INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRÁULICAS UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL IPH - UFRGS SISTEMAS DE ÁGUA E ESGOTOS IPH 212

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1 65 INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRÁULICAS UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL IPH - UFRGS SISTEMAS DE ÁGUA E ESGOTOS IPH 212 PARTE III SISTEMAS DE ESGOTO SANITÁRIO ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ESGOTO ESGOTOS PLUVIAIS Prof. Dieter Wartchow dieterw@iph.ufrgs.br Prof. Gino Gehling ggehling@iph.ufrgs.br

2 66 6. SISTEMAS DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO As principais normas relativas ao tema são: - NBR (Estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário) - NBR (Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário) - NBR /92 (Estudo de concepção de interceptores de esgoto sanitário) - NBR-12208/92 (Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário) - NBR 9061/85 (Segurança de escavação a céu aberto) - NBR-12266/92 (Projeto e execução de valas para assentamento de tubulação de água, esgoto ou drenagem urbana) - Sobrinho, P.A.; Tsutiya, M.T. Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário. 2ª ed. São Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo p. - Resolução CONAMA n 377/ DEFINIÇÕES Esgoto Sanitário despejo líquido constituído de esgoto doméstico, comercial e industrial, água de infiltração e contribuição pluvial parasitária. Esgoto doméstico despejo líquido resultante do uso da água para higiene e necessidades fisiológicas humanas. Esgoto industrial despejo líquido resultante dos processos industriais, respeitados os padrões de lançamento estabelecidos. Água de infiltração toda água de subsolo, indesejável ao sistema separador e que penetra nas canalizações (valor usual: 0,5 l/s.km). Contribuição singular vazão concentrada. Contribuição pluvial parasitária parcela de deflúvio superficial inevitavelmente absorvida pela rede coletora de esgoto sanitário. Bacia de esgotamento conjunto de áreas esgotadas e esgotáveis, cujo esgoto flui para um único ponto de concentração. Corpo receptor qualquer coleção de água natural ou solo que recebe o lançamento de esgoto em seu estágio final. 6.2 ASPECTOS IMPORTANTES EM SISTEMAS DE ESGOTOS - EC Estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário; - Vazão de estiagem do corpo receptor; - vazão de saturação de um componente do sistema; - alcance do plano (dimensionamento para final de plano, verificação para início de plano); - etapas de implantação; - população de alcance do plano; - população atendida; - população inicial e final; - população residente e flutuante; - investimentos (a) custos de operação, manutenção e reparação; b) custos de energia elétrica; c) despesas de exploração); - informações a respeito da comunidade a ser atendida.

3 TIPOS DE REDES PROJETADAS CORRENTEMENTE a) Separadora absoluta: é a que mais facilita o tratamento em ETEs. b) Sistema Unitário ou Misto: o esgoto sanitário é lançado nas galerias pluviais. c) Sistema Condominial de esgoto: seu projeto e sua implantação é encargo do empreendedor. 6.4 NOMENCLATURA DAS UNIDADES COMPONENTES - Bacia de drenagem; - Caixa de passagem (CP); - Coletor de esgoto: recebe contribuições em marcha dos coletores prediais; - Coletor principal (tronco): só recebe contribuições de coletores; - Corpo receptor: sempre deve ser especificado nos projetos; - Diâmetro nominal (DN); - Emissário; - Estação de bombeamento de esgotos/estação elevatória; - Estação de tratamento de esgotos (ETE); - Interceptor; - Ligação predial; - Órgãos acessórios; - Poço de visita (PV); - Profundidade do coletor (greide da tubulação); - Recobrimento; - Rede coletora; - Sifão invertido; - Sistema coletor; - Tanques fluxíveis; - Terminal de limpeza (TL); - Tubo de inspeção e limpeza (TIL); - Tubo de queda. 6.5 MATERIAIS UTILIZADOS EM REDES COLETORAS - MG (manilha de grês): não usar quando rede é afogada no freático. - PVC (NBR , Jan 1999): fornecido de 100 a 400mm; a partir do DN 300 o PVC começa a ficar mais caro que os tubos de C.A. de mesmo diâmetro; - Concreto simples (NBR 8889): classes S-1 e S-2, DN 200 à DN Concreto armado (NBR 8890): classes A-2 e A-3, DN 400 a F o F o (ferro fundido); - FC (fibro cimento): não são mais adotados devido à corrosão em meio ácido. 6.6 DIMENSÕES DOS PVs - tampa: 0,60 m; - câmara: 1,00 m.

