Calculadora de cargas e água

Camadas, cargas e água

O cálculo considera as camadas acima da laje e não inclui a laje, o isolamento térmico nem as sobrecargas de utilização, de neve e de vento. Os sistemas aplicam-se sobre qualquer impermeabilização. A carga em kN/m² obtém-se dividindo o peso em kg/m² por 100, como no Guia Técnico da ANCV.

Para árvores, o Guia Técnico da ANCV indica ainda cargas pontuais que incluem o torrão e o vento: 2,5 kN/m² para arbustos médios, 12 kN/m² para árvores pequenas e 60 kN/m² para árvores médias, a localizar na estrutura.

Peso contra o vento (lastro)

O lastro conta com o peso seco das camadas, porque o vento forte pode coincidir com o substrato seco. A largura da faixa periférica e a verificação da ação do vento definem-se no projeto. Os painéis solares têm suporte lastrado com cálculo próprio e não entram nesta verificação.

Coeficiente de escoamento e água ao longo do ano

A rega entra na fórmula como R_M. Em Portugal as coberturas verdes precisam de rega no verão, e a coluna vem preenchida com uma rega deficitária: 60 % da evapotranspiração de referência menos a chuva do mês, nunca negativa, a dotação com que as espécies ensaiadas pelo Instituto Superior de Agronomia em coberturas extensivas de Lisboa mantiveram o valor estético. A evapotranspiração de referência calcula-se pelo método de Hargreaves-Samani, a partir das temperaturas máxima e mínima das normais do IPMA. Coberturas intensivas e relvados pedem mais água: substitua os valores pela rega do projeto. A página Rega trata da rega gota a gota e da sua programação. Os valores mensais de cada local são as normais climatológicas do IPMA, sem arredondamento; para um estudo de aproveitamento de águas pluviais, convém substituí-los pelos registos de uma estação representativa do local da obra (IPMA ou Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos, SNIRH). A fórmula foi calibrada num piloto no Porto (Monteiro et al., 2016) e aplicada pela Associação Nacional para a Qualidade nas Instalações Prediais (ANQIP) a 12 estações do SNIRH, de Abrantes a São Julião do Tojal (Guia ANCV, p. 177); aqui aplica-se às normais do IPMA de 24 estações, nas capitais de distrito do continente (Alcobaça em vez de Leiria, para a qual o IPMA não publica normais), em Sines, na Madeira e nos Açores.

Água retida e escoada numa chuva intensa

Balanço simplificado: a cobertura retém a chuva até à capacidade livre e o restante escoa. Não considera a evaporação durante a chuvada nem o tempo de escoamento, que contam para o caudal de ponta e para o dimensionamento dos tubos de queda.

