Tipologia e Cálculos em Redes Coletoras de Saneamento

MSc Bruno Amorim Saneamento II brunoamorimfapceedubr OBJETIVOS DA AULA OBJ 1 Entender os tipos de traçado da rede coletora OBJ 2 Entender detalhes construtivos cobrados pela NBR e pela CAGECE OBJ 3 Realizar os cálculos de vazão de início e fim de plano 02 Conteúdo Rede Coletora De acordo com a NBR 9649 Tipos de Rede Traçado Pode ser dividida em duas partes 1 Grandes condutos coletorestronco e interceptores 2 Traçados das ruas A conformação do traçado depende da malha viária e da topografia do terreno Traçado Perpendicular Talvegues em direção ao corpo dágua são regularmente espaçados e relativamente próximos Coletorestronco de curta extensão Traçado Perpendicular Talvegues em direção ao corpo dágua são regularmente espaçados e relativamente próximos Coletorestronco de curta extensão Traçado em Leque Terrenos acidentados Coletor tronco no fundo dos vales Nele incidem os coletores secundários Traçado em Leque Terrenos acidentados Coletor tronco no fundo dos vales Nele incidem os coletores secundários Traçado DistritalRadial Cidades planas Área dividida em setores independentes Típico p cidades litorâneas Traçado DistritalRadial Cidades planas Área dividida em setores independentes Típico p cidades litorâneas Via pública A via é cheia de interferências que podem influenciar o posicionamento do sistema de esgotamento sanitário da rede pública Águas pluviais Redes de água Tubulação de gás Cabos elétricos e telefônicos Via pública Via pública A escolha da posição da rede depende Conhecimento prévio das interferências Profundidade dos coletores Tráfego Largura da rua Soleira dos prédios 25020 23970 418 24900 25310 23630 25870 24820 23720 25900 24850 25730 25310 23630 24460 23400 25310 23680 Tipo de Rede Rede Simples Mais econômica Única tubulação atendendo os dois lados da rua Os coletores são lançados no eixo carroçável ou no terço do leito carroçável Tipo de Rede Rede Dupla Quando usar Vias de tráfego intenso Vias com largura entre alinhamentos 14m Vias com interferência que inviabilizam a execução de ligações prediais ou do próprio coletor Tipo de Rede Rede Dupla Quando usar Quando a profundidade do coletor excede 4m ligação predial Quando o diâmetro do coletor é DN400 e são usados tubos de concreto ligação predial Profundidade Mínima e Máxima De acordo com a NBR 964986 o recobrimento mínimo deve ser de 90cm na via de tráfego 65 cm no passeio Prof Mínima e Máxima Há uma divergência entre a NBR e a norma interna da CAGECE SPO022 como pode ser visto a seguir Profundidade Mínima e Máxima 5 Procedimento Prof Mínima e Máxima Quanto à profundidade máxima o grande limitante é o CUSTO 51 Para a elaboração dos projetos de rede coletora emisários coletortronco e interceptores deverão ser realizadas as seguintes atividades Prof Mínima e Máxima É frequente a indicação de 4m como limite de coletores auxiliares para receber as ligações prediais sem lhes onerar o custo Recomendações Passeio 20 a 250m Eixo ou