ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA DO APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA NA ESCOLA MUNICIPAL PARQUE AVENIDA DE PRAIA GRANDE

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1 UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DIEGO DAMIANI CITADIN ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA DO APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA NA ESCOLA MUNICIPAL PARQUE AVENIDA DE PRAIA GRANDE CRICIÚMA, JUNHO DE 2010

2 DIEGO DAMIANI CITADIN ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA DO APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA NA ESCOLA MUNICIPAL PARQUE AVENIDA DE PRAIA GRANDE Trabalho de conclusão de curso, apresentado para obtenção do grau de Engenheiro Civil, no curso de Engenharia Civil, da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC. Orientador: Professor Doutor Álvaro José Back CRICIÚMA, JUNHO DE 2010

3 DIEGO DAMIANI CITADIN ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA DO APROVEITAMENTO DE ÁGUA DA CHUVA NA ESCOLA MUNICIPAL PARQUE AVENIDA DE PRAIA GRANDE Trabalho de conclusão de curso, apresentado para obtenção do grau de Engenheiro Civil, no curso de Engenharia Civil, da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC. CRICIÚMA, JUNHO DE 2010 BANCA EXAMINADORA Prof. Álvaro José Back Doutor (UNESC) Orientador Prof. Alexandre Vargas Especialista (UNESC)- Banca Prof. Nestor Back Especialista (UNESC) - Banca

4 4 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho aos meus pais, Iris e Tereza, à minhas irmãs, Elizângela e Eliana, ao meu filho Douglas e à minha esposa Daiana, pela confiança e incentivo nos momentos difíceis. Ao professor Álvaro pela orientação e incentivo, iluminando o meu caminho.

5 5 AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar à Deus por ter me guiado nos momentos mais difíceis; À todos os professores que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho, em especial ao professor Dr. Álvaro Back, pela orientação neste trabalho; A minha esposa e ao meu filho, pelo carinho e compreensão; Aos amigos conquistados na universidade, principalmente aos que contribuíram para realização deste trabalho, e estiveram ao meu lado desde o início;

6 6 EPÍGRAFE Nossas dádivas são traidoras e nos fazem perder o bem que poderíamos conquistar se não fosse o medo de tentar. (William Shakespeare

7 7 RESUMO O presente trabalho apresenta um estudo para o aproveitamento das águas pluviais da Escola Reunida Municipal Parque Avenida do município de Praia Grande. Sendo que a água captada deverá ser utilizada para descargas de sanitários, para limpezas de pisos e outros serviços que não necessite de água tratada. Para realização deste estudo, primeiramente realizou-se uma pesquisa bibliográfica sobre os vários métodos já utilizados em algumas regiões sobre o aproveitamento de água pluvial. Feito esta pesquisa foi então realizado o embasamento necessário para os cálculos do dimensionamento do sistema. No dimensionamento do sistema de captação de águas pluviais pode-se quantificar a área molhada de contribuição e conseqüentemente calcular sua vazão para o dimensionamento das tubulações pluviais. Para o dimensionamento do reservatório de água pluvial foi utilizado o maior período de dias secos registrado na estação pluviométrica de Praia Grande e o maior consumo mensal de água da escola. Também realizou-se neste trabalho o estudo de viabilidade econômica deste sistema para esta escola. Palavras-chave: Aproveitamento de água da chuva.

8 8 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Representação esquemática do ciclo hidrológico Figura 2 - Sistema de Aproveitamento de Água de Chuva Figura 3 Indicações para cálculo de área de contribuição Figura 4 Calha de seção retangular para cálculo do raio hidráulico Figura 5 Ábacos para a determinação de diâmetros de condutores verticais 30 Figura 6 - Bomba de sucção e recalque Figura 7 - Filtro de partículas sólidas e detalhe das telas Figura 8 - Desviador das águas das primeiras chuvas com válvula de desvio horizontal Figura 9 - Desviador das águas das primeiras chuvas com válvula de desvio vertical Figura 10 Desenho esquemático das dimensões da calha Figura 11 - Relação intencidade-duração-frequência de chuva Figura 12 - Desenho esquemático das dimensões da cobertura Figura 13 - Desenho esquemático das dimensões da calha Figura 14 - Cisterna enterrável de polietileno Figura 15 - Gráfico do percentual de contribuição de cada material no custo final do sistema Figura 16 - Gráfico de contribuição dos materiais excluindo a cisterna... 59

9 9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Coeficientes de deflúvio Tabela 2 - Coeficiente de rugosidade de Manning Tabela 3 Capacidade de calhas semicirculares, com lâmina d água igual a ½ diâmetro interno, n=0, Tabela 4 - Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazão em l/min) Tabela 5 Taxa de ocupação de acordo com a natureza do local Tabela 6 - Estimativa de consumo diário de água Tabela 7 - Estimativas de Consumo Tabela 8 - Média (Yn) e desvio padrão (Sn) da variável reduzida para diferentes valores do tamanho da amostra (N) Tabela 9 - Relações entre chuvas de diferentes durações Tabela 10 Número máximo de dias consecutivos sem chuvas no ano em ordem decrescente Tabela 11 - Chuvas diárias com diferentes períodos de retorno Tabela 12 - Altura de chuva (mm) estimada com base nas relações entre Tabela 13 - Intensidade da chuva observada em (mm/hora) Tabela 14 - Intensidade da chuva calculada em (mm/hora) Tabela 15 - Consumo anual de água da escola E.R.M. Parque Avenida Tabela 16 Dimensionamento dos condutores verticais Tabela 17 - Dimensionamento dos condutores horizontais Tabela 18 - Custo do sistema de capação e armazenamento... 58

10 10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Tema Delimitação do Tema Problema de Pesquisa Objetivos Objetivo geral Objetivos Específicos Justificativa REFERENCIAL TEÓRICO Hidrologia Ciclo Hidrológico Caracteres das Águas de Abastecimento Aproveitamento de Água Pluvial Concepção do Sistema de Aproveitamento de Água da Chuva Componentes do Sistema de Capitação e Aproveitamento de Água Pluvial Qualidade da Água Pluvial Coleta e Esgotamento das Águas Pluviais Dados Meteorológicos Quantificação das Áreas de Contribuição Vazão de Projeto Dimensionamento das Calhas Condutores Verticais Condutores Horizontais Reservatório para Armazenamento de Água Pluvial Bombas Filtro Grosseiro Separador de Primeiras Águas METODOLOGIA Levantamento de Dados Climatológicos Estudo Estatístico... 39

11 Definição de Local e Demanda Necessária Vazão de Projeto Dimensionamento das Calhas Determinação do Raio Hidráulico Determinação da Área da Seção Molhada da Calha Vazão da Calha Dimensionamento dos Condutores Verticais Dimensionamento dos Condutores Horizontais Avaliação da Área de Captação Dimensionamento do Reservatório para Água Pluvial RESULTADOS Levantamento de Dados Climatológicos Estudo Estatístico Consumo Diário Área de Captação Cálculo da Área de Cobertura da Edificação Escolar Cálculo da Área de Cobertura do Ginásio de Esportes Área Total de Cobertura Vazão de Projeto Dimensionamento das Calhas Determinação do Raio Hidráulico Determinação da Área da Seção Molhada da Calha Vazão da Calha Dimensionamento dos Condutores Verticais Dimensionamento dos Condutores Horizontais Avaliação da Área de Captação Dimensionamento do Reservatório para Água Pluvial Quantificação e Orçamento dos Materiais do Sistema CONCLUSÃO REFERÊNCIAS ANEXOS... 65

