U UNIVERSIDADE NIVERSIDADE F FEDERAL EDERAL DO DO R RIO IO G GRANDE RANDE DO DO N NORTE ORTEC CENTRO ENTRO DE DE T TECNOLOGIA ECNOLOGIADISCIPLINA: Sistemas Urbanos de gua e Esgotos DISCIPLINA: Sistemas Urbanos de gua e EsgotosUFRN UFRNCT CTSISTEMAS URBANOS DE GUA ESISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSESGOTOS1 1 P PARTE ARTE: ABASTECIMENTO DE GUA: ABASTECIMENTO DE GUA P PROF ROF.. V VALMIR ALMIR M MELO ELO DA DA S SILVA ILVA - V - VERSO ERSO ATUALIZADA ATUALIZADA EM EM DEZEMBRO DEZEMBRO/2008 /2008APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSSUMRIO 1. APRESENTAO ......................................................................................................... 12 2. RESUMO....................................................................................................................... 13 3. IMPORTNCIA DOS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA ............................ 14 3.1 FUNES. 14 3.2 IMPORTNCIA ECONMICA. 14 3.3 FATOR DE DESENVOLVIMENTO15 3.4EVOLUO DOS SERVIOS DE ABASTECIMENTO DE GUA - HISTRICO16 4. ELEMENTOS E PARMETROS DE PROJETO........................................................... 20 4.1 ELEMENTOS DE PROJETO 20 4.2 CLCULO DAS DEMANDAS DE GUA23 4.3 ESTUDOS POPULACIONAIS 25 4.4ALCANCE DE PROJETO 33 4.5 ESQUEMAS HORIZONTAIS DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO GUA. 34 5.MANANCIAIS ABASTECEDORES.............................................................................. 36 5.1 CLASSES DE MANANCIAIS36 5.2 TIPOS DE CAPTAO DE GUAS SUPERFICIAIS36 5.3TIPOS DE CAPTAO DE GUAS SUBTERRNEAS43 6.ADUO ...................................................................................................................... 47 6.1VAZES DE DIMENSIONAMENTO 47 6.2HIDRULICA DAS ADUTORAS 47 7. GOLPE DE ARETE ....................................................................................................... 74 7.1DESCRIO DO FENMENO74 7.2 CELERIDADE 76 7.3 TEMPOS DE FECHAMENTO DE VLVULA E TEMPO DE PARADA DE BOMBA.77 7.4 CLCULO DAS SOBREPRESSES - FRMULAS DE MICHAUD E ALLIEVI79 7.5 CLCULO DAS PRESSES E SUBPRESSES MXIMAS 82 7.4 MEDIDAS DE PROTEO 83 8.ANCORAGEM DAS ADUTORAS................................................................................. 85 8.1 ANCORAGEM DE TUBULAES APOIADAS86 8.2ANCORAGEM DE TUBULAES ENTERRADAS 86 A = ALTURA TIL DO BLOCO DE ANCORAGEM ........................................................... 88 B=BASEMAIORDASEOTRAPEZOIDAL, REQUERIDAPARACOMBATERO EMPUXO............................................................................................................................ 88 ........................................................................................................................................... 88 9.CONDUTOS EQUIVALENTES, EM SRIE E EM PARALELO.................................... 89 9.1 CONDUTOS EM SRIE 89 9.2 CONDUTOS EM PARALELO 90 SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-20082APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS 10.ESTAO ELEVATRIA DE GUA .......................................................................... 92 10.1PARTES CONSTITUTIVAS: 92 10.2 RECOMENDAES E DETALHES CONSTRUTIVOS: 93 10.3 VAZES PARA CLCULO DAS ELEVATRIAS93 10.4SELEO E DIMENSIONAMENTO CONJUNTOS ELEVATRIOS 94 11. RESERVATRIOS DE DISTRIBUIO DE GUA................................................... 106 11.1RELATIVAMENTE AO CONSUMO DE GUA 106 11.2 RELATIVAMENTE S PRESSES NA REDE106 11.3CALCULO DA CAPACIDADE DOS RESERVATRIOS - CONSUMOS NORMAIS108 11.4CLCULO DA CAPACIDADE DE RESERVATRIOS - CONSUMOS DE EMERGNCIA 114 11.5CLCULO DA CAPACIDADE DE RESERVATRIOS - COMBATE A INDNDIO115 11.6INFLUNCIA DA POSIO DO RESERVATRIO NO DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTOS MESTRES DA REDE DE DISTRIBUIO.115 12.REDE DE DISTRIBUIO DE GUA....................................................................... 118 12.1 TIPOS DE CONDUTOS - TIPOS DE REDES 118 12.2 FATORES INTERVENIENTES E CONDIES A SEREM SATISFEITAS NO PROJETO DE UMA REDE DE DISTRIBUIO119 12.3 MTODOS DE CLCULO DAS REDES DE DISTRIBUIO121 13.NOES SOBRE TRATAMENTO DE GUA......................................................... 134 13.1PROCESSOS 134 13.2OUTROS PROCESSOS 147 14.NORMAS PARA ELABORAO DE ESTUDOS E PROJETOS DE SAA............... 148 15.APLICAES .......................................................................................................... 149 15.REFERNCIAS....................................................................................................... 160 SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-20083APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSINDICE DE TABELASTABELA 1 - RESUMO DA COBERTURA DOS SERVIOS DE GUA NO BRASIL.........17TABELA 2 RESUMO DA COBERTURA DOS SERVIOS DE ESGOTAMENTO SANITRIO NO BRASIL....................................................................................................17TABELA 3 EVOLUO DOS SERVIOS DE SANEAMENTO NO BRASIL..................19TABELA 4 PARCELAS DE CONSUMO PARA PER CAPITA DE 200 L/HAB.DIA.........21TABELA 5 PARCELAS DO CONSUMO DOMSTICO DE GUA .................................22TABELA 6 - DENSIDADES DEMOGRFICAS OBSERVADAS EM ZONAS URBANAS. .30TABELA 7 CRITRIOS PARA FIXAR ALCANCE DE PROJETOS.................................34TABELA8ALCANCEDEPROJETOPARASISTEMASDEABASTECIMENTODE GUA.................................................................................................................................34TABELA9 VELOCIDADEDESEDIMENTAODAAREIAXDIMETROSDAS PARTCULAS.....................................................................................................................41TABELA 10 - VALORES DE C SUGERIDOS PARA A FRMULA DE HAZEN-WILLIAMS............................................................................................................................................50TABELA 11 VISCOSIDADE CINEMTICA DA GUA EM FUNO DA TEMPERATURA................................................................................................................53TABELA 12 - VALORES REFERENCIAIS DA RUGOSIDADE INTERNA DAS CANALIZAES................................................................................................................53TABELA 13 VELOCIDADES MNIMAS PARA CONDUTOS LIVRES.............................67TABELA 14 VELOCIDADES MXIMAS SEGUNDO O MATERIAL DAS PAREDES DO CONDUTO..........................................................................................................................67TABELA 15 VELOCIDADES MXIMAS PARA CONDUTOS FORADOS....................67TABELA 16 CONDIES A SEREM OBSERVADAS PARA INSTALAODE DISPOSITIVOS DE PROTEO........................................................................................68TABELA 17 TABELA PARA ESTABELECIMENTO DE K EM FUNO DA VELOCIDADE DE ESCOAMENTO....................................................................................69SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-20084APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSTABELA 18 TABELA PARA OBTENO DOS VALORES DE K .................................71TABELA 19 EXEMPLO DE ESTUDO ECONMICO DE ADUTORA..............................72TABELA 20 - VALOR DE K EMPREGADO NA FRMULA DE ALLIEVI..........................77TABELA 21 - VALORES DE CE........................................................................................78TABELA 