Dimensionamento e Verificação de Rede Coletora de Esgotos

ESTU035 SISTEMAS DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO DE REDE COLETORA DE ESGOTOS PROFESSOR Rodrigo de Freitas Bueno rodrigobuenoufabcedubr DIMENSIONAMENTO DA REDE COLETORA DE ESGOTOS Para dimensionamento considerase escoamento PERMANENTE e UNIFORME PERMANENTE vazão constante na seção UNIFORME Área molhada Am altura da lâmina de água y declividade longitudinal do conduto no sentido do escoamento Io velocidade v e rugosidade do conduto constantes na seção Fonte Nuvolari 2011 DIMENSIONAMENTO DA REDE COLETORA DE ESGOTOS Determinar diâmetro e declividade longitudinal do conduto garantindo O transporte de vazões máximas final de plano e de vazões mínimas início de plano Controle de gases garantir que não haja condições que favoreçam a formação de gases Arraste de sedimentos autolimpeza dos condutos CONTROLE DE GASES Garantir condições hidráulicas adequadas ventilação e velocidade de escoamento adequada para que não ocorra formação de sulfetos de hidrogênio na forma dissolvida Fonte Tsutiiya e Além Sobrinho 2011 DETERMINAÇÃO DO DIÂMETRO DIMENSIONAMENTO Expressão de Chézy V C RH I Em que V velocidade média de escoamento ms RH raio hidráulico m Io declividade da linha de energia igual declividade do coletor mm C coeficiente de Chézy depende do formato da natureza e do formato do conduto C obtido por Manning C RH 1 6 n Substituindo C e V na expressão de Chézy Q A RH ൘ 1 6 n RHI Q 1 n RH ൘ 2 3Am I Equação da continuidade Q VA DETERMINAÇÃO DO DIÂMETRO DIMENSIONAMENTO Coletores devem operar como conduto livre com no máximo uma lâmina de água 075D YD 075 para garantir condições adequadas de ventilação Equação de Manning atendendo a condição YD 075 e coeficiente de Manning n 0013 D 03145 Qjf Io 0375 Em que D diâmetro do coletor no trecho m Qjf vazão de jusante no trecho para final de plano m³s Io declividade do coletor no trecho podendo ser Imínima ou Iterrenomm Depende do diâmetro da relação YD da forma e do material da tubulação Há consenso em se adotar n 0013 independente do material somente para rede coletora de esgotos TENSÃO TRATIVA Tensão tangencial exercida sobre a parede do conduto pelo líquido em escoamento Responsável pelo arraste de material que eventualmente venha se depositar na tubulação FγAmL Em que F peso do volume do líquido contido num trecho de comprimento L N γ peso específico do líquido Nm³ 104 Nm³ Am área molhada da seção transversal m² T componente tangencial do peso do líquido N Fsen α P perímetro molhado m RH raio hidráulico m AmPm σ tensão trativa Pa I declividade da tubulãção mm T F sen α TγAmLsen α Tensão σ relação de forçaárea σ T PL γ Am L sen α P L γ RH sen α σ γ RH I Para α pequeno sen α tg α I declividade NBR 964986 tensão trativa mínima para garantir autolimpeza 10 Pascal Fonte Azevedo Netto et al 1998 Fonte Nuvolari 2011 DECLIVIDADE MÍNIMA DIMENSIONAMENTO Garantia de autolimpeza tensão trativa 10 Pa σ γ RH 𝐼𝑜 Q 1 n Rh 2 3 Am I 1 2 Fonte Nuvolari 2011 e coeficiente de Manning n 0013 Imin 00055 Qji 047 Em que Imin declividade mínima para garantia de tensão trativa 10 Pa mm Qji vazão de jusante do trecho no início de plano Ls se menor que 15 Ls adotar 15 Ls Ajuste para n 0013 σmin 10 Pa Diâmetro entre 100 e 400 mm e YD 075 Iterreno I coletor Iterreno Pmontante Pjusante Pmontante DECLIVIDADE E PROFUNDIDADE DO COLETOR Determinar Iterreno e Imínima e utilizar a maior como declividade do coletor Se Iterreno Imínima Icoletor Iterreno Iterreno Imínima Icoletor Imínima Profundidade do coletor a jusante é igual a profundidade a montante Se for início de coletor profundidade é igual a profundidade mínima mais diâmetro do coletor para os demais trechos é igual a profundidade do coletor mais profundo situado a montante do PV ou do TIL Profundidade do coletor a jusante é maior que profundidade a montante devendo ser recalculada Fonte Adaptado de Zambon et al 2017 Quando houver inversão de coletor para que exista somente um ponto de descarga utilizar Imin impondo profundidade mínima a montante do coletor e calculando profundidade a jusante em função da Imin I coletor Imínima Iterreno Pmontante Pjusante Pmontante V DECLIVIDADE UTILIZADA E PROFUNDIDADE DO COLETOR