12 12 1 INTRODUÇÃO No Brasil grande parte da água potável é utilizada para fins impróprios, gerando um grande prejuízo financeiro e ambiental. Para contornar esta situação devem ser desenvolvidas alternativas que permitam diminuir os impactos econômicos e ambientais. Uma destas alternativas é o sistema de aproveitamento de água da chuva. Levando em consideração a grande área da cobertura da Escola Reunida Municipal Parque Avenida de Praia Grande, podemos estudar a possibilidade de aproveitamento da água da chuva para fins não potáveis. Perante isto o estudo analisará a possibilidade de redução no consumo de água potável através do aproveitamento da água pluvial. Diante deste quadro, será apresentado um referencial teórico que servirá de embasamento para a realização dos cálculos necessários para o estudo em questão. 1.1 Tema Aproveitamento de água pluvial. 1.2 Delimitação do Tema Estudo para aproveitamento de água pluvial: na Escola Reunida Municipal Parque Avenida de Praia Grande

13 Problema de Pesquisa Com o crescente aumento da população com o passar dos anos, está crescendo também o consumo de água potável o que está acarretando na diminuição das reservas naturais. Muitas pessoas utilizam água potável de maneira irracional, usam esta água para lavar carros, calçadas entre outros fins, onde poderiam estar utilizando água não tratada, mas sem contaminação. Não tem consciência de que este tipo de água está correndo a passos largos rumo à escassez. Embasado neste contexto e com o estudo aplicado na Escola R. M. Parque Avenida, pretende-se realizar a avaliação para o aproveitamento da água pluvial e sua viabilidade econômica nos serviços onde não precise essencialmente de água potável. Tendo desta forma a finalidade de diminuir o consumo de água potável e também o impacto ambiental na escola. Assim se verificará a seguinte questão: - A vazão de água pluvial será suficiente para atender a demanda de serviços da escola? E será viável economicamente? 1.4 Objetivos Objetivo geral Elaborar um estudo para redução do consumo de água potável e sua viabilidade econômica, aproveitando água da chuva em diversos serviços da Escola Reunida Municipal Parque Avenida, de Praia Grande Objetivos Específicos Quantificar as áreas de cobertura da Escola R. M. Parque Avenida;

14 14 Buscar os índices pluviométricos para o dimensionamento do sistema de coleta e armazenamento de água da chuva para o município de Praia Grande, SC. Levantar a demanda da água e quantificar os usos não potáveis Dimensionar a estrutura de captação e armazenamento da água da chuva Orçar o sistema de captação e armazenamento Fazer a analise econômica do sistema de captação e armazenamento de água da chuva 1.5 Justificativa Com a falta de água se tornando um problema a cada ano mais acentuado, cresce a quantidade de estudos para resolver este problema. Em cidades como São Paulo e Porto Alegre, há legislação em vigor tornando obrigatória a coleta de água pluvial em edificações que tenha área do terreno superior à 500m², com o objetivo de evitar inundações. Esta lei aplicada em outras cidades possibilitaria o armazenamento para aproveitamento, mesmo que essas não possuam, ainda, problemas com cheias. Com o estudo a ser realizado na Escola Reunida Municipal Parque Avenida, pode-se obter uma redução no consumo de água potável, utilizando a água pluvial para limpeza de salas e calçadas, descargas de sanitários e irrigação de horta.

15 15 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Hidrologia Hidrologia é a ciência que trata do comportamento, das propriedades, e distribuição da água na natureza. Conforme Garces, (1982,p.1), é ciência básica para todos os campos da engenharia hidráulica. O estudo da hidrologia pode ser dividido em três ramos, os quais, tratam de água nas suas diferentes formas de ocorrência: acima, sobre e abaixo da superfície da terra. Segundo Garces, (1982,p.1). Água atmosférica: em sua com a atmosfera a hidrologia estuda as chuvas e outras formas de precipitações, suas causas, origem, ocorrência, magnitude, distribuição e variação. Água superficial: deflúvio de cursos d água, lagos e reservatórios, origem e comportamento das águas superficiais. Água subsuperficial: comumente chamada, subterrânea, considera a origem, natureza e ocorrência da água subsuperficial, a infiltração da água no solo, sua passagem ou percolação através do solo e sua saída do solo Ciclo Hidrológico A maior parte da água que cai sobre a terra, encontra o seu caminho para o mar. Uma pequena parte evapora durante a queda, outra evapora da superfície da terra e outra é transpirada pelas plantas. (WILKEN,1978,p.1). A água que vai para o mar e para as redes pluviais, parte escoa superficialmente logo após a precipitação, outra se infiltra no terreno. A parte que evapora vai para as nuvens, e depois é precipitada. Existe um ciclo completo de evaporação, condensação,

16 16 precipitação e escoamento, que constitui o que se denomina ciclo hidrológico. (WILKEN,1978,p.1). O ciclo hidrológico é um sistema fechado, toda a água que precipita retorna para o ciclo, conforme ilustra a figura 1. Figura 1 Representação esquemática do ciclo hidrológico Fonte: Tucci (2002) descreve o ciclo hidrológico a partir da umidade contida na atmosfera retorna para a superfície terrestre em forma de orvalho, chuva, granizo ou até neve. Uma parte desta precipitação será interceptada pelas árvores, arbustos, plantas e também em construções. Essa água interceptada não chega a atingir o solo, assim chamada de perca por interceptação. Excedendo a capacidade de armazenar água na superfície dos vegetais, ou por ação dos ventos, a água interceptada pode ser precipitada para o solo. A água que chega até o solo pode formar vários caminhos no solo que é um meio poroso. Se a intensidade de chuva supera a porção de infiltração e evaporação formar-se um charco. Segundo Tucci (2002), os charcos enchem e transbordam, a água começa a se mover através da superfície e é chamada de chuva excedente. Entretanto, o escoamento superficial não pode ocorrer até que se forme uma lâmina d água que cubra a trajetória do movimento. Uma parte do escoamento pode infiltrar no solo ou evaporar retornando à atmosfera antes de alcançar os rios. A água que infiltra no solo entra primeiro na zona do solo que contém as raízes das plantas. Essa água pode voltar para a atmosfera através da evaporação, a partir da superfície do solo ou transpiração das plantas (evapotranspiração). Essa parte superior do solo pode reter uma quantidade limitada de água, essa quantidade é conhecida como capacidade de campo. Se mais água for adicionada à zona quando

17 17 ela estiver na capacidade de campo, a água passa para uma zona mais baixa (zona de saturação ou zona de escoamento subterrâneo). A água deixa a zona da água subterrânea pela ação da capilaridade dentro da zona da raiz, ou pela infiltração nas correntes. Poços são perfurados na zona de água subterrânea para a extração da água aí retida. Entretanto, em qualquer tempo ou local em que a água circula na superfície terrestre, seja nos continentes ou oceanos, há evaporação para a atmosfera, fenômeno que fecha o ciclo hidrológico ora descrito. 2.2 Caracteres das Águas de Abastecimento Na superfície terrestre quimicamente não existe água pura. A expressão água pura é usada como sinônimo de água potável, para dizer que uma água tem qualidade satisfatória para uso doméstico. Conforme Garces, (1982,p.153). uma água é contaminada quando ela hospeda organismos potencialmente patogênicos ou contem substâncias tóxicas que a tornam perigosa, e, portanto, imprópria para o consumo humano ou para uso doméstico. A água é considerada poluída quando ela contém substância de tal caractere e em tais quantidades que a sua qualidade é alterada de modo a prejudicar a sua utilização ou torná-la ofensiva aos sentidos de vista, paladar ou olfato. 2.3 Aproveitamento de Água Pluvial Mais do que uma tendência isolada, a utilização da água da chuva vem sendo considerada como uma fonte alternativa de água, para fins potáveis ou não potáveis, dependendo da necessidade e da qualidade desta. Pode-se inserir o aproveitamento da água da chuva no sistema de gestão integrada de águas urbanas. A utilização da água da chuva, por depender de condições locais e visando