22 - VALORES DE KE........................................................................................78TABELA 23 RENDIMENTO DE BOMBAS CENTRFUGAS EM FUNO DA VAZO DE RECALQUE........................................................................................................................98TABELA 24 RENDIMENTO DE MOTORES ELTRICOS EM FUNO DA POTNCIA ............................................................................................................................................98TABELA25ACRSCIMOSDEPOTNCIAPARAOSMOTORESEMFUNODA POTNCIA DAS BOMBAS................................................................................................98TABELA26POTNCIASUSUAISDEMOTORESELTRICOSFABRICADOSNO BRASIL .............................................................................................................................99TABELA 27 - NVEIS MNIMOS DE EFICINCIA ENERGTICA DE MOTORES ELTRICOS TRIFSICOS (M)........................................................................................99TABELA 28 - MODELO PARA CLCULO ANALTICO DO CONSUMO NORMAL.........111TABELA 29 - TABELA PARA CLCULO ANALTICO DE RESERVATRIOS. .............113TABELA30- EXEMPLODECLCULODECAPACIDADEDERESERVATRIODE ACUMULAO - MTODO ANALTICO..........................................................................113TABELA 31 MODELO DE PLANILHA DE CLCULO DE REDE PELO SECCIONAMENTO FICTCIO...........................................................................................125TABELA 32 MODELO DE PLANILHA SUGERIDO PARA VERIFICAODAS PRESSES NOS NS SECCIONADOS..........................................................................125TABELA 33 MODELO DE PLANILHA DE CLCULO PARA REDES DE DISTRIBUIO DE GUA MTODO DE HARDY-CROSS ....................................................................131TABELA34TABELADEVELOCIDADESEVAZESMXIMASNASREDESDE DISTRIBUIO DE GUA EM FUNO DO DIMETRO...............................................132TABELA 35- DIMETROS COMERCIAIS E PRESSES EM TUBOS FERRO FUNDIDO, PONTA E BOLSA, SRIE K7 E K9..................................................................................133SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-20085APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSTABELA 36 PRINCIPAIS COAGULANTES OU FLOCULANTES.................................138TABELA 37 RELAO DAS NORMAS BRASILEIRAS PARA PROJETOS DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA.................................................................148SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-20086APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSNDICE DE ILUSTRAESILUSTRAO1 - EVOLUODOSSERVIOSDESANEAMENTONOBRASILX CRESCIMENTO POPULACIONAL.....................................................................................19ILUSTRAO 2 - REPRESENTAO DO CRESCIMENTO ARITMTICO OU LINEAR. .27ILUSTRAO 3 CURVA REPRESENTATIVA DO CRESCIMENTO GEOMTRICO OU EXPONENCIAL..................................................................................................................27ILUSTRAO 4 CURVA REPRESENTATIVA DA TAXA DECRESCENTE DE CRESCIMENTO OU MTODO LOGISTICO.......................................................................28ILUSTRAO 5 CURVA DE CRESCIMENTO LOGSTICO OU DE TAXA DECRESCENTE.................................................................................................................30ILUSTRAO6GRFICOPARAPREVISODEPOPULAOPELACURVADE COMPARAO..................................................................................................................32ILUSTRAO 7 PROCESSO DE EXTRAPOLAO DA CURVA DE CRESCIMENTO..33ILUSTRAO8 ESQUEMA DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA: MANANCIAIS SUPERFICIAIS............................................................................................35ILUSTRAO9ESQUEMAHORIZONTALDESISTEMADEABASTECIMENTODE GUA DE POO TUBULAR..............................................................................................35ILUSTRAO 10 ESQUEMA DE CAPTAO DE GUA EM TRECHOS DE RIOS......37ILUSTRAO 11 ESQUEMA DE CAPTAO DIRETA EM RIOS.................................38ILUSTRAO 12 BARRAGEM DE NVEL EM CONCRETO..........................................38ILUSTRAO 13 CANAL DE DERIVAO COM CAIXA DE AREIA.............................39ILUSTRAO 14 TOMADA DGUA EM CANAL DE REGULARIZAO....................39ILUSTRAO 15 ESQUEMA EM PLANTA E CORTE DE UMA CAIXA DE AREIA......40ILUSTRAO 16 TORRE DE TOMADA DGUA..........................................................41ILUSTRAO 17 FOTO DE TORRE DE TOMADA COM PASSARELA ........................42ILUSTRAO 18 TOMADA DGUA FLUTUANTE TPICA...........................................42SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-20087APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSILUSTRAO19 CAPTAOFLUTUANTE DOSISTEMA ADUTORJERNIMO ROSADO, AU - RN..........................................................................................................43ILUSTRAO 20 EXEMPLO DE PERFIL DE POO TUBULAR....................................44ILUSTRAO 21 TIPOS DE FURAO DE FILTROS DE POOS TUBULARES.........45ILUSTRAO22DIAGRAMADEMOODYPARADETERMINAODOFATORDE ATRITO F DA FRMULA UNIVERSAL DA PERDA DE CARGA......................................55ILUSTRAO23- FLUXOGRAMAPARADETERMINAODOVALORDEHF- FRMULA UNIVERSAL....................................................................................................59ILUSTRAO 24. FLUXOGRAMA PARA CLCULO DO DIMETRO DAS CANALIZAES COM EMPREGO DA FRMULA UNIVERSAL.....................................62ILUSTRAO25FLUXOGRAMAPARACLCULODAVAZONOSCONDUTOS COM EMPREGO DA FRMULA UNIVERSAL..................................................................65ILUSTRAO 26 LINHA PIEZOMTRICA EM CONDUTO FORADO..........................66ILUSTRAO 27 ELEMENTOS HIDRULICOS DAS ADUTORAS POR RECALQUE. .71ILUSTRAO 28 - MECANISMO DO GOLPE DE ARETE EM ADUO POR GRAVIDADE.......................................................................................................................74ILUSTRAO29 - REPRESENTAODOGOLPE DE ARETE, SISTEMAS DE ADUO POR RECALQUE...............................................................................................75ILUSTRAO30-DIAGRAMADEDISTRIBUIODEPRESSESAOLONGODAS ADUTORAS........................................................................................................................82ILUSTRAO 31 - ESFORO NAS CANALIZAES EM LOCAIS DE SINGULARIDADES............................................................................................................85ILUSTRAES 32A BLOCOS DE ANCORAGEM ENTERRADOS................................87ILUSTRAES 33B BLOCOS DE ANCORAGEM ENTERRADOS................................88ILUSTRAO 34 CANALIZAO EQUIVALENTE........................................................89ILUSTRAO 35 CANALIZAES EM SERIE..............................................................90ILUSTRAO 36 CANALIZAES EM PARALELO.....................................................91ILUSTRAO 37 TIPOS DE ROTORES DE BOMBAS CENTRFUGAS........................96SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-20088APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSILUSTRAO 38 TIPOS DE ROTORES DE BOMBAS CENTRFUGAS........................96ILUSTRAO 39 CURVAS CARACTERSTICAS DE BOMBAS CENTRFUGAS........100ILUSTRAO 40 CURVAS CARACTERSTICAS