23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 II-379 ESTUDOS DA RUGOSIDADE DE TUBULAÇÕES DE PVC, PARA ESGOTOS SANITÁRIOS, EM CONDIÇÕES CRÍTICAS DE FUNCIONAMENTO HIDRÁULICO, COM A VERIFICAÇÃO DA TENSÃO TRATIVA Daniel Costa dos Santos (1) Professor do Departamento de Hidráulica e Saneamento da UFPR. Marllon Boamorte Lobato Engenheiro Civil pela PUCPR (1999). Mestrando em Construção Civil pela UFPR. Professor da PUCPR desde Miguel Mansur Aisse Engenheiro Civil pela UFPR (1976). Doutor em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da USP. Professor da PUCPR desde Professor da UFPR desde Celso S. Gomes Engenheiro Civil pela UFPR (1973). Mestre em Engenharia Sanitária pela University of California (1978). Engenheiro Civil da Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR). Professor da Universidade Federal do Paraná desde Endereço (1) : Universidade Federal do Paraná Departamento de Hidráulica e Saneamento Centro Politécnico Curitiba PR. Fone: (0XX41) dcsantos@cce.ufpr.br RESUMO O Brasil é extremamente deficitário em sistemas de esgoto tanto nas áreas urbanas quanto nas áreas rurais. Dados do IBGE demonstram que a cobertura de esgoto tratado no território nacional é de 44,50 %, sendo 51,10 % da população urbana e 15,80% da população rural. Tal realidade é acintosamente refletida no quadro epidemiológico da população brasileira, pois, segundo dados do IBGE, é alta a mortalidade infantil por diarréia, patologia esta fortemente associada às condições da infra-estrutura sanitária. A rede coletora de esgotos, componente do sistema de coleta e tratamento de esgotos, afasta os dejetos para longe da população. Esta estrutura possui uma reconhecida carência de desenvolvimento de pesquisas relacionadas com o coeficiente de Manning (n), o qual representa a rugosidade da tubulação e que afeta de maneira direta o dimensionamento das redes coletoras de esgoto. No Brasil adota-se o valor de 0,013 para o n, independente do material utilizado na tubulação. A presente pesquisa buscou determinar o coeficiente n, em tubulações de PVC e manilha cerâmica, operando em condições críticas de funcionamento hidráulico, com verificação da tensão trativa. Para tanto foi construída uma instalação piloto, junto à ETE Belém, em Curitiba, onde foram determinados, por um período de 1 ano, os valores correspondentes de n, avaliando-se a interferência de diâmetro de tubulações, material, temperatura e vazão. Os resultados obtidos apresentaram uma variação de n com o material das tubulações e com a vazão de transporte, o que resultou, não apenas em um valor específico para n, mas em uma tabela de valores para faixas de vazão, diâmetro de tubulação e material da tubulação. PALAVRAS CHAVE: Coeficiente de Rugosidade, Esgoto Sanitário, Rede Coletora, Tensão Trativa. INTRODUÇÃO O Brasil é extremamente deficitário em sistemas de esgoto tanto nas áreas urbanas quanto nas áreas rurais. Dados do IBGE demonstram que a cobertura de esgoto tratado no território nacional é de 44,50 %, sendo 51,10 % da população urbana e 15,80% da população rural. Tal realidade é acintosamente refletida no quadro epidemiológico da população brasileira, pois, segundo dados do IBGE, é alta a mortalidade infantil por diarréia, patologia esta fortemente associada às condições da infra-estrutura sanitária. A rede coletora de esgotos, uma estrutura de grande extensão do sistema coleta e transporte de esgotos sanitários e de maior investimento é o componente que afasta os dejetos para longe da população. No entanto observa-se uma escassez nos investimentos para a pesquisa científica neste componente. Quanto a coleta e condução, tema objeto desta pesquisa, reconhece-se que até o momento há escasso desenvolvimento de pesquisas na linha da determinação de valores reais do coeficiente de Manning (n), que representa o coeficiente de rugosidade das tubulações. Tradicionalmente, de acordo com ALÉM SOBRINHO e TSUTIYA (1999), no Brasil, as tubulações coletoras públicas de esgoto têm sido projetadas com o uso do ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 coeficiente de rugosidade n de Manning igual a 0,013, independentemente do material da tubulação coletora. Este valor, no entanto, foi definido