18 18 seu aproveitamento no próprio local de captação, se insere no conceito de sistemas de saneamento descentralizado, nos quais sua gestão é compartilhada com o usuário. (GONÇALVES,2006) Instalações individuais da coleta da água da chuva são comuns em regiões brasileiras não servidas por redes públicas de água. No polígono das secas, por exemplo, muitos açudes foram construídos. Existe um sistema coletivo, que funciona desde 1943, na ilha de Fernando de Noronha, construído pelos americanos. (NETO, 1991) Pessoas que moram em lugares sem o suprimento de água potável, fontes e poços, coletam e purificam a água da chuva até mesmo para beber. (RAINDROPS, 2002) A base e os propósitos do aproveitamento da água da chuva variam em diferentes regiões. Por exemplo, na Alemanha, o aproveitamento da água da chuva é promovido para conservar a água subterrânea usada para o abastecimento da cidade. (RAINDROPS, 2002) A aplicação de sistemas de aproveitamento de águas pluviais deve passar por uma avaliação econômico-financeira. Pois muitas vezes sistemas de aproveitamento levam a períodos de retorno financeiros muito longos, devido às muitas despesas com energia. O sistema de aproveitamento da água pluvial é composto por dois subsistemas: o sistema de captação e o sistema de distribuição Concepção do Sistema de Aproveitamento de Água da Chuva De acordo com Abumanssur (2007), a funcionalidade de um sistema de coleta e aproveitamento de água pluvial consiste de maneira geral, na captação da água da chuva que cai sobre os telhados ou lajes da edificação. A água é conduzida até o local de armazenamento através de calhas, condutores horizontais e verticais, passando por equipamentos de filtragem e descarte de impurezas. Em alguns sistemas é utilizado dispositivo desviador das primeiras águas de chuva. Após passar pelo filtro, a água é armazenada geralmente em reservatório

19 19 enterrado (cisterna), ou superficial (caixas d.água de fibra de vidro ou plástica resistente), e bombeada a um segundo reservatório (elevado), do qual as tubulações específicas de água pluvial irão distribuí-la para o consumo não potável, como é mostrado na figura 2. Figura 2 - Sistema de Aproveitamento de Água de Chuva Fonte: BELLA CALHA citado por Marinoski (2007) A Norma 15527/2007 menciona que a concepção do projeto do sistema de coleta de água de chuva deve atender a ABNT NBR 5626 e a ABNT NBR Dentro do estudo deve constar o alcance do projeto, a população que utiliza a água de chuva e a determinação da demanda a ser definida pelo projetista do sistema. Incluem-se na concepção os estudos das séries históricas e sintéticas das precipitações da região onde será feito o projeto de aproveitamento de água de chuva. Assim dentro da concepção do sistema de coleta de água de chuva deve ser levada em conta a viabilidade técnica e econômica de cada situação, onde a área de captação das coberturas e pisos deve ser compatível com a demanda assumida.

20 20 Ainda de acordo com a mesma Norma o volume de água de chuva aproveitável depende do coeficiente de escoamento superficial da cobertura bem como da eficiência do sistema de descarte do escoamento inicial Componentes do Sistema de Capitação e Aproveitamento de Água Pluvial Conforme descrito por Gonçalves, (2006,p.93). A utilização dos sistemas de aproveitamento de água da chuva, além de proporcionar a conservação do recurso, possibilita a redução do escoamento superficial diminuindo a carga nos sistemas de coleta pluviais que, consequentemente, diminui o risco de inundações. Para isso, é necessário que estes sistemas sejam bem elaborados e executados de forma pratica e simples para que o seu funcionamento ocorra de forma eficiente. Para realizar a coleta da água pluvial são necessários calhas, condutores, dispositivo para descarga da água de lavagem do telhado e a cisterna para o seu armazenamento. A metodologia para projeto de sistemas de coleta, tratamento e uso de água pluvial envolve as seguintes etapas: Determinação da precipitação média local (mm/mês), Determinação da área de coleta, Determinação do coeficiente de escoamento, Projeto dos sistemas complementares (grades, filtros, tubulações, etc), Projeto do reservatório de descarte, Escolha do sistema de tratamento necessário, Projeto da cisterna, Caracterização da qualidade da água pluvial, Identificação do uso da água (demanda e qualidade). (GONÇALVES, 2006) Segundo Gonçalves, (2006,p.94). Independente do sistema de aproveitamento ser pequeno ou grande, ele é composto por: Área de captação/telhado; Tubulações para condução da água;

21 21 Telas ou filtros para remoção de materiais grosseiros, como folhas e galhos; Reservatório de armazenamento/cisterna. Dependendo do uso que será dado à água coletada, pode-se ainda incluir como componentes de um sistema, o tratamento da água (filtração e desinfecção). 2.3 Qualidade da Água Pluvial A água pode ser classificada em três categorias: água potável, água não potável, (água da chuva, por exemplo) e água poluída (esgoto). O uso da água da chuva para banheiros e piscinas públicas é limitado por leis e regulamentos da saúde pública, pois ela deve ser potável para tais finalidades. A água da chuva deve ser purificada e a sua qualidade deve atender os padrões estabelecidos por lei para ser considerada potável. Porém, são necessários muitos equipamentos para que ocorra essa transformação. Quanto maior o volume de água, mais equipamentos são necessários. Mesmo com empréstimos públicos disponíveis, pois alguns governos como os da Alemanha e Japão, encorajam o aproveitamento da água da chuva, os tipos de projetos e quantias de empréstimos são limitados. Então o aproveitamento da água da chuva destina-se principalmente para descargas, para regar plantas e para lavar automóveis, pois essas atividades exigem água de menor qualidade. (RAINDROPS, 2002) A qualidade da água requerida varia conforme o uso. Quanto mais nobres os usos, maiores as necessidades. RAINDROPS (2002) separa em quatro grupos distintos o uso da água e especifica a necessidade de tratamento para a mesma, no caso de ser utilizada a chuva de zonas não muito industrializadas como manancial. Quadro 1 Diferentes qualidades de água para diferentes aplicações USO REQUERIDO PELA ÁGUA Irrigação de jardins; Prevenção de incêndio e condicionamento de ar; TRATAMENTO NECESSÁRIO Nenhum tratamento; Cuidados para manter o equipamento de estocagem e distribuição de uso; (continua)

