Dimensionamento da Rede de Esgoto Sanitário

22022021 1 DIMENSIONAMENTO DA REDE DE ESGOTO SANITÁRIO PROF ALEXANDRE BOTARI DISCIPLINA SANEAMENTO 2021 LIVRO TEXTO COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO PELO ALEM SOBRINHO E MILTON TOMOYIUKI TSUTIYA VAZÕES DE ESGOTO Esgoto Doméstico Esgoto Industrial Água de Infiltração Para o projeto de Sistema de Esgoto são Necessários População estudo de crescimento populacional Consumo de água efetivo per capita q Coeficiente de retorno esgoto água C 08 NBR 9649 Coeficientes de variação de vazão Coeficiente do dia de maior consumo K1 12 NBR 9649 Coeficiente da hora de maior consumo K2 15 NBR 9649 Coeficiente da hora de maior consumo K3 05 relação entre a vazão mínima e a média diária anual ESGOTO DOMÉSTICO VARIAÇÃO DE CONSUMO DE ÁGUA Variação do consumo do ano K1 QmaxQmed Variação do consumo do dia K2 QmaxhQmedh 22022021 2 CONSUMO PER CAPTA EFETIVO EM DIFERENTES CAPITAIS BRASILEIRAS SEM CONSIDERAR PERDAS CONSUMO PER CAPITA EFETIVO MICROMEDIDO EM BARRETOS SP CONTRIBUIÇÃO DE ESGOTO DE DIFERENTES COMUNIDADES COEFICIENTE DE RETORNO OBSERVADO EM DIFERENTES CIDADES E PAÍSES 22022021 3 COEFICIENTE DE RETORNO OBSERVADO EM DIFERENTES CIDADES E PAÍSES VAZÃO 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 Ls x km VAZÃO DE INFILTRAÇÃO EM Ls km ESGOTO INDUSTRIAL Decreto nº 8468 Set76 ver CONAMA 357430 Art 19 Onde houver sistema público de esgoto em condições de atendimento os efluentes de qualquer fonte poluidora deverão ser neles lançados Art 18 VIII Regime de lançamento com vazão máxima de até 15 vezes a vazão média diária Art 19 A Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados em sistemas de esgotos se obedecerem às seguintes condições I pH entre 60 e 100 II Temperatura inferior a 40C III Materiais sedimentáveis até 20 mlL 22022021 4 VAZÃO DE ESGOTO A CONSIDERAR Q Qd Qinf Qc Q vazão de esgoto sanitário Ls Qd vazão doméstica Ls Qinf vazão de infiltração Ls Qc vazão concentrada ou singular Ls VARIAÇÃO HORÁRIA DE ESGOTOS DE ALGUMAS CIDADES CIDADE 1 VARIAÇÃO HORÁRIA DE ESGOTOS CIDADE 2 VARIAÇÃO HORÁRIA DE ESGOTOS SUBBACIA DA RMSP 22022021 5 COMPOSIÇÃO DOS ESGOTOS SANITÁRIOS Esgoto 100 999 Água 01 Sólidos 70 Matéria Orgânica Sulfetos 30 Matéria Inorgânica Areia 002 003 g l Hidráulico Transporte de vazões máximas e mínimas como condutos livres Reações Bioquímicas Controle de sulfeto de hidrogênio teor de OD 1 mgL Deposição de Materiais Sólidos Ação de auto limpeza Tensão Trativa TRANSPORTE DOS ESGOTOS SANITÁRIOS CÁLCULO DAS VAZÕES DE DIMENSIONAMENTO Para ao dimensionamento das redes coletoras são necessárias vazão máxima de final de plano que define a capacidade que o coletor deve atender vazão máxima horária de um dia qualquer do início de plano não inclui o K1 porque não se refere ao dia de maior contribuição utilizada para verificar as condições de autolimpeza que deve ocorrer ao menos uma vez por dia CÁLCULO DAS VAZÕES DE DIMENSIONAMENTO vazão média inicial Qmedi e final Qmedf de esgoto doméstico C coeficiente de retorno 08 Pi população inicial hab Pf população finalhab qi consumo per capita efetivo inicial Ld hab qf consumo per capita efetivo final Ld hab Di densidade populacional inicial habHa Df densidade populacional final habHa Ai área esgotada inicial Ha Af área esgotada finalHa DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA CÁLCULO DAS REDES COLETORAS SIMPLES Taxa por unidade de comprimento Lsm ou Lskm Taxa de contribuição linear para o início do plano Taxa de contribuição linear para o final do plano Li Lf comprimento da rede de esgotos inicial e final m ou km Tinf taxa de contribuição de infiltração Lsm ou Lskm 22022021 6 Taxa por unidade de área Ls Ha Taxa de contribuição