Bases de cálculo

• Cargas e água das camadas: Guia Técnico da ANCV, Coberturas verdes: guia técnico para projeto, construção e manutenção, Anexo IV, quadros 11 a 14, segundo as diretrizes da FLL (Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau), Dachbegrünungsrichtlinien (2018). Usa-se o limite superior de cada intervalo para o peso saturado.
• Lastro contra o vento: Guia Técnico da ANCV, Anexo V, quadro 15, segundo a NTJ 11C (2012), das Normas Tecnológicas de Jardinería y Paisajismo (NTJ), Espanha.
• Coeficiente de escoamento: Guia Técnico da ANCV, Anexo VI (A. Silva Afonso e C. Pimentel Rodrigues). Expressão desenvolvida na Escola Superior de Biotecnologia da Universidade Católica Portuguesa (ESB-UCP) e aplicada pela ANQIP a 12 estações do SNIRH, com máximo de 0,50 segundo a EN 16941-1. O guia apresenta a fórmula para coberturas verdes extensivas convencionais, análogas ao piloto da ESB-UCP, e assume a sua validade no território continental; nos outros tipos de cobertura e na Madeira e nos Açores, na literatura científica e técnica consultada, não foi identificado um método validado, e a calculadora mostra o valor da fórmula como indicativo, com aviso. A ANQIP usou valores mensais do SNIRH de 1980/81 a 2017/18; a calculadora usa as normais climatológicas do IPMA. Na cobertura transitável usa-se 1,0, por o guia indicar, nos telhados impermeáveis, um valor próximo de 1,0. Monteiro, C. M. et al. (2016), Water Science and Technology 73(8), 1842–1847, doi:10.2166/wst.2016.034. Especificações Técnicas ANQIP (ETA) 0701 e 0702.
• Produtos Nophadrain: massas, reservas de água e volumes de retenção das fichas técnicas em português e da brochura de sistemas de coberturas verdes.
• Pavimento de betão: peso volúmico de 24 kN/m³ (≈ 2 400 kg/m³) do betão simples de massa normal, EN 1991-1-1:2002, Anexo A, quadro A.1.
• Alterações climáticas: por omissão, a chuva não é majorada, porque não existe valor regulamentar e, na literatura científica e técnica consultada, não foi identificado um método validado para Portugal. O Painel Intergovernamental sobre as Alterações Climáticas (IPCC, sexto relatório, 2021) estima, à escala global e para a chuva diária, um aumento de cerca de 7 % por cada 1 °C de aquecimento global (confiança alta), mas atribui confiança muito baixa às alterações das chuvadas de menos de um dia. Na região mediterrânica, que inclui Portugal, as tendências observadas têm confiança baixa, e a mediana dos modelos para a chuva diária de 50 anos aumenta mais de 2 % com 2 °C e mais de 8 % com 4 °C de aquecimento global, face a 1 °C. Os estudos portugueses identificados com chuvadas curtas, da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, usam um só modelo regional e cenários de emissões anteriores aos atuais; em três postos da região B, a intensidade de 15 minutos com 10 anos de período de retorno varia entre −10 % e +65 % de 2011 a 2100. Em Espanha, um estudo oficial com 15 modelos regionais (CEDEX, 2021) obteve, no cenário de emissões mais alto (RCP8.5) e em 2071–2100, aumentos médios de 15 % na precipitação máxima diária e de 29 % na horária, com 10 anos de período de retorno, e avisa que os resultados para menos de um dia devem ser usados com cautela. As revisões científicas sobre chuvadas curtas notam que, onde a humidade disponível é limitada, o aumento com a temperatura pode ser menor ou até negativo. Por isso, a majoração é uma escolha do projetista ou da entidade gestora, com a fonte registada na memória de cálculo, e o resultado sem majoração aparece sempre, para comparar.
• Pressupostos sem valor de referência identificado na literatura científica e técnica consultada, assinalados nos campos: painéis e suporte lastrado, 15 kg/m² por omissão; capacidade livre no início da chuva intensa, 10 % por omissão. Ambos se substituem pelos valores do projeto.
• Rega sugerida: 60 % da evapotranspiração de referência menos a precipitação do mês (Martins, D. L. S., 2019, dissertação de mestrado, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa). Evapotranspiração de referência pelo método de Hargreaves-Samani com o coeficiente de 0,17 °C^−0,5: Allen, R. G. et al. (1998), Crop evapotranspiration, FAO Irrigation and Drainage Paper 56, equações 21 e 52. Método validado com normais mensais em 20 estações de Portugal, incluindo a Madeira e os Açores (R² ≥ 0,97 face ao método de Penman-Monteith): Andrade, J. A. V. e Ventura, R. M. (2024), Finisterra 59(127), e33850, doi:10.18055/Finis33850.
• Precipitação e temperatura: IPMA, Normais climatológicas 1991–2020, a normal de referência da Organização Meteorológica Mundial (WMO-N.º 1203, 2017): precipitação total e temperaturas média, máxima e mínima mensais de 24 estações; a precipitação, a temperatura média e a rega são editáveis. Viana do Castelo não tem normal 1991–2020 publicada e usa a de 1971–2000 (estação da Meadela); nas estações com as duas normais, a de 1991–2020 é em média 0,6 °C mais quente.