22 22 Quadro 1 (continuação) USO REQUERIDO PELA ÁGUA Fontes e lagoas, descargas de banheiros, lavação de roupas, lavação de caros; Piscina/banho, consumo humano e no preparo de alimentos; TRATAMENTO NECESSÁRIO Tratamento higiênico, porque o corpo humano pode entrar em contato com a água; Desinfecção, porque a água é consumida direta ou indiretamente; Fonte: GROUP RAINDROPS (2002) A qualidade da água da chuva é determinada pelo local de coleta. E o nível de qualidade exigido está relacionado com a finalidade de uso. Dessa maneira, o local de coleta deve ser limitado pela finalidade de uso, ou atingir o nível de qualidade utilizando certos sistemas de tratamentos, como, por exemplo, a filtração. (RAINDROPS, 2002) Pode-se obter água da chuva com uma qualidade relativamente alta se ela for coletada em locais onde pessoas e animais não consigam se aproximar, e removendo o lixo e a poeira existentes. (RAINDROPS, 2002) No quadro abaixo, a água da chuva foi classificada em quatro qualidades diferentes: A, B, C e D. Quadro 2 Variação da qualidade da água da chuva devido ao sistema de coleta Grau de Limpeza Regiões de Coleta da água da chuva Usos da água da chuva A B Telhados (lugares não freqüentados por pessoas nem por animais) Telhados (lugares freqüentados por pessoas e animais) Lavar banheiros, regar plantas, a água filtrada é potável. Lavar banheiros, regar plantas, não pode ser usada para beber. C Pisos e estacionamentos (necessita de tratamento) D Estradas, vias férreas elevadas (necessita de tratamento) Fonte: GROUP RAINDROPS (2002) A água da chuva que cai no início se chama chuva inicial, e é bastante suja. Então, se a chuva inicial for eliminada e o restante da chuva for coletado pelo processo de sedimentação, sua qualidade se aproxima da água encanada. Se ela for fervida, pode se tornar potável. Porém, partículas pretas de fuligem de carros e fábricas, terra e areia acumulam-se no tanque de sedimentação durante um ano. Os

23 23 resultados dos exames de água variam com o tempo de armazenamento, clima e localização. A chuva ácida também é preocupante. (RAINDROPS, 2002) Portanto, devemos trabalhar não só para criar sistemas efetivos de purificação, mas também para mudarmos nossos estilos de vida, a fim de não poluirmos o ar ainda mais. (RAINDROPS, 2002) 2.4 Coleta e Esgotamento das Águas Pluviais Conforme descrito nos planos diretores de algumas cidades, a água pluvial deve ser coletada e canalizada para que a mesma não tenha caimento livre dos telhados com mais de um pavimento. Pois os respingos das goteiras podem causar serias patologias nas construções. Segundo Creder (1991, p.100), toda água pluvial deve ser escoada a fim de conduzi-la através de tubulações a um caminho curto e de menor tempo. Elaborase um projeto de esgotamento das águas pluviais, sendo coletadas através de tubulações, passando pela caixa de areia e por fim aos coletores públicos. Este projeto deve seguir a regulamentação da norma NBR 10844/1989 conforme itens descritos abaixo: a) Recolher e conduzir a vazão de projeto até locais permitidos pelos dispositivos legais; b) Ser estanques; c) Permitir a limpeza e a desobstrução de qualquer ponto no interior da instalação; d) Absorver os esforços provocados pelas variações térmicas a que estão submetidas; e) Quando passivas de choques mecânicos, ser constituídas de materiais resistentes a estes choques; f) Nos componentes expostos, utilizar materiais resistentes as intempéries; g) Nos componentes em contato com outros materiais de construção, utilizar materiais compatíveis; h) Não provocar ruídos excessivos;

24 24 i) Resistir às pressões a que podem estar sujeitas; j) Ser fixadas de maneira a assegurar resistência e durabilidade. As tubulações de água pluvial devem ser independentes das tubulações de esgotos sanitários, não devemos aproveitar tubos de ventilação para conduzir a água pluvial Dados Meteorológicos A intensidade pluviométrica é o fator meteorológico que interfere no cálculo da vazão, tal intensidade é determinada através do período de retorno e duração da precipitação que por sua vez são obtidos através da coleta de dados locais. Conforme descrito na Norma NBR10844/1989 o período de retorno deve obedecer os seguintes critérios: T= 1 ano; para obras externas onde um eventual alargamento pode ser tolerado. T= 5 anos; para coberturas e telhados. T= 25 anos; onde um empoçamento seja inaceitável. Ainda encontra-se na Norma NBR10844/1989 que para obras de vulto corrente e de área de telhado de até 100 m 2 pode-se adotar a medida de chuva padrão de 150mm/h de intensidade e duração de 5 minutos. E para locais onde os índices pluviométricos são extraordinariamente elevados para chuvas de curta duração, tem-se adotado 170mm/h, e onde a segurança é necessária, adota-se 216mm/h Quantificação das Áreas de Contribuição Área de contribuição é toda área que esteja diretamente sendo atingida pela água da chuva, como telhados, calçadas, lajes, paredes entre outros.

25 25 Para a correta quantificação das áreas de cobertura, deve ser considerado nos cálculos além da área plana horizontal, também os incrementos devidos a inclinação da cobertura e as paredes que contribuem para interceptar a água da chuva que também deve ser drenada pela cobertura. (BORGES, 1992) Figura 3 Indicações para cálculo de área de contribuição Fonte: NBR 10844, (1989, p. 5)

26 26 As coberturas horizontais de lajes devem evitar empoçamentos e ter uma declividade mínima de 0,5 % para garantir o escoamento até os pontos de drenagem previstos. A drenagem deve ser feita por mais de uma saída, exceto nos casos em que não houver risco de obstrução. (CREDER, 1991) Vazão de Projeto Deve ser calculada através da equação abaixo: [Eq.1] Sendo: Q = Vazão de dimensionamento, em l/min; C= coeficiente de deflúvio; I = intensidade pluviométrica, em mm/h; Ac = área de contribuição, em m². A parcela da chuva que se infiltra, fica retida ou evapora, deve ser descontada. Esta parcela é determinada através do coeficiente C (coeficiente de deflúvio) que varia de acordo com as características da superfície, conforme tabela 1. Tabela 1 Coeficientes de deflúvio Característica da superfície Coeficiente de deflúvio - C Telhados 0,75 à 1,00 Pavimentação asfáltica 0,70 à 0,95 Pavimentação com paralelepípedo 0,70 à 0,85 Pavimentação em concreto 0,80 à 0,95 Gramados terrenos arenosos 0,05 à 0,20 Gramados terrenos argilosos 0,13 à 0,35 Fonte: Baptista, (2003, p. 408)

27 Dimensionamento das Calhas Deve ser calculada através da equação de Manning descrita abaixo: [Eq.2] Sendo: Q = Vazão de projeto, em l/min; S = área da seção molhada da calha, em m² ; n = coeficiente de rugosidade Manning conforme tabela2; Rh = raio hidráulico, em m; I = declividade da calha, em m/m. K = Tabela 2 - Coeficiente de rugosidade de Manning Material Coeficiente de rugosidade (n) Plástico, fibrocimento, aço, metais não ferrosos 0,011 Ferro fundido, concreto alisado, alvenaria revestida 0,012 Cerâmica, concreto não alisado 0,013 Alvenaria de tijolos não revestida 0,015 Fonte: NBR 10844, (1989, p. 6) O calculo do raio hidráulico é obtido dividindo-se a área molhada pelo perímetro molhado, através da equação abaixo: [Eq.3]

28 28 Figura 4 Calha de seção retangular para cálculo do raio hidráulico Fonte: Borges, (1992, p. 383) A lâmina de água é a altura máxima de escoamento dentro da calha e n é o coeficiente de atrito de Manning. Tabela 3 Capacidade de calhas semicirculares, com lâmina d água igual a ½ diâmetro interno, n=0,011. Diâmetro interno (mm) Declividades Vazões (l/min) 0,50% 1% 2% Fonte: NBR 10844, (1989, p. 6) Condutores Verticais Sempre que possível, devem ser projetados em uma só prumada. Nos desvios, devem-se usar curvas de 90º de raio longo ou curvas de 45º; devem ser

29 29 previstas peças de inspeção. O diâmetro interno mínimo dos tubos verticais é de 70 mm. (CREDER, 1991) Dimensionamento dos condutores verticais Q = vazão do projeto, em litros/min H = altura da lâmina d água da calha, em mm L = comprimento do condutor vertical, em m Utilizam-se os gráficos da Norma NBR 10844/89, para se obter o diâmetro interno do condutor vertical.

