COMPONENTES DE SISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS 4.1. Introdução A coleta e o transporte das águas residuárias desde a orige até o lançaento final constitue o fundaento básico do saneaento de ua população. Os condutos que recolhe e transporta essas vazões são denoinados de coletores e o conjunto dos esos copõe a rede coletora. A rede coletora, os eissários, as unidades de trataento, etc, copõe o que é denoinado de sistea de esgotos sanitários. O estudo dos sisteas de esgotaento, suas unidades e seus eleentos acessórios envolve, naturalente, ua terinologia própria a qual será objeto de estudo neste capítulo. 4.2. Terinologia Básica A seguir serão apresentados conceitos e definições de coponentes e acessórios diversos dos sisteas de esgotos sanitários. Bacia de Drenage: área deliitada pelos coletores que contribue para u deterinado ponto de reunião das vazões finais coletadas nessa área. Caixa de Passage (CP): câara subterrânea se acesso, localizada e pontos singulares por necessidade construtiva e econôica do projeto. Coletor de Esgoto: tubulação subterrânea da rede coletora que recebe contribuição de esgotos e qualquer ponto ao longo de seu copriento, tabé chaado coletor público. Coletor Principal: coletor de esgotos de aior extensão dentro de ua esa bacia. Coletor Tronco: tubulação do sistea coletor que recebe apenas as contribuições de outros coletores. Corpo Receptor: curso ou assa de água onde é lançado o efluente final do sistea de esgotos. Diâetro Noinal (DN): núero que serve para indicar as diensões da tubulação e acessórios. Eissário: canalização que deve receber esgoto exclusivaente e sua extreidade de ontante, pois se destina apenas ao transporte das vazões reunidas. Estação Elevatória de Esgotos (EEE): conjunto de equipaentos, e geral dentro de ua edificação subterrânea, destinado a proover o recalque das vazões dos esgotos coletados a ontante. Estação de Trataento de Esgotos (ETE): unidade do sistea destinada a propiciar ao esgoto recolhido de ser devolvido a natureza se prejuízo ao eio abiente. Interceptor: canalização que recolhe contribuições de ua série de coletores de odo a evitar que deságüe e ua área a proteger, por exeplo, ua praia, u lago, u rio, etc. Ligação Predial: trecho do coletor predial situado entre o liite do lote e o coletor público. Órgãos Acessórios: dispositivos fixos se equipaentos ecânicos (definição da NBR 9649/86 - ABNT). Passage Forçada: trecho co escoaento sob pressão, se rebaixaento. Poço de Visita (PV): câara visitável destinada a peritir a inspeção e trabalhos de anutenção preventiva ou corretiva nas canalizações - é u exeplo de órgão acessório. Profundidade do Coletor: a diferença de nível entre a superfície do terreno e a geratriz inferior interna do coletor (Figura 4.1). Recobriento do tubo coletor: diferença de nível entre a superfície do terreno e a geratriz superior externa do tubo coletor. Rede Coletora: conjunto de condutos e órgãos acessórios destinado a coleta e reoção dos despejos gerados nas edificações, através dos coletores ou raais prediais. Sifão Invertido: trecho de conduto rebaixado e sob pressão, co a finalidade de passar sob obstáculos que não pode ser transpassados e linha reta. Sistea Coletor: Toido o conjunto sanitário, constituído pela rede coletora, eissários, interceptores, estações elevatórias e órgãos copleentares e acessórios. Tanque Fluxível: reservatório subterrâneo de água destinados a fornecer descargas periódicas sob pressão detro dos trechos de coletores sujeitos a sedientação de aterial sólido, para prevenção contra obstruções por sedientação progressiva.
Terinal de Lipeza (TL): dispositivo que perite introdução de equipaentos de lipeza, localizado na extreidade de ontante dos coletores. Trecho de coletor: segento de coletor, interceptor ou eissário liitado por duas singularidades consecutivas, por exeplo, dois poços de visita. Tubo de Inspeção e Lipeza (TIL): dispositivo não visitável que perite a inspeção externa do trecho e a introdução de equipaentos de lipeza. Tubo de Queda (TQ): dispositivo instalado no PV de odo a peritir que o trecho de coletor a ontante deságüe no fundo do poço. Figura 5.1 - Terinologia da vala de assentaento de u coletor 4.3. Coentários Dependendo da ocorrência de áreas onde os coletores não possa continuar ou eso desaguar o esgoto bruto, deverão ser projetados interceptores, assi coo a necessidade de transporte de vazões finais para pontos distantes da área de coleta forçará a construção de u eissário. O lançaento subaquático no ar ou sob rios caudalosos noralente poderá ser realizado através de eissários co elevatória na extreidade de ontante. As estações de trataento de esgotos (ETE) ocorrerão quando os corpos receptores das vazões esgotáveis não possuíre capacidade de absorção da carga orgânica total. A capacidade das ETE será diensionada de odo que o efluente contenha e seu eio ua carga orgânica suportável pelo corpo receptor, ou seja, que não lhe cause alterações danosas ao seu equilíbrio co o abiente natural. A ocorrência de estações elevatórias é freqüente e cidades de grande porte, situadas e áreas planas ou eso co declividade superficiais inferiores as ínias requeridas pelos coletores para seu funcionaento noral. Nestas ocorre que no desenvolviento das tubulações coletoras, estas vão continuaente afastando-se da superfície até atingire profundidades inaceitáveis e teros práticos, requerendo assi, que se eleve as cotas dos coletores a profundidades ínias ou racionais, sendo isto soente possível através de instalações de recalque de cujo efluente partirá u novo coletor que poderá, eventualente, até terinar e outra unidade de recalque. Por ua situação siilar a ocorrência de estações elevatórias é freqüente e interceptores extensos, principalente aqueles que protege argens aquáticas, nos eissá-rios e nas entradas das ETE, visto sere estas noralente estruturas a céu aberto