inicial Taxa de contribuição final ai af área abrangida pelo projeto ha Tinfa taxa de contribuição de infiltração por unidade de área LsHa DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA CÁLCULO DAS REDES COLETORAS SIMPLES DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA CÁLCULO DAS REDES COLETORAS DUPLAS Taxa por unidade de comprimento Lsm ou Lskm Taxa de contribuição linear para o início do plano Taxa de contribuição linear para o final do plano Li Lf comprimento da rede de esgotos dupla inicial e final m ou km Tinf taxa de contribuição de infiltração Lsm ou Lskm DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA CÁLCULO DAS REDES COLETORAS MISTAS SIMPLES E DUPLAS Taxa por unidade de comprimento virtual Lvi Lsm ou Lskm Lvi Lsi Ldi2 Taxa de contribuição linear para parcela da rede simples de rede mista início do plano Taxa de contribuição linear para o final do plano Lvii Lvif comprimento virtual da rede de esgotos mista inicial e final m ou km Tinf taxa de contribuição de infiltração Lsm ou Lskm DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE CONTRIBUIÇÃO PARA CÁLCULO DAS REDES COLETORAS MISTAS SIMPLES E DUPLAS Taxa por unidade de comprimento virtual Lvi Lsm ou Lskm Lvi Lsi Ldi2 Taxa de contribuição linear para parcela de rede dupla da rede mista início do plano Taxa de contribuição linear para o final do plano Lvii Lvif comprimento virtual da rede de esgotos mista inicial e final m ou km Tinf taxa de contribuição de infiltração Lsm ou Lskm 22022021 7 REGIME HIDRÁULICO DE ESCOAMENTO EM SISTEMA DE ESGOTO Equação de Energia Z carga geométrica m carga piezométrica m carga cinética m hf perda de carga m Equação da Continuidade QV1 A1 V2 A2 VA constante Q vazão m3s V velocidade média na seção ms A área da seção de escoamento m2 HIDRÁULICA DOS COLETORES DE ESGOTO Equações Gerais para Condutos Livres Chézy 1775 V velocidade média do escoamento ms RH raio hidráulico m I declividade da linha de energia mm C coeficiente de Chézy 22022021 8 Manning 1890 n coeficiente de Manning com ou Q vazão m3s S seção de escoamento m2 Chézy Manning Valores do Coeficiente de Manning n Valores do Coeficiente de Manning n MATERIAL DOS CONDUTOS COEFICIENTE n CERÂMICO CONCRETO PVC FoFo C REVESTIMENTO FoFo S REVESTIMENTO AÇO SOLDADO CIMENTO AMIANTO POLIÉSTER POLIETILENO 0013 0013 010 0012 0013 0011 0011 0011 0011 Fórmula Universal 1850 Usar para Perda de Carga no Recalque hf perda de carga m f coeficiente de atrito L comprimento da tubulação m V velocidade média ms D diâmetro da tubulação m g aceleração da gravidade 981 ms2 Q vazão m3s 22022021 9 ELEMENTOS HIDRÁULICOS DOS CONDUTOS CIRCULARES SEJA POR EXEMPLO UM TUBO DE CONCRETO DE 400 mm DE DIÂMETRO VEICULANDO UMA VAZÃO DE 75 Ls COM DECLIVIDADE DE 002 mm DETERMINACÃO DE LÂMINA LÍQUIDA VELOCIDADE MÉDIA DE ESCOAMENTO RAIO HIDRÁULICO 1 ESCOMENTO A SEÇÃO PLENAEq Manning 2 QQp 007502945 02546 Vp 0294531415 x 0424 234 ms RHp D4 044 01 m 3 Com QQp 02546 no gráfico dos elementos hidráulicos obtémse YD 03441 ou Y 01376 m VVp08355 x 234 ou V 19551 ms RHRHp 07640 x 01 00764 m Gráfico dos elementos hidráulicos 22022021 10 Tabela dos elementos hidráulicos PROJETO DA REDE COLETORA Dimensionamento Hidráulico Vazão mínima 15 Ls Diâmetro mínimo 150 mm Declividade mínima Imím 00055 Qi047 Velocidade máxima 5 ms Imáx 465 Qf067 Lâmina dágua máxima 75 do diâmetro Controle de remanso PROJETO DA REDE COLETORA TENSÃO TRATIVA OU TENSÃO DE ARRASTE A tensão trativa é definida como uma tensão tangencial exercida sobre a parede do conduto pelo líquido escoado PROJETO DA REDE COLETORA F g A L T F sen a T g A L sen a s g RH I s tensão trativa média Pa A área molhada m2 L comprimento m F peso do líquido de um trecho L N T