30 Figura 5 Ábacos para a determinação de diâmetros de condutores verticais Fonte: NBR 10844, (1989, p. 8) 30

31 Condutores Horizontais Para o dimensionamento dos condutores horizontais utiliza-se uma tabela da Norma NBR 10844/89, fornecendo o diâmetro interno dos condutores, que foram calculados através da equação de Manning-Strickler. De acordo com a NBR 10844/89 os condutores horizontais devem ser projetados, sempre que possível, com declividade uniforme, com valor mínimo de 0,5%, utilizando a tabela Dimensionamento dos Condutores Horizontais Tabela 4 - Capacidade de condutores horizontais de seção circular (vazão em l/min) Diâmetro n= 0,011 n= 0,012 n=0,013 interno 0,50% 1% 2% 4% 0,50% 1% 2% 4% 0,50% 1% 2% 4% (mm) Fonte: NBR 10844, (1989, p. 9)

32 Reservatório para Armazenamento de Água Pluvial Consumo Diário Para residências estima-se a população em duas pessoas por dormitório ou uma pessoa por dormitório de serviço. Para outras considerações utiliza-se a tabela 5. O consumo é calculado através da equação abaixo: [Eq.4] Sendo, Cd = consumo diário, em l/dia; P = população; q = consumo per capita, em l/dia. Tabela 5 Taxa de ocupação de acordo com a natureza do local Local Taxa de ocupação Bancos Uma pessoa por 5,00m2 de área Escritórios Uma pessoa por 6,00m2 de área Pavimentos térreos Uma pessoa por 2,50m2 de área Lojas-pavimentos superiores Uma pessoa por 5,00m2 de área Museus e bibliotecas Uma pessoa por 5,50m2 de área Salas de hotéis Uma pessoa por 5,50m2 de área Restaurantes Uma pessoa por 1,40m2 de área Salas de operação (hospital) Oito pessoas Teatros, cinemas e auditórios. Uma cadeira para cada 0,70m2 de área Fonte:CREDER, (1991, p. 09)

33 33 Tabela 6 - Estimativa de consumo diário de água Prédio Alojamentos provisórios Casas populares ou rurais Residências Apartamentos Hotéis (s/ cozinha e s/ lavanderia) Hospitais Escolas internatos Escolas externatos Quartéis Edifícios públicos ou comerciais Escritórios Cinemas e teatros Templos Restaurantes e similares Garagens Lavanderias Mercados Matadouros animais de grande porte Matadouros animais de pequeno porte Fábricas em geral (uso pessoal) Postos de serviço p/ automóveis Cavalariças Jardins Consumo (litros) 80 per capita 120 per capita 150 per capita 200 per capita 120 por hóspedes 250 por leito 150 per capita 50 per capita 150 per capita 50 per capita 50 per capita 2 por lugar 2 por lugar 25 por refeição 50 por automóvel 30 por Kg de roupa seca 5 por m2 de área 300 por cabeça abatida 150 por cabeça abatida 70 por operário 150 por veículo 100 por cavalo 1,5 por m2 Fonte:CREDER, (1991, p. 10) A estimativa de consumo por habitantes também poderá ser feita levando em considerações dois tipos de ocupantes. Os ocupantes permanentes, e aqueles que ocupam por período determinado. Segundo a NBR 13969/1977 citada por Peters (2006), faz uma estimativa de consumo por ocupante permanente e temporário, mostrada na tabela 7. Tabela 7 - Estimativas de Consumo Prédio Unidades Consumo de Consumo na água (L/dia) descarga (L/dia) 1. Ocupantes permanentes Residência Padrão Alto Pessoa Residência Padrão Médio Pessoa (continua)

34 34 Tabela 7 (continuação) Prédio Unidades Consumo de Consumo na água (L/dia) descarga (L/dia) Residência padrão baixo Pessoa Hotel Pessoa Alojamento provisório Pessoa Ocupantes Temporários Fábricas em Geral Pessoa Escritórios Pessoa Edifico Publico/Comercial Pessoa Escolas e locais de Grande permanência Pessoa Restaurantes e similares Pessoa Cinemas teatros e Locais de Curta Permanência Lugar 2 2 Sanitários Públicos Bacia Fonte: ABNT-NBR 13969/1997 citada por Peters (2006) Dimensionamento do Reservatório O dimensionamento do reservatório se faz com base em um estudo estatístico dos períodos de seca nas regiões em estudo. Pode-se utilizar tabelas simplificadas com o número de dias secos por mês (escolhe-se a média dos 3 mais secos), mas isso geralmente superestima o reservatório (NETTO,1993). Isto não é adequado, tanto pelo aspecto econômico, como também pelo fato de que um uso constante de enchimento e esvaziamento total do reservatório melhora a operação do sistema, não temos água parada por muito tempo, melhorando a qualidade da água. Além disso, este método não permite que se identifique um período de retorno para o qual o reservatório foi dimensionado. Mais importante que isso, tem-se sempre a idéia de que quanto maior for o reservatório, maior será a porcentagem de chuva precipitada que poderemos aproveitar. Isto nem sempre acontece. A partir dos 70% de aproveitamento, mesmo se aumentarmos a capacidade do reservatório em 50%, o coeficiente de aproveitamento sobe apenas de 5% a 10%, normalmente não justificando o investimento (RAINDROPS, 2002).

35 Bombas Quando necessário o bombeamento a um reservatório superior para o abastecimento, o mesmo deve atender a norma NBR (Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2007 Comissão de Estudo Especial Temporária de Aproveitamento de Água de Chuva) Devem ser observadas as recomendações das tubulações de sucção e recalque, velocidades mínimas de sucção e seleção do conjunto motor-bomba (figura 6). Quando necessário pode ser instalado junto à bomba centrífuga, dosador automático de cloro o qual convém ser enviado a um reservatório intermediário para que haja tempo de contato de no mínimo 30 minutos. Figura 6 - Bomba de sucção e recalque Fonte: Filtro Grosseiro Um filtro pode ser colocado antes que a água possa chegar à cisterna, esse pode ser uma tela ou até mesmo filtros industrializados para reter galhos, folhas, e outras impurezas grosseiras, (figura 7).

36 36 Figura 7 - Filtro de partículas sólidas e detalhe das telas Fonte: O2 Engenharia (2008) Separador de Primeiras Águas As primeiras chuvas levam a maior parte das impurezas que estão depositadas no telhado, lavando-o. São "arrastadas" impurezas finas que precisam ser separadas e descartadas. Com esse propósito é utilizado o dispositivo que desvia as primeiras águas de chuva, com um volume determinado, para um pequeno reservatório, e que quando está cheio faz com que a água passe para a cisterna. A figura 8 apresenta um desviador das águas das primeiras chuvas com válvula de desvio horizontal. A figura 9 apresenta um desviador das águas das primeiras chuvas com válvula de desvio vertical.

