Dimensionamento da Rede Coletora de Esgotos Prof. Robson Alves de Oliveira robson.aoliveira@gmail.com.br Ji-Paraná - 2014
Atividades realizadas pelo projetista da rede coletora de esgoto: Identificação da área do projeto; Análise da topografia da área; Divisão da área do projeto em bacias e subbacias (depende das características da área esgotada); Indicação da localização, numeração e medição do comprimento de cada trecho da rede coletora; Lançamento das cotas do terreno de montante(ctm) e jusante (CTJ).
Divisão da área do projeto em bacias e sub-bacias: É essencial a definição da população contribuinte e distribuição demográfica da população; Analisar a existência de rede coletora não concluída na sub-bacia como um todo; Analisar a localização das demais unidades do SES (estação elevatória e de tratamento);
Divisão da área do projeto em bacias e sub-bacias: Essa localização deve ser a mais próxima possível de unidades existentes (estações elevatórias ou ETEs que pudessem ser ampliadas para a nova vazão); A condição econômica e social da população beneficiada; A tendência de crescimento devido ao surgimento de novos loteamentos e conjuntos habitacionais em áreas onde o corpo receptor ainda se encontra preservado.
Indicação da localização da ETE na Planta Definida no estudo de concepção do sistema Cabe ao projetista da rede coletora de esgoto a localização exata da ETE na planta da área a ser esgotada. Itens a serem observados: condição de assimilação dos efluentes tratados (Auto depuração do rio); Melhores condições de infra-estrutura (Energia); Área sem nenhuma benfeitoria a ser indenizada; Estudo da direção dos ventos predominantes; Maior distância em relação à área urbana; Melhor localização para o afastamento dos esgotos das áreas de expansão a jusante da área urbana.
Indicação da localização da ETE na Planta A partir dessa etapa, o projetista tem idéia do sentido de escoamento do esgoto sanitário, facilitando a elaboração de alternativas da rede. Nessa etapa são desenvolvidas e comparadas diferentes alternativas de traçado, para definição a que apresenta o caminhamento mais simples e direto da rede coletora de esgoto. Estudo de alternativas de traçado da rede coletora de esgoto sanitário e avaliação da influência na redução dos custos de construção.
Indicação da localização da ETE na Planta Artigo: Estudo de alternativas de traçado da rede coletora de esgoto sanitário e avaliação da influência na redução dos custos de construção. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Avaliar a influência do traçado na redução do custo de construção da rede coletora de esgoto sanitário do Campus Guamá da UFPA Belém - Pará. Definida a localização das unidades de tratamento foram elaboradas 3 alternativas de traçado de rede coletora. A especificação dos materiais, o levantamento dos quantitativos e a elaboração das planilhas orçamentárias possibilitaram comparar os custos de construção dos traçados estudados.
Indicação da localização da ETE na Planta
Indicação da localização da ETE na Planta Foram estudadas duas alternativas para locação da ETE
Indicação da localização da ETE na Planta Foram estudadas duas alternativas para locação da ETE
Indicação da localização da ETE na Planta Concepção 1: apresenta conformação topográfica mais favorável para escoamento e destino dos esgotos coletados no Campus Entretanto a área proposta para a instalação da ETE já estava destinada à expansão da biblioteca. Concepção 2: a área estava sendo utilizada apenas como estacionamento de carros (resultou na escolha desta última concepção para localização da ETE). As 3 alternativas de traçado da rede coletora foram elaboradas, sendo determinados e comparados os custos de execução da obra.
Indicação da localização da ETE na Planta A pesquisa foi dividida em 4 fases: 1ª Fase: Levantamento de dados da área de implantação do projeto; 2ª Fase: Estudo de concepção do traçado da rede coletora de esgoto; 3ª Fase: Dimensionamento hidráulico da rede coletora de esgoto; 4ª Fase: Elaboração de planilhas analíticodescritivas orçamentárias.