terço 30 a 40m Estudo de Concepção Sequência Didática Procedimentos necessários para o Estudo de Concepção seguindo o indicado pela NBR 964986 NBR 964986 Projeto de Redes Para o dimensionamento é necessário inserir alguns critérios e parâmetros de projeto Estudo de Concepção Sequência Didática 1 Delimitação da área do projeto incluindo expansão 2 Delimitação das bacias de esgotamento topografia 3 Delimitação da subbacias tipo ocup e distrib pop 4 Estimativa da população e alcance de projeto 5 Estimativa das vazões atuais e futuras por subbacia 6 Diagnóstico do sistema existente Levantamento do cadastro da rede Identificação dos pontos de descarga Avaliação da capacidade do sistema Estudo de Concepção Sequência Didática 7 Verificação do tratamento necessário 1 Estudo dos corpos receptores autodepuração 2 Evolução das cargas poluidoras e escolha do tratamento 8 Traçado dos coletorestronco e interceptores 9 Localização das estações elevatórias e de tratamento 10 Prédimensionamento das unidades e escolha da solução NBR 964986 Projeto de Redes A norma indica a necessidade de se delimitar as bacias e subbacias Bacia ou subbacia sanitária é a área a ser esgotada que contribui com o fluxo dos esgotos por gravidade para um mesmo ponto do interceptor para uma estação elevatória ou para uma estação de tratamento de esgotos ETE httpsdrivegooglecomfiled1andD2PYW1d97s7OZX df2HeNbWrNEVs9iviewuspsharing NBR 964986 Projeto de Redes Alcance de projeto para evolução populacional NBR 964986 Projeto de Redes População NBR 964986 Projeto de Redes Ver norma NBR 964986 Projeto de Redes Após isso a norma exige que seja realizado o dimensionamento considerando as vazões tubulações etc NBR 964986 Projeto de Redes Para o dimensionamento é necessário inserir alguns critérios e parâmetros de projeto Contribuição per capita e evolução Coeficientes de variação de vazão K1 K2 e K3 Coeficiente de retorno esgotoágua Coeficiente de contribuição industrial Coeficiente de infiltração Carga orgânica doméstica e industrial Consumo per capita de água Necessário para projetar SES Consultar literatura técnica Hélio Creder por ex Prédio Consumo litros Coeficiente de retorno C É a relação média entre os volumes de esgoto produzido e água efetivamente consumida Parte da água se perde por evaporação infiltração ou escoamento superficial Coeficientes de Variação da Vazão O consumo de água não se comporta de forma regular está sob comando direto do usuário variando a vazão conforme as demandas sazonal mensal diária e horária é influenciado por diversos fatores São 3 coeficientes k1 k2 e k3 Coeficientes de Variação da Vazão k1 coeficiente do dia de maior demanda é a relação entre a maior demanda diária ocorrida em um ano e a vazão diária média desse ano 𝑘1 max 𝑑𝑖𝑎𝑎𝑛𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑎𝑎𝑛𝑜 Coeficiente k1 Fonte Local Ano Valor DAE São Paulo 1960 15 FESB São Paulo 1971 125 Azevedo Netto Brasil 1973 11 15 Yassuda e Nogami Brasil 1976 12 20 CETESB Valinhos e Iracemápolis 