37 37 Figura 8 - Desviador das águas das primeiras chuvas com válvula de desvio horizontal Fonte: SAFERAIN (2008) Figura 9 - Desviador das águas das primeiras chuvas com válvula de desvio vertical Fonte: SAFERAIN (2008) 3 METODOLOGIA Para concluir este estudo foram analisados projetos arquitetônicos, como não se dispunha de projeto hidrálico-sanitário foi realizado algumas medições in loco para obtenção dos dados necessários. Também foi levantado o número de

38 38 alunos e funcionários da escola e o consumo de água mensal conforme faturamento da CASAN. RAINDROPS (2002) cita a tecnologia para o aproveitamento de águas pluviais como um somatório das técnicas abaixo: Coleta da água da chuva que cai no telhado, além de outros locais; Armazenamento da água da chuva em tanques e reservatórios; Tratamento e melhoria de qualidade da água da chuva; Abastecimento da água da chuva aos locais de seu uso; Drenagem do excesso de água da chuva; Eliminação da água do inicio da chuva, quando esta estiver suja. No presente estudo foi realizado o dimensionamento de todos os componentes do sistema para aproveitamento de águas pluviais tais são eles, área de captação, calhas, tubos, cisterna e bomba para recalque. Para isto foi realizado o levantamento dos dados climatológicos e estudo estatístico dos dados de precipitação. Após dimensionamento do sistema foi feito a quantificação dos materiais e calculado o custo para implantação do mesmo. 3.1 Levantamento de Dados Climatológicos O levantamento dos dados climatológicos consiste no levantamento de dados da série histórica de precipitação diária, de estação meteorológica, com no mínimo de 15 anos consecutivos sem falha (BACK, 2002). Para este levantamento foi analisado a serie de precipitação da Estação Pluviométrica de Praia Grande com a finalidade de obtenção dos índices pluviométricos para o dimensionamento das estruturas de coleta e armazenamento da água da chuva.

39 Estudo Estatístico Para obtenção dos índices de chuvas intensas foi utilizado a metodologia descrita em Back (2002), que consiste em determinar as series de máximas anuais de precipitação diária, e com base nesta serie estimar as chuvas diárias com período de retorno de 2, 5, 10,20, 25, 50 e 100 anos pela equação5: S X T x ( Y Yn ) [Eq.5] S Onde: x = média dos valores observados na série de máximas anuais; S = desvio padrão dos valores observados na série de máximas anuais; Yn, Sn = média e o desvio padrão da variável reduzida y, tabelados em função do número de valores da série de dados (Tabela 8). Y = variável reduzida dada por n y 1 ln ln 1 [Eq.6] T T = Período de retorno (anos). Tabela 8 - Média (Yn) e desvio padrão (Sn) da variável reduzida para diferentes valores do tamanho da amostra (N) N Yn Sn N Yn Sn N Yn Sn 10 0,4952 0, ,5436 1, ,5548 1, ,4996 0, ,5442 1, ,555 1, ,5035 0, ,5448 1, ,5552 1, ,507 0, ,5453 1, ,5555 1, ,51 1, ,5458 1, ,5557 1, ,5128 1, ,5463 1, ,5559 1, ,5154 1, ,5468 1, ,5561 1, ,5177 1, ,5472 1, ,5563 1, ,5198 1, ,5477 1, ,5565 1, ,5217 1, ,5481 1, ,5567 1, ,5236 1, ,5485 1, ,5569 1, ,5252 1, ,5489 1, ,5571 1, ,5268 1, ,5493 1, ,5573 1,1953 (continua)

40 40 Tabela 8 (continuação) N Yn Sn N Yn Sn N Yn Sn 23 0,5282 1, ,5497 1, ,5574 1, ,5296 1, ,5501 1, ,5576 1, ,5309 1, ,5504 1, ,5578 1, ,5321 1, ,5508 1, ,558 1, ,5332 1, ,5511 1, ,5581 1, ,5343 1, ,5515 1, ,5583 1, ,5353 1, ,5518 1, ,5584 1, ,5362 1, ,5521 1, ,5586 1, ,5371 1, ,5524 1, ,5588 1, ,538 1, ,5527 1, ,5589 1, ,5388 1, ,553 1, ,5591 1, ,5396 1, ,5532 1, ,5592 1, ,5403 1, ,5535 1, ,5593 1, ,5411 1, ,5538 1, ,5595 1, ,5417 1, ,554 1, ,5596 1, ,5424 1, ,5543 1, ,5598 1, ,543 1, ,5545 1, ,5599 1, ,56 1,2065 Fonte: Back (2002) Para a estimativa da chuva com duração inferior será utilizado a relações entre precipitações estabelecidas para o Brasil pela Cetesb (1986),conforme (Tabela 9). Tabela 9 - Relações entre chuvas de diferentes durações. Relação entre durações Relação entre alturas pluviométricas 5 min/30 min 0,34 10 min/30 min 0,54 15 min/30 min 0,70 20 min/30 min 0,81 25 min/30 min 0,91 30 min/1 h 0,74 1 h/24 h 0,42 6 h/24 h 0,72 8 h/24 h 0,78 10 h/24 h 0,82 12 h/24 h 0,85 24h/ 1 dia 1,14 Fonte: Cetesb (1986)

41 Definição de Local e Demanda Necessária O local onde foi aplicado o presente estudo é uma escola municipal do tipo externato, com 379 pessoas localizada na rua Gervásio Esteves de Aguiar, no centro da cidade de Praia Grande. Para o caso em questão, o consumo mensal de água adotado para realização dos cálculos foi de 73m³, conforme as faturas mensais emitidas pela CASAN. A área considerada útil do ponto de vista de captação da água da chuva para esta escola é de 646,86m². Considerou-se que a água da chuva armazenada no reservatório será utilizada para descargas de sanitários e limpezas de pisos e calçadas. 3.4 Vazão de Projeto No dimensionamento pluvial da cobertura da escola Parque Avenida, a área de alguns planos do telhado foi dividida em duas partes. A vazão de projeto divide-se em duas calhas e conseqüentemente em dois ou mais condutores verticais, fazendo com que a seção da calha e o diâmetro dos condutores fiquem com dimensões menores. As indicações dos planos de telhados estão representadas no anexo. 3.5 Dimensionamento das Calhas A inclinação mínima para calhas e platibandas exigidas pela NBR 10844/98 é de 0,5%. Estimando as dimensões da calha em 10x12cm.

42 42 Figura 10 Desenho esquemático das dimensões da calha Fonte: NBR 10844, (1989, p. 5) Determinação do Raio Hidráulico [Eq.7] Determinação da Área da Seção Molhada da Calha [Eq.8] Vazão da Calha O cálculo da vazão em que a calha adotada suporta faz-se através da equação de Manning descrita abaixo: [Eq.2]

43 43 Onde: Valor da constante K = O coeficiente de rugosidade é obtido através da tabela 2, considerando metal não ferroso, n = 0,011. Declividade da calha, I = 0,5% 3.6 Dimensionamento dos Condutores Verticais Para o dimensionamento dos condutores verticais foi utilizado o ábaco da NBR 10844/89, para calhas com saída em aresta viva. Este gráfico leva em consideração os valores descritos abaixo. Q = vazão do projeto, em litros/min H = altura da lâmina d água da calha, em mm L = comprimento do condutor vertical, em m 3.7 Dimensionamento dos Condutores Horizontais Para o dimensionamento dos condutores horizontais foi utilizada a tabela 5 da NBR 10844/89, levando em consideração os valores descritos abaixo. Declividade uniforme com valor mínimo de 0,5%; O coeficiente de rugosidade, n = 0,011; Vazão do projeto, em litros/min.