DE BOMBAS CENTRFUGAS PARA DIFERENTES ROTORES.................................................................................................101ILUSTRAO 41 CURVA DO SISTEMA X CURVA DA BOMBA.................................102ILUSTRAO 42 SIMULAO DE ENVELHECIMENTO DA CANALIZAO............103ILUSTRAO 43 ASSOCIAO DE BOMBAS EM SRIE..........................................104ILUSTRAO 44 ASSOCIAO DE DUAS BOMBAS OPERANDO EM PARALELO.105ILUSTRAO 45 - RESERVATRIO DE MONTANTE....................................................107ILUSTRAO 46 - RESERVATRIO DE JUSANTE.......................................................107ILUSTRAO 47 - POSIES DE RESERVATRIOS QUANTO AO TERRENO...........107ILUSTRAO 48 - CURVAS CONSUMO/PRODUO...................................................110ILUSTRAO 49 - DIAGRAMA DE MASSAS PARA DETERMINAO DA CAPACIDADE DE RESERVA...................................................................................................................110ILUSTRAO 50 - GRFICO PARA DETERMINAO DA CAPACIDADE DE RESERVA, ADUO PERIDICA .....................................................................................................112ILUSTRAO 51 DIAGRAMA E MASSAS PARA ADUO PERIDICA...................112ILUSTRAO52 - DIAGRAMADERIPPLPARACLCULODECAPACIDADEDE RESERVATRIOS...........................................................................................................114ILUSTRAO 53 - ESQUEMA HORIZONTAL - RESERVATRIO DE MONTANTE.......116ILUSTRAO54- LINHAPIEZOMTRICACONSTANTEEMRESERVATRIOSDE MONTANTE.....................................................................................................................116ILUSTRAO55 - LINHA PIEZOMTRICAVARIVEL EMRESERVATRIOSDE MONTANTE.....................................................................................................................116ILUSTRAO 56 - ESQUEMA HORIZONTAL - RESERVATRIO DE JUSANTE .........117SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-20089APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSILUSTRAO57 - LINHA PIEZOMTRICA VARIVEL EM RESERVATRIODE JUSANTE.........................................................................................................................117ILUSTRAO 58 - ESQUEMAS DE REDES RAMIFICADA E MALHADA......................118ILUSTRAO59- ESQUEMATIZAODEPRESSOESTTICA(PE) EPRESSO DINMICA (PD)................................................................................................................119ILUSTRAO 60 LOCALIZAO DAS CANALIZAES NAS VIAS PBLICAS.......120ILUSTRAO 61 EXEMPLO DE SECCIONAMENTO E NUMERAO DOS NSDA REDE................................................................................................................................122ILUSTRAO 62 ESQUEMA ILUSTRATIVO DAS COTAS PIEZOMTRICAS E PERDAS DE CARGA. .....................................................................................................124ILUSTRAO 63 ESQUEMA HIDRULICO PARA APLICAO DO MTODO HARDY-CROSS.............................................................................................................................126ILUSTRAO 64 PRINCIPAIS ETAPAS DO PROCESSO DE TRATAMENTO DGUA...........................................................................................................................................134ILUSTRAO 65 - FOTO DA CALHA PARSHALL, ETA DE EXTREMOZ, ZONA NORTE, NATAL RN, MOSTRANDO O PONTO DE APLICAO DE REAGENTES QUMICOS. ..........................................................................................................................................136ILUSTRAO 66 ESQUEMA DE UMA UNIDADE DE FLOCULAO........................136ILUSTRAO 67 DECANTADOR HORIZONTAL.........................................................139ILUSTRAO 68 DECANTADOR VERTICAL..............................................................139ILUSTRAO 69 PROCESSO DE FLOCULAO E DECANTAO EM JARR TESTE..........................................................................................................................................140ILUSTRAO 70 SEO TPICA DE UM FILTRO DE AREIA. ...................................141ILUSTRAO 71 MAQUETE DE ARRANJO DE DUPLA FILTRAO COM FILTROS DE FLUXO ASCENDENTE. FOTO DE EXPOSIO NO 11. SILUBESA, EM NATAL-RN...........................................................................................................................................142ILUSTRAO 72 - ESQUEMA DE FILTRO RPIDO DE GRAVIDADE...........................142ILUSTRAO 73 MAQUETE DE FILTRO DE FLUXO ASCENDENTE FABRICADO EM FIBERGLASS. FOTO DE EXPOSIO NO 11. SILUBESA, EM NATAL - RN...............143SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200810APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSILUSTRAO 74 CORREO DE ACIDEZ DA GUA................................................144SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200811APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS1. APRESENTAOOpresente trabalho foi originalmente elaborado combase nas notas de aula doex-Professor do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federaldo Rio Grande do Norte, Eng. Civil eSanitarista, JocildoTibrcioda Costa. Aapostila vemsendocomplementada pelo Professor Valmir Melo da Silva,tornando-se uma fonte alternativa de consulta para os alunos que cursam regularmente a disciplina Sistemas Urbanos de guas e Esgotos do Curso de Engenharia Civil na referida Universidade.A apostila aborda os conceitos bsicos, parmetros e critrios para concepo e projeto, seleo e emprego de frmulas para dimensionamento das principais unidades eequipamentos empregados nos sistemas de abastecimento de gua e de esgotamento sanitrio. Dado ao carterbastante abrangente da disciplina e especificidade de alguns assuntos, assimcomoa impossibilidade detratar nopresentetrabalho detodoocontedoprogramtico, recomenda-se a pesquisa complementar e o aprofundamento dos estudos, principalmente no que se refere ao tratamento de gua, ao tratamento de esgotos e aos estudos de transientes hidrulicos. Esses assuntos forampoucoexplorados nopresente trabalho equando abordados tiveramtratamento superficial. SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200812APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS2. RESUMOO presente trabalho contm uma sntese dos principais assuntos constantes do contedo programtico da disciplina Sistemas Urbanos de gua e Esgotos que vemsendo ministrada regularmente para o Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte.Aprimeira parte da apostila explora os conceitos, parmetros de projeto, grandezas caractersticas,critrios de dimensionamento,clculo de demandas, frmulas e roteiros de clculo, aspectos construtivos, e materiais empregados para as obras e equipamentos de captao, tratamento, aduo, reservao e distribuio de gua. O estudo contempla ainda, a perspectiva de utilizao de planilhas de clculo e o emprego de softwares facilitadores para elaborao de projetos de determinadas unidades do sistema, como adutoras, reservatrios e redes, constituindo-se em importantes recursosquepodem ser empregados para a agilizao e automao das atividades de escritrio de projetos de saneamento.A segunda parte da apostila dedicada aos conceitos,parmetros de projeto,grandezas caractersticas, critrios de dimensionamento, frmulas e roteiros de clculo, almde aspectos construtivos e materiais empregados para os coletores de esgotos,estaes elevatrias,emissrios, unidades detratamento, equipamentos edemais componentes dossistemas deesgotos. Notexto encontram-se ainda aspectos relativos execuo dos servios e materiais empregados na construo de redes coletoras, assim como, os recursos da informtica disponveis para facilitar a elaborao dos estudos e projetos.