Dimensionamento de Rede Coletora de Esgoto Sanitario - Passo a Passo e NBR 9640-86

O dimensionamento da rede coletora de esgoto sanítário pode ser realizado seguindo o roteiro abaixo conforme proposto por Tsutiya 2006 e seguindo recomendações da NBR 964086 1 Determinar cotas nos cruzamentos e em pontos onde haverá singularidade A singularidade pode ser poço de visita PV terminal de inspeção e limpeza TIL terminal de limpeza TL ou caixa de passagem CP e o tipo de singularidade a ser utilizada é definido com base nas informações da Figura 1 Figura 1 Condições para uso dos diferentes tipos de singularidade Fonte Zambon et al 2016 A distância máxima entre as singularidades deve ser 100 metros devido ao alcance dos equipamentos de desobstrução 2 Indicar o sentido de escoamento na planta Ao indicar o sentido de escoamento procurase na medida do possível seguir o sentido de escoamento natural do terreno 3 Numerar os coletores e os trechos Numerar os coletores considerando que o coletor de maior extensão é o coletor número 1 o de segunda maior extensão número 2 o de terceira maior extensão número 3 e assim por diante O primeiro trecho do coletor é o trecho número 1 e assim sucessivamente 4 Calcular a vazão doméstica para início e final de plano projeto A vazão doméstica deve ser calculada para início e final de plano com base nas equações abaixo Vazão doméstica inicial Qdi Q C P q K 86400 Onde Qdi vazão doméstica inicial Ls C coeficiente de retorno adimensional q consumo per capita Lhabdia K2 coeficiente de hora de maior consumo adimensional Vazão doméstica final Qdf Q C P q K 86400 Onde Qdf vazão doméstica final Ls C coeficiente de retorno adimensional q consumo per capita Lhabdia K1 coeficiente de dia de maior consumo adimensional K2 coeficiente de hora de maior consumo adimensional 5 Calcular taxa de contribuição linear inicial e final Taxa de contribuição linear inicial Txi T Q L T Onde Txi taxa de contribuição linear inicial Lskm Qdi vazão doméstica inicial Ls Li extensão total da rede no início de plano km Tinf taxa de infiltração Lskm Taxa de contribuição linear final Txf T Q L T Onde Txi taxa de contribuição linear final Lskm Qdf vazão doméstica final Ls Lf extensão total da rede no final de plano km Tinf taxa de infiltração Lskm 6 Determinar as vazões no trecho do coletor para início e final de projeto Vazão a montante Qm igual a vazão de contribuição proveniente dos trechos a montante incluindose as contribuições localizadas Tsutiya e Além Sobrinho 2011 ou seja vazão ou soma das vazões a jusante dos trechos localizados a montante Vazão de contribuição no trecho Qt Vazão de contribuição inicial no trecho Qti Q Onde Qti vazão de contribuição inicial no trecho Ls Txi taxa de contribuição linear final Lskm Lf extensão inicial do trecho km Vazão de contribuição final no trecho Qtf Q Onde Qtf vazão de contribuição final no trecho Ls Txf taxa de contribuição linear final Lskm Lf extensão final do trecho km Vazão a jusante Qj soma da vazão de contribuição com vazão a montante Vazão mínima de dimensionamento vazão de projeto 15 Ls conforme recomendação da NBR 96491986 7 Declividade mínima do coletor A declividade mínima Imin que satisfaz a condição de tensão trativa de 10 Pa garantia de autolimpeza é dada pelas equações da tabela 1 em função do coeficiente de Manning Tsutiya e Além Sobrinho 2011 e tal condição deve ser atendida no início de plano projeto Portanto deve ser calculada considerando a vazão de projeto inicial Qi Tabela 1 Declividade mínima em função do coeficiente de Manning Fonte Tsutiya e Além Sobrinho 2011 Onde Imin declividade mínima para garantir tensão trativa de 10 Pa mm Qi vazão de projeto inicial Ls A declividade do terreno It é dada por I CM CJ L Onde It declividade do terreno mm CM cota a montante m CJ cota a jusante m Lt extensão do trecho m Admitir que a declividade do coletor no trecho em questão seja a maior