície
na cobertura de uma edificação, a máxima vazão de contribuição na respectiva calha só
ocorre depois de um certo intervalo de tempo, chamado tempo de concentração,
decorrido o qual toda a superfície do pano do telhado passa a contribuir para a
respectiva calha.
Acompanhe pela figura ao lado. A contribuição máxima de uma chuva na calha só se
dá depois de decorrido o tempo de concentração das águas. Depois que essa condição
se estabelece, pode-se considerar que a vazão é proporcional à raiz quadrada da declividade
da calha. Dessa forma, ao se duplicar o valor da declividade da calha, a vazão máxima por ela
conduzida teoricamente aumentará apenas 41%.
Porém, na prática, esse valor é bem menor, pois fica condicionado a outros fatores limitantes
Porém, na prática, esse valor é bem menor, pois fica condicionado a outros fatores limitantes
tais como a condição hidráulica da inserção da água no condutor vertical (interação
calha-condutor) e distância da tomada de água do condutor ao início ou mudança de direção
da calha. A figura abaixo mostra como a lâmina d'água demora a levar a capacidade da calha
ao seu limite, só ocorrendo após certo período de tempo:
Outro fator que diminui a eficiência da calha é a mudança de direção na calha.
a redução na capacidade de escoamento chega a ser 17%, dependendo da suavidade
da curva e de sua distância em planta à entrada para o condutor vertical,
conforme mostra a tabela abaixo:
| Redução da capacidade de escoamento da calha | ||
| Tipo de curva | Distância da curva à saída | |
| d < 2 m | 2m ≤ d ≤ 4m | |
| Canto vivo | 17% | 9% |
| Canto arredondado | 9% | 5% |
2 -- Aumento da capacidade de escoamento do condutor vertical
Como nem sempre o aumento da inclinação da calha é fisicamente viável sem grandes
intervenções nos elementos construtivos em que se apóia, resta o aumento da capacidade
de escoamento do condutor vertical, que poderá promover uma redução na máxima altura
da lâmina d’água dentro da calha.
Esta possibilidade está ligada ao fato da altura máxima da lâmina d’água dentro da calha
Esta possibilidade está ligada ao fato da altura máxima da lâmina d’água dentro da calha
depender da maior ou menor facilidade de inserção no condutor vertical, determinante
de sua capacidade de escoamento, que pode ser aumentada mediante as seguintes ações,
entre outras:
• Adoção de funil e/ou de ralo hemisférico na embocadura do condutor vertical ao fundo
• Adoção de funil e/ou de ralo hemisférico na embocadura do condutor vertical ao fundo
da calha;
• Adoção de bandeja pluvial;
• Supressão ou distanciamento de eventual desvio de verticalidade no condutor vertical
• Adoção de bandeja pluvial;
• Supressão ou distanciamento de eventual desvio de verticalidade no condutor vertical
em relação ao fundo da calha.
2.1 -- Adoção de funil de saída na tomada d’água do condutor vertical
2.1 -- Adoção de funil de saída na tomada d’água do condutor vertical
Quando um condutor vertical transporta água pluvial proveniente de calha
de beiral ou de platibanda, a tomada d’água (ou embocadura) geralmente é feita
em canto vivo, ou seja, com a formação de uma aresta circular ou retangular no
fundo da calha, tendo o condutor vertical uma seção uniforme ao longo do seu desenvolvimento,
ou seja, seção constante, conforme mostra a figura ao lado.
Essa aresta cria certa dificuldade para a entrada da água da calha para o interior do
Essa aresta cria certa dificuldade para a entrada da água da calha para o interior do
condutor vertical, pois o escoamento horizontal na calha, dito em regime de canal,
transita para outra forma de escoamento dentro do condutor vertical, conhecido como
regime anelar, aderente às paredes internas da tubulação.
Dentro do condutor vertical, o fluxo de água arrasta consigo ar atmosférico por atrito,
Dentro do condutor vertical, o fluxo de água arrasta consigo ar atmosférico por atrito,
cuja entrada é estrangulada na embocadura ao fundo da calha, particularmente quando
existe aresta viva. Quanto maior for a vazão de água pluvial, maior será a espessura do
anel líquido descendo dentro do condutor vertical, e maior a quantidade de ar arrastado
para o seu núcleo.
O ar ocupa espaço dentro do condutor vertical que poderia estar sendo utilizado para o
O ar ocupa espaço dentro do condutor vertical que poderia estar sendo utilizado para o
escoamento de água pluvial. Portanto, sua presença acaba reduzindo a capacidade de
escoamento do condutor vertical e, por conseguinte, de esgotamento da calha.
A entrada de ar atmosférico dentro do condutor vertical por arraste ou aspiração depende da
A entrada de ar atmosférico dentro do condutor vertical por arraste ou aspiração depende da
geometria da sua tomada d’água. A existência de aresta ou canto vivo na embocadura do
condutor vertical serve de vertedor radial para a água proveniente da calha.
A figura acima mostra o strangulamento da entrada de ar com o aumento da vazão
de água pluvial e formação de vórtice hidráulico. Havendo elevação da vazão de água
na embocadura há também aumento na velocidade do escoamento horizontal na calha e
conseqüente estrangulamento parcial na entrada do ar atmosférico que é arrastado por
atrito pelo fluxo líquido dentro do condutor vertical.