(lagoas de estabilização, filtros biológicos e valos de oxidação) ou fechadas, as apoiadas na superfície (biodigestores). Os sifões invertidos e as tubulações de recalque das elevatórias são as únicas unidades convencionais a funcionare sob pressão nos sisteas de esgotos sanitários. Na ipossibilidade da transposição e linha reta, inclinada corretaente, pela existência no local de obstáculos de qualquer natureza e que não possa ser reovidos ou atravessados, a indicação ais viável, e teros de econoia de operação, é o sifão invertido, considerando que o escoaento, ebora sob pressão, dar-se-á por gravidade, evitando assi, o consuo contínuo de energia elétrica e equipaentos de recalque peranentes, coo nas estações elevatórias. Diversos autores classifica poços de visita e dispositivos substitutos destes, coo órgãos acessórios obrigatórios das redes, enquanto que cita coo acessórios eventuais sifões invertidos, considerando que estes funciona juntos aos coletores co vazões contínuas e por gravidade, ocupando coo os poços de visita, u espaço natural das tubulações transportadoras, e tabé os tanques fluxíveis por estes peritire o funcionaento ininterrupto dos trechos a jusante. 4.4. Exercícios Quais as finalidades das redes coletoras de esgotos sanitários? Por definição u coletor tronco é u coletor principal? Todo sistea de esgotaento sanitário te interceptores? E eissários? Justificar. Os sifões invertidos funciona por gravidade? Hidraulicaente são condutos livres ou forçados? Por que as estações elevatórias são ditas "instalações eletroecânicas"? Qual a finalidade dos poços de visita? e dos tanques fluxíveis? Descrever a ocorrência, nos SES, das estações de trataento. Diagnosticar e opinar sobre o que são órgãos acessórios obrigatórios e eventuais das redes coleto-ras? Qual a finalidade das estações elevatórias e dos sifões invertidos? CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO / CONDIÇÕES TÉCNICAS 6.1. Introdução Os condutos sanitários, exceção os de recalques e sifões invertidos, funciona coo condutos livres e pode ser aplicados no seu diensionaento, as esas leis que rege o escoaento de águas, confore estudo desenvolvido no Capítulo 6. Os trechos iniciais dos coletores tê regies de escoaento extreaente variáveis, tendo e vista que depende diretaente do núero de descargas siultâneas, originárias dos conjuntos ou aparelhos sanitários, conectados às ligações prediais. A edida que o coletor estende-se para jusante o núero de descargas siultâneas vai auentando, be coo desaparecendo os intervalos se descargas nos coletores a ontante e, associando-se a isto, o decorrer de tepo de escoaento do líquido no interior dos condutos, fazendo co que o escoaento para jusante torne-se contínuo, variando, contudo, de intensidade ao longo do dia, coo ocorre co o consuo de água. 6.2. Hipótese de Cálculo 6.2.1. Hipótese Clássica No diensionaento clássico utiliza-se a hipótese de que o escoaento dar-
se-á e regie peranente e unifore e cada trecho, ebora se saiba que, principalente nos coletores, as vazões cresce para jusante e virtude dos acréscios oriundos das ligações prediais. Outros fatores poderia tabé ser considerados coo contrários a aplicação do conceito citado, tais coo: variação de vazão ao longo do dia, presença variável de sólidos, udanças de greide ou de cotas no poço de visita de jusante, etc. No entanto, coo o escoaento te que se dar e condições de lâina livre deve-se considerar, para efeito de cálculo, a situação ais desfavorável, a qual ocorrerá, se dúvida, no instante de aior vazão, na seção do extreo jusante do trecho e estudo. Aditindo-se, pois, a vazão áxia de jusante coo peranente e unifore ao longo do trecho, estar-se-á siplesente diensionando a favor da segurança quanto a sua capacidade, visto que se espera que para ontante ocorra, no áxio, e teros de lâina livre, ua situação seelhante a da seção final, visto que não é peritido diâetros diferentes e u eso trecho. Para efeito de validade do conceito aplicado, desconsidera-se tabé o rebaixaento da lâina a jusante, quando as cotas da calha do extreo jusante no trecho e do ontante do seguinte fore diferentes. No escoaento peranente e unifore não há variação na velocidade co tepo e na velocidade co a extensão, iplicando e que o escoaento darse-á e virtude do desnível geoétrico (igual a perda da carga no trecho), confinado e ua canalização capaz de coportar a vazão correspondente e nas condições adequadas. 