Quando a montante o coletor estiver com profundidade acima da profundidade mínima e Iterreno Imínima podese reduzir a profundidade retornando para a profundidade mínima Fonte Adaptado de Zambon et al 2017 Declividade pode ser intermediária entre Iterrenoe Imínima ou ser Imínima A utilização deste critério contribui para a redução da profundidade dos coletores a jusante do trecho Iterreno I coletor Imínima Pjusante Pmontante Pmontante DECLIVIDADE MÁXIMA NBR 964986 a máxima declividade admissível é aquela para a qual se tenha Vf5 ms Imax 465 Qjf 067 Fonte Nuvolari 2011 Em que Imin declividade máxima mm para que se tenha Vf 5 ms Qjf vazão de jusante do trecho no final de plano Ls Equação válida para n 0013 Fonte Zambon et al 2017 Fonte Zambon et al 2017 indicado verificar para regiões com elevada declividade DEMAIS CRITÉRIOS DE PROJETO DIÂMETRO MÍNIMO NBR 964986 DN mínimo 100 mm Município de São Paulo Áreas exclusivamente residenciais DN mínimo 150 mm Áreas de ocupação mista e áreas industriais DN mínimo 200 mm VAZÃO MÍNIMA NBR 964986 Qmin 15 Ls PROFUNDIDADE MÍNIMA NBR 964986 Coletor assentado no passeio 065 m altura entre nível da superfície e o da geratriz superior externa do tubo Coletor assentado no leito de tráfego 090 m Ligações prediais pailh hc PROFUNDIDADE MÁXIMA Passeio 20 a 25 m Eixo ou terço da via 30 a 40 m Coletores acima de 40m coletores auxiliares para receber ligações prediais TENSÃO TRATIVA VERIFICAÇÃO Tensão tangencial exercida sobre a parede do conduto pelo líquido em escoamento Responsável pelo arraste de material que eventualmente venha se depositar na tubulação FγAmL Em que F peso do volume do líquido contido num trecho de comprimento L N γ peso específico do líquido Nm³ 104 Nm³ Am área molhada da seção transversal m² T componente tangencial do peso do líquido N Fsen α P perímetro molhado m RH raio hidráulico m AmPm σ tensão trativa Pa I declividade da tubulãção mm T F sen α TγAmLsen α Tensão σ relação de forçaárea σ T PL γ Am L sen α P L γ RH sen α σ γ RH I Para α pequeno sen α tg α I declividade NBR 964986 tensão trativa mínima para garantir autolimpeza 10 Pascal Fonte Azevedo Netto et al 1998 Fonte Nuvolari 2011 ARRASTE DE AR VERIFICAÇÃO Fonte Tsutiiya e Além Sobrinho 2011 Fonte Zambon et al 2017 adaptado de Tsutiiya e Além Sobrinho 2011 Início do trecho com declividade acentuada aceleração da massa de fluido força da gravidade com aumento da velocidade camada limite instável regime laminar para turbulento Camada limite turbulenta se aproxima da superfície flutuações turbulentas vencem tensão superficial gotas de água são lançadas e arrastam ar quando caem de volta no meio líquido Fonte Zambon et al 2017 adaptado de Tsutiiya e Além Sobrinho 2011 ESCOAMENTO AERADO VERIFICAÇÃO Volkart 1982 relacionou a concentração de ar C com o número de Boussinesq B C 1 1 002 Bw 60151 Se B 60 escoamento é aerado portanto ocorre mistura de arágua e aumento na área da seção transversal de escoamento É o número de Froude F mais detalhado F V gY B V gRH B ൘ V g RH 6 ൘ V g RH V 𝑉𝑐 60 g RH Se velocidade de escoamento for igual ou superior à velocidade crítica ocorrerá incorporação de ar Fonte Zambon et al 2017 adaptado de Tsutiiya e Além Sobrinho 2011 Fonte Tsutiiya e Além Sobrinho 2011 VELOCIDADE CRÍTICA VERIFICAÇÃO Se VfVc escoamento turbulento levando a incorporação de ar ao liquido aumentando a lâmina líquida NBR 964986 se velocidade final Vf for superior a velocidade crítica Vc YD de no máximo 050 garantindo ventilação no trecho Vc6 𝐠 𝐑𝐇 Em que Vc velocidade crítica ms g aceleração da gravidade ms² RH raio hidráulico Fonte Zambon et al 2017 Fonte Nuvolari 2011 ROTEIRO PARA DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO UTLIZANDO PLANILHA Coluna 1 Trecho nº iniciando pelo coletor 1 intercalandose os demais na sequencia de contribuição para o coletor 1 Coluna 2 Extensão l m medida na planta Coluna 3 Taxa de contribuição linear Tx Lsm para início Txie final de plano Txf Coluna 4 Contribuição do trecho Qt Ls Tx Lsm x L m para início Qti e final de plano Qtf Coluna 5 Vazão a montante Qm Ls Se for trecho inicial de coletor Qm 00 Ls Para os demais trechos é a soma das vazões a montante mais contribuições concentradas se for o caso para início