componente tangencial de F N a ângulo de inclinação da tubulação grau g peso específico do líquido 104 Nm3 para o esgoto RH raio hidráulico m I declividade da tubulação mm P perímetro molhado m σ σ 22022021 11 DISTRIBUIÇÃO EXPERIMENTAL DA TENSÃO TRATIVA EM CONDUTO CIRCULAR DETERMINAÇÃO DA EQUAÇÃO DA DECLIVIDADE MÍNIMA Equações utilizadas Tensão trativa s g RHI Chézy Manning Ajuste para s 1 Pa e n 0013 para diâmetros variando de 100 mm a 400 mm e YD 075 O valor mínimo da Tensão Trativa é de 1 Pa DETERMINAÇÃO DA EQUAÇÃO DA DECLIVIDADE MÍNIMA EM FUNÇÃO DO COEFICIENTE DE MANNING PARA σ 1 Pa E YD075 VELOCIDADE CRÍTICA Norma da ABNT NBR 96491986 Quando a velocidade final vf é superior a velocidade crítica vc a maior lâmina admissível deve ser 50 do diâmetro do coletor assegurandose a ventilação do trecho A velocidade crítica é definida por Vc 6 g RH12 sendo g aceleração da gravidade ms2 e RH raio hidráulico m 22022021 12 MECANISMOS DE ENTRADA DE AR Seção longitudinal de uma tubulação com grande declividade Formação de uma bolha de ar pela queda de uma gota dágua SEÇÃO TRANSVERSAL DE UM CONDUTO COM MISTURA ÁGUAAR VELOCIDADE CRÍTICA Norma da ABNT NBR 96491986 5151 Quando a velocidade final vf é superior a velocidade crítica vc a maior lâmina admissível deve ser 50 do diâmetro do coletor assegurandose a ventilação do trecho a velocidade crítica é definida por Vc 6 g RH 12 onde g aceleração da gravidade O Fenômeno Estudos realizados por VOLKART Alemanha 1980 Início do escoamento aerado Adimensional Número de BOUSSINESQ Mistura águaar inicia quando B 60 portanto H V B g R TUBULAÇÕES 22022021 13 TUBULAÇÕES Fatores que influem na escolha resistência a cargas externas resistência à abrasão e ao ataque químico facilidade de transporte disponibilidade de diâmetros necessários custo do material custo de transporte custo de assentamento TUBULAÇÕES Plásticos e seus derivados PVC PP PEPBA PRFV Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro ou C PRFV tubos Centrifugados de Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro GRE Epóxi Reforçado com Fibra de Vidro do inglês Glass Reinforced Epoxy Tubos Cerâmicos Concretos Poliméricos Tubos de Concreto e Concreto Armado TUBULAÇÕES TUBULAÇÕES DE PLÁSTICO Os materiais plásticos para tubulação podem ser agrupados em seis principais categorias em relação aos seus constitutivos químicos o polietileno o cloreto de polivinila o acríilico butadienoestireno ABS acetato de celulose hidrocarbonetos fluorados Teflon epóxi poliésteres e fenólicos Destes certamente o mais importante para o saneamento mais especificamente para a veiculação de esgoto e águas pluviais é o Cloreto de PoliVinila PVC 22022021 14 TUBO DE CONCRETO POLIMÉRICO Comumente chamado de concreto polimérico estes tubos são feitos de uma mistura homogênea de resina de poliéster agregados e microsílica A resina se junta à sílica para criar um material denso e não poroso com excelente resistência à compressão e à flexão Isto apropriado para a aplicação em esgotos sanitários poços de visita e micro túneis Possui alta resistência mecânica É produzido em formas circulares e não circulares Sua superfície interna é lisa As juntas prémontadas garantem estanqueidade de até 24 bar TUBO DE CONCRETO E CONCRETO ARMADO Os tubos de concreto são classificados como canais uniformes e retilíneos com seção transversal rugosidade das paredes e declividades constantes em cada trecho a ser dimensionado por regime de escoamento permanente e livre TUBO DE CONCRETO E CONCRETO ARMADO COM JUNTAS DE BORRACHA DADOS DOS FABRICANTES 22022021 15 Toda problemática do assentamento de tubulações enterradas se prende as condições de apoio e claro as suas características de resistência e