Quando a vazão de água na calha aumenta de forma expressiva, pode dar origem ao
Quando a vazão de água na calha aumenta de forma expressiva, pode dar origem ao
fenômeno da formação do vórtice hidráulico, também chamado turbilhão, remoinho ou
redemoinho. Sempre que isto ocorre, há uma aspiração ainda maior de ar para dentro do
condutor vertical, limitando a sua capacidade de escoamento líquido. Isto acontece porque
o estrangulamento da entrada de ar proporcionado pela aresta viva faz com que este adquira
pressão inferior à atmosférica dentro do condutor vertical.
Uma forma de evitar que o ar ocupe espaço significativo dentro do condutor vertical, permitindo
Uma forma de evitar que o ar ocupe espaço significativo dentro do condutor vertical, permitindo
que este escoe uma maior vazão de água pluvial, está na adoção de uma redução gradual da
seção da embocadura do condutor vertical. Isto é proporcionado pela interposição de um funil
de saída, reduzindo muito o efeito desfavorável da aresta viva no fundo da calha, conforme a
figura abaixo:
Esta disposição geométrica reduz o efeito do canto vivo atuando como vertedor radial,
Esta disposição geométrica reduz o efeito do canto vivo atuando como vertedor radial,
pois, ao nível do fundo da calha o seu diâmetro aumenta significativamente, evitando aí
o estrangulamento na entrada do ar. Com isto, o transfere de forma mais atenuada para o
fundo do funil, em cota já inferior à do fundo da calha, desvinculando parcialmente o
escoamento horizontal do vertical.
Como a tomada d’água do condutor vertical no fundo da calha é um local onde ocorre
Como a tomada d’água do condutor vertical no fundo da calha é um local onde ocorre
acentuada perda de carga (perda da energia presente em cada unidade de massa da água),
com transição do regime de escoamento, a formação de uma certa altura de lâmina d’água
no interior da calha, constituindo certa carga hidráulica, é necessária para vencer essa perda
de carga.
A presença do funil de saída concorre para a redução da altura de lâmina d’água requerida no
A presença do funil de saída concorre para a redução da altura de lâmina d’água requerida no
interior da calha, com conseqüente aumento na capacidade de escoamento do conjunto
calha-condutor vertical, pois reduz a perda de carga da água na entrada do condutor vertical.
Tem sido costumeira a adoção de funil com extensão e embocadura com o dobro do diâmetro
Tem sido costumeira a adoção de funil com extensão e embocadura com o dobro do diâmetro
do condutor vertical, mas essas dimensões devem ser, ao menos, superiores a 4/3 desse
diâmetro. A tomada d’água em funil de saída também contribui para dificultar a formação de
vórtice hidráulico na entrada do condutor vertical, mas, para isso, sua posição relativa no
fundo da calha é de fundamental importância. A distância da aresta do funil, na linha de
encontro com a calha, até sua borda lateral, ou de fundo, quando o condutor vertical
estiver alojado numa de suas extremidades, não deve ser maior do que certas proporções,
para que não haja formação de vórtice hidráulico.
Já em calhas de beiral ou de platibanda com tomada d’água do condutor vertical
Já em calhas de beiral ou de platibanda com tomada d’água do condutor vertical
em aresta viva,
desprovida de funil, a distância da aresta até a borda da calha, ou sua extremidade,
não deve ultrapassar o valor da dimensão correspondente do condutor para se evitar
o vórtice.
Dessa forma, para que não ocorra o vórtice hidráulico, a
tomada d’água do condutor vertical no fundo da calha deve situar-se
o mais próximo possível de uma de suas bordas. Quando essa condição
não for viável, então a tomada d’água deverá ser provida de ralo hemisférico,
que garante admissão radial de água ao topo do condutor vertical.
Na figura ao lado, vemos uma interessante alternativa ao funil cônico ou
Na figura ao lado, vemos uma interessante alternativa ao funil cônico ou
tronco-piramidal convencional, com resultados assemelhados, é a adoção
de tomada d’água ao fundo da calha com um trecho vertical de tamanho
bem superior ao requerido para o restante do condutor vertical.
Na vida prática esse trecho vertical inicial é conhecido por tubo prolongador.
Para se determinar, caso a caso, o quanto a introdução de um funil de saída
Para se determinar, caso a caso, o quanto a introdução de um funil de saída
na embocadura de um condutor vertical acresce em termos de vazão a capacidade
de escoamento do conjunto calha-condutor, pode-se empregar os gráficos
experimentais presentes na NBR 10844:1989 (“Instalações prediais de águas pluviais”),
válidos para condutores verticais com tubulação rugosa dotada de duas curvas ao longo
de sua prumada.
2.2 -- Adoção de grelha e/ou ralo hemisférico
Ralos hemisféricos são elementos de captação tubulares cilíndricos dotados de grelha
2.2 -- Adoção de grelha e/ou ralo hemisférico
Ralos hemisféricos são elementos de captação tubulares cilíndricos dotados de grelha
hemisférica na parte superior, geralmente metálica ou plástica, posicionada
ao fundo da calha, na embocadura do condutor vertical, dotado ou não de funil de saída.