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200813APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS3. IMPORTNCIA DOS SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUAO saneamento bsico compreende o estudo do conjunto de quatro importantes disciplinas dainfra-estrutura urbana: Abastecimentodegua, EsgotamentoSanitrio, DrenagemeResduos Slidos.As aes de saneamento bsico se caracterizam como indispensveis para o desenvolvimento scio-econmico e para sustentabilidade ambiental. A ausncia ou inadequao dos servios de saneamento constitui riscos sade pblica, com todos os seus reflexos na produtividade humana, alm de contribuir para a degradao do meio ambiente.3.1 FUNES.Entre os elementos existentes na natureza, o oxignio e a gua so os mais importantes vida. A gua est presente em todas as etapas do ciclo vital, podendo-se elencar, entre tantas outras funes, as seguintes:a) na conservao do ser vivo, constituindo, transportando, transformando e dissolvendo os princpios nutritivos das clulas e tecidos, e destes recolhendo e conduzindo os produtos de desassimilao para os rgos de excreo;b) nas necessidades biolgicas do homem, no ambiente domiciliar e no atendimento das atividades produtivas erecreativas, destacando-seoasseio corporal, opreparo dealimentos, a irrigao, a limpeza urbana e combate a incndio;c) na correo das sujeiras e como veculo de refugos de toda a sorte de atividades.Mais de dois teros do corpo humano constitudo por gua. A perda de trs por cento da gua da massa corporal j suficiente para provocar risco de morte por auto-intoxicao.Segundo relatosmdicos, uma pessoa adulta necessita ingerirde dois a quatro litros de gua por dia, direta ou indiretamente, como bebida ou atravs da alimentao, para que possa gozar de um funcionamento orgnico saudvel.3.2 IMPORTNCIA ECONMICA.A gua tem uma importncia primordial para o desenvolvimento econmico. Na industria, entre outros, pode ter os seguintes usos:- Como matria-prima para produo de bebidas e alimentos;- Como dissolvente - nas refinarias, tinturarias e indstrias qumicas;- Como veculo quando empregada nas cermicas, na construo civil, nas indstrias de papel, de produtos txteis, de produtos plsticos e curtumes;- Como motor ou transformador de energia - quando utilizada nas mquinas hidrulicas, a vapor e hidreltricas;- Como agente de refrigerao emdestilarias, compressores de ar, siderurgia e metalurgia;SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200814APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS- Na limpeza de equipamentos e de pisos;- Nas necessidades "domsticas" dos funcionrios.Avalia-se que, do volume total de gua produzido por um sistema pblico, de um quatro a um tero se destinam s necessidades conjuntas da indstria e do comrcio.3.3 FATOR DE DESENVOLVIMENTONo meio rurale nas instituies industriais, o abastecimento de gua, em geral, constitui um sistema isolado. J nas zonas urbanas, a adoo de sistemas isolados torna-se anti-econmica.Os sistemas de abastecimento de gua assimcomo os de esgotamento sanitrio so primordiais para o desenvolvimento industrial. Os sistemas de Abastecimento de gua so essenciais a:- Proteo e melhoria das condies gerais de sade;- Erradicao de doenas; - Prticas de medidas profilticas de carter individual, domstico e coletivo, favorecendo ainda a evoluo de costumes mais salutares;- Aumento da produtividade do trabalho humano;- Ao desenvolvimento industrial;- A elevao dos padres de vida da coletividade.Os sistemas de abastecimento de gua e de esgotamento sanitrio so servios de infra-estrutura indissociveis do saneamento bsico:A implantao e melhoria das condies de saneamento bsico na Europa e na Amrica Latina foram determinantes para:- Sustao da clera-morbo;- Declnio dos surtos epidmicos e endmicos da febre tifide, de paratifos e de disenterias, da ocorrncia de hepatite infecciosa, de verminoses e de outras molstias de origem ou de veiculao hdrica, inclusive ndices do bcio endmico, da crie dental e da fluorose;- Reduo dos coeficientes de morbidade e de mortalidade geral, principalmente infantil;- Progresso da comunidade;Segundo a Organizao Mundialde Sade (OMS), um quarto dos leitos hospitalares de todo o mundo ocupado por pessoas cujas doenas so originadas por gua de m qualidade.Outro dado que j vem sendo divulgado h algum tempo pelas entidades que se ocupam das questes desadepblica, queacada dlar investidoemaes desaneamentoresulta numa reduo de quatro dlares em despesas com sade curativa.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200815APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS3.4EVOLUO DOS SERVIOS DE ABASTECIMENTO DE GUA - HISTRICOAs cidades sempre se desenvolveram onde se pudesse dispor de gua para sua subsistncia.Inicialmente os poucos condutos existentes alcanavam um nmero limitado de propriedades de senhores privilegiados, ricos ou potentados.Runas de obras hidrulicas h muito construdas, so hoje objeto de curiosidade tcnica ou turstica. Como exemplo pode-se citar:- Na antiga Babilnia, havia jardins suspensos, onde jorravam fontes com gua trazida do rio Eufrates.- No Egito, as guas do rio Nilo eram desviadas para uso do homem e na irrigao, atravs de muitos canais.- Na regio de Jerusalm h reminiscncia de aquedutos,tneis e cisternas antes da era crist, atribuda ao rei Salomo.- Na Atenas de Pricles j havia 20 aquedutos em barro cozido ou de chumbo, alimentando fontes pblicas e uma legislao sobre o seu uso.- Na China e na ndia h vestgios de obras antiqssimas para conduo de gua para o consumo pblico.Foramos romanos, entretanto, entre os povos antigos, os queenfrentaramcommais deciso e eficincia, os problemas de suprimento de gua, no s para as suas prprias cidades, como tambm, nas conquistadas.Aps a decadncia do Imprio Romano, at o trmino da Renascena (decorridos mais de um milnio), no se verificou nenhum progresso digno de nota nos servios hidro-sanitrios.Apartir dosSculosXVIIeXVIII, tomaramnovoecrescenteimpulso, quandoforam lanados osprincpiosfundamentais dahidrotcnica moderna, por Torricelli, Pascal eBernoulli. Comearam a surgir os tubos de ferro fundido e de ao, as bombas movidas a vapor e, mais tarde, por motores a combusto interna e por motores eltricos.As bases da engenharia hidrulica e sanitria surgiram na segunda metade do Sculo XIX. Foram descobertosmtodoseintroduzidos processos de depurao ou potabilizao,de aplicao relativamente simples e econmica.A cidade de Londres s comeou a consumir gua filtrada do rio Tamisa, em 1828.A cidade de Paris s passou a contar com um servio de gua satisfatrio em 1840.A distribuio pblica sistematizada de gua, s comeou praticamente depois de meados do Sculo XIX. Antes do advento da Repblica, apenas o Rio de Janeiro, Recife, Salvador, So Paulo e Porto Alegre eram abastecidas.Em 1900 j existiam alguns milhares de sedes dotadas deste inestimvel melhoramento.3.5COBERTURA DOS SERVIOS DE ABASTECIMENTO DE GUA NO BRASILSISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200816APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSSegundo dados de Pesquisa Nacionalde Saneamento Bsico (2000), o abastecimento de gua atravs de rede pblica alcanava no ano 2000, uma populao de 138 milhes de habitantes, distribudo por 8.656 distritos,representando uma cobertura de 81,5% da populao totalpresente naquele ano.A cobertura dos servios por regies mostrada nas Tabelas 1 e 2.No tocante coberturados servios de esgotamento sanitrio,por ocasio do Censo de 2000, apenas 51% da populao urbana era atendida com o servio. Apesar do grande avano em relao ao ano de 1989, o Pas apresentava no ano 2000, um contingente de mais de 31 milhes de pessoas sem acesso aos servios pblicos de rede de gua e aproximadamente 100 milhes de brasileiros sem acesso aos servios de coleta de esgotos. Destaque-se ainda, que esse contingente populacional concentra-se na periferia das regies metropolitanas, nas grandes e mdias cidades, nas pequenas localidades interioranas rurais e dispersas por todo o pas.Tabela 1 - Resumo da cobertura dos Servios de gua no BrasilREGIES POPULAO TOTALPOPULAO URBANAPOPULAO RURALPOPULAO ATENDIDA% DE ATENDIMENTONorte 12.893.5619.002.962 3.089.599 7.262.124 56,3Nordeste47.693.25332.929.318 14.793.935 32.999.734 69,2Sudestes 72.297.35165.441.516 6.855.835 67.217.214 93,0Sul 25.089.78320.306.542 4.783.241 21.641.543 86,3Centro-Oeste 11.616.74510.075.212 1.541.533 9.017.405 77,6Total 169.590.693137.755.550 31.835.143 138.138.020 81,5Fonte: Pesquisa Nacional de Saneamento Bsico (2000)Tabela 2 Resumo da cobertura dos servios de esgotamento sanitrio no BrasilREGIES POPULAO ATENDIDA% DA POPULAO TOTAL% DA POPULAO URBANANorte395.0483 4Nordeste 9.161.46119 28Sudestes50.527.53970 77Sul7.033.34828 35Centro-Oeste3.826.67133 38Total70.944.06842 51Fonte: Pesquisa Nacional de Saneamento Bsico (2000)No final do ano 2000 existiam 5.5071municpios, dos quais 5.391 contavam com rede de distribuio de gua. O nmero total de distritos era de 9.848, existindo algum tipo de abastecimento emcerca de9.262. Apopulao urbana total noano2000era daordemde137.7milhes de habitantes.Segundo a pesquisa, o Nordeste contava em 2000 com 1.722 municpios e 2.550 distritos, sendo que destes ltimos apenas 17,3% eram abastecidos.No conjunto dos 5.391 municpios com rede de distribuio de gua, havia 30,58 milhes de ligaes.A evoluo da prestao dos servios de Abastecimento de gua e Esgotamento Sanitrio no Brasil, no perodo de 1960 a 2000 apresentada na Tabela 3. A evoluo dos servios relativos ao crescimento populacional mostrada na Ilustrao 1.1 O nmero total de municpios em 3 de outubro de 2004 era 5.562.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200817APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSOsdadosdemonstramsignificativaelevaodosndicesdecoberturaapartirde1970, registrando a marcante atuao do PLANASA, perodo que corresponde a grande e crescente mobilizao de recursos financeiros para o setor. A partir de 1983 passam a ser sentidos os efeitos da retrao na economia brasileira, caracterizada por corte nos gastos pblicos, com reflexos diretos nos investimentos em saneamento. De conformidade comos dados disponveis, observa-se que o percentual mdio de cobertura com abastecimento de gua populao urbana razoavelmente confortvel,com salto aprecivel, relativo e absoluto, a partir de 1960, mesmo com um incremento populacional da ordem de 106 milhes de habitantes ocorrido no perodo.Percebe-se claramente o descompasso entre os investimentos em abastecimento de gua e esgotamento sanitrio ocorridos nos ltimos 30 anos, resultando numa cobertura de abastecimento de gua de cerca de 90% dos domiclios urbanos no ano 2000, enquanto o atendimento com coleta de esgotos era de apenas 56%. Almdas desigualdades de acesso entre os servios de abastecimento de gua e de esgotamento sanitrio, verificam-se grandes desigualdades regionais, conforme constatado na Tabela 2.Verifica-se pelos dados apresentados que as reas urbanas das regies Sul e Sudeste so as melhores servidas comsistemas deesgotosenquantoasregiesNorteeNordesteapresentamos maiores dficits de cobertura, tanto em abastecimento de gua quanto de esgotamento sanitrio. SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200818APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSTabela 3 Evoluo dos servios de saneamento no BrasilANOSPOPULAO TOTALPOPULAO URBANAPOPULAO URBANA ATENDIDA (gua)POPULAO URBANA ATENDIDA (esgoto)NO. MUNICPIOS% DA POPULAO URBANA1950 51,88 18,78 - - 1889 36,201960 70,07 32,00 13,00 8,00 2766 45,101970 93,14 52,90 28,00 12,00 3592 56,001980 119,00 82,01 60,00 29,00 2991 67,701991 146,92 111,00 98,50 49,00 4491 75,502000 169,80 137,80 127,80 70,94 5507 81,20Fonte: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica (1960; 1970; 1980; 1991 e 2000). -20,0040,0060,0080,00100,00120,00140,00160,00180,001955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005Populao em milhes de hab.Populao total (milhes hab)Populao urbana (milhes dehab)Populao urbana atendidac/gua (milhes hab)- Populao urbana atendidac/esgoto (milhes de hab)-Ilustrao 1 - Evoluo dos servios de saneamento no Brasil x crescimento populacionalFonte: Censos IBGE, 1950 a 2000SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200819APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS4. ELEMENTOS E PARMETROS DE PROJETOA implantao dos servios de abastecimento de gua e de esgotamento sanitrio em uma comunidade, qualquer quesejasualocalizao, dimensoouimportncia, requer arealizaode estudos prvios e a elaborao de projetos com vistas a atender aos seguintes objetivos:a) possibilitar o desenvolvimento das diversas atividades urbanas;b) garantir o suprimento de gua em quantidade e qualidade;c) garantir as condies de acesso aos servios, quanto a adequao do sistema s caractersticas scio-econmicas da populao;d) apresentar flexibilidade que permita o sistema acompanhar o incremento populacional e a expanso econmica e territorial da comunidade;e) prover os recursos organizacionais, financeiros e humanos que garantam a implantao e manuteno auto-sustentada do sistema.Oselementos paraumprojeto de sistema de abastecimento de gua relacionam-se com consumo, quantidade, populao, alcance e definio da captao de gua.Oconsumodeguaestestreitamenterelacionadocomosusosequotaspercapitas, dependendo tambm de um conjunto de fatores e de variveis que afetam o consumo.Entreosprincipaisusosdaguapodem-secitar, ousodomsticoparafinsdebebida, culinria, asseio corporal e descarga de aparelhos sanitrios.O uso comercial da gua, encontra-se nos escritrios, lojas, armazns, bares, restaurantes, sales de beleza, barbearias, postos de lavagem e lubrificao, cinemas, teatros, etc.Na indstria a gua utilizada como matria prima, como insumo de processo industrial, no resfriamento, caldeiraria, na remoo de resduos e nas prprias instalaes sanitrias.Oconsumopblicodaguasedemirrigaodepraas ejardins, lavagensderuas, piscinas pblicas, limpeza de coletores de esgotos, fontes ornamentais, chafarizes e torneiras pblicas, edifcios pblicos, combate a incndios, lavanderias, banheiros e sanitrios pblicos.Merece destacar que grande parte das perdas e desperdcios que ocorrem nos sistemas de abastecimento de gua, ou seja, atravs de vazamentos em adutoras, redes, reservatrios, nos ramais domiciliares e no interior de prdios so computados como consumo.4.1 ELEMENTOS DE PROJETO4.1.1 Consumo per capitaEntende-sepor consumoper capita ouquota per capita, a quantidade degua que atribuda para cada pessoa beneficiria pelo servio projetado. um valor de referncia, em geral, expresso em litros por habitante por dia, que tem por finalidade permitir o clculo das demandas para efeito de projeto das diversas unidades ou partes do sistema. Os consumos per capitas podem variar de cidade para cidade, dependendo de uma srie de condies, entre as quais se destacam: os custos de escassez, as condies scio-econmicas da populao e as condies climticas locais.