44 Avaliação da Área de Captação Segundo GUZZATI (1999), considera-se que 70% das águas pluviais podem ser armazenadas no reservatório. Este valor está diretamente relacionado com as condições de coleta e direcionamento da água da chuva até o mesmo. Considerando-se, portanto, que 70% da água da chuva será armazenada no reservatório, a precipitação média anual, a demanda necessária, e ainda, assumindo-se que A é a área necessária para a coleta da chuva, obtém-se: [Eq.9] Onde: P= Precipitação média anual (m) A= Área de captação (m²) C= Consumo anual (m³/ano) 3.9 Dimensionamento do Reservatório para Água Pluvial De acordo com Silva (1988 apud PEREIRA, 2003, p.32) o dimensionamento do reservatório deve ser feito com base em estudos estatísticos dos períodos de secas na região em estudo e no consumo total da propriedade. Silva (1988 apud PEREIRA, 2003, p.32) ainda recomenda acrescentar 10% no volume para compensar eventuais perdas de água. Segundo Oliveira (2000 apud PEREIRA, 2003, p.27), considera-se dias sem chuva, quando ocorrerem valores de precipitação abaixo de 1mm. Através da equação abaixo se dimensiona o volume total de água necessário para o período de dias secos.

45 45 [Eq.10] Onde: V = Volume de água necessário (m³ ) D = Demanda (m³ /dia) U = Período de dias secos (dias) Devido à perda já descontada no calculo da área mínima, considerando que apenas 70% das águas pluviais são armazenadas no reservatório, não há necessidade de acrescentar 10% para eventuais perdas. 4 RESULTADOS 4.1 Levantamento de Dados Climatológicos Tabela 10 Número máximo de dias consecutivos sem chuvas no ano em ordem decrescente. Ano Dias consecutivos sem chuva Ano Dias consecutivos sem chuva Fonte: EPAGRI Urussanga/SC

46 Estudo Estatístico Como a Epagri não possui os dados estatísticos referentes as chuvas de Praia Grande foi necessário calcular todos os parâmetros para a realização do estudo. Tendo então a média e o desvio padrão dos valores de chuva observados, o período de observação da estação e utilizando os parâmetros fornecidos pela tabela8 aplicou-se o método da distribuição de Gumbel, chegou-se aos resultados das chuvas diárias com diferentes períodos de retorno, descritos na tabela11. X x ( Y Y ) T n S S n y ln ln 1 1 T Onde: Média= 106,94 Desvio Padrão= 32,50 N= 32 Yn= 0,538 Sn= 1,1193 Tabela 11 - Chuvas diárias com diferentes períodos de retorno T y X T 2 0, ,96 5 1, , , , , , , , , , , , , ,91 Fonte: Próprio autor

47 47 Para obtenção da altura de chuva estimada com base nas relações entre durações demonstrados na tabela12 foi utilizado os parâmetros estabelecido para todo o Brasil pela Cetesb (1986) descritos na tabela9. Tabela 12 - Altura de chuva (mm) estimada com base nas relações entre durações T y 0,3665 1,4999 2,2504 2,6738 2,9702 3,1985 3,9019 4,6001 1dia 101,96 134,88 156,67 168,96 177,57 184,20 204,63 224,91 24h 116,24 153,76 178,60 192,62 202,43 209,99 233,28 256,39 2h 61,07 80,79 93,84 101,21 106,37 110,34 122,57 134,72 1,5 h 55,77 73,78 85,70 92,42 97,13 100,76 111,93 123,02 1h 48,82 64,58 75,01 80,90 85,02 88,20 97,98 107,68 45min 43,33 57,32 66,58 71,81 75,47 78,29 86,97 95,58 30min 36,13 47,79 55,51 59,87 62,92 65,27 72,50 79,69 25min 32,87 35,36 41,08 44,30 46,56 48,30 53,65 58,97 20min 29,26 38,71 44,96 48,49 50,96 52,86 58,73 64,55 15min 25,29 33,45 38,86 41,91 44,04 45,69 50,75 55,78 10min 19,51 25,81 29,98 32,33 33,97 35,24 39,15 43,03 5min 12,28 16,25 18,87 20,35 21,39 22,19 24,65 27,09 Fonte: Próprio autor A intensidade da chuva observada foi obtida dividindo-se a altura da chuva (tabela12) pelo tempo de duração e multiplicando este valor por 60 chegando assim aos valores descritos na tabela13. Tabela 13 - Intensidade da chuva observada em (mm/hora) Duração Período de retorno(t) (anos) (minutos) ,39 194,97 226,48 244,25 256,70 266,28 295,81 325, ,05 154,83 179,85 193,96 203,85 211,46 234,91 258, ,15 133,81 155,43 167,62 176,16 182,74 203,01 223, ,79 116,12 134,89 145,47 152,89 158,59 176,18 193, ,25 95,58 111,02 119,73 125,83 130,53 145,01 159, ,78 76,43 88,78 95,75 100,62 104,38 115,96 127, ,82 64,58 75,01 80,90 85,02 88,20 97,98 107, ,18 49,18 57,13 61,62 64,75 67,17 74,62 82, ,54 40,40 46,92 50,60 53,18 55,17 61,29 67,36 Fonte: Próprio autor

48 48 Para uma melhor precisão de valores foi também calculado a intensidade da chuva utilizando a equação 11 de chuva intensa descrita abaixo. [Eq.11] Em que: i = intensidade da chuva (mm/h) T = período de retorno (2 a 100 anos) t = duração da chuva (5 a 120 min) Com a utilização deste método chegou-se aos valores de intensidade de chuva descritos na tabela14. Tabela 14 - Intensidade da chuva calculada em (mm/hora) Duração Período de retorno(t) (anos) (minutos) ,03 193,76 219,78 236,58 249,28 259,60 294,46 333, ,30 156,27 177,25 190,81 201,05 209,37 237,49 269, ,33 132,69 150,50 162,01 170,71 177,77 201,64 228, ,43 116,27 131,88 141,96 149,58 155,77 176,69 200, ,09 94,60 107,30 115,51 121,71 126,75 143,77 163, ,90 75,48 85,61 92,16 97,11 101,13 114,70 130, ,92 63,69 72,24 77,77 81,94 85,34 96,79 109, ,01 49,62 56,28 60,59 63,84 66,48 75,41 85, ,99 41,33 46,88 50,46 53,17 55,37 62,81 71,24 Fonte: Próprio autor Após a realização dos cálculos de precipitação pode-se observar que, quanto maior a duração da chuva, menor é a sua intensidade. Também pode ser observado que quanto maior são os valores de intensidade menos frequentes se tornam. Estas relações podem ser traduzidas por curvas de intensidade-duração com determinada frequência, conforme demonstrados na figura11.

49 intensidade (mm/h) ,0 340,0 320,0 300,0 280,0 260,0 240,0 220,0 200,0 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 T= 2 anos T = 5 anos T= 10 anos T = 15 anos T = 20 anos T = 25 anos T = 50 anos T = 100 anos duração (min) Figura 11 - Relação intencidade-duração-frequência de chuva Fonte:Próprio autor. 4.3 Consumo Diário O consumo diário foi calculado através da equação abaixo para ser realizada a comparação com o real consumo da escola fornecido pela CASAN. Para os realização dos cálculos foi utilizado o total de pessoas que utilizam a escola diariamente, 379 pessoas e o consumo diário de 50 litro por pessoa por dia, conforme tabela6. Desta forma obteve-se o seguinte valor:

50 50 Através deste método chegou-se a um consumo diário de quase 19m³/dia. No entanto analisando as faturas mensais emitidas pela CASAN, tabela15, nota-se que o consumo total máximo não passa de 3m³/dia. Tabela 15 - Consumo anual de água da escola E.R.M. Parque Avenida Mês/Ano Consumo não potável Consumo potável jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ jun/ jul/ ago/ set/ out/ nov/ dez/ jan/ Total Média 28,54 11,77 Fonte: CASAN Nesta escola há dois hidrômetros pois a água utilizada nos banheiros e para outros fins não potáveis, está separada da água utilizada para fins potáveis, pois a água utilizada para fins não potáveis era a água de um poço artesiano, que após uma enchente acabou sendo desativado visto que o mesmo foi soterrado pela lama. Diante disto, para a elaboração dos cálculos para o consumo diário foi utilizado como base os dados do mês de Abril de 2009 onde tivemos um consumo de água para fins não potáveis de 66m³ (sessenta e seis metros cúbicos), que foi o maior consumo em um ano. 4.4 Área de Captação A área de captação utilizada para compor o sistema será o telhado do edifício escolar e do ginásio de esportes.