4 DISTÂNCIAS ENTRE PVs A distância entre PV, TIL ou TL consecutivos deve ser limitada pelo alcance dos equipamentos de desobstrução. Em geral, os comprimentos dos cabos de limpeza está limitado a 80 ou 100 m. 6.8 CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS O fundo de PV, TIL ou TL deve ser constituído de calhas destinadas a guiar os fluxos afluentes em direção à saída. Lateralmente as calhas devem ter altura coincidindo com a geratriz superior do tubo de saída. As partes superiores dos PVs, ou seu metro final superior, normalmente é construído por um terminal excêntrico. 6.9 RECOBRIMENTOS Os recobrimentos mínimos recomendados são: - no leito carroçável: mínimo de 0,90 m; - no passeio: mínimo de 0,65 m CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO A P-NB-567 (superada) estabelecia que nas condições iniciais de projeto, a velocidade devia ser igual ou superior a 0,50 m/s e que a relação h/d devia ser igual ou superior a 0,20 (20 %); esta última condição seria dispensada se a velocidade média fosse superior a 0,60 m/s. Esta condição asseguraria a auto-limpeza dos coletores. É mais racional, no entanto, que estas condições sejam substituídas pela tensão de arraste, que é o esforço tangencial unitário exercido pelo líquido sobre o coletor, e, portanto, sobre o material depositado no mesmo. A força de arraste é a componente tangencial do peso do líquido. Considerando a porção do líquido contida num trecho de comprimento L, seu peso é F = γ A L ( sendo γ o peso específico do líquido e A a área da seção molhada) e sua componente tangencial é T = F sen α = γ A L sen α. γ A L senα O esforço tangencial é: σ = P L onde P é o perímetro molhado, resultando σ = γ.r H. sen α ( onde R H é o raio hidráulico). Como α é suficientemente pequeno para que se possa confundir o seno com a tangente, pode-se escrever: σ = γ R H I Associando essa expressão à formula de Manning: 2 / 3 1 / 2 RH I 2 / 3 2 V =, ou V = RH I 1 / K n

5 v n e, = γ 2 γ v σ, ou σ = 1 / 3 1 / 3 2 R K R H Obs.: K = 1/n n = 1/K H L T Nível d água F α α A h Figura 6.1: Tensão trativa σ em galeria ou tubulação. Para o dimensionamento, há que se lançar mão das seguintes expressões: 2h θ = 2arccos(1 ) (Eq. 1) D D 360 senθ θ senθ R H = [1 ], ou R H = 0,25 [ ] D 4 2 π θ θ (Eq. 2) 2 D π θ senθ A = [ ], ou A = 0,125 [ senθ ] D 2 θ (Eq. 3) Sabe-se que: Q = A V, ou 2 / 3 Q V = (Eq. 4) A 1 / 2 I RH V = (Eq. 5) n Substituindo (4) em (5), resulta: n Q 2 / 3 = A R 1 / 2 H I Substituindo A e R H por (2) e (3), tem-se: n Q 1 π θ senθ sen θ D I π θ 2 / 3 = ( ) [ (1 ] 8 / 3 1/ 2 À expressão n.q deu-se o nome de F H, fator hidráulico da seção circular. D 8/3 I 1/2