Indicação da localização da ETE na Planta 1ª fase: Levantamento de dados da área de implantação do projeto. Realização de visitas para reconhecimento preliminar e identificação das principais características da área de estudo. 2ª fase: Estudo de concepção do traçado da rede coletora de esgoto (três alternativas de traçados). Identificação dos órgãos acessórios da rede em planta;
Indicação da localização da ETE na Planta Identificação dos trechos de tubulação que unem os órgãos acessórios Identificação do sentido de escoamento com seta no traçado da rede coletora. No estudo em questão foi definida a utilização de tubulações de: PVC vinilfort, como tipo de material da rede de esgoto; Poços de Visita (PV) como órgãos acessórios.
Indicação da localização da ETE na Planta 3ª fase: Dimensionamento hidráulico da rede coletora de esgoto. Vazão de dimensionamento, diâmetro mínimo, taxa de infiltração, recobrimento mínimo, tensão trativa, velocidade crítica, velocidade máxima, relação Y/D e declividade mínima.
Indicação da localização da ETE na Planta 3ª fase: Dimensionamento hidráulico da rede coletora de esgoto. Foram utilizados os critérios hidráulicos recomendados pela Norma Brasileira NBR 9649 (1986) Projeto de Redes Coletoras de Esgoto Sanitário. 4ª fase: Elaboração de planilhas analíticodescritivas orçamentárias Essas planilhas subsidiaram a comparação dos custos de construção, a definição do traçado da rede coletora de esgoto mais exeqüível.
Indicação da localização da ETE na Planta Para elaboração das planilhas foram utilizados: Valores médios (em reais) obtidos em pesquisas com fornecedores de materiais na cidade de Belém; Levantamento do custo de mão-de-obra, custos de implantação de Sistemas de Esgotamento Sanitário da Fundação Nacional de Saúde (FUNASA); Preços divulgados na Revista Construção Mercado - PINI/junho de 2004. Os resultados obtidos foram apresentados na forma de gráficos e tabelas, com o intuito de melhor representar os dados.
Indicação da localização da ETE na Planta
Indicação da localização da ETE na Planta
Indicação da localização da ETE na Planta Apesar da pequena diferença no comprimento total das tubulações, as alternativas nº 1, nº 2 e nº 3 apresentaram PV de chegada na ETE com profundidades de 4,38m, 3,42m e 3,39m, respectivamente. A realização de diferentes traçados da rede coletora de esgoto apresentou redução de 12% nos custos previstos para a construção dessa unidade, tendo a alternativa nº 3 menores volumes e custos nos serviços com movimentação de terra.
Indicação da localização da ETE na Planta Apesar de pequena diferença nos volumes e custos das alternativas nº 2 e nº 3, o estudo de alternativas é sempre necessário para esgotar todas as possibilidades de traçado para esgotamento da determinada área, pois torna segura e confiável a definição do traçado mais exequível. No trabalho foi verificado que a redução no custo de construção depende da minimização das declividades e profundidades da rede coletora de esgoto, o que influencia na redução dos fatores de maior peso no custo total de implantação desta unidade (escavação, reaterro, o escoramento de valas etc.).
Indicação da localização da ETE na Planta A redução da profundidade da última singularidade (PV de chegada na ETE) contribui para diminuição na profundidade da Estação Elevatória de Esgoto e/ou da Estação de Tratamento de Esgoto, o que também colabora na redução nos custos destas unidades. Com o trabalho foi possível concluir que o custo construtivo das obras de saneamento pode ser minimizado por estudos específicos e localizados. No caso da rede coletora de esgoto sanitário, é essencial a realização de diferentes alternativas de traçado para melhorar tecnicamente o projeto, e evitar gastos excessivos na construção dessa unidade do sistema de esgotamento sanitário.
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto CERTO!
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto ERRADO!