entre as duas It e Imin ou seja Se It Imin utilizar It Se It Imin utilizar Imin 8 Determinação da profundidade do coletor cota do coletor profundidade da singularidade a jusante e necessidade de degrau ou tubo de queda A profundidade do coletor depende das condições de carga externas das condições de ligações prediais e recobrimento mínimo recomendado pela NBR 96491986 que recomenda que o recobrimento mínimo diferença de nível entre a superfície do terreno e a geratriz superior externa do coletor não seja inferior a 090 m para coletor assentado no leito de via de tráfego ou 065 m para coletor assentado na calçada Para minimizar elevadas profundidades sempre que for possível retornar o coletor a profundidade inicial Isto pode ser feito quando a declividade do terreno for maior que a declividade mínima Neste caso a declividade do coletor deverá ser recalculada e provavelmente apresentará valor entre a declividade do terreno e declividade mínima Considerando a cota da profundidade da singularidade a jusante nos diferentes trechos e cota do poço de visita PV determinar a necessidade de degrau ou tubo de queda considerando Degrau quando o coletor chega no poço de visita PV com diferença de cota entre 020 e 050 m Tubo de queda quando o coletor chega no poço de visita PV com diferença de cota acima de 050 m 9 Determinação do diâmetro O diâmetro é calculado para a vazão de projeto considerando o final de plano Qpf e é dado pela equação de Manning atendendo a condição de YD075 para garantia de condições adequadas de ventilação e flutuações imprevisíveis no nível de esgoto na parte superior da tubulação Tsutiya e Além Sobrinho 2011 Considerando coeficiente de Manning n igual a 0013 concreto e YD 075 temse D 00463 Q I Onde D diâmetro calculado m Qf vazão de projeto para final de plano m³s I declividade do coletor mm Utilizar o próximo diâmetro comercial disponível no mercado considerando que de acordo com a NBR 96491986 o diâmetro mínimo para rede coletora de esgotos é de 100 mm podendo ser adotado valores acima deste como mínimo 10 Determinação da lâmina líquida YD inicial e final A determinação da lâmina líquida pode ser efetuada relacionandose o resultado de e diâmetro na tabela 2 Além da lâmina líquida é possível determinar o resultado de RHD e com base na tabela 2 Calcular a relação entre para início e final de plano Onde Qi vazão de projeto inicial m³s I declividade do coletor mm Imin ou It maior valor dentre os dois conforme descrito no item 7 Onde Qi vazão de projeto para o final de plano m³s I declividade do coletor mm Imin ou It maior valor dentre os dois conforme descrito no item 8 Utilizando a tabela 2 relacionar o resultado de com o diâmetro comercial D para início e final de plano encontrando assim o valor de YD RHD e Tabela 2 Tabela para determinação da lâmina líquida raio hidráulico e velocidade Fonte PHAUSP 2016 11 Determinação das velocidades inicial e final Com base no resultado de e obtidos a partir da relação do Diâmetro D com o resultado de Tabela 2 determinase as velocidades iniciais e finais V em ms e I em mm A velocidade final deve ser de no máximo 5 ms Caso a velocidade final seja superior a 5 ms a declividade deve ser reduzida 12 Tensão trativa inicial σi Verificase se a tensão trativa com vazão e YD para início de plano Qi atendem o previsto na NBR 96491986 mínimo 1 Pa σ γ R I Onde σi tensão trativa inicial kgfm² γ peso específico da água 1000 kgfm³ RH raio hidráulico considerando o início de plano m O Raio hidráulico RH para o início de plano pode ser obtido conforme descrito no item 10 Conhecendo o resultado de RHD substituise o diâmetro e determinase o raio hidráulico 13 Velocidade crítica final de projeto A velocidade crítica é calculada com base no raio hidráulico para o final de plano Qf Conhecendo o resultado de RHD obtido pela tabela 1 substituise o diâmetro e determinase o raio hidráulico Calculase