6.2.2. Justificativa É fácil entender que a vazão de contribuição a cada instante é ua conseqüência da utilização siultânea dos aparelhos ou conjuntos sanitários, notadaente nas áreas de contribuição iniciais de projeto. No étodo clássico de deterinação das vazões de esgotos despreza-se esse conceito, ou seja, não se considera o odo da distribuição das contribuições na rede, que é ua conseqüência do tipo e distribuição do consuo de água e que depende da siultaneidade da utilização dos aparelhos, visto a coplexidade do estudo de hidrograas de escoaento, e geral construídos a partir de suposições teóricas carentes de confirações reais. É iportante lebrar que o étodo citado fornece bons resultados de funcionaento, principalente para pequenos projetos coo conjuntos habitacionais, pequenas cidades, etc, elhorando ainda ais no sentido de jusante das canalizações quanto as condições de escoaento, poré pode iplicar e obras superdiensionadas nos condutos principais, caso não seja considerado o efeito do aorteciento, principalente para bacias de drenage superiores a cinco quilôetros quadrados O diensionaento clássico é feito a partir da deterinação da vazão áxia de contribuição que, por sua vez, é calculada a partir do consuo áxio de água. Esse consuo pode ser proveniente de dois tipos: a) consuo relativo a trabalhos doésticos, abrangendo gastos na lavage de utensílios, cozinha, lipeza geral e vazaentos e b) consuo de uso pessoal coo banhos, descargas sanitárias, ablusões e lavagens de roupa. A separação dos consuos conceitualente é válida, pois o prieiro é constante, resultante de tarefas coletivas e cada residência, enquanto que o segundo depende, principalente, dos hábitos individuais, notadaente os higiênicos. 6.3. Condições Específicas Para diensionaento de coletores de esgotos ua série de liitações técnicas deve ser observada para que o processo de coleta e o rápido e seguro afastaento das águas residuárias seja garantido de fora contínua e adequada durante toda a vida útil do sistea. Co estes objetivos alcançados, consegue-se
aior vida útil para as tubulações, enores possibilidades de vazaentos (ocorrências ais freqüentes e condutos sob pressão) e condições ais desfavoráveis ao surgiento de anaerobiose, condição danosa para alguns ateriais utilizados na confecção dos tubos A garantia de funcionaento contínuo obté-se desde que não haja obstruções ou rupturas nos condutos por causa de sedientação de sólidos ou recalques negativos nas fundações de apoio às tubulações. Para aortizar os possíveis probleas de funcionaento por causa das variações de vazão ao longo do dia, aiores vazões iplica e aiores velocidades que ajuda a lipar o coletor e, durante a adrugada, quando ocorre as vazões ínias o líquido escoado te uito enos aterial e suspensão, ou seja, poucos sólidos a sere transportados. A NBR 9649/86 - ABNT relaciona ua série de condições específicas para diensionaento hidráulico dos coletores de esgoto as quais serão apresentadas a seguir: Seção A- Nos sisteas de esgotaento, e geral a seção circular é a ais epregada, considerando-se que essa é a que apresenta aior rendiento se coparada às deais seções e condições equivalentes, visto ser a que apresenta aior raio hidráulico, alé de enor consuo de atéria-pria para oldage dos seguientos (tubos). Grandes vazões, no entanto, iplica e grandes diâetros o que pode inviabilizar sua especificação diante de várias circunstâncias, confore será ostrado no Capítulo 15. As noras e especificações brasileiras indica, para os diversos tipos de ateriais, u diâetro ínio de do= 100. Vazão Q - Para todos os trechos da rede serão sepre estiadas as vazões de início Q i e final de plano Q f, para verificação do funcionaento do trecho nas situações extreas de vida do projeto, sendo que a vazão a considerar para deterinação das diensões de qualquer trecho não será inferior a 1,50 l/s o que eqüivale, aproxiadaente, a descarga de ua bacia sanitária. Tensão Trativa - A tensão trativa te sido reconhecida coo u bo critério de projeto e te substituído o critério anterior (até os anos 70) que era o da velocidade ínia para diensionaento de coletores. Para assegurar a autolipeza, evitando que os sólidos pesados sediente-se ao longo dos condutos e possa obstruí-los co o tepo, e liitar a espessura da caada de lio interna nas paredes, reduzindo a produção de sulfetos, a NBR 9649/86 recoenda que para cada trecho seja verificado u valor ínio de tensão trativa édia igual a 1,0 Pa ( = 1N/² para a vazão inicial Q i, se n = 0,013. Segundo a encionada nora este valor de tensão é suficiente para arrastar grãos de areia de 1,5 de diâetro ou enores e outros ateriais sedientáveis. Velocidade V - É lógico que quanto aior a velocidade elhores serão as condições de arraste, as por outro lado velocidades excessivas colocaria e risco a estrutura das tubulações, principalente nas juntas, alé de danificare as próprias paredes internas pelo efeito da abrasão, ao longo do tepo. Alé disso a turbulência acentuada contribuiria para a entrada de ar no eio líquido auentando, assi, a lâina líquida no interior do trecho. A NBR 9649 indica coo liite áxio a velocidade de 5,0/s, que logicaente, só ocorreria e condições finais de projeto. Para que não haja preocupações do ponto de vista da engenharia é recoendável não se trabalhar e trechos consecutivos, co velocidades superiores a 3,0/s. É iportante que se verifique a tensão trativa para as condições iniciais de projeto e as velocidades áxia e crítica esperadas para o fi do plano. Tradicionalente são recoendados os seguintes liites de velocidades V: - ferro fundido V até 6,0 /s - PVC, anilhas cerâicas V até 5,0 /s - concreto V até 4,0 /s - fibrociento V até 3,0 /s Rugosidade n - O coeficiente de rugosidade de Manning depende do diâetro, da fora e do aterial da tubulação, da relação y/do e das características do esgoto. Independente desta gaa de influências, é usual epregar-se n = 0,013 para esgotos sanitários tendo e consideração que o núero de singularidades (PV, TIL etc) independe do aterial da tubulação, be coo a foração logo após a entrada e uso, da caada de lio junto as paredes, uniforiza a resistência ao escoaento. E clias ais quentes e declividades acentuadas esta caada de lio pode se tornar enos significativa e relação ao aterial das paredes, principalente na parte inferior da seção olhada.