1978 125 145 PNB587ABNT Brasil 1977 12 Orsini Brasil 1996 12 Azevedo Netto Brasil 1998 11 14 Saporta Barcelona 1993 11 125 Walski EUA 2001 12 30 Hammer EUA 1996 12 40 AEP Canada 1996 15 25 Coeficientes de Variação da Vazão k2 coeficiente da hora de maior demanda é a relação entre a maior demanda horária ocorrida em um dia e a vazão média desse dia 𝑘2 max ℎ𝑜𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎𝑑𝑖𝑎 Coeficiente k2 Fonte Local Ano Valor Azevedo Netto Brasil 1973 15 Yassuda e Nogami Brasil 1976 15 30 CETESB Valinhos e Iracemápolis 1978 208 235 PNB587ABNT Brasil 1977 15 Orsini Brasil 1996 15 Azevedo Netto Brasil 1998 15 23 Saporta Barcelona 1993 13 14 Walski EUA 2001 30 60 Hammer EUA 1996 15 100 AEP Canada 1996 30 35 Coeficientes de Variação da Vazão k3 coeficiente da hora de demanda mínima é a relação entre a mínima demanda horária ocorrida em um ano e a demanda horária média desse ano 𝑘3 min ℎ𝑜𝑟𝑎𝑎𝑛𝑜𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎𝑎𝑛𝑜 Coeficientes de Variação da Vazão k3 coeficiente da hora de demanda mínima é a relação entre a mínima demanda horária ocorrida em um ano e a demanda horária média desse ano 𝑘3 min ℎ𝑜𝑟𝑎𝑎𝑛𝑜𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎𝑎𝑛𝑜 Coeficientes de Variação da Vazão Coeficientes de Variação da Vazão SPO005 Vazões de Projeto Vazões de Esgoto A vazão de esgoto deve considerar 3 diferentes taxas Q vazão de esgoto Qd vazão de esgoto doméstico I taxa de infiltração do esgoto Qc vazão de contribuição concentrada industrial 𝑄 𝑄𝑑 𝐼 𝑄𝑐 Esgoto doméstico Vazão doméstica de início de plano Vazão doméstica de fim de plano ത𝑄𝑑𝑓 Τ 𝐿 𝑠 𝑘1 𝑘2 𝑃𝑜𝑝𝑓 ℎ𝑎𝑏 𝑞 Τ 𝐿 ℎ 𝑎 Τ 𝑏 𝑑 𝑖𝑎 𝐶 86400 Τ 𝑠 𝑑 𝑖𝑎 ത𝑄𝑑𝑖 Τ 𝐿 𝑠 𝑘2 𝑃𝑜𝑝𝑖 ℎ𝑎𝑏 𝑞 Τ 𝐿 ℎ 𝑎 Τ 𝑏 𝑑 𝑖𝑎 𝐶 86400 Τ 𝑠 𝑑 𝑖𝑎 Esgoto doméstico Vazão média inicial Vazão média final 𝑄𝑓 𝑘1 𝑘2 ത𝑄𝑑𝑓 𝐼 𝑄𝑐𝑓 𝑄𝑖 𝑘2 ത𝑄𝑑𝑖 𝐼 𝑄𝑐𝑖 Taxa de Infiltração Contribuições que resultam do encaminhamento acidental da água presente no solo no entorno das tubulações Juntas de tubulações Caixas de passagem TIL TL EEE e PVs É calculada por meio de uma taxa normatizada Taxa de Infiltração SPO012 Estudo de concepção SPO005 Anexo 1 Apresentação do proj técnico Dimensionamento Hidráulico O sistema deve prover condições satisfatórias de fluxo que simultaneamente devem atender os seguintes quesitos Transportar as vazões esperadas máximas e mínimas Ser autolimpante tensão trativa Dimensionamento Hidráulico Outras condições que comparecem no dimensionamento hidráulico decorrem das vazões instantâneas devidas às descargas de bacias sanitárias muitas vezes simultâneas são elas Máxima altura da lâmina dágua para garantia do escoamento livre fixada por norma em 75 do diâmetro para as redes coletoras Dimensionamento Hidráulico Outras condições que comparecem no dimensionamento hidráulico decorrem das vazões instantâneas devidas às descargas de bacias sanitárias muitas vezes simultâneas são elas Mínima vazão a considerar nos cálculos hidráulicos fixada em 15 Ls ou 00015m³s Dimensionamento Hidráulico