51 51 Figura 12 - Desenho esquemático das dimensões da cobertura Fonte: NBR 10844, (1989, p. 5) 4.4.1Cálculo da Área de Cobertura da Edificação Escolar Cálculo da Área de Cobertura do Ginásio de Esportes

52 Área Total de Cobertura Como a fórmula que foi utilizada neste caso, considera apenas coberturas com uma água, e as coberturas que foram utilizadas para capitação de água são formadas por duas águas, então para facilitar os cálculos foi calculada a área de uma das águas da cobertura e multiplicado por dois, obtendo desta forma a área total de captação de cada cobertura. 4.5 Vazão de Projeto 4.6 Dimensionamento das Calhas Como o ginásio de esporte já possui as calhas, os condutores verticais e os horizontais, foi dimensionado então apenas o sistema para a edificação das salas de aula.

53 Determinação do Raio Hidráulico Determinação da Área da Seção Molhada da Calha Após varias tentativas para obtenção das dimensões que suprissem as necessidade da vazão e ao mesmo tempo não estive-se super dimensionada para não elevar o custo, chegou-se aos seguintes valores: a = 10cm b=12cm

54 54 Na Figura 13 - Desenho esquemático das dimensões da calha Fonte: Próprio Autor Vazão da Calha Como a vazão de projeto é menor que a vazão suportada pela calha, não há perigo de extravasamento. A seção da calha será a mesma para todos os planos de telhado. 4.7 Dimensionamento dos Condutores Verticais utilizado é de 75mm. De acordo com a figura 3, o diâmetro dos condutores verticais á ser Adotando H= 100mm, seguem os cálculos na tabela abaixo.

55 55 Tabela 16 Dimensionamento dos condutores verticais CV L (m) Q(l/min) D(mm) L (m) 1 2,59 258, ,29 2 2,59 258, ,29 3 2,59 258, ,29 4 2,59 258, ,29 Fonte: Próprio autor 4.8 Dimensionamento dos Condutores Horizontais Para o dimensionamento dos condutores horizontais foi utilizada a tabela 4 da NBR 10844/89, levando em consideração os valores descritos abaixo. Coeficiente de rugosidade, n = 0,011; Vazão do projeto, em litros/min. Tabela 17 - Dimensionamento dos condutores horizontais CH Q (l/min) I (%) D (mm) L (m) 1 258, , , , , , , , , , , , , , , , , ,53 Fonte: Próprio Autor 4.9 Avaliação da Área de Captação Para obtenção do consumo anual foi utilizado o valor do mês de maior consumo (66m³), multiplicando este valor por dose meses, chegou-se assim ao consumo anual de 792m³ (setecentos e noventa e dois metros cúbicos). De acordo com Guzzati (1999, p.23) considera-se um coeficiente de 70%

56 56 para armazenamento das águas no reservatório. Devido a eventuais perdas durante seu trajeto. Portanto a área construída de (646m²) é superior a área mínima exigida Dimensionamento do Reservatório para Água Pluvial A água armazenada no reservatório será utilizada para descargas de sanitários e limpezas de pisos em geral da escola. De acordo com dados pesquisados o consumo para estes serviços nesta escola é de 2200 litros por dia o equivalente a 792m³ anuais. A área de contribuição da escola para captação de água pluvial é de 646m². Através da equação abaixo dimensiona-se o volume total de água necessário para o período de dias secos.

57 57 Devido à perda já descontada no calculo da área mínima, considerando que apenas 70% das águas pluviais são armazenadas no reservatório, não há necessidade de acrescentar 10% para eventuais perdas. Como o reservatório superior que será utilizado é de 1.000litros, que a escola já possui, então para suprir a necessidade volumétrica calculada, serão utilizadas 6 (seis) cisternas enterradas de polietileno de litros cada, resultando assim em um volume de armazenamento de 61,00m³. Cisterna Características: Diâmetro 2,35m Altura 2,55m Volume litros Figura 14 - Cisterna enterrável de polietileno Fonte: polietilenohttp:// Quantificação e Orçamento dos Materiais do Sistema Após terem sido realizados todos os cálculos de dimensionamento, realizou-se uma pesquisa de preços nos comércios da região para obtenção dos

58 58 valores das peças que compõem o sistema, chegando-se assim ao custo total do sistema demonstrado na tabela18. Para elaboração deste estudo considerou-se que a mão-de-obra utilizada será a da equipe de obras da prefeitura, por isso não foi utilizada nos cálculos. Tabela 18 - Custo do sistema de capação e armazenamento MATERIAL QUANTIDADE VALOR UNIT.(R$) VALOR TOTAL (R$) CISTERNA 6 (un) 4.482, ,00 TUBO DE PVC 75mm 16,00(m) 5,40 86,40 TUBO DE PVC 100mm 16,72(m) 5,75 96,14 TUBO DE PVC 125mm 27,02(m) 9,50 256,69 TUBO DE PVC 150mm 1,10(m) 14,50 15,95 TUBO DE PVC 200mm 0,59(m) 26,00 15,34 CURVA PVC 75mm 10 (un) 7,30 73,00 TUBO PVC 25mm 20,00(m) 1,50 30,00 CURVA PVC 25mm 6(un) 0,30 1,80 BOMBA D`ÁGUA 3/4 1(un) 330,00 330,00 BOIA ELÉTRICA 2(un) 21,60 43,20 CALHA DE ALUMÍNIO 58,80(m) 20, ,00 FIO 2,5mm 55,30(m) 0,66 36,50 TOTAL ,02 Fonte: Comércios da região

59 CUSTO (R$) CONTRIBUIÇÃO NO CUSTO FINAL (%) CISTERNA TUBO DE PVC 75mm TUBO DE PVC 100mm TUBO DE PVC 125mm TUBO DE PVC 150mm TUBO DE PVC 200mm CURVA PVC 75mm TUBO PVC 25mm CURVA PVC 25mm BOMBA D`ÁGUA 3/4 BOIA ELÉTRICA CALHA DE ALUMÍNIO FIO 2,5mm 0 MATERIAIS Figura 15 - Gráfico do percentual de contribuição de cada material no custo final do sistema Fonte: Próprio Autor 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 MATERIAIS TUBO DE PVC 75mm TUBO DE PVC 100mm TUBO DE PVC 125mm TUBO DE PVC 150mm TUBO DE PVC 200mm CURVA PVC 75mm TUBO PVC 25mm CURVA PVC 25mm BOMBA D`ÁGUA 3/4 BOIA ELÉTRICA CALHA DE ALUMÍNIO FIO 2,5mm Figura 16 - Gráfico de contribuição dos materiais excluindo a cisterna Fonte: Próprio Autor Visto que o estudo para implantação do sistema de aproveitamento de água da chuva para fins não potáveis na Escola Reunida Municipal Parque Avenida