Sistemas de Esgotamento Sanitário: Rede Coletora e Vazão de Esgoto

Sistemas de Esgotamento Sanitário Rede coletora e Vazão de esgoto Prof Rodrigo de Freitas Bueno Engenharia Ambiental e Urbana UFABC SISTEMA DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO SEPARADOR ABSOLUTO Fonte Nuvolari 2011 Fonte Sabesp Conjunto de condutos instalações e equipamentos destinados a coletar transportar condicionar e encaminhar somente esgoto sanitário a uma disposição final conveniente de modo contínuo e higienicamente seguro NBR 96481986 REDE COLETORA Constituída por ligações prediais coletores de esgoto e seus acessórios poço de visita terminal de limpeza e terminal de inspeção e limpeza Tem como função receber as contribuições dos domicílios prédios e economias promovendo o afastamento do esgoto sanitário coletado em direção aos grandes condutos de transporte interceptores e emissários para o local de tratamento e descarga final corpo receptor Nuvolari 2011 Fonte Sabesp INTERCEPTORES E EMISSÁRIOS Interceptores canalização cuja função precípua é receber e transportar o esgoto sanitário coletado caracterizado pela defasagem das contribuições da qual resulta o amortecimento das vazões máximas NBR 1220789 Recebem apenas contribuições em pontos determinados providos de poço de visita não recebendo contribuições ao longo do conduto Azevedo Netto 2013 Localizado nas áreas mais baixas da bacia talvegues talvegues às margens dos cursos dágua lagos e oceanos Azevedo Netto 2013 Emissários tubulação que recebe esgoto exclusivamente na extremidade de montante NBR 964989 Trecho final do interceptor após a última contribuição Trecho entre a estação elevatória e ETE emissário de recalque Tubulação de descarga do efluente tratado no corpo receptor ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS Utilizadas nas seguintes situações Coleta quando necessária a elevação do esgoto para permitir a ligação ao coletor de esgoto topografia não favorece a coleta do esgoto por gravidade Azevedo Netto 2013 Transporte rede coletora e interceptores como alternativa ao aprofundamento excessivo dos coletores e em zonas com redes novas cuja cota seja inferior que a da rede existente Azevedo Netto 2013 Tratamento e disposição final para alcançar cotas compatíveis com a implantação da ETE ou com os níveis do corpo receptor Azevedo Netto 2013 TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO Hidráulica transporte de vazões máximas e mínimas como condutos livres capacidade de vazão Reações Bioquímicas controle de sulfeto de hidrogênio Deposição de Materiais Sólidos ação de autolimpeza TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO PROCESSOS QUE OCORREM EM CONDUTOS DE ESGOTO COM OXIGÊNIO SUFICIENTE PARA PREVENIR A FORMAÇÃO DO SULFETO NO ESGOTO TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO PROCESSOS QUE OCORREM EM CONDUTOS DE ESGOTO SOB CONDIÇÕES DE FORMAÇÃO DO SULFETO DISTRIBUIÇÃO DESIGUAL DA CORROSÃO EM TUBO DE CONCRETO DEVIDO AO ÁCIDO SULFÚRICO EXEMPLO INTERCEPTOR RETANGULAR CORROÍDO POR ÁCIDO SULFÚRICO TIPOS DE MANUTENÇÃO Manutenção Preventiva Serviços para obter melhor desempenho do sistema antecipandose ao problema Manutenção Corretiva Serviços para corrigir problemas de obstruções ou rompimento de ramais e coletores DESOBSTRUÇÃO DE RAMAL PREDIAL FlexiCleaner DESOBSTRUÇÃO DE RAMAL PREDIAL Limpeza com Sewer Jet Hidrojateamento DESOBSTRUÇÃO DE RAMAL PREDIAL Equipamento a vácuo DESOBSTRUÇÃO DE RAMAL PREDIAL Equipamento combinado hidro jateamento e vácuo Vazões de Esgoto Doméstico A vazão Q ou descarga de esgotos expressa a relação entre a quantidade do esgoto transportado em um período de tempo Tratase da mais importante característica dos esgotos indicando o transporte conjunto de todos os seus componentes tais como água matéria sólida mineral ou orgânica poluentes químicos microorganismos etc A contribuição de esgotos depende de inúmeros fatores disponibilidade de água região atendida atividades desenvolvidas atividades industriais hábitos de higiene nível socioeconômico nível cultural etc Estudo de crescimento populacional Produção de esgotos por atividade e usuário Consumo per capita medido em outros países Vazões de Esgoto Doméstico Independente dos aspectos inerentes ao consumo de água a vazão de esgoto afluente a uma ETE é afetada pelos