Declividade I o- Definidas as vazões de projeto (inicial e final) e cada trecho segue-se a deterinação do diâetro e da declividade. Esta declividade deverá ser de tal odo que alé de garantir as ínias condições de arraste, deverá ser aquela que iplique e enor escavação possível, associada a u diâetro escolhido de tal aneira que transporte a vazão final de projeto e condições noralizadas, para cálculo de tubulações de esgotaento sanitário. A declividade ínia que satisfaz a condição de tensão trativa =1,0 N/², =10 KN/³ e n = 0,013, pode ser deterinada pela equação I o,ín = 0,0055 Q i -0,47 Eq. 6.1 OBS: I o,ín e / e Q i e l/s, não sendo recoendável declividades inferiores a 0,0005 /. A declividade áxia será aquela para qual se tenha a velocidade áxia. Por exeplo, sendo n = 0,013 então, I o,ín = 4,26 Q f -0,67 para V final = 5,0 /s (Eq. 6.2) e I o,ín = 2,53 Q f -0,67 para V final = 4,0 /s (Eq. 6.3), segundo MENDONÇA, S. R., Hidráulica dos Coletores de Esgotos, 2 a Edição, 1991, e Projeto e Construção de Redes de Esgotos, ABES, RJ, 1986. Lâina d'água y (Figura 6.1) - As lâinas d água deve, no áxio alcançar 75% do diâetro do coletor para garantia de condições de escoaento livre e de ventilação. São deterinadas aditindo-se o escoaento e regie peranente e unifore e para a vazão final Q f(situação de lâina áxia de projeto). Quando a velocidade final V f for superior a velocidade crítica V c, a aior lâina adissível, segundo a NBR 9649/86, será de 50% do diâetro. Para tubulação funcionando a 3/4 de seção e d o até 300 (segundo o Professor MENDONÇA, na publicação já citada), a NBR 9649 recoenda que essa velocidade crítica pode ser calculada pela seguinte expressão V = 6. (g. R), (onde g é a aceleração de gravidade local) Eq. 6.4 Figura 6.1 - Desenhos esqueáticos de lâinas olhadas OBS: A relação lâina d água/diâetro ( y/d o ) é denoinada de lâina relativa. É iportante verificar o valor da velocidade resultante de odo a verificar se esta é ou não superior a velocidade crítica, pois velocidades superiores iplica e arraste e istura de ar co as águas e escoaento. Evidente que havendo a introdução de ar na istura ocorrerá auento do volue do líquido e, conseqüenteente, auento da lâina líquida, sendo esta a razão básica para a liitação da lâiana relativa áxia e 50%, quando e funcionaento supercrítico. Ebora pelo critério de tensão trativa édia tenha-se teoricaente condições de autolipeza, não é recoendável projetar-se encanaentos co lâinas iniciais inferiores a 20% do diâetro da canalização. 6.4. Soluções Gráficas
6.4.1. Ábaco para o Diensionaento e Verificação da Tubulação de Esgotos pela Tensão Trativa - n = 0,013 ( Fig. 6.2 ). Esta figura, elaborada pelos Engenheiros J. G. O. Machado Neto e M. T. Tsutíya e publicada coo anexo a Revista DAE Nº.140/85, Vol. 45, apresenta ua faixa de utilização para esgotos, para lâinas relativas de 0,20 a 0,75, e função da vazão e l/s e declividade e /. Por exeplo: para I o = 0,005/ e d o = 200 a vazão variará de 2,0 l/s (y/do = 0,20) até 21,0 l/s (y/d o = 0,75). Fig. 6.2 - Ábaco para o Diensionaento e Verificação da Tubulação de Esgotos pela Tensão Trativa (n = 0,013). (Fonte:Revista DAE - reduzida e scaneada) 6.4.2. Ábaco para Cálculo de Tubulação pela Fórula de Manning - n = 0,013 ( Fig. 6.3 ). Publicado originalente coo Anexo à P-NB-567/75 da ABNT, este ábaco (aqui apliado e sua abrangência) siplifica bastante o cálculo de condutos circulares e escoaento livre e apresenta os diâetros dos condutos e função da lâina relativa e do fator de condução K que é deterinado através da expressão K = Q / I o co Q e 3 /s e I o e /, Eq. 6.4
devendo-se trabalhar na faixa de utilização recoendada para esgotos sanitários, de 0,20 a 0,75% de lâina. Exeplo: para K = 1,0 então o diâetro d o indicado será de 350 (enor diâetro), correspondendo a u y/d o = 0,61. A Tabela 6.1 substitui, co vantagens na precisão dos resultados e alguas situações, a utilização deste ábaco. Por exeplo, para u d o= 450 te-se: y/d o = 0,75 tese K= 2,5998 e y/d o = 0,55 te-se K=1,6698.