para material cerâmico, o qual, generalizado para PVC. O objetivo desta pesquisa foi determinar coeficiente n, em tubulações de PVC e manilha cerâmica, operando em condições críticas de funcionamento hidráulico, com verificação da tensão trativa. Tal determinação permitiu comparar as respectivas rugosidades do PVC e da cerâmica (MC), sob condições usuais de instalação e solicitação. Escoamento em canais As redes coletoras de esgotos, salvo algumas exceções (sifão invertido e linhas de recalque), caracterizam-se como canais em escoamento livre, pois o escoamento do líquido é sob pressão atmosférica. Para efeitos de dimensionamento o regime de escoamento, das redes coletoras de esgoto, é admitido permanente e uniforme (ALÉM SOBRINHO e TSUTIYA, 1999). O escoamento permanente ocorre quando, em cada seção isoladamente, as características hidráulicas não variam, a vazão permanece constante e ao longo do tempo o vetor velocidade não se altera em grandeza e em direção em cada seção. Pode ocorrer uma variação de uma seção para outra e então, o escoamento será dito variado. Porém, se as características permanecerem constantes, não variando de seção para seção, ele será dito uniforme. Sendo escoamento variado essa variação poderá ser gradual, onde o fluxo é denominado gradualmente variado ou poderá ser chamado de bruscamente variado, quando a variação é brusca. Nos escoamentos não permanentes, ao contrário do que ocorre no escoamento permanente, a vazão é variável, ou seja, as características hidráulicas do fluxo se alteram com o tempo (PORTO, 1999). O escoamento permanente gradualmente variado se dá quando da existência de algum tipo de singularidade, por exemplo uma barragem, que provoque uma alteração no nível da água, podendo ser a montante ou a jusante desta singularidade. Normalmente o escoamento gradualmente variado se estende a consideráveis distâncias da singularidade que lhe deu origem. A diferença entre a nova altura e a altura normal do tirante d água é denominada remanso. A curva de remanso pode ficar acima ou abaixo do nível normal, pois dependendo das características do canal, da vazão e das condições de extremidades, tal diferença pode ser positiva ou negativa. Segundo PORTO (1998), classifica-se as curvas de remanso segundo a declividade de fundo I do canal e da declividade crítica, em cinco classes: classe M, classe S, classe C, classe H e classe A (PORTO, 1998). Coeficiente de Manning (n) Em 1889 o engenheiro irlandês Robert Manning apresentou uma fórmula para o escoamento em canais, que depois foi modificada até a forma atualmente conhecida: V= 2/3 1.R H.I 1/2 (01) n onde, V: velocidade (m/s); R H : raio hidráulico (m) ; I: declividade (m/m); n: coeficiente de atrito ou rugosidade. Manning primeiro apresentou a fórmula em um artigo científico, em 4 de dezembro de 1889, em um Congresso do Instituto dos Engenheiros Civis da Irlanda. Para a derivação do expoente de R H, foi feito uso dos dados do experimento de Bazin em canais artificiais. Para diferentes formas de rugosidades, o valor médio encontrado para o expoente variou de 0,6499 a 0,8395. Considerando esta variação, Manning adotou um valor aproximado de 2/3 para o expoente. A fórmula de Manning foi sugerida para uso internacional por Lindquist no Encontro Regional Escandinavo da Conferência Mundial de Energia em Estocolmo em A recomendação final para este uso foi feita pelo Comitê Executivo da 3ª Conferência Mundial de Energia realizada em 1936, em Washington, D. C. Vários fatores são intervenientes no valor do coeficiente de Manning (n), entre eles pode se citar: rugosidade superficial, irregularidades do canal, alinhamento do canal, sedimentação, obstruções, tamanho e formato do canal, vazão, mudanças sazonais e material suspenso. Uma das variáveis intervenientes mais importantes, na avaliação do coeficiente de Manning (n), é a rugosidade da tubulação. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Determinação do Coeficiente de Manning a partir de dados experimentais BLOODGOOD e BELL (1961) pesquisaram tubulações de diferentes materiais, declividade e tamanhos. O tubo usado nos testes foi colocado no nível desejado sobre cavaletes e a declividade foi estabelecida com precisão. As linhas sobre o cavalete tinham 94,44 m de comprimento e existiam 7 pontos ao longo da linha onde foram instalados tubos piezométricos. A água usada nos testes foi tomada do sistema de abastecimento municipal. Para as diferentes declividades, vazões e tamanho de cada tubo, 57 testes separados foram feitos, sendo 23 com cada tubo de cimento-amianto e 11 com o tubo de ferro-fundido. Os resultados dos estudos do tubo de 10,16 cm de diâmetro para as duas declividades mostraram que a média de n foi: a) ferro-fundido: 0,00835, b) cerâmico: 0,00865 e c) cimento-amianto: 0, Os resultados do estudo no tubo de 20,32cm de diâmetro para uma declividade de 0,004 mostraram que a média do n de Manning foi: a) cimento-amianto: 0,01037 e b) cerâmico: 0, Critérios de projeto para o dimensionamento das tubulações de esgoto O projeto hidráulico-sanitário das tubulações de esgoto envolve considerações sobre os aspectos hidráulicos e bioquímicos. Relativo à hidráulica do escoamento, as tubulações funcionam como condutos livres transportando vazões máximas e mínimas. Já as reações bioquímicas devem ser consideradas no intuito de controlar a produção de sulfeto de hidrogênio. Dentre os critérios hidráulicos que devem ser avaliados destaca-se o critério da Tensão Trativa, a qual veio substituir os critérios da velocidade e lâminas mínimas, por ocasião da promulgação da Norma NBR 9649 Projeto de redes coletoras de esgotos sanitários. Na parede da tubulação coletora de esgoto ocorre uma tensão, proveniente do componente tangencial do peso do líquido, que atua sobre a unidade de área da parede e que promove o arraste do material sedimentado, essa tensão é denominada Tensão Trativa. σ = γ. R. I (02) H onde: σ: Tensão Trativa média (Pa); ϒ: peso específico do líquido, 10 4 N/m 3 ; R H : Raio hidráulico (m); I: declividade da tubulação (m/m); Denomina-se σ de Tensão Trativa média, pois ela representa um valor médio da tensão ao longo do perímetro molhado da seção transversal considerada. Deve-se considerar que a Tensão Trativa é diretamente proporcional à declividade I da tubulação, a qual é diretamente relacionada com o referido coeficiente n pela equação da velocidade de Manning (ver equação 01). Como se vê a declividade aumentará com um coeficiente n maior, e por conseqüência, a σ também aumentará, daí a importância da Tensão Trativa no estudo da rugosidade. Na Norma NBR 9649 foi adotada que a ação de autolimpeza, para evitar a deposição de materiais sólidos prejudiciais, presentes no esgoto, é obtida pela manutenção de uma tensão trativa mínima de 1 Pa. A declividade mínima é definida em função da tensão trativa mínima de 1 Pa, o coeficiente de rugosidade de Manning (n) igual a 0,013 e para a vazão inicial (Q i ), conforme a seguinte equação da Norma NBR 9649: Mínima ( I min ): I min = 0,0055 Q i -0,47 (03) Um outro critério de importância, a se destacar, é relativo à vazão mínima de projeto, Q i, a qual não pode ser inferior a 1,5 L/s, valor imposto como critério de projeto na NBR Materiais de redes coletoras Segundo ALÉM SOBRINHO e TSUTIYA (1999), os sistemas de coleta e transporte de esgoto têm sido executados em tubos cerâmico, concreto, plástico, ferro fundido e aço. Os autores ainda apresentam os seguintes critérios a serem observados, na definição do material: resistência a cargas externas, resistência à abrasão e ao ataque químico, facilidade de transporte, disponibilidade de diâmetros necessários, custo do material, custo de transporte e custo de assentamento. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 METODOLOGIA A presente pesquisa constitui-se de atividades de campo no intuito de monitorar de redes piloto de coleta de esgotos sanitários, em diferentes diâmetros. Foram instaladas redes piloto em PVC e manilha de barro a uma ETE, propiciando desta forma a avaliação da rugosidade sob condições normais de solicitação: vazão variável, esgoto sanitário real e declividades mínimas. Figura 1: Instalação Piloto, para o estudo da rugosidade de tubulação, junto a ETE Belém O Piloto foi construído na Estação de Tratamento de Esgotos ETE Belém, em Curitiba e está localizado ao lado do tratamento preliminar da Estação de onde é coletado o esgoto já