seguintes fatores Tipo de esgoto coletado doméstico ou misto Sistema de coleta unitário ou separador Condições climáticas temperaturas e condições do ano Regime de escoamento por gravidade ou sob pressão Tipo de material das canalizações Qualidade de execução das obras Quantidades de poços de visitas Concepção e quantidade de elevatórias e extravasores Qualidade de serviços conservação manutenção etc Vazões em um sistema unitário Sistema separador absoluto Sistema separador absoluto com tratamento de carga difusa Carga difusa e águas de 1ª chuva Coeficientes de retorno obtidos por medições ou recomendados para projeto VARIAÇÃO DO CONSUMO No caso de indisponibilidade de dados é recomendado considerar as variações típicas indicadas na NBR9649 ÁGUA DE INFILTRAÇÃO A infiltração na rede depende das condições locais tais como NA do lençol freático Tipo de solo Material da tubulação Tipo de junta Qualidade de assentamento dos tubos NBR 9649 Taxa de infiltração TI 005 a 10 Lskm Autor Local Ano Taxa de infiltração Condições de obtenção dos valores ÁGUA DE INFILTRAÇÃO Exemplo simplificado Vazões de Esgoto Doméstico Vazões de Esgoto Doméstico Vazão Média QMÉDED qA x c x População atendida qA consumo per capita de água ex qA 200 Lhabx dia c Coeficiente de retorno águaesgoto c 08 Vazão Máxima QMÁXED QMÉDED x k1 x k2 k1 12 e k215 Infiltração QINFILTRAÇÃO extensão da rede x coef inf Exemplo de coef de infiltração na rede coletora 01 Ls x km Vazão Mínima QMÍN QMÉDED x k3 k305 Vazões de Esgoto Sanitário Vazão Média QMÉDES QMÉDED QINFILTRAÇÃO QINUDSTRIAL Vazão Máxima QMÁXES QMÁXED QINFILTRAÇÃO QINDUSTRIAL Vazão Mínima QMÍNES QMÍNED QINFILTRAÇÃO QINDUSTRIAL Para os dados abaixo relativos à bacia contribuinte da ETE Norte em Maringá calcular as vazões de projeto média e máxima Dados População de fim de plano 160000 hab Percapita de esgotos 120 Lhabd Extensão final da rede coletora 227 km Taxa de infiltração 03 Lskm Cálculos Vazão média Qm 160000 hab x 120 Lhabd 222 Ls Vazão de infiltração Qi 227 km x 03 Lskm 68 Ls Vazão de projeto média QmQi 290 Ls 25056 m3d Vazão de projeto máxima adotando K 18 K1 x K2 Qmáx Qm x K Qi 222 x 18 68 468 Ls 4040064 m3d Exemplo simplificado Vazões de Esgoto Doméstico Composição da Vazão de Esgoto Sanitário onde Q vazão de esgoto sanitário Ls Qd vazão domésticaLs Qinf vazão de infiltraçãoLs Qc vazão concentrada ou singular Ls Qc Referese à contribuição de esgoto bem superior àquelas lançadas na rede coletora ao longo do seu caminho e devido ao seu valor altera sensivelmente a vazão do trecho de jusante da rede Ex Grandes escolas hospitais shopping etc CÁLCULO DAS VAZÕES Métodos para cálculo das vazões Quando não existirem medições de vazão utilizáveis no projeto Quando existirem hidrogramas utilizáveis no projeto Cálculo de vazão pelo processo das áreas edificadas Cálculo das vazões totais Para o dimensionamento das redes coletoras são necessárias a vazão máxima de final de plano que define a capacidade que deve atender o coletor e a vazão máxima horária de um dia qualquer não inclui k1 porque não se refere ao dia de maior contribuição do início do plano que é utilizada para se verificar as condições de autolimpeza do coletor que deve ocorrer pelo menos uma vez ao dia QUANDO NÃO EXISTIREM MEDIÇÕES DE VAZÃO UTILIZÁVEIS NO PROJETO QUANDO NÃO EXISTIREM MEDIÇÕES DE VAZÃO UTILIZÁVEIS NO PROJETO A vazão média inicial e final de esgoto doméstico pode ser calculada pelas expressões C coeficiente de retorno Pi Pf população inicial e final hab ai af área esgotada inicial e final ha di df densidade populacional inicial e final habha qi qf consumo de água efetivo per capita inicial e final Lhabdia QUANDO NÃO EXISTIREM MEDIÇÕES DE VAZÃO UTILIZÁVEIS NO PROJETO Esse método tradicional vem sendo adotado para determinar vazões na grande maioria dos projetos Simplicidade Deficiência de dados que permitam a determinação por outros processos Experiências positivas para determinação de vazões pequenas até as grandes vazões QUANDO EXISTIREM HIDROGRAMAS UTILIZÁVEIS NO PROJETO Exemplo 1 Calcular as vazões máxima e mínima para a cidade B com população de 20000 habitantes conhecendose o hidrograma medido da cidade A que tem 5000 habitantes e admitindose que as duas cidades têm características semelhantes Solução Hidrograma medido na cidade A temse Vazão