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto A planta topográfica deve indicar o arruamento; as curvas de nível; as cotas dos cruzamentos das ruas; os talvegues; a rede existente eventual; os cursos d água; interferências ao caminho dos coletores. Devem ser indicados ainda a área a ser esgotada; as área de expansão futura (identificando os pontos dessas futuras contribuições, bem como os pontos de contribuições singulares significativas (indústrias ou hospitais). 31
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto Seguindo o traçado das ruas e as declividades do terreno, indicam-se os trechos de coletores e seu sentido de escoamento, limitando-os com os órgãos acessórios (TL s, TIL s, e PV s). Indicam-se os PV s, podendo ter várias entradas, mas uma única saída. 32
Adaptado do original da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA2412 -Saneamento II Professores: Renato Carlos Zambon e Ronan Cleber Contrera 33
Adaptado do original da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA2412 -Saneamento II Professores: Renato Carlos Zambon e Ronan Cleber Contrera 34
Adaptado do original da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA2412 -Saneamento II Professores: Renato Carlos Zambon e Ronan Cleber Contrera 35
Adaptado do original da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA2412 -Saneamento II Professores: Renato Carlos Zambon e Ronan Cleber Contrera 36
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto Em seguida devem ser identificados os coletores e seus respectivos trechos, recebendo o número 1 o coletor principal, o de maior extensão na bacia. Os outros coletores recebem números sequenciais na mesma ordem em que chegam ao coletor principal. 37
Desenho do traçado da rede coletora de esgoto Dessa forma ter-se-á sempre números maiores contribuindo para números menores. Os trechos dos coletores também recebem numeração sequencial crescente de montante para jusante. 38
Numeração e medição do comprimento de cada trecho da rede coletora em que: N x m n: numeração comum a todos os trechos de determinado coletor; m: numeração específica de cada trecho de determinado coletor, devendo ser utilizada ordem crescente do primeiro trecho (montante) até o ultimo trecho do coletor (jusante 39
Adaptado do original da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA2412 -Saneamento II Professores: Renato Carlos Zambon e Ronan Cleber Contrera 40
Dimensionamento da Rede de Esgoto Como fazer? Após a definição do traçado: a) Cálculo da vazão a ser esgotada nas etapas inicial e final do projeto; b) Cálculo e preenchimento da planilha de dimensionamento. 41
42
43
44
Exemplo: Realizar o dimensionamento hidráulico da rede coletora de esgoto do esquema seguinte Parâmetros: Coeficiente de retorno C = 0,8 Consumos efetivos per capita q i = 120 l/hab.dia q f = 160 l/hab.dia Coeficientes: K 1 = 1,2 e K 2 = 1,5 Densidades populacionais: K 1 = 1,2 e K 2 = 1,5 Comprimento médio das ruas l* = 200 m/ha Taxas de infiltração T Ii = 0,0009 l/s.m T If = 0,0006 l/s.m Diâmetro mínimo DN 100 Cobertura mínima 1,1 m 45
46
Alternativa de planilha de dimensionamento 47
Alternativa de planilha de dimensionamento 48
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 1 -Trechos São anotados os números dos trechos, de acordo com a numeração estabelecida no traçado da rede coletora, iniciando-se pelo coletor 1. 49
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 2 -Extensão São anotados os valores, em metros, dos comprimentos dos trechos da rede. 50
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 3 Taxa de contribuição linear inicial (T x,i ) e final (T x,f ) Aqui repete-se os valores da contribuição linear (L/s.m) calculados no início do exercício. 51
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 4 Vazão do trecho no início do plano (Q ti ) Q =T t, i x,i x Lt Em que: T x,i = taxa de contribuição linear de início do plano (L/s.m); L t = comprimento do trecho (m) 52
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 4 Vazão do trecho no final do plano (Q tf ) Q =T t, f x,f x Lt Em que: T x,f = taxa de contribuição linear de final do plano (L/s.m); L t = comprimento do trecho (m) 53
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 5 Vazão a montante (Qm) 54
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 5 Vazão montante (Qm) Caso 1: Trecho de cabeceira (Qm = 0) A vazão de montante (Qm) no primeiro trecho do coletor (trecho de cabeceira) é igual à zero, já que não existem contribuições anteriores, exemplo: Qm sem trecho anterior 55
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 5 Vazão montante (Qm) Caso 2: Outros trechos Quando um trecho da rede recebe contribuição de um ou mais trechos, a vazão de montante é: Igual à vazão de jusante (Qj) do trecho anterior, exemplo: Qm com 1 (uma) contribuição de esgotos 56