gradeado, porém não desarenado, e é dirigido às tubulações do piloto (ver figura 1). A distribuição do esgoto é feita na caixa de entrada, constituída de um reservatório de equalização, onde a tubulação de desvio do canal da ETE descarrega o esgoto na parte inferior do referido compartimento. Sobre esse compartimento existem dois tipos de vertedores, um vertedor retangular que serve para o controle do volume e que descarrega o excesso para um extravasor e quatro vertedores triangulares (ângulo de 90º) que servem para dividir a vazão entre as quatro linhas estudadas. Existem cinco tubulações, que ligam a caixa de entrada à caixa de saída (jusante). Quatro dessas tubulações são as estudadas e estão divididas da seguinte maneira: duas tubulações de PVC, sendo uma de diâmetro 150 mm e outra de 250 mm e duas tubulações de Manilha cerâmica (MC), também de 150 mm e outra de 250 mm. As tubulações foram recortadas em três pontos cada, na sua parte superior, no intuito de realizar as medidas de lâminas de água (ver figura 2). A quinta tubulação é constituída de tubos de PVC 250 mm, e serve como extravasor do excesso de vazão de esgoto e que é desviado pelo vertedor retangular existente na caixa de entrada. O comprimento existente nas tubulações, entre a caixa de entrada e a caixa de saída, é de 26 m. Ao final das linhas de tubulações de estudo existe uma caixa, a qual é dividida longitudinalmente, formando dois compartimentos. As tubulações descarregam o esgoto no primeiro compartimento, que também é dividido, porém transversalmente, em quatro câmaras. Estas quatro câmaras são interligadas ao segundo compartimento maior através de registros de gaveta. A divisão dos compartimentos foi executada com o intuito de se determinar a vazão, em cada linha pesquisada, pelo método volumétrico.. Na segunda câmara, o esgoto descarregado das linhas e também aquele extravasado da caixa de entrada é retornado por gravidade, para a elevatória de esgoto bruto da ETE Belém. Quanto à garantia da declividade de projeto, isto foi alcançado com a utilização de apoios intermediários, facilmente reguláveis em altura (girando-se um parafuso), para as tubulações pesquisadas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Volante dos Registros de Gaveta 2º Compartimento 1º Compartimento a) Tubulações em estudo b) Caixa de jusante para medição volumétrica de vazão e descarte das vazões Procedimento experimental Figura 2: Detalhes da Instalação Piloto Na Instalação Piloto foram determinados os seguintes parâmetros: medição da profundidade da lâmina de esgoto, medição da vazão afluente em cada tubulação, temperatura do ar, caracterização do esgoto bruto afluente à ETE, com uma freqüência de três vezes por semana. Tais atividades desenvolveram-se ao longo de 02 meses na primeira fase (junho a julho de 2001), onde se utilizou o tubo Vinilfort, 12 meses na segunda fase (dezembro de 2001 a dezembro de 2002), onde se utilizou o tubo Ultravinil e 02 meses na terceira fase (dezembro de 2002 a fevereiro de 2003) também com a utilização do tubo Ultravinil. Desenvolveu-se uma análise estatística, através da estimativa das médias, desvios-padrão e variâncias, assim como da aplicação da análise de variância, correlação e regressão linear, para avaliar o comportamento do coeficiente n de Manning em função do comportamento de outras variáveis. Para os dados do segundo e terceiro períodos a análise estatística foi completa, ou seja, inclui a Análise de Variância (ANOVA), de fator duplo, com um nível de significância de 5%, a correlação e regressão linear. RESULTADOS E DISCUSSÃO Resultados do coeficiente de Manning (n) a. Período: Dezembro 2001 a Dezembro Na tabela 1 são apresentadas as médias de n nos pontos 1, 2, e 3 das tubulações ensaiadas, para as vazões dispostas em ordem crescente. Através da análise de variância, observou-se que os valores de n variam significativamente com a posição e com a vazão, para todas as tubulações estudadas, portanto, para qualquer uma das tubulações ensaiadas, deve ser considerado um valor de n para cada combinação posição x vazão, sendo estes aqueles valores médios apresentado na tabela 1. Comparando os resultados percebe-se que para o PVC os valores de n no ponto 1, são menores que aqueles observados para MC, no entanto, para os pontos 2 e 3 inverte-se a relação, os valores de n de PVC são maiores que os correspondentes do MC. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Tabela 1 Valores Médios de n Observados nos Pontos 1, 2 e 3, para Vazão Crescente PVC Diâmetro 150mm Faixa de Vazão (l/s) n ,11 a 1,33 0,010 0,017 0,015 1,33 a 1,61 0,009 0,020 0,018 1,61 a 1,97 0,008 0,016 0,016 1,97 a 2,57 0,008 0,010 0,014 MC Diâmetro 150mm 0,15 a 1,10 0,023 0,014 0,033 1,12 a 1,43 0,022 0,018 0,040 1,43 a 1,69 0,022 0,015 0,032 1,69 a 2,50 0,021 0,010 0,024 PVC Diâmetro 250mm 0,05 a 1,61 0,007 0,056 0,111 1,61 a 1,93 0,006 0,051 0,052 1,96 a 2,36 0,006 0,042 0,047 2,36 a 3,12 0,006 0,040 0,033 MC Diâmetro 250mm 0,26 a 1,42 0,014 0,013 0,037 1,47 a 1,86 0,009 0,013 0,037 1,88 a 2,20 0,013 0,012 0,031 2,21 a 2,83 0,013 0,010 0,024 Nota: N = 29 dados Com relação a análise de variância observou-se que, para a tubulação de PVC e para os três pontos avaliados da tubulação, a influência da variação do diâmetro é significativa sobre a variação do n; portanto deve-se adotar um n por diâmetro. Já para a tubulação de MC, constatou-se, para os 2 primeiros pontos, que a influência da variação do diâmetro é significativa sobre a variação do n, portanto deve-se adotar um n por diâmetro. Para o terceiro ponto n não varia significativamente com o diâmetro, por conseqüência pode-se adotar um valor médio independente do diâmetro. Já a vazão influencia de forma significativa nos pontos 02 e 03. Médias dos valores de n observados em diferentes materiais e vazões, para um dado ponto de um dado diâmetro. Para o diâmetro de 150 mm percebe-se que, para os pontos 01 e 03, os valores de n da MC são superiores àqueles do PVC. No entanto, no ponto 02 inverte-se tal quadro, pois os valores de n do PVC são levemente maiores. A tabela 1 indica que os valores de n do PVC são maiores do que os do MC, porém deve-se salientar o surgimento de problemas no ensaio, os quais tiveram uma grande influência sobre o tubo de PVC 250 mm. Esses problemas estão enumerados a seguir: - Acúmulo de areia em pontos baixos, devido a um desalinhamento vertical na tubulação; - Deslocamento horizontal da tubulação. Deve-se salientar, que estes problemas, ocorreram mais intensamente na tubulação de PVC de diâmetro 250 mm. A análise de variância realizada permitiu constatar que o valor de n, para os pontos 01 e 03 do diâmetro 150 mm, é influenciado pela variação do material. Não obstante, no ponto 02 o material não implica em variação de n. Isto ratifica a observação feita para o ponto 02. Os valores de n do PVC são levemente maiores que os da MC. Ou seja, são valores praticamente iguais. Para o diâmetro de 250 mm observou-se que o n varia, significativamente com o tipo de material empregado Portanto deve-se assumir um valor de n para cada ponto. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Averiguação da Influência da Sazonalidade sobre o valor de n Objetivou este estudo averiguar a existência de alguma relação entre n e as estações do ano. Para tanto, foram desenvolvidas análises de correlação e de regressão entre os valores de n e a temperatura ambiente, para as quatro linhas de tubulação e para as quatro estações do ano. Assim sendo, houve correlação significativa entre: - n e a temperatura ambiente, no outono, para todas as tubulações estudadas; - n e a temperatura ambiente, no inverno, apenas para o PVC 150 mm e MC 150 mm; b. Período: Dezembro 2002 a Fevereiro Na tabela 2 são apresentadas as médias de n nos pontos 1, 2, e 3 das tubulações ensaiadas, para as vazões dispostas em ordem crescente. Observando a tabela 2, é notório que para o diâmetro de 150 mm, o tubo de PVC apresente, em geral, menores valores de n que o MC. Tal relação inverte-se para o diâmetro de 250 mm. Os valores de n para o PVC são maiores. A análise de variância foi realizada, de maneira a observar se os valores de n variam de forma significativa com a posição do tubo (variação de posição), mas, em geral, não variam significativamente com a vazão. Observou-se que, com relação a posição, a variação significativa de n segue àquela já detectada no período anterior, para as quatro linhas