impermeabilidade ASSENTAMENTO Carga total carga de terra carga móvel DETERMINAÇÃO DAS CARGAS MÓVEIS A pressão resultante no solo pode ser calculada através da integração de Newmark para a formula de Boussinesq M Ct P FL Cargas concentradas M Ct q F De Cargas distribuídas Sendo P Carga concentrada por exemplo a roda do veículo aplicada na superfície do solo segundo a vertical do centro do tubo q Carga uniformemente distribuída L comprimento do tubo De diâmetro externo da tubulação Ct coeficiente de Marston que depende de m L2h e n De2h F Coeficiente de impacto sendo F 150 para rodovias F 175 para ferrovias F 100 à 150 para aeroportos FE Fator de Equivalência Diretamente sobre o solo local FE 11 Diretamente sobre o solo local mas com a acomodação da bolsa ou sobre base FE 15 De rachão brita 3 e 4 FE 19 Sobre brita graduada ou material granular FE 225 Berço de concreto FE 34 Nota As classes de resistência previstos na NBR 889003 para tubos de concreto destinados a condução deáguas pluviais são PS1 e PS2 para tubos de concreto simples diâmetro de 200 a 600 mm PA1 PA2 PA3 e PA4 para tubos de concreto armado diâmetro de 300 a 2000 mm 22022021 16 Armazenamento CORRETO Vala e Aterro Vala e Aterro Quando os tubos forem assentados em valas estas deverão ter dimensões compatíveis com seu diâmetro permitindo a montagem rejuntamento no caso de junta rígida e reaterro compactado da vala As valas deverão ser abertas sempre de jusante para montante com acompanhamento topográfico e seguindo as cotas alinhamentos e perfis longitudinais estipulados em projeto Vala e Aterro Estudos geotécnicos irão determinar a necessidade ou não de escoramentos em função da estabilidade do solo e profundidade da vala que poderão ser contínuos ou localizados executados em madeira perfis metálicos ou um misto perfis metálicos e madeira Lembrando que é obrigatório o escoramento para valas com profundidade superior a 125 m conforme NR 18 e SIT 1572006 e 2962018 do Ministério do Trabalho Também cuidados especiais deverão ser tomados nos casos em que for necessária a realização de rebaixamento do lençol freático 22022021 17 Tubulação Aérea de PRFV Tubulação Aérea de PRVC Distância entre os Apoios Juntas de tubos de PRVC Tubulação Enterrada 22022021 18 Reaterro Reaterro Deverá ser feito com material compatível e com o nível de compactação adequado Cuidados especiais deverão ser tomados com o reaterro inicial ao lado dos tubos pois normalmente o local é de difícil acesso dificultando a compactação do solo O material do reaterro deverá ser lançado em camadas de no máximo 20 cm com umidade próxima da ótima e compactado com equipamento manual tipo sapomecânico até uma altura mínima de 80 cm sobre a geratriz superior do tubo quando poderá ser compactado com equipamento autopropelido Antes de iniciar a compactação mecânica do reaterro com equipamento de grande porte é importante que o engenheiro responsável verifique se o tubo foi dimensionado para aquela determinada solicitação de carga Reaterro Quando a profundidade da vala for inferior a 80cm ou quando a tubulação atravessar ruas com pesadas cargas de tráfego devem ser tomadas medidas especiais de proteção aos tubos de PVC rígido em função da intensidade das cargas e da profundidade dos tubos Recomendase para tais casos a adoção de um dos dois tipos de envolvimentos ilustrados Reaterro O TIPO A é utilizado quando o solo natural oferecer boa capacidade de suporte e não houver a ocorrência de água Basta nivelar o fundo da vala aberta e preparar os rebaixos cachimbos para abrigar a bolsa de modo que toda a extensão da tubulação apoiese diretamente no seu fundo Essa observação é comum à todos materiais 22022021 19 Reaterro O TIPO B é utilizado quando