A figura acima mostra a instalação de grelha hemisférica na tomada
d’água de condutor vertical ao fundo da calha. Os ralos hemisféricos costumam
ser adotados em locais onde os ralos planos podem sofrer obstruções, por exemplo,
pelo acúmulo de folhas de vegetação ou detritos, dado o formato característico da grelha,
que permite a retenção desse material em sua porção inferior, e a passagem da
água por cima, ao formar certa altura de lâmina líquida. Dessa forma, uma aplicação muito
útil para o ralo hemisférico é sua adoção em calhas sujeitas à deposição de folhas
de vegetação. Entretanto, a maior vantagem e principal razão para sua aplicação em
situações específicas de projeto, estão no fato da grelha hemisférica, situada na embocadura
de um condutor vertical ao fundo da calha, admitir água em seu interior de modo
predominantemente radial, decorrente da forma peculiar das aberturas ou ranhuras de sua grelha.
A figura acima mostra a admissão radial de água em ralo hemisférico
e em grelha hemisférica. Esta admissão predominantemente radial da água
evita a formação do vórtice hidráulico (turbilhão ou redemoinho) quando a
lâmina d’água sobre o ralo atinge determinada altura que permite arraste de ar,
que, conforme visto, acaba ocupando lugar da massa líquida no interior das tubulações
e reduzindo sua capacidade de transporte.
A figura ao lado mostra como o vórtice hidráulico favorece
a admissão de ar dentro do condutor vertical. Em conseqüência,
um dos recursos para se aumentar a capacidade de escoamento
de um condutor vertical, fazendo-o escoar mais água e menos ar,
está justamente na sobreposição de uma grelha hemisférica em sua
embocadura junto ao fundo da calha, de modo a evitar o vórtice e,
com isso, o excessivo arraste de ar para dentro do condutor vertical.
Neste caso, como a presença da grelha hemisférica impõe certa resistência
Neste caso, como a presença da grelha hemisférica impõe certa resistência
ao escoamento, ou seja, uma perda de carga localizada, impondo a elevação
da altura da lâmina líquida dentro da calha. Isto poderá compensado adotando-se
grelha hemisférica com diâmetro superior ao do condutor vertical, ou seja,
com área de frestas (ranhuras) superior à área da seção do condutor.
2.3 -- Adoção de bandeja pluvial na embocadura do condutor vertical
Bandejas pluviais são elementos de acumulação temporária de água, destinados
2.3 -- Adoção de bandeja pluvial na embocadura do condutor vertical
Bandejas pluviais são elementos de acumulação temporária de água, destinados
a receberem águas pluviais de calhas por deságüe livre (queda livre), e
mediante elevação da carga líquida em seu interior, conduzi-las adequadamente
a um condutor vertical.
A figura acima mostra uma bandeja pluvial dotada de grelha hemisférica e
condutor vertical com tubo prolongador. A bandeja, portanto, sempre se situa
na extremidade superior de um condutor vertical e propicia a elevação da lâmina
líquida em seu interior para vencer a perda de carga que ocorre na embocadura
do condutor vertical, substituindo com vantagens o funil de saída.
Neste caso a água pluvial escoando na calha é despejada livremente por uma extremidade
lateral, e deságua livremente sobre uma bandeja pluviais, reduzindo o risco de transbordamento
e aumentando sua eficiência, sem qualquer interferência da embocadura do condutor vertical,
com canto vivo ou com funil de saída.
Portanto, a principal conseqüência favorável na adoção da bandeja pluvial é
a desvinculação entre a altura da lâmina d’água presente no interior da calha e
o diâmetro necessário para o condutor vertical. Dessa forma, a introdução de uma bandeja
pluvial no topo de um condutor vertical propicia a elevação da capacidade de vazão da calha
associada. Para um bom funcionamento, as bandejas pluviais devem apresentar:
• Largura igual ou superior à da calha mais larga que nela descarregue
• Comprimento suficiente para receber todo o fluxo da calha, cuja extremidade deságüe na bandeja como um vertedouro livre
• Bordo livre mínimo equivalente a 2/3 da carga hidráulica (profundidade de lâmina) sobre a embocadura do condutor vertical.
O dimensionamento correto de uma bandeja pluvial depende de cálculos de engenharia a partir de formulação empírica obtida em experimentação de laboratório. A figura ao lado, entretanto, dá algumas dicas dos elementos geométricos para o dimensionamento da bandeja pluvial
• Comprimento suficiente para receber todo o fluxo da calha, cuja extremidade deságüe na bandeja como um vertedouro livre
• Bordo livre mínimo equivalente a 2/3 da carga hidráulica (profundidade de lâmina) sobre a embocadura do condutor vertical.
O dimensionamento correto de uma bandeja pluvial depende de cálculos de engenharia a partir de formulação empírica obtida em experimentação de laboratório. A figura ao lado, entretanto, dá algumas dicas dos elementos geométricos para o dimensionamento da bandeja pluvial
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