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200820APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSEm comunidades no atendidas por sistemas convencionais de abastecimento de gua, ou seja, atravs de chafarizes ou torneiras pblicas, as quotas per capitas variam de 30 a 60 l/hab.dia.Para os centros urbanos os per capitastambm podem sofrer grandes variaes. Em So Paulo, capital, a quota per capitapode chegar a 300 l/hab.dia, enquanto nas cidades do interior so adotados valores da ordem de 200 l/hab.diaNoEstadodoRioGrandedoNorte, aconcessionriaestadual (CAERN), adotaquotas quotas per capitas distintas dependendodotamanhoedapopulaodascidades. EmNatal, por exemplo, so adotados valores de 300 l/hab.dia para a Zona Sul e de 200 l/hab.dia para a Zona Norte da cidade.Para o interior do Estado so adotados per capitas que variam de 100 a 150 l/hab.dia.Uma das formas de obter o consumo mdio per capita de uma comunidade,consiste em dividir o volume de gua aduzido por ano pela populao abastecida. Dividindo-se o resultado obtido por 365 dias, obtm-se a quota per capita mdia diria.abastecida populao x365ano poraduzido Volumeq (1)A ttulo de exemplo, na Tabela 4, encontra-se a distribuio do consumo de gua em So Paulo, totalizando per capitas de 220 e 200 l/hab.dia.Tabela 4 Parcelas de consumo para per capita de 200 l/hab.diaCategoria de consumo Saturnino de Brito (1905)CNSOS (1951)Domstico 100 85Comercial-industrial 50 50Pblico 45 25No contados e perdas 25 40Total 220 200Fonte: Netto, Jos Martiniano de Azevedo, et, al, (1998)Para a parcela do uso domstico, os autores Yassuda & Nogami citam, conforme Tcnica de Abastecimento e Tratamento de gua (1976), como estudos mais recentes, os valores mostrados na Tabela 5.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200821APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSTabela 5 Parcelas do consumo domstico de gua Consumos Quantidades (l/hab.dia)Bebida e cozinha 10-20Lavagem de roupa 10-20Asseio corporal banhos e lavagens de mos 25-55Instalaes sanitrias 15-25Outros usos 15-30Perdas e desperdcios 25-50Total 100-200Fonte: Tcnicas de Abastecimento e Tratamento de gua, CETESB, (1976)Para ocasoespecficodoRioGrande doNortenoseconhecemestudos estatsticos precisos que forneam os consumos mdios por habitante, da forma como mostrado acima. 4.1.2 Fatores que afetam o consumoOs fatores que afetam o consumo de gua de uma comunidade podem ser classificados em genricos e especficos:Os fatores genricos compreendem: tamanho da cidade, caractersticas, tipo e quantidade de indstrias, clima, hbitos higinicos e destino dos dejetos.Como fatores especficos so citados: modalidade de suprimento, qualidade da gua, disponibilidade e custo da gua, presso na rede e o controle sobre o prprio consumo;4.1.3 Variaes de consumoO consumo de uma comunidade pode sofrer variaes anuais, mensais, dirias, horrias e instantneas. As variaes de consumo mais sentidas ocorrem nos meses de vero. No clculo das demandas os consumos mdios so majorados em funo dessas variaes.As variaes de consumo so expressas atravs de coeficientes. comum designar-se pork1 o coeficientedo dia de maior consumo que definido pela relao entre o consumo (produo) mximo horrio e o consumo (produo) mdio dirio, ou seja:dirio mdio consumodirio mximo consumo1 k(2)O coeficiente k1pode variar de 1,2 a 2,4, dependendo dos fatores que afetam o consumo. Em geral, utiliza-se k1 = 1,2 na maioria dos projetos de abastecimento de gua, pelo menos na regio Nordeste do Brasil.H cidades onde se notam as flutuaes de consumo dirio no perodo da semana.Registros de consumos de algumas cidades do contamde consumos mximos nas segundas e teras-feiras, com valores de 1,05 do valor mdio, e mnimo nos domingos, com consumo da ordem de 0,8 do valor mdio. SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200822APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSCostuma-sedenominar dek2ocoeficientedeconsumomximohorrio. Representa a relao entre o consumo mximo horrio e o consumo mdio horrio, ou seja:horrio mdio consumohorrio mximo consumo2 k (3) O coeficiente k2pode assumirvalores de 1,5 a 3,0. Esta faixa de valores resultado de pesquisas realizadas em diversos trabalhos tcnicos.O consumo mnimo horrio,em geral expresso pelo coeficientek3, este tomado como sendo igual 0,5.Variaes instantneasde consumo so muito comuns nos extremos das redes, em decorrncia dos consumos de prdios desprovidos de reservatrios, ou devido abertura ou fechamento simultneo das torneiras e vlvulas de descargas. No caso de dimensionamento de redes de distribuio para prdios desprovidos de reservatrios, a vazo mnima de dimensionamento recomendada de 2,2 l/s.4.2 CLCULO DAS DEMANDAS DE GUAAs demandas de gua podem ser determinadas levando-se em conta o alcance de projeto, as etapas de construo e as diversas categorias de consumo, entre os quais preponderam os consumos domsticos. Devem ser analisadas as possibilidades de consumos pontuais, principalmente para fins industriais e futuras expanses do sistema. Em geral,os sistemas so projetados e construdos em funo das demandas de fim de plano ou das diversas etapas ou dos mdulos a serem construdos.Para melhor compreenso do clculo das demandas so apresentados a seguir, os conceitos de consumo mdio, mximo dirio e mximo horrio.4.2.1 Demanda mdia diriaOconsumo oudemanda lquida mdia diria de gua deuma comunidade traduz a quantidade mdia de gua que necessrio produzir para satisfazer s necessidades da populao. Pode ser definida pela seguinte expresso:Q = P1.q1 + P2.q2=a.P.q1 + (1 a).P.q2,(4)Ou, ainda, por,P.q Q (5)Onde:P = populao total abastecida (futura)P1 = populao com ligao domiciliar.P2 = populao abastecida por torneira pblica.q1 = consumo per capita das pessoas abastecidas por ramal domiciliar, em litros por pessoa por dia.