máxima 10 Ls Vazão mínima 1 Ls Cidade B 20000 habitantes Cidade A 5000 habitantes admitindose que as duas cidades têm características semelhantes Temos Vazão máxima Vazão mínima Exemplo 1 CÁLCULO DE VAZÃO PELO PROCESSO DAS ÁREAS EDIFICADAS Admitindose a frente média do lote igual a 120 m e 5 pessoas por lote os valores do exemplo da figura seriam Exemplo 2 Nos loteamentos comuns o comprimento de ruas por hectare geralmente está entre 150 e 250 Admitindose para o exemplo acima 150mha DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA CÁLCULO DAS REDES COLETORAS As taxas de contribuição para o cálculo das redes de esgoto são normalmente referidos à unidade de comprimento dos coletores metro ou quilômetro ou à unidade de área esgotada hectare A taxa referida à área geralmente é utilizado na estimativa de vazões de áreas previstas para expansão futura onde não estejam definidos os traçados das vias públicas Taxas de contribuição Considerar as contribuições de esgoto doméstico e águas de infiltração DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA CÁLCULO DAS REDES COLETORAS Rede simples Rede dupla Rede mista simples e dupla TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA REDES SIMPLES TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA REDES DUPLAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA REDES SIMPLES E DUPLAS EXEMPLO 3 Calcular as taxas de contribuição linear para a rede coletora de esgoto do traçado da figura a seguir Considerações Pop de início de plano 3400 hab Pop de final de plano 13000 hab Cons de água efetivo per capita q200 Lhabd Coef de retorno C 08 Coef de máxima vazão diária k1 12 Coef de máxima vazão horária k2 15 Taxa de cont de infiltração Tinf 01 Lskm Comp da rede simples Ls 791 m Comp da rede dupla Ld 692 m av F e G Solução Determinação da taxa de contribuição linear inicial Vazão média inicial Comprimento virtual da rede inicial EXEMPLO 3 Solução Taxa de contribuição linear inicial Rede simples Rede dupla EXEMPLO 3 Solução Determinação da taxa de contribuição linear final Vazão média final Comprimento virtual da rede final EXEMPLO 3 Solução Taxa de contribuição linear final Rede simples Rede dupla EXEMPLO 3 Resumo Tipo de rede Taxa de contribuição linear Lskm Inicial Final Simples 841 3821 Dupla 426 1915 EXEMPLO 3 Considerações As vazões utilizadas para dimensionamento são Vazão máxima de final de plano Vazão máxima de início de plano de jusante do trecho coletor Após definido as taxas de contribuição para se calcular as vazões de dimensionamento de um determinado trecho da rede coletora devese somar as contribuições que chegam a montante do trecho com a contribuição do trecho em questão A contribuição do trecho é calculada multiplicandose a taxa de contribuição linear pelo comprimento do trecho Determinação das vazões de dimensionamento de cada trecho CÁLCULO DAS VAZÕES NOS TRECHOS EXEMPLO 4 REDE COLETORA DE ESGOTOS Fonte Sabesp 2006 Fonte Nuvolari 2011 LIGAÇÕES OU RAMAIS PREDIAIS Fonte Nuvolari 2011 Trecho de canalização que parte do coletor e alcança o alinhamento da rua dentro do lote denominase ramal interno REDE COLETORA DE ESGOTOS Fonte Sabesp 2006 Coletor principal Coletor de esgoto de maior extensão dentro de uma mesma bacia NBR 964986 Recebe contribuição de esgoto de outros coletores e de ramais Coletor secundário ou simplesmente coletor Recebe apenas contribuição de esgoto de coletores TIPOS DE TRAÇADOS DA REDE COLETORA DE ESGOTOS Perpendicular Coletores troncos perpendiculares a um curso de água que passa pela região Tsutiya e Além Sobrinho 2011 Coletor tronco depende do traçado viário Fonte Tsutiya e Além Sobrinho 2011 adaptado por Zambon et al 2017 TIPOS DE TRAÇADOS DA REDE COLETORA DE ESGOTOS Leque Própria de terrenos acidentados topografia irregular Presença de diversas subbacias de esgotamento convergentes Fonte Tsutiya e Além Sobrinho 2011 adaptado por Zambon et al 2017 TIPOS DE TRAÇADOS DA REDE COLETORA DE ESGOTOS Radial ou distrital Típica de rede típica de cidades planasregiões com baixa declividade Setores independentes necessitando de recalque para o destino final Fonte Tsutiya e Além Sobrinho 2011 adaptado por Zambon et al 2017 REDE SIMPLES Fonte Zambon et al 2017 Único coletor lançado no eixo carroçável ou no terço do leito carroçável Em caso de soleira