Qmi eou final de plano Qmf Fonte Azevedo Netto et al 1998 Coluna 6 Vazão de jusante Q j Ls soma de Qt e Qm pra início Qji e final de plano Qjf Coluna 7 Diâmetro D m pela equação de Manning atendendo a condição YD 075 e coeficiente de Manning n 0013 D 03145 Qjf Io 3 8 Em que D diâmetro do trecho m Adotar diâmetro comercial imediatamente superior Qjf vazão de jusante para final de plano m³s se for menor que 15 Ls admitir como 15 Ls Io declividade do coletor no trecho em questão mm coluna 8 Fonte Azevedo Netto et al 1998 ROTEIRO PARA DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO UTLIZANDO PLANILHA Coluna 8 Declividade Io mm após análise determinase a declividade do coletor maior declividade considerando declividade mínima e declividade do terreno Declividade mínima para garantir tensão trativa de 10 Pascal Imin 00055 Qji 047 Declividade do terreno cota montantecota jusanteextensão do trecho Coluna 9 cota do terreno m obtida em planta para montante e jusante Coluna 10 Cota do coletor m resultado da análise efetuada para obtenção da declividade que consta na coluna 8 Coluna 11 Profundidade do coletor m diferença entre cota do terreno e cota do coletor Fonte Azevedo Netto et al 1998 ROTEIRO PARA DIMENSIONAMENTO UTLIZANDO PLANILHA Coluna 12 profundidade do PV ou do TIL a jusante m decorre da coluna 11 correspondendo ao maior valor entre as profundidades de jusante dos trechos afluentes ao PV ou TIL Com base em tais valores detectase também a necessidade de degrau ou tubo de queda Coluna 13 Lâmina líquida YD para início e final de plano entrando na Tabela 1 183 Azevedo Netto ou 218 Nuvolari com o resultado de QQp obtémse o valor de YD para a vazão do trecho Q vazão de jusante m³s se menor que 15 Ls adotar 15 Ls Qp 23976 D83 I12 Sendo Qp vazão a seção plena m³s D diâmetro nominal do coletor m I declividade do coletor mm Fonte Azevedo Netto et al 1998 ROTEIRO PARA DIMENSIONAMENTO UTLIZANDO PLANILHA Coluna 14 determinando a relação vvp a partir da tabela 1 183 ou 218 em função de QQp e sabendo que vp é dada pela equação abaixo determinase as velocidades inicial e final vp 30527 D23 I12 Coluna 15 Tensão trativa Pa para início de plano calculada a partir da equação Fonte Azevedo Netto et al 1998 ROTEIRO PARA DIMENSIONAMENTO UTLIZANDO PLANILHA σ γ RH I Sendo σ tensão trativa Pa γ peso específico 104 Nm³ RH raio hidráulico para início de plano m obtido a partir da tabela 1 I declividade do coletor mm Coluna 16 velocidade crítica ms para final de plano calculada pela expressão Vc6 𝐠 𝐑𝐇 Coluna 17 apontar necessidade de degrau tubo de queda ou ponto de descarga Fonte Azevedo Netto et al 1998 Sendo Vc velocidade crítica ms g aceleração da gravidade 981 ms² RH raio hidráulico m considerando lâmina liquida e raio hidráulico de final de plano obtidos a partir da tabela 1 Se Vf coluna 14 for igual ou superior à velocidade crítica reduzir YD para 05 ROTEIRO PARA DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO UTLIZANDO PLANILHA TABELA 1 183 Azevedo Netto ou 218 Nuvolari Fonte Azevedo Netto et al 1998 pág 551 TABELA 1 EXEMPLO Parâmetros de projeto População início de plano 722 hab População final de plano 842 hab Consumo per capita para início e final de plano 160 Lhabdia Coeficiente de retorno C 080 Coef de dia de maior consumo K1 12 Coef de hora de maior consumo K2 15 Taxa de infiltração Ti para início e final de plano 00005 Lsm Profundidadecobertura mínima do coletor 10 m Diâmetro mínimo do coletor 100 mm Vazões concentradas ou vazões singulares QC para final de plano QC1 240 Ls QC2 240 Ls e QC3 360 Ls Fonte Azevedo Netto et al 1998 adaptado por Nuvolari 2011 Planilha de cálculo PLANILHA DE CÁLCULO REPRESENTAÇÃO DO PROJETO Fonte Zambon et al 2017 Em planta escala 11000 ou 12000 REPRESENTAÇÃO DO PROJETO Fonte Zambon et al 2017 Em planta REPRESENTAÇÃO DO PROJETO Fonte Zambon et al 2017 Perfil H 11000 e V1100 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AZEVEDO NETTO J M FERNADEZ M F ARAÚJO R ITO A E Manual de hidráulica 1998 NUVOLARI Ariovaldo coord Esgoto sanitário coleta transporte tratamento e reuso São Paulo Editora FATEC 2003 TSUTIYA M T SOBRINHO P A Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário 1 ed São Paulo Editora POLIUSP 1999