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200823APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSq2 = consumo per capita das pessoas abastecidas por torneira pblica ou chafariz em litros por pessoa por dia.q = consumo mdio per capita em litros por pessoa por dia, considerado isento de perdas.a = coeficiente em percentual, estabelecido para abastecimento atravs de ramal domiciliar.4.2.2 Demanda mxima diria a quantidade de gua a ser produzida, nesta computada eventuais acrscimos dirios de consumo. Pode ser obtida multiplicando-se a demanda mdia pelo fator coeficiente k1, ou seja, Q Q . k1 max (6)Onde:k1=coeficiente do dia de maior consumo.Q= consumo mdio dirioOconsumoanual obtidomultiplicando-seoconsumomdiopor 365dias, valor que adquire maior importncia no clculo dos reservatrios de acumulao.No caso de haver indstrias de grande porte usando o sistema pblico e para combate ao fogo utiliza-se a seguinte expresso para calcular a demanda mdia:Q Q . k1 max + Qind + Cfogo(7)Onde: Qind = consumo mximo dirio da indstriaCfogo = consumo de gua para dar combate a incndio.4.2.3 Demanda mxima horriaO clculo da demanda mxima horria tem por finalidade a determinao dos dimetros dascanalizaesdarede dedistribuio de gua podendo ser obtida multiplicando-se ademanda mdia diria pelos coeficientes k1 e k2, ou seja:Qmx.horria = 2 1. P.q.k k (8)As demandas mdias, mximas dirias e mximas horrias,para o clculo das diversas partes do sistema, podem ser calculadas levando-se em contas os ndices de perdas (IP), simplesmente dividindo-se os valores encontrados nas equaes (5), (6) e (8) por (1 - IP%).As demandas mximas podem ser expressas em l/s, m/s ou m/h, dependendo das unidades de medidas de entrada nas frmulas. SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200824APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS4.2.4 Vazo para combate a incndioAs vazes para combateaincndio so determinadas em funo de valores mximose mnimospr-estabelecidos por jatodegua, oquepodevariar dependendodas normas tcnicas adotadas.No Brasil, admite-se que a vazo por jato de gua possa ficar entre um mximo de 16 l/s e um mnimo de 12 l/s.Deve-se levar em conta ainda, o nmero de jatos que ser utilizado para apagar o incndio e a sua provvel durao. Uma das expresses sugeridas a frmula de Kwichling, ou seja:F P 2 8 ,(9)Onde: F = no. de jatos necessrios para apagar o incndio.P = populao da comunidade em milhares de habitantes.No que se refere durao de incndio, para pequenas cidades, at 1000 habitantes, na falta de estudos mais especficos, pode ser utilizado como referncia, o tempo de 4 horas. Para cidades com populao superior eat 200mil habitantes, recomenda-seutilizar 10horas para a duraodo incndio.4.3 ESTUDOS POPULACIONAISOs consumos oudemandas degua dependemfundamentalmente da populao a ser atendida, das variaes de consumo e das quotas per capitas adotadas.A populao de uma cidade, num certo instante, poderia ser calculada pela frmula:P = Po + (N M) + (I E) (10)Onde:P = populao no instante de tempo t.Po = populao no instante inicial to N = nascimentos coletados no mesmo instante.M = nmero de bitos.I = imigrao no perodo.E = emigrao no perodo.N M = representa o crescimento vegetativo ou saldo vegetativo no perodo.I E = crescimento social ou saldo migratrio no perodo.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200825APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSA populao um dado bastante varivelque depende de fatores econmicos,polticos, sociais e outros difceis de serem quantificados por esta metodologia. Por isto,recorre-se a outros mtodos, principalmente a modelos matemticos que expressem, commaior aproximao, as expectativas de crescimento populao ao longo do alcance do projeto.So conhecidos diversos mtodos para estimativas de crescimento populacional,entre os quais, o mtodo aritmtico,o mtodo geomtrico,o mtodo logstico, mtodo da taxa decrescente, almdosprocessosgrficos(de extrapolaogrficaoudastendnciasda curvadecrescimento, mtodo comparativo e o mtodo exponencial). Outra forma que pode ser destacada para avaliao populacionalconsiste no estabelecimento de densidades habitacionais para reas delimitadas pelos planos diretores das cidades.4.3.1 Mtodo aritmtico ou de crescimento linearummtodo poucoindicado. Pode ser usado para curtos intervalos de projeo. O incremento populacional, por este mtodo, pode ser calculado analogamente a razo de uma progresso aritmtica, ou seja:OOt tP Pr11(11) ou0 20 2t tP PKa (11-a)A partir da qual se obtm:P = Po + r(t - to) (12)P = P0 + Ka(t-t0)Sendo:P = a populao final de projeto;Po = a populao inicial de referncia;to = ano inicial;t = tempo finalO mtodo aritmtico admite que o crescimento populacional ocorra linearmente. Pode ser verificado tambm graficamente, no obstante, falho para longos perodos de alcance de projeto.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200826APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 2 - Representao do crescimento aritmtico ou linear4.3.2 Mtodo Geomtrico ou de crescimento exponencialindicado para cidades deat 200.000habitantes. ummtodo muitousadopelos projetistas de sistemas de abastecimento de gua brasileiros. A razo de crescimento corresponde razo de uma progresso geomtrica:) 11(OOt tPPr (13) ou1 21 2ln lnt tP PKg(13-a)A partir destas obtm-se:) (.Ot tO r P Pou (14)) (00.t t Ktge P P (14-a)e = base dos logaritmos neperianos.Onde as variveis tm os mesmos significados j explicados. Este modelo admite o logaritmo da populao crescendo linearmente com o tempo. Pode ser verificada em papel monologartimo. O crescimento populacional pressuposto ilimitado.Ilustrao 3 Curva representativa do crescimento geomtrico ou exponencial4.3.3 Taxa decrescente de crescimento ou Mtodo LogsticoBaseia-se na premissa de que, medida em que a cidade cresce,a taxa de crescimento torna-se menor. A populao tende assintoticamente a um valor de saturao. Os parmetros podem ser tambm estimados por regresso no linear.Nas formulaes abaixo, P0, P1, P2 so as populaes nos anos t0, t1, t2 (hab). As frmulas para taxa decrescente e crescimento logstico exigem valores eqidistantes, caso no sejam baseados em anlise de regresso.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200827APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSA populao em qualquer tempo t pode ser dada por:[ ]) (0 001 ) (t t Ks tde P P P P + (15)A taxa de crescimento por esse mtodo dada por:) .( P P KdtdPs d (16)0 20 2)] /( ) ln[(t tP P P PKs sd (17) Ps = populao de saturao21 2 02 021 2 1 0.) ( . . . 2P P PP P P P P PPs+ (18)Ilustrao 4 Curva representativa da taxa decrescente de crescimento ou mtodo logistico o mtodo mais indicado para estudo populacionalde grandes cidades, pressupondo-se que estas cidades possam atingir uma populao de saturao ao final de certo tempo. Outra forma de representar o crescimento populacional P dada pela seguinte equao.bT asePP+1(19) ou) (0 1. 1t t Kste c PP+ (19-a)Onde:P = populao projetada. Ps = populao de saturao.e = 2,7182845 (base do sistema de logaritmos Neperiano)SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008 Populao28APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSa e b = parmetros da curva.T = intervalo de tempo entre To e o ano no qual se deseja obter P.0 0/ ) ( P P P cs (20)1]1