de tubulação, todavia com relação a vazão há uma alteração importante, que em três linhas estudadas, n não varia de maneira significativa com a vazão, com exceção da tubulação de MC de diâmetro 150 mm. Tabela 2 Valores Médios de n Observados nos Pontos 1, 2 e 3, para Vazão Crescente PVC Diâmetro 150mm Faixa de Vazão (l/s) n ,45 a 1,91 0,016 0,018 0,008 2,21 a 2,26 0,008 0,018 0,009 2,31 a 2,57 0,014 0,016 0,010 MC Diâmetro 150mm 1,03 a 1,45 0,021 0,021 0,029 1,57 a 1,83 0,016 0,021 0,027 1,93 a 2,23 0,016 0,018 0,025 PVC Diâmetro 250mm 2,07 a 2,34 0,011 0,035 0,035 2,36 a 2,49 0,013 0,028 0,037 2,66 a 3,19 0,012 0,032 0,034 MC Diâmetro 250mm 1,64 a 2,15 0,009 0,010 0,024 2,21 a 2,43 0,010 0,016 0,026 2,53 a 2,95 0,009 0,015 0,026 Nota: N= 4 dados Médias dos valores de n observados em diferentes diâmetros e vazões para um dado ponto de um dado material. A análise de variância realizada mostrou, para a tubulação de PVC, que o n não varia significativamente com a vazão, para todos os pontos, porém varia com diâmetro nos pontos 02 e 03. Já para a tubulação de MC, constatou-se que para os 2 primeiros pontos, a influência da variação do diâmetro é significativa sobre a variação do n. Portanto deve-se adotar um n por diâmetro, os quais constam na tabela 2, observando-se que tal variação seguiu a tendência observada na análise realizada no período anterior. Para o terceiro ponto n não varia significativamente com o diâmetro, por conseqüência pode-se adotar um valor médio, independente do diâmetro, quanto a vazão o n não varia significativamente ao longo dos pontos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Médias dos valores de n observados em diferentes materiais e vazões, para um dado ponto de um dado diâmetro. Indiscutivelmente, a tabela 2 mostra que os valores de n para o PVC 250 mm são superiores àqueles referentes ao MC 250 mm. Os resultados da análise de variância mostraram que, para a tubulação de 150 mm, o n varia, significativamente, tanto com o material quanto com a vazão, com exceção do ponto 3 para a vazão. Deve-se, portanto, assumir um valor de n para cada ponto. Já para a tubulação de diâmetro 250 mm, constatou-se que o n varia significativamente com o tipo de material empregado. Deve-se, assim, assumir um valor de n para cada ponto, no entanto, para diâmetro de 250 mm, a variação de vazão não apresentou influência significativa. Análise estatística dos dados de sólidos dos esgotos Esta análise objetiva averiguar se os percentuais de sólidos retidos nas tubulações apresentam algumas relações significativas com os valores de n observados. Neste sentido, num primeiro instante são avaliados os percentuais médios de remoção de sólidos para, numa análise posterior, efetivamente avaliar a existência de correlação entre os percentuais removidos de sólidos e os valores de n levantados. Cumpre ainda observar que os tipos de sólidos considerados nesta análise são os suspensos (em mg/l) e sedimentáveis (ml/l). É importante destacar este fato pois, apesar de terem sido analisados todos os tipos de sólidos apenas os dois tipos acima citados tornam-se mais relevantes, pois são os relacionados a sedimentação. Avaliação dos percentuais Médios Ponderados de remoção de Sólidos Suspensos e Sedimentáveis, para as tubulações PVC e MC de 250 mm Os resultados da avaliação dos percentuais de remoção de sólidos suspensos e sedimentáveis encontram-se dispostos nas tabelas 3 e 4, a seguir, sendo a média utilizada a média ponderada: Tabela 3 Porcentagem de sólidos suspensos retidos nas tubulações Tubulação Q (L/s) Faixa de Vazão (L/s) SSafluente (mg/l) SSefluente % de SS retido (mg/l) PVC 250 mm 1,69 0,77 a 2,36 344,20 299,80 12,9 MC 250 mm 1,39 0,62 a 2,21 321,00 315,20 1,8 Nota: N= 11 dados As tabelas 3 e 4 demonstram, para uma vazão média de 1,69 L/s e 1,39 L/s, para as tubulações de PVC 250 mm e MC 250 mm, respectivamente, que os sólidos suspensos são retidos na tubulação e que os sólidos sedimentáveis são removidos da mesma. Tubulação Tabela 4 Porcentagem de sólidos sedimentáveis retidos nas tubulações Q (L/s) Faixa de Vazão (L/s) SSedafluente (ml/l) SSedefluente (ml/l) 4,3 % de SSed retido PVC 250 mm 1,69 0,77 a 2,36 4,3 0,0 MC 250 mm 1,39 0,62 a 