Fig. 6.3 - Ábaco para Cálculo de Tubulação pela Fórula de Manning (n = 0,013) (Fonte: Livro Esgotos Sanitárisos do Prof Carlos FErnandes) Diâetros y/d o 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 800 1000 1500 Fator de condução K = Q / I o 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,0045 0,0070 0,0101 0,0135 0,0174 0,0215 0,0258 0,0302 0,0347 0,0390 0,0432 0,0471 0,0133 0,0208 0,0298 0,0400 0,0513 0,0634 0,0761 0,0892 0,1023 0,1152 0,1275 0,1388 0,0287 0,0449 0,0642 0,0862 0,1105 0,1366 0,1639 0,1921 0,2203 0,2481 0,2745 0,2991 0,0521 0,0814 0,1164 0,1563 0,2004 0,2477 0,2973 0,3483 0,3995 0,4498 0,4978 0,5422 0,0846 0,1325 0,1893 0,2542 0,3258 0,4028 0,4835 0,5664 0,6496 0,7314 0,8096 0,8818 0,1277 0,1998 0,2856 0,3835 0,4915 0,6075 0,7293 0,8543 0,9799 1,1033 1,2212 1,3301 0,1823 0,2852 0,4078 0,5475 0,7018 0,8674 1,0412 1,2198 1,3992 1,5752 1,7436 1,8990 0,2496 0,3905 0,5583 0,7496 0,9608 1,1875 1,4255 1,6698 1,9155 2,1565 2,3870 2,5998 0,3306 0,5172 0,7394 0,9928 1,2724 1,5728 1,8879 2,2116 2,5368 2,8562 3,1614 3,4432 0,4263 0,6668 0,9534 1,2802 1,6406 2,0279 2,4341 2,8516 3,2709 3,6827 4,0762 4,4396 0,5377 0,8411 1,2032 1,6145 2,0691 2,5575 3,0701 3,5963 4,1252 4,6445 5,1407 5,5990 1,1580 1,8114 2,5895 3,4769 4,4562 5,5079 6,6118 7,7452 8,8841 10,0024 11,0712 12,0582 2,0995 3,2842 4,6952 6,3042 8,0795 9,9866 11,9879 14,0429 16,1080 18,1355 20,0735 21,8631 6,1903 9,6831 13,8431 18,5868 23,8212 29,4439 35,3445 41,4033 47,4917 53,4697 59,1834 64,4596 Tabela 6 - Valores do fator de condução K = Q / I o e função de y/d o e d o (Fonte: Livro Esgotos Sanitárisos do Prof Carlos FErnandes) 6.5. Exeplos 6.5.1. Encontrar u diâetro capaz de transportar ua vazão de esgotos de 60,0 l/s, sob ua declividade de 0,007/ (n = 0,013). Solução: P/ Q f = 60 l/s, I o = 0,007/ e n = 0.013 a) pela Fig VI.1. d o = 300 ; b) pela Fig VI.2. Sendo Q f / I o = 0,72 e c/ y/d o até 0,75 então, d o = 300 e y/d o = 0,64; c) pelas tabelas de Q f / I o Co Q f / I o = 0,72, entra-se na linha de y/d o = 0,75 e procura-se u valor que iguale ou supere 0,72, neste caso Q f / I o = 0,8818 na coluna correspondente ao d o = 0,300 (observa-se que subindo na esa coluna, poder-se-ia deterinar y/d o 0,64, através da interpolação visual dos valores 0,6496 co 0,7314); d) analítica Para y/d o= 0,75 (= 3/4) te-se A = 0,6319.d o 2 e R = 0,3016.d o, então, Q 3/4 = 0,06 = 0,6319.d o 2 x (0,3016.d o) 0,67. (0,007) 0,5 / 0,013, ou seja, d o 0,278, logo d o = 300, pois 278 não é coercial; 6.5.2. Solucionar epregando as tabelas de Q / I o : a) Co que lâina relativa u trecho co diâetro de 450 transporta ua vazão de esgotos de 100,0 l/s, sob ua declividade de 0,0036/? b) Nas esas condições de vazão e declividade, qual o diâetro
recoendado? Qual a lâina? Solução (n = 0,013): a) Pelas tabelas de Q/ I o, na coluna correspondente a 0,450, para Q f / I o =1,67 encontra-se que y/d o = 0,55; 6.6. Exercícios b) Usando-se a condição de lâina relativa áxia entra-se na linha de y/do = 0,75 até que seja localizado o prieiro valor que iguale ou supere Q f / I o = 1,67, no caso 1,8890, que corresponde a coluna de d o = 0,400, estiando-se para 1,67 (interpolando 1,5752 e 1,7436 co 0,65 e 0,70, respectivaente) u y/d o = 0,68 (subindo na esa coluna). Por que os coletores de esgoto sanitários são diensionados de odo a garantire o escoaento livre? Encontrar a expressão para cálculo de velocidade de Manning e função da tensão trativa. E da tensão e função da velocidade. Explicar as razões norativas de liitações nos valores de velocidade, lâina relativa, declividade, tensão de arraste e diâetros, quanto a condições de autolipeza, controle de sulfetos e aspectos construtivos. Resolver os seguintes probleas utilizando soluções gráficas e analíticas (n constante = 0,013): o u coletor circular te ua declividade de 0,005/ e deverá transportar 32 l/s no final do plano. Qual será seu diâetro e velocidade do escoaento; o ide se Q f = 72 l/s e I o = 0,006 /; o calcular a lâina líquida de u conduto circular co diâetro de 600 transportando 218 l/s (I o = 0,2%); verificar tabé a velocidade de escoaento. o u trecho de coletor deve escoar no final do plano ua vazão de 126,3 l/s, sendo que inicialente trabalha co apenas 43,6l/s de vazão édia. Sabendo-se que a declividade do trecho é de 0,65% pede-se - diâetro do trecho; - condições de funcionaento (y e V) atuais e futuras. Se e ua tubulação de 200 de diâetro e anilha cerâica vitrificada internaente escoa ua vazão 12,9 l/s co ua lâina absoluta de 80, qual será a declividade e a velocidade de projeto? A lâina líquida e u coletor de esgotos e concreto arado, 600, é de 387 para ua declividade de 0,3%. Qual a vazão e a velocidade de projeto? Qual a altura olhada e ua tubulação de esgotos de 500 de diâetro transportando 204,52 l/s sob ua declividade de 0,0045/? U coletor de esgotos sanitários de 0,25 de diâetro, deverá transportar 36,6 l/s quando funcionar a 3/4 de seção. Deterinar a descarga e a velocidade de escoaento quando esta lâina for de apenas 0,45d o. Deterinar a área, o períetro e o raio hidráulico olhados no coletor do exercício anterior, quando y/d o for igual a 0,60. Duas galerias circulares encontra-se. Ua te 1,10 de diâetro, declividade de 0,0004/ e apresenta ua vazão áxia de 408,6 l/s. A segunda te 0,60 de diâetro, declividade de 0,001/ e ua vazão áxia de 122 l/s. Pergunta-se a que altura da aior deverá entrar a enor para que, na situação de vazões áxias, não apareça condições de reanso ou de vertedouro livre? n = 0,013, constante. Calcular a capacidade áxia de u coletor de esgotos de 0,20 de diâetro, n = 0,013, co 1% de declividade, funcionando a 3/4 de seção? Quais seria suas condições críticas de escoaento? Foi proposto o seguinte problea: Calcular u diâetro coercial capaz de transportar 15 l/s de esgotos sanitários sob ua declividade de 0,45%. Entre as respostas calculadas foi dito que o
diâetro seria a) 150, b) 200 e c) 250. Qual a resposta correta e o porquê de cada ua das outras não sere adequadas?. Que população de projeto poderia ser beneficiada por u coletor de esgotos de 400 de diâetro, assentado sob 0,35% de declividade. Sabe-se que 12% da vazão recolhida deve-se a infiltrações ao longo da rede a ontante. Sendo n = 0,013, aditir deais parâetros necessários ao cálculo, justificando-os. Qual a áxia população de projeto contribuinte para u trecho de coletor de esgotos sanitários de 300 de diâetro, assentado co declividade tal que resulte e ua velocidade édia de escoaento da orde de 0,50/s? Considerar infiltração áxia da orde de 15% da vazão recolhida. Qual seria a capacidade ociosa se o trecho tivesse sido construído e 350? Sendo n = 0,013, aditir deais parâetros necessários ao cálculo, justificando-os. Pesquisar e coentar as afirações o I o é função da autolipeza, da possibilidade produção de sulfetos e dos aspectos construtivos para grandes diâetros; o quanto as condições de autolipeza, para ua esa velocidade, a tensão trativa decresce co o diâetro iplicando e - superdiensionaento para pequenos diâetros e - subdiensionaento nos diâetros aiores; o A redução do lio nas paredes olhadas diinui a produção de sulfetos. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DOS COLETORES 7.1. Introdução Os condutos de esgotos sanitários tê coo finalidade a coleta e o afastaento rápido e seguro dos resíduos líquidos ou liquefeitos das áreas habitadas, devendo possuir capacidade suficiente de transporte durante todo o projeto, garantias de escoaento livre e funcionaento contínuo e adequado. Co estes objetivos consegue-se aior vida útil para as tubulações, enores possibilidades de vazaento (ocorrências freqüentes e condutos sob pressão) e condições desfavoráveis ao surgiento de anaerobiose nas vazões de esgoto, situação bastante perigosa para deterinados tipos de ateriais utilizados na confecção de tubos. A garantia do funcionaento contínuo é obtida desde que se reduza ao enor núero possível as ocorrências de rupturas ou obstruções dos condutos. Para que isto aconteça é necessário uito critério quando do cálculo da posição e do assentaento das canalizações coo edida de prevenção contra abatientos nas fundações, be coo dotar os trechos de condições ínias de autolipeza, para que não haja redução progressiva de seção de escoaento por sedientação. Atualente se encontra e evidência no estudo do problea, a utilização do conceito de tensão trativa, que é a força hidrodinâica exercida sobre as paredes do conduto, para verificação dessa condição de autolipeza. 7.2. Coeficientes de Contribuição