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 5 Vazão montante (Qm) Caso 2: Outros trechos Igual à soma das vazões de jusante dos trechos anteriores, exemplos: Qm com 2 (duas) contribuições de esgotos 57
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 5 Vazão montante (Qm) Caso 2: Outros trechos Qm com 3 (três) contribuições de esgotos 58
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 6 Vazão a jusante (Qj) Equação: Qj = Qm + Qt 59
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 6 Vazão jusante (Qj) Qj com 1 (uma) contribuição de esgotos 60
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 6 Vazão jusante (Qj) Qm com 2 (duas) contribuições de esgotos 61
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 6 Vazão jusante (Qj) Qm com 3 (três) contribuições de esgotos 62
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Vazão de Projeto (Q) Podem ocorrer dois casos: Caso 1: Adotar 1,5 L/s, quando a vazão de jusante for menor que esse valor; Caso 2: Utilizar o valor da vazão de jusante quando este valor for maior ou igual a 1,5 L/s. 63
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Vazão de Projeto (Q) Exemplo desses dois casos: 64
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 7 Diâmetro do coletor (DN) Calculado pela expressão: Q p é a vazão final de projeto expressa em m 3 /s. Adota-se o diâmetro comercial imediatamente superior. Limite mínimo DN 100 recomendado pela norma. 65
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 8 Declividade de projeto (Ip) É necessário calcular a declividade do terreno (It) e a declividade mínima (Imín) do coletor, devendo adotar o valor que resulte em menor escavação do terreno. Atendendo aos critérios de dimensionamento da lâmina líquida (Y/D), da tensão trativa e da velocidade crítica. 66
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 8 Declividade de projeto (Ip) Declividade do terreno (It) (m/m) It = Em que: CTM - Lt CTJ CTM = cota do terreno de montante; CTJ = cota do terreno de jusante; Lt = Comprimento do trecho; Declividade mínima (Imín) (m/m) Imín = 0,0055 x Qpi Qpi = vazão de projeto de início de plano 67-0,47
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 8 Declividade de projeto (Ip) Normalmente, o dimensionamento é iniciado com o maior valor da declividade. Caso esse valor resulte em elevada profundidade ou não atenda o valor do recobrimento, é recomendado que a declividade de projeto seja alterada para o valor no intervalo Imín Ip < It 68
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 9 Cota do terreno São anotados as cotas do terreno a montante (CTM) e cota do terreno a jusante (CTJ). São obtidas na planta com o traçado da rede coletora de esgoto. 69
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 10 Cota do coletor É função do procedimento adotado na coluna 8. Se a declividade adotada é a mínima, a cota do coletor a jusante é: cota do coletora montante menos I o x L. Se a declividade adotada é a econômica, a cota do coletor a jusante é: cota do terreno a jusante menos a profundidade mínima. No caso de trecho inicial é: cota do terreno a montante menos profundidade mínima. 70
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 11 Profundidade do coletor (m) Diferença entre a cota do terreno e a cota do coletor, a montante e a jusante. Coluna 12 Profundidade da singularidade de jusante (m) Caso 1 - Trecho inicial(cabeceira) é igual ao valor da profundidade a jusante do coletor. Caso 2-2 a 3 trechos contribuintes: A profundidade da singularidade é igual à maior profundidade de jusante entre os coletores contribuintes. 71
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 13 Altura da lâmina liquida (Y/d o ) Utiliza-se a tabela seguinte: entrando-se com a relação Q/Qp, sendo Qp a vazão a seção plena calculada pela expressão: Caso o valor da relação Y/D seja maior que 0,75, ou seja não atender a NBR 9649/1986, deve ser utilizado diâmetro maior e repetido o 72 procedimento para determinar Y/D.
73
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 14 Velocidade final de escoamento (Vi) de início e final de plano (Vf). É calculada pela equação da continuidade v = Q/A, obtendo-se A da tabela anterior. Q é a vazão de jusante do trecho.ou seu limite mínimo de 1,5 L/s. 74
75
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 15 Tensão trativa. É calculada pela expressão: Em que peso específico da água = 10 4 n/m 3 e R H obtido da tabela anterior para as condições iniciais. Rh =βxd 76
77
Cálculo e Preenchimento da Planilha de Dimensionamento Coluna 16 Velocidade crítica Expressão: Vc = 6 x Rh.g em que: Vc = velocidade crítica, m/s; g = aceleração da gravidade e R H = raio hidráulico para as condições finais. Segundo a NBR 9649/1986, o valor a velocidade final de escoamento não deve ser menor que o valor da velocidade crítica 78
79