então a velocidade crítica com base na equação abaixo 6 Onde Vc velocidade crítica ms g aceleração da gravidade ms² RH raio hidráulico considerando o final de plano m Se a velocidade final calculada no item 12 for maior que a velocidade crítica a lâmina líquida YD deve ser reuzida para 05 Exemplo A rede representada pela figura 2 deverá atender 900 habitantes no início de plano e 1200 habitantes no final de plano Determine as vazões em cada trecho diâmetros declividade profundidade e cota dos coletores lâmina liquida velocidades e tensão trativa Considerar rede simples e coeficiente de manning 0013 concreto Adote Consumo per capita q 200 Lhabdia K1 12 K2 15 Coeficiente de retorno C 08 Taxa de infiltração 01 Lskm Profundidade mínima do coletor 15 m Diâmetro mínimo 150 mm Distância entre cruzamentos 100 m Figura 2 representação da rede coletora de esgoto a ser dimensionada 1 Cotas nos cruzamentos e em pontos onde haverá singularidade e extensão dos trechos Na figura 2 estão representadas as cotas em cada um dos cruzamentos Admitindo que todos os trechos de cruzamento a cruzamento tem 100 metros de extensão só há necessidade de singularidade nos cruzamentos 2 Sentido de escoamento A figura 3 representa o sentido de escoamento da rede coletora de esgoto considerando o escoamento natural do terreno Figura 3 sentido de escoanento 3 Numeração dos coletores e dos trechos Figura 4 Numeração dos coletores 4 Vazão doméstica para início e final de plano Vazão doméstica inicial Qdi Q C P q K 86400 08900 hab 200 Lhab dia 15 86400 25 Ls Vazão doméstica final Qdf Q C P q K K 86400 081200 hab 200 L hab dia 1215 86400 40 Ls 5 Taxa de contribuição linear inicial e final Taxa de contribuição linear inicial Txi T Q L T 25 L s 05 km 01 L s km 51 L s km Taxa de contribuição linear final Txf T Q L T 40 L s 05 km 01 L s km 81 L s km 6 Vazões no trecho do coletor para início e final de projeto Trecho 11 Início de Plano Vazão a montante Qm 00 Ls início de coletor Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 51 L s km 0100 km 051 L s Vazão a jusante Qj 00 Ls 051 Ls 051 Ls Vazão de projeto 15 Ls vazão mínima de acordo com a NBR 96491986 Final de Plano Vazão a montante Qm 00 Ls início de coletor Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 81 L s km 0100 km 081 L s Vazão a jusante Qj 00 Ls 081 Ls 081 Ls Vazão de projeto 15 Ls vazão mínima de acordo com a NBR 96491986 Trecho 12 Início de Plano Vazão a montante Qm 051 Ls vazão a jusante do coletor 11 Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 51 L s km 0100 km 051 L s Vazão a jusante Qj 051 Ls 051 Ls 102 Ls Vazão de projeto 15 Ls vazão mínima de acordo com a NBR 96491986 Final de Plano Vazão a montante Qm 081 Ls vazão a jusante do coletor 11 Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 81 L s km 0100 km 081 L s Vazão a jusante Qj 081 Ls 081 Ls 162 Ls Vazão de projeto 162 Ls Trecho 13 Início de Plano Vazão a montante Qm 102 Ls vazão a jusante do coletor 12 Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 51 L s km 0100 km 051 L s Vazão a jusante Qj 051 Ls 102 Ls 153 Ls Vazão de projeto 153 Ls Final de Plano Vazão a montante Qm 162 Ls vazão a jusante do coletor 12 Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 81 L s km 0100 km 081 L s Vazão a jusante Qj 081 Ls 162 Ls 162 Ls Vazão de projeto 243 Ls Trecho 21 Início de Plano Vazão a montante Qm 00 Ls início de coletor Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 51 L s km 0100 km 051 L s Vazão a jusante Qj 00 Ls 051 Ls 051 Ls Vazão de projeto 15 Ls vazão mínima de acordo com a NBR 96491986 Final de Plano Vazão a montante Qm 00 Ls início de coletor Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 81 L s km 0100 km 081 L s Vazão a jusante Qj 00 Ls 081 Ls 081 Ls Vazão de projeto 15 Ls vazão mínima de acordo com a NBR 96491986 Trecho 14 Início de Plano Vazão a montante Qm 153 Ls 051 Ls 204 Ls vazão a jusante