6 70 Substituindo o ângulo central θ = f ( h/d) dado pela equação (1), resulta F H = f( h/d). Para simplificar os cálculos, utiliza-se a tabela seguinte, gerada dando-se valores a h/d de 0,01 a 1,00, com variação de 0,01, calculando-se os correspondentes valores de R H /D e F H. Assim, para a determinação da porcentagem de enchimento e da velocidade de escoamento de um tubo com diâmetro pré-determinado D, coeficiente de Strickler- Manning K, declividade I e transportando uma vazão Q, é necessário: 1 o ) Determinar o seu F H ; 2 o ) Entrar na tabela com F H e retirar R H /D e h/d; 3 o ) Com R H /D, calcular V na equação de Manning. Após a determinação de V, calcular a tensão trativa média, que deve ser maior que 1,0 Pa. Logo: 2 γ v σ = 1,0 Pa Pela NBR 9648, tem-se: σ = γ R 1/ 3 2 H I R K H 1 kg = Pa 1 kg = Pa 1 kg = 10 Pa cm m 2 m 2 σ = 1 Pa = 0,100 kg/m 2 A declividade mínima que satisfaz essa condição, para pode ser determinada por: I mín = 0,0055 Q i -0,47 sendo I mín = em m/m e Q i = em l/s. Admitir-se-á como declividade máxima (I max ) a que venha a resultar em velocidade de escoamento na tubulação igual a 5,0 m/s, para a vazão final de plano no trecho. Para coeficiente de Manning n = 0,013, teremos: I 0,67 máx = 4,65 Q f onde: I máx [m/m] é a declividade máxima e Q f [l/s] é a vazão de jusante do trecho no final de plano. Lembrar que as tubulações são dimensionadas para fim de plano de projeto, e verificadas para início de plano. Caso o dimensionamento de final de plano não satisfaça às condições da Norma Brasileira para início de plano, remanejar a declividade, rearranjando o diâmetro. Lembrar ainda que: - Vazão de cada trecho: k k2 P q C Q + Qi = nf +...

7 71 onde: C = coeficiente de retorno água/esgoto, usualmente adotado igual a 0,80; Q inf = vazão de infiltração, em l/s.km (projetista decide; usual 0,5 L/s.km) A infiltração à rede dependerá basicamente do tipo de material adotado para o coletor, se o coletor estará submerso no freático ou não, e do tipo de solo. - Lâmina máxima: (%) = h/d = 0,75 ou 75 % A lâmina máxima deve ser limitada a apenas 50 % do diâmetro do coletor sempre que a velocidade final (V f ) superar a velocidade crítica (V c ). A velocidade crítica é definida por: V = 6 g onde: c R H V c [m/s] é a velocidade crítica, g [m/s 2 ] é a aceleração da gravidade R H [m] é o raio hidráulico para a vazão final. Exemplos de aplicação: 1. Deseja-se veicular a vazão de 10 l/s, por uma tubulação assentada com uma declividade de 0,001 m/m. Determinar o diâmetro do tubo e verificar a máxima tensão trativa (ou de arraste), sabendo que n de Manning é igual a 0,013 ( K de Strickler- Manning = 76,9). Solução: Apresentada em sala de aula.

8 72 TABELA Fator Hidráulico, R H /D e h/d para o dimensionamento de redes coletoras de esgoto sanitário. Q = vazão em m3/s FH = (Q x n ) / ( D 8/3 x I 1/2 ) n = coeficiente de Manning ou (SM) D = diâmetro (m) I = declividade (mm) FH de 0,0001 a 0,080 FH de 0,081 a 0,250 FH de 0,251 a 0,333 FH R H/D h/d FH R H/D h/d FH R H/D h/d 0,0001 0,0066 0,01 0,0820 0,1935 0,35 0,2511 0,2933 0,68 0,0002 0,0132 0,02 0,0864 0,1978 0,36 0,2560 0,2948 0,69 0,0005 0,0197 0,03 0,0910 0,2020 0,37 0,2610 0,2962 0,70 0,0009 0,0262 0,04 0,0956 0,2062 0,38 0,2658 0,2975 0,71 0,0015 0,0326 0,05 0,1003 0,2102 0,39 0,2705 0,2988 0,72 0,0022 0,0389 0,06 0,1050 0,2142 0,40 0,2752 0,2998 0,73 0,0031 0,0451 0,07 0,1099 0,2182 0,41 0,2798 0,3008 0,74 0,0041 0,0513 0,08 0,1148 0,2220 0,42 0,2842 0,3017 0,75 0,0052 0,0575 0,09 0,1197 0,2258 0,43 0,2886 0,3024 0,76 0,0065 0,0635 0,10 0,1248 0,2295 0,44 0,2928 0,3031 0,77 0,0080 0,0695 0,11 0,1298 0,2331 0,45 0,2969 0,3036 0,78 0,0095 0,0755 0,12 0,1350 0,2366 0,46 0,3009 0,3040 0,79 0,0113 0,0813 0,13 0,1401 0,2401 0,47 0,3047 0,3042 0,80 0,0131 0,0871 0,14 0,1453 0,2435 0,48 0,3083 0,3043 0,81 0,0152 0,0929 0,15 0,1506 0,2468 0,49 0,3118 0,3043 0,82 0,0173 0,0986 0,16 0,1558 0,2500 0,50 0,3151 0,3041 0,83 0,0196 0,1042 0,17 0,1612 0,2531 0,51 0,3183 0,3038 0,84 0,0220 0,1097 0,18 0,1665 0,2562 0,52 0,3212 0,3033 0,85 0,0246 0,1152 0,19 0,1718 0,2592 0,53 0,3239 0,3026 0,86 0,0273 0,1206 0,20 0,1772 0,2621 0,54 0,3264 0,3018 0,87 0,0301 0,1259 0,21 0,1826 0,2649 0,55 0,3286 0,3007 0,88 0,0331 0,1312 0,22 0,1879 0,2676 0,56 0,3305 0,2995 0,89 0,0362 0,1364 0,23 0,1933 0,2703 0,57 0,3322 0,2980 0,90 0,0394 0,1416 0,24 0,1987 0,2728 0,58 0,3335 0,2963 0,91 0,0427 0,1466 0,25 0,2041 0,2753 0,59 0,3345 0,2944 0,92 0,0461 0,1516 0,26 0,2094 0,2776 0,60 0,3351 0,2921 0,93 0,0497 0,1566 0,27 0,2147 0,2799 0,61 0,3353 0,2895 0,94 0,0534 0,1614 0,28 0,2200 0,2821 0,62 0,3349 0,2865 0,95 0,0572 0,1662 0,29 0,2253 0,2842 0,63 0,3339 0,2829 0,96 0,0610 0,1709 0,30 0,2306 0,2862 0,64 0,3222 0,2787 0,97 0,0650 0,1756 0,31 0,2358 0,2882 0,65 0,3294 0,2735 0,98 0,0691 0,1802 0,32 0,2409 0,2899 0,66 0,3248 0,2666 0,99 0,0733 0,1847 0,33 0,2460 0,2917 0,67 0,3117 0,2500 1,00 0,0776 0,1891 0,34