Cálculo do Diâmetro Utilizando a Equação de Manning n 0013 y 075do Onde y altura da lâmina dágua do diâmetro do tubo calculado 𝑑𝑜 𝑚 03145 𝑄𝑓 𝑚 Τ ³ 𝑠 𝐼𝑜 05 0375 Adotar o comercialmente mais próximo p cima Dimensionamento Hidráulico Declividade Dois conceitos estão relacionados com a declividade Autolimpeza dos tubos deslocamento de sedimentos Declividade econômica evitar aprofundamento desnecessário Dimensionamento Hidráulico Declividade Autolimpeza dos tubos deve ser projetada para a vazão de início de plano condições de vazão máximas de um dia qualquer Declividade A determinação da declividade está vinculada a dois conceitos A velocidade de autolimpeza aumenta com o diâmetro d0 do conduto para a mesma relação de enchimento yd0 Declividade A determinação da declividade está vinculada a dois conceitos A velocidade de autolimpeza aumenta com a relação de enchimento yd0 para o mesmo diâmetro d0 do conduto Geralmente se alia a velocidade na ordem de 050 a 060 ms com a relação de enchimento yd0 Tensão Trativa É a força tangencial unitária aplicada às paredes do coletor pelo líquido em escoamento Tensão Trativa Quanto maior o tubo menor é essa força de arrasto Tensão Trativa A tensão trativa pode ser calculada da seguinte forma Onde γ peso específico do líquido em Nm³ γ9789Nm³ RH Raio hidráulico m Io declividade do conduto mm 𝜎 𝑃𝑎 𝛾 Τ 𝑁 𝑚 ³ 𝑅𝐻 𝑚 𝐼𝑜 Τ 𝑚 𝑚 Tensão Trativa O raio hidráulico é a área molhada dividido pelo perímetro hidráulico como mostra a imagem a seguir 𝑅𝐻 𝐴𝑚 𝑚² 𝑃𝑚 𝑚 Método dos Parâmetros Adimensionais É possível obter várias relações trigonométricas a partir da relação entre a altura da lâmina dágua e o diâmetro yD Método dos Parâmetros Adimensionais Para a determinação da altura da lâmina dágua há uma recomendação normativa NBR 9649 Procedimento p Dimensionamento Tubo 1 Calculase a declividade econômica 𝐼𝑜𝑒𝑐 menor escavação fazendo com que a profundidade do coletor à jusante seja igual à profundidade mínima adotada ℎmi𝑖𝑛 Procedimento p Dimensionamento Tubo 2 Calculase a declividade mínima 𝐼𝑜min com a equação a seguir Considerando o valor da tensão trativa de 10 Pa Das duas 𝐼𝑜𝑒𝑐 e 𝐼𝑜min adotase a de maior valor e temse 𝐼𝑜 Procedimento p Dimensionamento Tubo 3 Com 𝐼𝑜 e Qf calculase o diâmetro do utilizando a Equação de Manning n 0013 y 075do O diâmetro adotado deve ser o diâmetro comercial DN com mais próximo do calculado geralmente superior 𝑑𝑜 𝑚 03145 𝑄𝑓 𝑚 Τ ³ 𝑠 𝐼𝑜 05 0375 Exemplo Exemplo Calcular as vazões inicial e final o diâmetro e a declividade de um trecho de extensão L18000 m com os seguintes dados relativos à rede coletora Considerar valores padrão CAGECE Pop Inicial 150 pessoas Pop Final 290 pessoas Consumo de água per capita 155Lhabdia Cota do terreno Montante 15260m Jusante 15135m Exemplo Calcular as vazões inicial e final o diâmetro e a declividade de um trecho de extensão L18000 m com os seguintes dados relativos à rede coletora Contribuições de vazões à montante Inicial 127Ls Final 197Ls Prof mínima do trecho 090m Sistema de