do coletor 13 vazão a jusante do coletor 21 Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 51 L s km 0100 km 051 L s Vazão a jusante Qj 051 Ls 204 Ls 255 Ls Vazão de projeto 255 Ls Final de Plano Vazão a montante Qm 243 Ls 081 Ls 324 Ls vazão a jusante do coletor 13 vazão a jusante do coletor 21 Vazão de contribuição no trecho Qt Q T L 81 L s km 0100 km 081 L s Vazão a jusante Qj 081 Ls 324 Ls 405 Ls Vazão de projeto 405 Ls 7 Declividade do coletor Trecho 11 I 00055 Q 00055 15 L s 00045 m m I CM CJ L 825 m 82 m 100 m 0005 m m Icoletor 0005 mm Trecho 12 I 00055 Q 00055 15 L s 00045 m m I CM CJ L 820 m 815 m 100 m 0005 m m Icoletor 0005 mm Trecho 13 I 00055 Q 00055 153 L s 00045 m m I CM CJ L 815 m 813 m 100 m 0002 m m Icoletor 00045 mm Trecho 21 I 00055 Q 00055 153 L s 00045 m m I CM CJ L 825 m 813 m 100 m 0012 m m Icoletor 0012 mm Trecho 14 I 00055 Q 00055 255 L s 00035 m m I CM CJ L 813 m 8065 m 100 m 00065 m m Icoletor 00065 mm 8 Determinação da profundidade do coletor cota do coletor profundidade da singularidade a jusante e necessidade de degrau ou tubo de queda Admitindo profundidade mínima de 15 metros no início do coletor 1 determinase a cota do coletor 11 a montante conforme demonstrado pela figura 5 Como nos coletores 11 e 12 a declividade utilizada é igual a declividade do terreno a profundidade foi mantida em 15m No trecho 13 a declividade do coletor será maior que a declividade do terreno a profundidade do coletor a jusante será maior que 15 m conforme demonstrado pela figura 5 Neste caso conhecendo a cota do coletor a montante a declividade e a extensão do coletor determinase a cota a jusante I CM CJ L 00045 80 m CJ 100 m CJ 7955 m Profundidade do coletor a jusante do trecho 13 813 m 7955 m 175 m Já no trecho 14 como a declividade do terreno é maior que a declividade mínima é possível reduzir a profundidade do coletor Admitindo novamente profundidade de 15 m a jusante e considerando a cota do terreno a jusante temse que a cota do coletor a jusante corresponde a 7915 m Calculando a declividade para este caso temse I 7955 m 7915 m 100 m 0004 m m Desta forma no trecho 14 a declividade do coletor correponderá a 0004 mm o que é aceitável pois tal valor se encontra entre a declividade do terreno 00065 mm e declividade mínima 00035 mm Figura 5 Profundidade e cota nos diferentes trechos do coletor 1 No coletor 2 como a declividade do coletor corresponde a declividade terreno a profundidade do coletor é igual a 15 m a jusante e montante conforme representado pela figura 6 Figura 6 Profundidade e cota do coletor 2 Considerando a profundidade da singularidade do coletor a jusante verificase que para o coletor 31 tal profundidade corresponde a 175m e para o coletor 21 tal profundidade é de 15m Considerando que há um desnível de 025 m entre os dois coletores no poço de visita há necessidade de um degrau de 025 m para o coletor 21 conforme indicado na tabela 4 9 Determinação do diâmetro Trecho 11 D 00463 00463 ³ 0074 m Dcomercial 150 mm diâmetro mínimo estabelecido no enunciado 150 mm Trecho 12 D 00463 00463 ³ 0077 m Dcomercial 150 mm diâmetro mínimo estabelecido no enunciado 150 mm Trecho 13 D 00463 00463 ³ 0091 m Dcomercial 150 mm diâmetro mínimo estabelecido no enunciado 150 mm Trecho 21 D 00463 00463 ³ 0063 m Dcomercial 150 mm diâmetro mínimo estabelecido no enunciado 150 mm Trecho 14 D 00463 00463 ³ 0095 m Dcomercial 150 mm diâmetro mínimo estabelecido no enunciado 150 mm 10 Determinação da lâmina líquida YD raio hidráulico e para início e final de plano Trecho 11 Início de plano Q I 15 10 m³ s 0005 00212 Relacionando o diâmetro com o resultado de na tabela 3 verificase que YD encontrase entre 0250 e 0275 RHD encontrase entre 0147 e 0159 encontrase entre 604 e 637 Tabela 3 Tabela para determinação da lâmina líquida raio hidráulico e velocidade Fonte PHAUSP 2016 Com base nos dados da tabela 3 por interpolação chegase