7.2.1. Taxa de Contribuição Doiciliar Hoogênea As canalizações coletoras de esgotos funciona por gravidade e a deterinação de suas diensões é feita a partir da identificação das vazões que por elas serão transportadas. Essa identificação copreende duas parcelas distintas, sendo a prieira delas as vazões concentradas, de fácil identificação e planta, e a segunda a contribuição originária das ligações doésticas ao longo dos condutos e dos possíveis pontos de infiltrações nos esos. O cálculo das contribuições doiciliares ao longo dos trechos é feito a partir da deterinação dos coeficientes de contribuição ou taxa de contribuição doéstica T d, usualente deterinada relacionando-se co a unidade de copriento dos condutos ou a unidade de área esgotada. Essas taxas traduze o valor global das contribuições doésticas áxias horárias dividido pela extensão total da rede coletora da área e estudo e são calculadas pelas seguintes expressões: 1) por unidade de copriento (taxa de contribuição linear doéstica - l/s.) - ou T d = (c.q.k 1.K 2.P) / (86400.L) Eq. 7.1 T d = (c.q.k 1.K 2.d.A) / (86400.L) ; Eq. 7.2 2) por unidade de área (taxa de contribuição superficial - l/s.ha) - ou T d = (c.q.k 1.K 2.P) / (86400.A) Eq. 7.3 T d = (c.q.k 1.K 2.d) / 86400. Eq. 7.4 Nestas expressões A é a área de contribuição, d a densidade populacional e L a extensão total da rede coletora. 7.2.2. Taxa de Cálculo Linear A taxa de contribuição linear - T x, é resultante da reunião da taxa de contribuição doéstica (Td) co a infiltração (TI), visto que as vazões dos esgotos sanitários são foradas a partir das contribuições doésticas reunidas às possíveis infiltrações que penetra nas canalizações coletoras, ou seja : T xi = T di + TI Eq. 7.5 para o início de plano e T xf = T df +
TI Eq. 7.6 para o final de projeto. A deterinação da vazão de diensionaento de cada trecho, denoinada de contribuição e archa, é feita ultiplicando-se a extensão do trecho e estudo pela taxa de cálculo linear ou taxa de contribuição linear. 7.3. Profundidade dos Coletores A profundidade ínia para os coletores está relacionada co as possibilidades de esgotaentos das edificações nos lotes, devendo, no entanto, ser liitada pela concessionária de esgotos da cidade, tendo e vista a responsabilidade do esgotaento de subsolos. Coo ostrado na Fig. 7.1 a profundidade ínia - Hín, pode ser equacionada da seguinte fora: Hín = h + 0,50 + 0,02L + 0,30 + (D + e), Eq. 7.7 onde: h () = desnível do leito da rua co o piso do copartiento ais baixo; 0,50 = profundidade aproxiada da caixa de inspeção ais próxia; 0,02 = declividade ínia para raais prediais - /; L () = distância da caixa de inspeção até o eixo do coletor; 0,30 = altura ínia para conexão entre os raais prediais; D () = diâetro externo do tubo coletor; e () = espessura da parede do tubo. FIG. 7. 1 - Posição do coletor e perfil De u odo geral, nas extreidades iniciais dos coletores estão as enores profundidades, copatível co os prieiros raais prediais e coa proteção contra cargas evntuais externas, por razões essencialente financeiras. Na falta de inforações ais precisas, por exeplo, tipos de sobrecargas externas ou cotas de lançaento final, a NBR 9649/86 aconselha u recobriento ínio de 0,90 quando a canalização estiver sob leitos carroçáveis e 0,65 sob passeios exclusivos de pedestres. Este valor decorre da tentativa de proteger a canalização contra esforços acidentais externos advindos, principalente, do tráfego sobre a pista de rolaento e a garantia de esgotaento na ligação predial. E geral u ínio de 1,20 de profundidade atende a aioria das situações para trechos de 100 ou 150 de diâetro. Por outro lado, grandes profundidades pode se tornar antieconôicas, principalente e teros de escavação e, por isso, deve-se liitar a profundidade áxia das valas. Usualente o valor de 6,0 é tido coo liite áxio, sendo que para coletores situados a ais de 4,5 de profundidade, deve ser projetados coletores auxiliares ais rasos, nas laterais das ruas, de odo a reduzir as ligações apenas aos poços de visita e os custos das ligações prediais. Os coletores públicos não deve ser aprofundados para atender ao esgotaento de instalações particulares situadas abaixo do nível da via pública e sepre que aprofundidade do coletor tornr-se excessiva deve-se exainar a possibilidade da recuperação deste para profundidades enores através de estações elevatórias (Capítulo X).