esgotamento por área Esgoto doméstico JÁ VIMOS Vazão doméstica de início e fim de plano ത𝑄𝑑𝑖 Τ 𝐿 𝑠 𝑘2 𝑃𝑜𝑝𝑖 ℎ𝑎𝑏 𝑞 Τ 𝐿 ℎ 𝑎 Τ 𝑏 𝑑 𝑖𝑎 𝐶 86400 Τ 𝑠 𝑑 𝑖𝑎 ത𝑄𝑑𝑓 Τ 𝐿 𝑠 𝑘1 𝑘2 𝑃𝑜𝑝𝑓 ℎ𝑎𝑏 𝑞 Τ 𝐿 ℎ 𝑎 Τ 𝑏 𝑑 𝑖𝑎 𝐶 86400 Τ 𝑠 𝑑 𝑖𝑎 Esgoto doméstico Vazão doméstica POR ÁREA Onde qi consumo efetivo de água inicial di densidade populacional habha Li Comprimento médio de tubos inicial mha 𝑇𝑥𝑖 Τ Τ 𝐿 𝑠 𝑚 𝑘2 𝐶 𝑑𝑖 ℎ𝑎 Τ 𝑏 ℎ 𝑎 𝑞𝑖 Τ 𝐿 ℎ 𝑎 Τ 𝑏 𝑑 𝑖𝑎 86400 Τ 𝑠 𝑑 𝑖𝑎 𝐿𝑖 Τ 𝑚 ℎ 𝑎 𝐼 Esgoto doméstico Vazão doméstica POR ÁREA Onde qf consumo efetivo de água final df densidade populacional final habha Lf Comprimento médio de tubos final mha 𝑇𝑥𝑓 Τ Τ 𝐿 𝑠 𝑚 𝑘1 𝑘2 𝐶 𝑑𝑓 ℎ𝑎 Τ 𝑏 ℎ 𝑎 𝑞𝑓 Τ 𝐿 ℎ 𝑎 Τ 𝑏 𝑑 𝑖𝑎 86400 Τ 𝑠 𝑑 𝑖𝑎 𝐿𝑓 Τ 𝑚 ℎ 𝑎 𝐼 Agora Esgoto doméstico A vazão doméstica pode ser dada a partir de taxas de densidade populacional Podese ainda considerar uma taxa linear ത𝑄𝑑𝑓 Τ 𝐿 𝑠 𝑘1 𝑘2 𝑃𝑜𝑝𝑓 ℎ𝑎𝑏 𝑞 Τ 𝐿 ℎ 𝑎 Τ 𝑏 𝑑 𝑖𝑎 𝐶 86400 Τ 𝑠 𝑑 𝑖𝑎 ത𝑄𝑑𝑖 Τ 𝐿 𝑠 𝑘2 𝑑𝑖 ℎ𝑎𝑏ℎ𝑎 𝑎𝑖 ℎ𝑎 𝑞 Τ 𝐿 ℎ 𝑎 Τ 𝑏 𝑑 𝑖𝑎 𝐶 86400 Τ 𝑠 𝑑 𝑖𝑎 Exemplo Calcular as vazões inicial e final o diâmetro e a declividade de um trecho de extensão L18000 m com os seguintes dados relativos à rede coletora Considerar valores padrão CAGECE Densidade pop Inicial 180 habha Densidade pop Final 210 habha Consumo de água per capita 160Lhabdia Cota do terreno Montante 15260m Jusante 15135m Exemplo Calcular as vazões inicial e final o diâmetro e a declividade de um trecho de extensão L18000 m com os seguintes dados relativos à rede coletora Comprimentos médios de tubos inicial e final Li Lf 200mha Contribuições de vazões à montante Inicial 127Ls Final 197Ls Arraste do Ar e Velocidade Crítica A NBR 9649 exige que a velocidade máxima da tubulação seja de 5ms A velocidade crítica é dada por g aceleração da gravidade RH raio hidráulico 𝑣𝑐 6 𝑔 𝑅𝐻 Τ 1 2 𝐼max 465 𝑄𝑓 Τ 2 3 Arraste do Ar e Velocidade Crítica A norma recomenda que quando a velocidade final é superior à velocidade crítica 5ms a maior lâmina admissível y deve ser 50 do diâmetro do trecho Tabela para Dimensionamento de Redes Planilha DIMENSIONAMENTO DE REDE COLETORA REDE DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO Trecho Extensão m Taxa de Contribuição Linear Lsm Contribuição doméstica do Trecho Ls Contribuição por infiltração do Trecho Ls Vazao a montante Calculada Ls Vazao a jusante Calculada Ls Vazao a jusante p dimens Ls Cota do terreno m Declividade I mm Diâmetro calculado mm Diâmetro comercial adotado mm Referências Bibliográficas NOVUOLARI A Esgoto Sanitário Coleta transporte tratamento e reuso agrícola 2 ed São Paulo Blucher 2011 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 9649 Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário Rio de Janeiro 1986 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 9648 Estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário Rio de Janeiro 1986 DUTRA R H A Rede coletora e concepção de projeto Notas de Aula Centro Universitário Paraíso Juazeiro do Norte 2021 Sobrinho Tsutiya 1999 Coleta e transporte de esgoto obrigado brunoamorimfapceedubr