Pressupostos do lado da segurança

• Peso saturado com o limite superior dos quadros; para o substrato ND DGS-E, 1,5 t/m³, como no quadro 1 da brochura Nophadrain.
• Lastro contra o vento com o peso seco: limite inferior dos quadros menos a água retida, ou o valor seco da ficha técnica.
• Coberturas de retenção com os elementos de retenção cheios no cálculo da carga.
• A fórmula do escoamento mensal foi desenvolvida para coberturas extensivas e serve o aproveitamento de águas pluviais, não a drenagem. Por chuvada, o coeficiente medido no piloto do Porto variou entre 0,017 e 0,764 (Monteiro, Santos e Castro, 2023, Water 15, 1852, doi:10.3390/w15101852): os ralos e os tubos de queda dimensionam-se com coeficiente igual a 1, pelo artigo 211.º do Decreto Regulamentar 23/95, como no artigo sobre drenagem. Com mais substrato ou com retenção, o escoamento mensal real tende a ser menor; no dimensionamento de cisternas convém deixar reserva.
• Coberturas transitáveis com coeficiente de escoamento 1,0, o valor que o guia indica para coberturas sem retenção significativa.

Verificação com estudos portugueses

• Implementação. Com as normais do quadro 1 de Pimentel-Rodrigues e Silva-Afonso (2023, Sustainability 15, 16859, doi:10.3390/su152416859), a calculadora reproduz os 48 coeficientes mensais publicados para Rio Torto, Viana do Alentejo, Ponte da Barca e Castelo de Burgães com diferenças de 0,012 no máximo, devidas ao arredondamento.
• Balanço anual. Com a chuva, a rega e as temperaturas medidas no piloto do Porto de fevereiro de 2017 a janeiro de 2018, a fórmula dá um escoamento de 10,6 % da água recebida, contra 11,0 % medidos (Monteiro, Santos e Castro, 2023, quadro 1). Com as normais do IPMA, a calculadora estima para o Porto uma retenção anual de 89 %, próxima dos 89,6 % medidos no mesmo piloto.
• Cargas. Para a extensiva com sedum, ND DGS-E e ND 4+1h, com 6 a 20 cm de substrato, a carga saturada calculada difere no máximo 0,3 kg/m² do quadro 1 da brochura Nophadrain, e a altura total coincide (77 a 217 mm). Com ND 5+1 e ND 6+1v, a calculadora usa o peso das fichas técnicas, que fica 0,8 e 0,3 kg/m² abaixo do acréscimo indicado nesse quadro. As fichas de sistema da mesma brochura indicam 118 kg/m² para 80 mm de substrato, menos do que os 135 kg/m² do quadro 1; a calculadora segue o valor mais alto, do lado da segurança.
• Vento. Os pesos mínimos contra o vento coincidem com o quadro 15 do Guia ANCV (Anexo V, p. 174, segundo NTJ 11C, 2012), com as três classes de altura verificadas nos limites. O cálculo usa o peso seco, que é o que segura a cobertura num dia de vento sem chuva.
• Limite. Mês a mês, a concordância é fraca: em janeiro de 2018 mediu-se 0,46 e a fórmula dá 0,16, porque o escoamento depende da humidade do substrato antes da chuva, que a fórmula não considera. Os valores servem o balanço anual e o dimensionamento de cisternas, não um mês isolado. A verificação assenta num único piloto, com 10 cm de substrato; na literatura científica e técnica consultada, não foram identificadas medições portuguesas para outras espessuras, para a Madeira ou para os Açores.

Os resultados são indicativos e servem o estudo prévio. O dimensionamento estrutural, a verificação da ação do vento e o projeto de drenagem e de aproveitamento de águas pluviais cabem ao projetista, com os dados do local e dos produtos escolhidos.