2,21 3,4 0,7 17,3 Nota: N= 11 dados Foi realizada, a partir dos dados coletados, uma análise de correlação entre os percentuais retidos de sólidos e o coeficiente n de Manning, onde se observou que, em todos os casos analisados r < r c, portanto, não existe correlação significativa entre n e o percentual de sólidos retidos, suspensos e sedimentáveis, observados para todas as tubulações. Cabe salientar que foram observados alguns problemas nas medições realizadas no período de dezembro de 2001 a maio de 2002, onde se verificou um grande acúmulo de sólidos no ponto 3 da tubulação de PVC 250 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 mm, provavelmente decorrente de um recalque dessa tubulação na direção vertical, e igualmente um deslocamento na horizontal. Isto ocorreu, com maior ou menor grau, em todas as tubulações, sendo que nas redes cerâmicas houve a necessidade de substituir alguns tubos devido a trincas ocasionadas pelo movimento ocasionado pelo recalque diferencial. Análise dos dados de tensão trativa e declividades Neste item, para os dois períodos, são apresentados os valores de projeto e aqueles calculados e medidos ao longo da pesquisa, referentes às variáveis: Tensão Trativa e Declividade das tubulações. O estudo foi desenvolvido para o ponto 02. As tabelas 5 e 6 apresentam, respectivamente, os dados de tensão trativa e declividade, para o Período de dez/2001 a dez/2002. Tabela 5 Tensão trativa média para as linhas em estudo no 2º período Tensão Trativa (Pa) PVC 150 mm MC 150 mm PVC 250 mm MC 250 mm De projeto 0,6 1,0 0,6 1,0 Média para o Período 0,7 0,9 0,9 0,7 Tabela 6 Declividade das tubulações I (m/m) PVC 150 mm MC 150 mm PVC 250 mm MC 250 mm Início de Projeto 0, , , ,00332 Final de Projeto 0, , , ,00332 Média 0, , , ,00332 Como se verifica na tabela 5, nota-se que, para as tubulações de 150 mm, as tensões trativas calculadas estão próximas das de projeto. Nas tubulações de 250 mm, no entanto, as tensões trativas de projeto e calculadas estão relativamente distantes. Quanto às declividades, observa-se na tabela 6, ao final da respectiva fase, uma alteração nas declividades das tubulações, devido ao fato das mesmas terem desalinhado. Devido a este fato, para esta análise foi determinada a média entre o início e o final do período de pesquisa. Observa-se que as declividades, da tubulação de PVC, permaneceram menores que as declividades das tubulações de MC. A tabela 7 apresenta os dados de tensão trativa, para o 3º Período (dez/2002 a fev/2003). Tabela 7 Tensão trativa média para as linhas em estudo no 3º período Tensão Trativa (Pa) PVC 150 mm MC 150 mm PVC 250 mm MC 250 mm De projeto 0,6 1,0 0,6 1,0 Média para o Período 0,9 1,2 0,9 0,9 Como se verifica na tabela 7, nota-se que, para as tubulações de 150 mm as tensões trativas calculadas estão próximas do valor de 1,0 Pa, porém a tensão trativa da tubulação de PVC permaneceu menor que a de MC. Para as tubulações de 250 mm as tensões trativas se igualaram. Quanto às declividades, deve-se apenas salientar que no início foi feito um realinhamento nas tubulações, tornando-se razoável admitir que a declividade de projeto permaneceu inalterada até o final do período em questão. Análise determinística dos dados brutos Neste item foi determinado o tipo de curva de remanso existente no escoamento. Os cálculos realizados mostraram que, em todos os pontos, de todas as tubulações, inclusive para as lâminas médias, as declividades de fundo dos canais são maiores que as declividades críticas, por tal conclui-se que os canais possuem declividades fortes, cuja curva de remanso é do tipo S. Também foi constatado, em todas as tubulações, em todos os pontos e também para as lâminas médias, que a lâmina crítica (Y c ) é maior que lâmina normal (Y 0 ) e as duas são maiores do que a lâmina medida (Y n ). Concluiu-se, portanto que o controle é exercido a montante, na entrada das tubulações. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES Sobre os valores do coeficiente de Manning (n) Avaliando-se globalmente os períodos, infere-se, portanto que a posição na tubulação interfere no n, enquanto a interferência ocasionada pela vazão ocorre somente em alguns casos. Já quanto ao diâmetro, recomenda-se assumir um valor de n para cada diâmetro do tubo de PVC e MC. Para a grande maioria dos resultados encontrados, observou-se variação significativa em função do material, tanto para o diâmetro de 150 mm, quanto para o diâmetro de 250 mm. Não houve influência significativa de sazonalidade sobre o valor de n. Apenas no outono percebeu-se relação, o que se revelou um caso isolado. Em síntese, as conclusões anteriores indicaram que n varia ao longo de tubulação, além de variar com a vazão, o diâmetro e o material, considerando estas condicionantes especificas. Com isso obtiveram-se os seguintes valores de n de Manning, apresentados na tabela 8. Tabela 8 Valores médios de n de Manning obtidos no estudo 150 mm (dez/2001 a dez/2002) n Vazão Média (L/s) Sobre os valores da tensão trativa PVC MC PVC MC PVC MC 1,51 0, ,220 0,018 0, ,017 0,036 2,00 0,008 0,021 0,010 0,010 0,014 0, mm (dez/2002 a fev/2003) 1,71 0,013 0,018 0,018 0,021 0,008 0,028 2,11 0,012 0,016 0,017 0,019 0,009 0, mm (dez/2001 a dez/2002) 1,41 0,006 0,011 0,053 0,013 0,081 0,037 2,31 0,006 0,013 0,041 0,011 0,040 0, mm (dez/2002 a fev/2003) 2,22 0,012 0,009 0,031 0,025 0,029 0,025 2,60 0,012 0,009 0,030 0,020 0,035 0,026 Comparando o PVC 150 mm com o MC 150 mm, no 2º período, o PVC operou com declividade e tensão trativa menores, todavia, com valores de n que não diferem significativamente entre si. Ou seja, valores de n praticamente iguais, entre PVC e MC, com a diferença significativa de que a tubulação de PVC admitiu uma declividade menor. Observar que o PVC 250 mm operou com tensão trativa média superior ao MC 250 mm, todavia com declividade menor. Neste caso, preponderou o fator do maior raio hidráulico para o PVC 250 mm. Para o 3º período, relativo ainda aos tubos de 150 mm, PVC e MC, verificou-se que a tubulação PVC operou também com tensão trativa e declividades menores. Porém neste caso, com valores de n, de ambas as tubulações (para o ponto 02), que não diferem entre si. Observa-se neste caso, que o n PVC é ligeiramente menor que o n do MC. Já no caso do PVC 250 mm, a tensão trativa foi igual a do MC 250 mm, onde a declividade do primeiro (PVC 250 mm) manteve-se menor que a do segundo (MC 250 mm). AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o CEDIPLAC (Centro de Desenvolvimento e Documentação da Indústria de Plástico para a Construção Civil), pelo fomento e apoio financeiro, e a SANEPAR (Companhia de Saneamento do Paraná), pela cessão das instalações e pelo apoio técnico-operacional. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 10

11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Ackers, P. - Resistance of fluids flowing in channels and pipes. Hydraulics Research Paper NoI. London, Além Sobrinho, P. e Tsutiya, M. T. - Redes Coletoras de Esgotos Sanitários - Critérios de Projeto. São Paulo Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR 9649: Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário: procedimento. Rio de Janeiro, Bloodgood, D. E. e Bell, J. M. - Manning s Coefficient Calculated from Test Data. In: Journal WPCF. 33 (2): Fevereiro de Gomes, C. S. -Dimensionamento de Coletores de Esgoto e Redes de Distribuição de Água usando a Fórmula Universal, In: Sanare,. 3 (3): Jan/Mar Motta, S. L. - Tratamento de Esgoto Doméstico em Bio-Reator Aeróbio de Leito Fixo Submerso - tese de mestrado em ciências em engenharia civil da UFRJ, Rio de Janeiro - RJ, abril de Perkins, J. e Gardiner, I. M. - Measurements of the hydraulic roughness of slimed sewer pipes, Report No. IT 237, july, 1982, Crown Copyright. 8. Porto, R. M. - Hidráulica Básica. Projeto Reenge, USP. São Carlos, ª edição. 9. Santos, D. C. dos; Aisse, M. M.; Gomes, C. S.; Lobato, M. B.; Vicente, R.; Franco, P. N. C. Determinação da rugosidade de tubulações de PVC para esgotos sanitários, em condições críticas de funcionamento hidráulico, no uso em despejos de esgotos sanitários, com a verificação das declividades e lâminas mínimas e força trativa. Curitiba, abril de WPCF - Projeto e Construção de Esgotos Sanitários e Pluviais, WPCF - Manual Prático no 9, ASCE - Manual de Engenharia Prática no 37, Washington, 1960, 3a Edição, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 11