as condições de suporte e o tipo de solo não aconselharem um apoio direto Basta após regularizar o fundo introduzir um lastro de areia para formar o apoio que deverá envolver a tubulação até a metade de seu diâmetro Carga de Terra Carga de Terra Carga de terra sobre o tubo na condição de vala P Cv x γ x B2 onde P carga sobre o tubo por unidade de comprimento B largura da vala no plano da geratriz superior do tubo Cv coeficiente de carga para tubos instalados em vala que depende do tipo de solo da profundidade da instalação H e da largura de vala B γ peso especifico do solo de reaterro Carga de Terra Carga de terra sobre o tubo na condição de aterro P CA γ D2 P carga sobre o tubo por unidade de comprimento CA Coeficiente de carga para tubos instalados na condição de aterro sendo função do tipo de solo Ku da profundidade da instalação do diâmetro do tubo da taxa de recalque rsd D Diâmetro do tubo 22022021 20 Ancoragem Ancoragem Deflexão de Tubos de PRFV Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro ou CPRFV tubos Centrifugados de Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro Dimensionamento da Rede Coletora Traçado dos coletores Distância entre singularidades Numeração dos trechos Cálculo da taxa de contribuição linear Cáculo das vazões no trecho do coletor Profundidade mínima dos coletores Diâmetro mínimo Vazão mínima de dimensionamento Determinação do diâmetro e declividade do trecho Verificação da lâmina tensão trativa e velocidade crítica Preenchimento da planilha de cálculo 22022021 21 Tabela para Dimensionamento e Verificação da Tubulação de Esgoto e Da equação de Manning podese escrever Dimensionamento e verificação das tubulações de esgoto Determinação do raio hidráulico em função de YD Tabela para Dimensionamento e Verificação da Tubulação de Esgoto DETERMINAÇÃO DO RAIO HIDRÁULICO EM FUNÇÃO DE YD Largura de faixa de servidão para implantação de coletores 22022021 22 PROJETO HIDRÁULICO SANITÁRIO PROJETO EXECUTIVO DE REDES DE ESGOTOS RELEMBRANDO DENSIDADE DEMOGRÁFICA TIPO DE OCUPAÇÃO DENSIDADE DEMOGRÁFICA habHa DENSIDADE LINEAR habm Área periférica casas isoladas lotes grandes Casas isoladas lotes médios e pequenos Casas geminadas predominando 1 pavimento Casas geminadas predominando 2 pavimentos Edifícios de apartamentos pequenos Edifícios de apartamentos grandes Áreas Comerciais Áreas Industriais 25 a 75 50 a 100 75 a 150 100 a 200 150 a 300 300 a 900 50 a 150 25 a 75 015 a 050 030 a 070 045 a 100 060 a 140 090 a 20 180 a 60 03 a 10 015 a 10 22022021 23 Exemplo determinação da vazão total em uma rede de distribuição por área de atendimento e por metro de via pública com base em população no final de plano 98 110 hab b consumo per capta 200 Ld hab c área urbana a ser atendida 712 Ha d K1 12 e K2 15 f densidades demográficas área 1 175 Ha 250 habHa área 2 114 Ha 180 habHa área 3 423 Ha 80 habHa g extensão total das vias públicas 98 256 m 138 mHa A Populações por Área Específica Área 1 P1 175 x 250 43 750 hab Área 2 P2 114 x 180 20 520 hab Área 3 P3 423 x 80 33 840 hab B Vazão por Habitante na Hora de Maior Consumo C Vazão da Hora de Maior Consumo na Rede Qhmc 000417 Ls hab x 98 110 hab 4091 Ls D Vazão da Hora de Maior Consumo por Hectare Área 1 Qhmc1Ha 000417 Ls habx250 habHa 104 Ls Ha Área 2 Qhmc2Ha 000417 Ls habx180 habHa 075 Ls Ha Área 3 Qhmc3Ha 000417 Ls habx80 habHa 033 Ls Ha E Vazão da Hora de Maior Consumo por Área de Influência Área 1 Qhmc1 104 Ls Ha x 175 Ha 182 Ls Área 2 Qhmc2 075 Ls Ha x 114 Ha 855 Ls Área 3 Qhmc3 033 Ls Ha x 423 Ha 1395 Ls F Vazão da Hora de Maior Consumo por Metro Linear Área 1 Qhmc1ml 104 Ls Ha138 mHa 00075 Ls m Área 2 Qhmc2 075 Ls Ha138 mHa 00054 Ls m Área 3 Qhmc3 033 Ls Ha138 mHa 00024 Ls m