negativa lançar o coletor no terço correspondente à soleira negativa REDE DUPLA Fonte Tsutiya e Além Sobrinho 2011 Vias de tráfego intenso Vias com largura entre alinhamentos dos lotes igual ou superior a 14 m ruas asfaltadas e 18 m ruas de terra Vias com interferências que inviabilizam a execução de ligações prediais em uma única rede Coletores com diâmetro acima de 400 mm eou com profundidades acima de 4 m 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 PROFUNDIDADE MÍNIMA TAMBÉM DEPENDE DA COTA DAS LIGAÇÕES PREDIAIS Proteção contra cargas externas PROFUNDIDADE MÍNIMA PARA ATENDER LIGAÇÕES PREDIAIS A profundidade mínima para atender as ligações prediais é dada por 𝑝 𝑎 𝑖 𝑙 ℎ ℎ𝑐 Em que p profundidade mínima do coletor público m a distância entre a geratriz inferior interna do coletor público até a geratriz inferior interna do ramal predial m i declividade do ramal predial mm l distância entre o coletor público e a caixa de inspeção m h desnível entre a via pública e o aparelho sanitário mais desfavorável m hc altura da caixa de inspeção PROFUNDIDADE MÍNIMA NBR 964986 529 A rede coletora não deve ser aprofundada para atendimento de economia com cota de soleira abaixo do nível da rua Nos casos de atendimento considerado necessário devem ser feitas análises da conveniência do aprofundamento considerados seus efeitos nos trechos subsequentes e comparandose com outras soluções PROFUNDIDADE MÁXIMA Passeio 20 a 25 m Eixo ou terço da via 30 a 40 m Coletores com mais de 40m de profundidade coletores auxiliares para receber ligações prediais ORGÃOS ACESSÓRIOS OU SINGULARIDADES dispositivos fixos desprovidos de equipamentos mecânicos que são construídos em pontos singulares da rede coletora com finalidade de permitir a inspeção e a desobstrução das canalizações além de facilitar a manutenção da pressão atmosférica no tubo garantindo o escoamento livre Nuvolari 2011 Fonte Ferpac Fonte Compesa POÇO DE VISITA PV Fonte Maroni 2010 Construído em singularidades como início de coletores mudanças de direção de declividade de diâmetro de material na reunião de coletores e onde há tubo de queda NBR 964986 Fonte Azevedo Netto 1998 POÇO DE VISITA PV Fonte Tsutiya e Além Sobrinho 2011 PV com degraus Quando coletor chega ao PV com diferença de cota inferior a 060 m executase o degrau Em desníveis menores que 020 m o degrau pode ser eliminado afundandose o coletor PV com tubo de queda Quando coletor chega ao PV com diferença de cota igual ou acima a 060 m executase o degrau NBR 964986 adota diferença de cota de 050 m TUBO DE INSPEÇÃO E LIMPEZA TIL Podem substituir poço de visita na reunião de até 2 trechos ao coletor nos pontos com degrau de altura inferior a 060 m e a jusante de ligações prediais cujas contribuições podem acarretar problema de manutenção grandes usuário por exemplo NBR 964986 adota diferença de cota de 050 m Fonte Zambon et al 2017 TERMINAL DE LIMPEZA TL Fonte Zambon et al 2017 Podem substituir poço de visita no início de coletores Fonte Azevedo Netto 1998 CAIXA DE PASSAGEM CP câmara sem acesso utilizadas em mudanças de material direção e declividade Fonte Tsutiya e Além Sobrinho 2011 Zambon et al 2016 RESUMINDO Fonte Zambon et al 2017 TRAÇANDO A REDE COLETORA Partindo da montante da bacia identificar sentido de escoamento considerando a topografia Posicionar terminais de limpeza TL no início dos coletores Posicionar PV ou TIL nos demais cruzamentos quando tiver mais de duas ligações utilizar PV ou a cada 100 m Traçar os coletores interligando as singularidades PV e TIL podem ter somente uma saída EXEMPLO 1 Trace a rede coletora de esgotos representada pela figura abaixo e defina o posicionamento e tipos de singularidade Desconsidere a extensão dos trechos admitindo singularidades somente nos cruzamentos EXEMPLO 1 NUMERANDO OS COLETORES E TRECHOS De montante para jusante O maior coletor receberá o número 1 e seu primeiro trecho será 1 O primeiro coletor que chegar ao coletor 1 será o coletor 2 e assim por diante EXEMPLO 2 Numere a rede representada pela abaixo EXEMPLO 2 11 12 13 14 15 16 21 22 23 24 31 41 51 52 53 54 61 71 81 82 83 84 91 101 Numere a rede representada pela abaixo REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS NBR 96491986 Projeto de rede coletora de esgotos 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