7.4. Traçados de Rede Devidaente identificadas as finalidades de u sistea de esgotos sanitários, be coo as recoendações técnicas que deverão ser obedecidas na elaboração de u projeto, dispõe-se a esta altura do texto, de conhecientos suficientes para o desenvolviento do cálculo de ua rede coletora de esgotos sanitários. Esse tipo asseelha-se a ua rede hidrográfica, visto que os condutos coponentes cresce de ontante para jusante e suas seções transversais, de acordo co o cresciento das vazões de esgotaento, sepre acopanhando a queda da superfície dos terrenos e orientados, nos seus diversos seguientos, pela disposição dos arruaentos, visto que o escoaento e coletores dar-se-á por gravidade, co as canalizações transportadoras sob o leito das ruas. Para a definição do traçado da rede coletora a prieira providência do projetista é o estudo da planta da cidade, para nela identificar os diversos divisores de água e talvegues. Feito esse estudo procura-se locar o ponto de lançaento final dos esgotos na planta (pelo enos a direção para esse ponto) para, a seguir, elaborar o posicionaento dos condutos principais e possíveis canalizações interceptoras e eissários, dentro de ua concepção que reduza as diensões às enores possíveis, e todos os níveis. Definida ua concepção geral de projeto deve-se, a esta altura, partir para o projeto dos coletores secundários se abuso de diensões, do usuário e da anutenção do sistea. E desde que haja pontos de esgotaento, todas as ruas poderão possuir coletores de esgotos, de odo que a apresentação de u traçado de ua rede terá obrigatoriaente ua fora siilar ao das vias públicas, e cobinação co a topografia, geologia e hidrologia da área, da posição do lançaento final e tabé do sistea adotado (separador ou cobinado). Por razões econôicas ruas co pequeno núero de possíveis ligações (até três pontos de contribuições é u núero razoável), ligações individuais poderão ser substituídas por ua ligação coletiva, evitando-se, assi, a obrigatoriedade de construção de u trecho de coletor (Fig. 7.2.). Diante dos vários aspectos que o traçado poderá resultar, a aioria dos autores costua expor a seguinte classificação (Fig. 7.3.): perpendicular; leque; interceptor; zonal ou distrital; radial. FIG. 7. 2 - Exeplos de situações de redução de trechos na rede
FIG. 7. 3 - Traçados típicos de redes coletoras O traçado perpendicular é característico de cidades co desenvolviento recente e co planos de expansão definidos. O e leque é freqüente e cidades situadas e vales e de foração antiga. O interceptor predoina e cidades costeiras e o zonal e o radial são característicos das grandes cidades. 7.5. Localização dos Poços de Visita Todos os condutos livres da rede (coletores, interceptores e eissários) serão copostos de trechos liitados por dispositivos de acesso externo, destinados a peritir a inspeção dos trechos a eles conectados e sua eventual lipeza ou desobstrução (V. Cap. VIII). Esses dispositivos e geral tê ua concepção padrão e são denoinados de poços de visita. Por nora deve existir poços de visita nos seguintes pontos: - extreidade inicial dos coletores; - encontro de canalizações; - udanças de direção, declividade, profundidade ou diâetro; - nos trechos retos, respeitando-se as distâncias áxias de a) 100, para d o até 150; b) 120, para d o de 200 a 600; c) 150, para d o superiores a 600. 7.6. Localização dos Coletores A recoendação clássica é que a canalização de água localize-se a u terço (1/3) da largura da rua a partir de ua arge, enquanto que os condutos públicos para esgotaento deve ficar situadas, aproxiadaente, a esa distância, as da arge oposta visando, principalente, copatibilizar o afastaento preventivo das duas canalizações, be coo o não distanciaento deasiado das edificações da arge ais afastada (Fig. 7.4). A aior ou enor largura da pista de rolaento fará co que a recoendação anterior sofra adaptações. E vias públicas uito largas, de odo a evitar ligações prediais uito longas, pode-se projetar coletores auxiliares instalados sob a calçada do lado ais distante da linha do coletor ou de abos os lados quendo a distância for excessiva para os dois lados da rua. Especialistas recoenda este espediente quando o
alinhaento lateral do passeio chegar a nove etros de distância. Esta recoendação tabé é válida para o caso de avenidas de tráfego rápido e voluoso, onde se recoenda a construção de dois coletores paralelos, u e cada lado da pista e, se possível, sob o passeio para pedestres, a profundidades adequadas ao esgotaento das edificações. Diante destes arguentos os coletores auxiliares pode ser u recurso a se dar uita atenção, pois pode se tornar u recurso uito vantajoso e econoicaente ais víavel, e deterinadas circunstâncias. Nas ruas co seção transversal inclinada os condutos de esgotaento tende a ser instalados próxios a arge ais baixa, tendo e vista o esgotaento das edificações que, logicaente, estarão sobre cotas inferiores. FIG. 7. 4 - Exeplos de perfis transversais de arruaentos e posicionaento dos coletores A existência de outras canalizações subterrâneas anteriores a iplantação da rede de esgotos, coo de água potável, galerias pluviais, cabos telefônicos, etc, deterinará o deslocaento adequado da canalização de esgotos sanitários. Outro fator que poderá provocar o deslocaento para posições ais convenientes será a geologia do subsolo e o tipo de edificações predoinantes na área, coo por exeplo, a opção por u novo posicionaento e função da existência de faixas de terrenos enos rochosos, acarretando aior facilidade de escavação das valas e enor risco para os estabelecientos que ladeia o arruaento. E regra geral, a apresentação e planta do projeto da rede dentro do traçado urbano, no Projeto Hidráulico, pouco traz de definitivo no posicionaento das canalizações devido, principalente, a probleas de escala, ficando a definição exata condicionada ao serviço de iplantação (Projeto Executivo). Para as posições e que o projetista te condições de deterinar co precisão a passage definitiva da canalização, o eso encarrega-se de apresentá-la co desenhos e detalhes a parte, e escalas convenientes.