aos seguintes valores de YD RHD e para cada um dos trechos considerando início e final de plano Trecho Fase do plano YD RhD 11 Inicial 00209 025 0147 604 00212 0252 0148 606 00252 0275 0159 637 Final 00209 025 0147 604 00212 0252 0148 606 00252 0275 0159 637 12 Inicial 00209 025 0147 604 00212 0252 0148 606 00252 0275 0159 637 Final 00209 025 0147 604 00229 0262 0153 619 00252 0275 0159 637 13 Inicial 00209 025 0147 604 00228 0261 0152 619 00252 0275 0159 637 Final 00348 0325 0182 699 00362 0332 0185 706 004 035 0193 726 21 Inicial 00133 02 0121 53 00137 0203 0122 534 00169 0225 0134 568 Final 00133 02 0121 53 00137 0203 0122 534 00169 0225 0134 568 14 Inicial 004 035 0193 726 00403 0351 0194 727 00456 0375 0204 753 Final 00634 045 0233 822 00640 0452 0234 824 00697 0475 0242 843 Tabela 4 valores de YD RHD e para cada um dos trechos considerando início e final de plano Raio hidráulico A partir dos dados da tabela 4 e conhecendo o diâmetro calculase o raio hidráulico para início e final de plano Trecho 11 Início de plano R 0150 m 0148 R 00222 m Final de plano R 0150 m 0148 R 00222 m Trecho 12 Início de plano R 0150 m 0148 R 00222 m Final de plano R 0150 m 0153 R 002295 m Trecho 13 Início de plano R 0150 m 0152 R 00228 m Final de plano R 0150 m 0185 R 002775 m Trecho 21 Início de plano R 0150 m 0122 R 00183 m Final de plano R 0150 m 0122 R 00183 m Trecho 14 Início de plano R 0150 m 0194 R 00291 m Final de plano R 0150 m 0234 R 00351 m 11 Determinação das velocidades inicial e final Com base nos dados da tabela 4 e conhecendo a declividade calculase a velocidade para início e final de plano Trecho 11 Início de plano 00055 606 V 045 m Final de plano 00055 606 V 045 m Trecho 12 Início de plano 00055 606 V 045 m Final de plano 00055 619 V 046 m Trecho 13 Início de plano 00045 619 V 042 m Final de plano 00045 706 V 047 m Trecho 21 Início de plano 0012 534 V 058 m Final de plano 0012 534 V 058 m Trecho 14 Início de plano 0004 727 V 046 m Final de plano 0004 824 V 052 m 12 Tensão trativa inicial σi Trecho 11 σ γ R I 1000 kgf m³ 00222 m 0005 0111 kgf m 111 Pa Trecho 12 σ γ R I 1000 kgf m³ 00222 m 0005 0111 kgf m 111 Pa Trecho 13 σ γ R I 1000 kgf m³ 00228 m 00045 0103 kgf m 103 Pa Trecho 21 σ γ R I 1000 kgf m³ 00183 m 0012 0220 kgf m 220 Pa Trecho 41 σ γ R I 1000 kgf m³ 00291 m 0004 0116 kgf m 116 Pa 13 Velocidade crítica final de projeto Trecho 11 V 6 g R 6 98 m s² 00222 m 280 m s Trecho 12 V 6 g R 6 98 m s² 002295 m 285 m s Trecho 13 V 6 g R 6 98 m s² 002775 m 313 m s Trecho 21 V 6 g R 6 98 m s² 00183 m 254 m s Trecho 14 V 6 g R 6 98 m s² 00351 m 352 m s Na planilha abaixo estão representados os resultados dos cálculos efetuados acima Tabela 5 Planilha de cálculo da rede de esgoto Exercício 1 Assinale a alternativa que represente a vazão domestica de final de plano para uma rede coletora de esgoto que deverá atender 10000 habitantes com consumo per capita de 200 Lhabdia K112 K2 15 e coeficiente de retorno igual a 08 a 4167 Ls b 3333 Ls c 3472 Ls d 2778 Ls 2 Sabendo que para um determinado trecho de um coletor de esgoto a declividade do terreno corresponde a 0001 mm e que a declividade mínima deve ser 0003 mm assinale a alternativa que represente declividade do coletor a 0004 mm b 0001 mm c 0003 mm d 00025 mm 3 Assinale a alternativa que represente a velocidade crítica para um coletor cujo raio hidráulico corresponde a 00318 m a 558 ms b 284 ms c 335 ms d 491ms Referências Bibliográficas NBR 96491986 Projeto de rede de esgoto PHAUSP Tabela para Dimensionamento e Verificação de Tubulações de Esgoto Disponível em httpwwwphapoliuspbrdefaultaspxid28linkucdisciplina Acesso em 27 outubro 2016 TSUTIYA M T ALÉM SOBRINHO P Coleta e transporte se esgoto sanitário 3 ed Rio de Janeiro ABES 2011 ZAMBON R C CONTRERA R C SOUZA T S O Sistemas de esgoto sanitário Disponível em httpwwwphapoliuspbrdefaultaspxid28linkucdisciplina Acesso em 27 outubro 2016