9 73 FIGURA 6.2: Perfil e Planta Baixa de um trecho de rede coletora de esgoto. Fonte: DMAE/PoA.

10 74 Rede Coletora de Esgoto Sanitário Projeto: Coeficiente de Manning: Coletor Trecho PV Cota do Terreno m Cota do Greide m A B A B A B Compr. m Declividade m/km Diâmetro mm Vazão ( l/s) Lâminas Velocidade σ Início Final % m/s Pa Profundidade m DOM INF TOT DOM INF TOT I F I F I F A B

11 CUSTO DAS OBRAS DE IMPLANTAÇÃO DE REDES DE ESGOTO Tabela Custos percentuais das diversas partes da obra para a execução das redes de esgoto. (Fonte: Sobrinho, 2000) Implantação da obra (3,08%) Valas (61,2%) Assentamento de tubulações (25,1%) Serviços Complementares Canteiro e locação 0,6% Tapumes e sinalização 2,1% Passadiços 1,1% Levantamento e pavimento 1,3% Escavação 10,6% Escoramento 38,8% Reaterro 10,5% Transporte 0,4% Assentamento 4,1% Poços de Visita 15,5% Ligações prediais 4,6% Cadastro 0,5% Lastros e bases adicionais 0,7% Reposição de pavimento 9,2% Reposição de galerias de águas 0,1% pluviais 6.12 CONTROLE DE SULFETOS: - H 2 S: gás sulfídrico (sulfeto de Hidrogênio) - a tensão trativa (> 1,5 Pa) praticamente inibe a formação de sulfetos em coletores acima de 500 mm de diâmetro. - odor (ovo podre) - extremamente tóxico, corrosivo e precursor para a formação de H 2 SO 4 - concentrações de H 2 S (> 300 ppm): morte! - explosivo quando > 4,3 % no ar. Tabela Riscos à saúde associados às concentrações de sulfetos CONCENTRAÇÃO POSSÍVEIS DANOS ASSOCIADOS (ppm) 0,002 0,15 Faixa de odores perceptíveis 3-5 Significativos incômodos devido a odores 10 Número MAK Problemas nas vistas, ardência dos olhos > 45 Problemas graves às vistas Incômodos às vias respiratórias e mucosas > 150 Perda de olfato Dores de cabeça, sonolência, tonturas, paralisia Enjôo, demência > 500 Afeta o sistema nervoso, paralisia do aparelho respiratório, perda de memória e sentidos, câimbras e morte > 900 Morte quase instantânea