) () .(ln10 11 01 21P P PP P Pt tKss(21)Para quesepossacalcular osparmetrosaebdacurvafaz-senecessriodeterminar preliminarmente, apopulaodesaturaodacidade. Oclculodapopulaodesaturaofica simplificado quando so conhecidos ou escolhidos intervalos de populao e de tempos, por exemplo, (P0,T0), (P1,T1) e (P2,T2) de forma que satisfaam s seguintes condies:.T2 = 2T1P0 < P1 < P2(P1)2 > P0P2A populao de saturao Ps pode ser calculada pela seguinte frmula:21 2221 2 1) () ( ) ( 2P P PP P P P P PPOO Os+ (22)4343 , 01 alog OO sP P P(23)14343 , 01Tblog ) () (11O ss OP P PP P P(24)Para baT , obtm-se o ponto de inflexo da curva, onde: PPePsa as112+(25)O ponto de inflexo na curva ocorre no tempo [t0-ln(c)/K1]SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008 Populao29APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 5 Curva de crescimento logstico ou de taxa decrescenteO clculo populacionalpor este modelo fica simplificado para pontos cronologicamente eqidistantes. Porestemtodoverifica-se que apopulaocresceassintoticamentepara umvalor limite Ps.4.3.5 Avaliao populacional por critrios das densidades habitacionaisPodem-se associar os mtodos de crescimento populacionala uma adequada distribuio da populao nas reas urbanas, ou seja, estabelecendo-se densidades populacionais mximas para as reas, de acordo com a natureza de sua ocupao.A Tabela 6, a seguir apresentada pode ser usada como referncia para auxiliar nos estudos populacionais. Tabela 6 - Densidades Demogrficas observadas em Zonas UrbanasTIPO DE OCUPAO DO ESPAO URBANO Densidade demogrfica(hab/ha)reas perifricas: casas isoladas, lotes grandes. 25 50Casas isoladas, lotes mdios e pequenos. 50 75Casas geminadas, predominando 1 pavimento 75 100Casas geminadas, predominando 2 pavimentos100 150Prdios de apartamentos pequenos150 250reas de apartamentos altos250 750reas comerciais 50 100reas industriais 25 100SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008PROJEO DE POPULAO - CURVA LOGSTICAEscala dos tempos TPoT0P2T1T2P1 Populao PopulaoPOPULAES A30APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS4.3.6 Processo das curvas de crescimento de outras cidadesO emprego desta metodologia permite exprimir o crescimento populacional de uma cidade emfuno do desenvolvimento de outras, razo pela qual tambm conhecido por processo comparativo ou da curva de correlao.Em sntese, consiste em se eleger cidades que alm de possurem caractersticas anlogas, tenham populao superior cidade objeto de estudo,na pressuposio de que esta venha terum desenvolvimentooucrescimentopopulacional semelhante aoqueelas tiveramquandopossuam populao de mesma grandeza que a sua atual. Partindo-se destas premissas traam-se, num sistema de coordenadas, as curvas de crescimento demogrfico das cidades a comparar, registrando-se no eixo das abscissas, os anos censitrios e no eixo das ordenadas, as populaes, conforme Ilustrao 3.Para obteno da curva de crescimento da cidade em estudo, trasladam-se todas as curvas para a direita, de modo a ficaremcomumponto emcomum, que representa oltimo dado populacional da cidade cuja populao se deseja projetar.A curva de crescimento desejada,a partir deste ponto comum, o lugar geomtrico dos pontosquerepresentamamdiadasordenadas dascurvastrasladadas, exclusive, eventualmente, aquelas que forem muito discrepantes das demais.A comparao pode ser feita utilizando-se a mdia aritmtica ou ponderada. Neste ltimo caso, os pesos dependem principalmente da analogia de crescimento na fase anterior populao do ponto escolhido como ponto comum. Diz que para o sucesso deste mtodo,as cidades eleitas para comparao devem ser da mesma regio geoeconmica, restringindo-se a trasladao ao mximo de trinta anos, para reduzir a margem de erro de previso, j que a preciso deste mtodo tanto maior quanto menor for o seu alcance.Na Ilustrao 6 encontra-se representado o mtodo de comparao do crescimento populacional de uma cidade C em funo de duas outras A e B.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008 PopulaoPOPULAES A31APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 6 Grfico para previso de populao pela curva de comparao.4.3.7 Processo de extrapolao da curva de crescimentoNum sistema de coordenadas e em escala conveniente, marcam-se no eixo das abscissas, os anos relativos aos censos disponveis e no eixo das ordenadas as populaes respectivas. Faz-se, em seguida, o prolongamento da curva respeitando-se a tendncia de crescimento.AIlustrao 7representa uma das possveis solues detendncia decrescimentoda populao da cidade do Natal com base nos dados censitrios de 1940 a 2000.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008 PopulaoCurva comparativa0200400600800100012001930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030AnosPOPULAES APOPULAES BPOPULAES CABCABCP o p u la e se m1 0 0 0h a b32APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 7 Processo de extrapolao da curva de crescimento4.4ALCANCE DE PROJETOO alcance de projeto depende da vida til que pode ser atribuda a cada uma das partes do sistema ou de vida til das obras. A vida til provvel das obras, instalaes e equipamentos, por sua vez, depende do tipo e da natureza de cada parte, do materialempregado, das inovaes e recursos tecnolgicos, uma vez que esto em constante evoluo.Os seguintes fatores devem ser ponderados para estabelecimento do perodo de projeto ou alcance de um projeto:i)Tendncias decrescimentodapopulaoedasnecessidades urbanas, levando-seem considerao o desenvolvimento industrial;ii) Vida til das estruturas e dos equipamentos, tendo-se emconta sua durabilidade provvel, seu desgaste, eficincia e obsolescncia;iii) Facilidades ou dificuldades que se apresentam para a ampliao das obras e instalaes;iv) Disponibilidade de recursos ou crditos para financiamento;v) O poder aquisitivo e os recursos econmicos da populao a ser beneficiada.As influncias exercidas podem ser resumidas na Tabela 7 devendo-se ressaltar que pode existir interdependncia entrealguns fatores. NaTabela 8encontram-seresumidos osprincipais alcances sugeridos para as diversas partes do sistema.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008Prolongamento da curva de crescimento02004006008001.0001.2001930 1940 1950 1960 1970 198019902000 2010 2020 2030Anos (Censos)P op ul a ese m1 00 0h ab .POPULAO33APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSTabela 7 Critrios para fixar alcance de projetosFATORES ALCANCES + LONGOSALCANCES + CURTOSCrescimento mais rpido da populao xMaior vida til das partes xFacilidade de ampliao xDisponibilidade de recursos xJuros elevados e prazos curtos xInflao acentuada xMaiores recursos da populao xMelhor comportamento inicial das obras xTabela 8 Alcance de projeto para sistemas de abastecimento de guaUNIDADES DOS SISTEMAS/OBRAS/EQUIPAMENTOS ALCANCE(em anos)Tomada de gua 25 a 50Barragens 30 a 60Poos 10 a 25Equipamentos de recalque 10 a 20Adutoras de grande dimetro 20 a 30Estaes elevatrias 15 a 25Estaes de tratamento de gua:- Floculadores, Decantadores, Filtros 20 a 30- Dosadores 10 a 20Reservatrios de Distribuio:- Concreto 30 a 40- De ao 20 a 30Canalizaes de Distribuio 20 a 30Edifcios 30 a 50De um modo geral os sistemas so projetados para alcances que variam de 20 a 25 anos.Os sistemas ou as unidades dos sistemas podem ser construdos por etapas, dependendo da vida til das diversas partes e da maior ou menor facilidade de ampliao e do desenvolvimento da cidade.4.5 ESQUEMAS HORIZONTAIS DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO GUA.Os sistemas de abastecimento de gua,em geral,so construdos a partir de duas fontes principais de suprimento: mananciais superficiais e mananciais subterrneos. Mananciais superficiais so represamentos de gua em barragens, lagos, lagoas, rios e riachos. Osprincipais mananciais subterrneos soospoostubulares (rasosouprofundos), os poos tipo amazonas ou as fontes aflorantes.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200834( 1 ) (3) (4) (5) (7)(8)(2)(6)APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS4.5.1Esquema de sistemas de abastecimento: mananciais superficiais.Na Ilustrao 8 esto esquematizadas as principais unidades de um sistema de abastecimento de gua:(1) Manancial; (2) Adutora de gua bruta AAB; (3) Elevatria de gua bruta EEAB; (4) Estao de tratamento de gua ETA (Complexo dosadores, floculadores, decantadores e filtros); (5) Estao elevatria de gua tratada; (6) Adutora de gua tratada; (7) Reservatrio de distribuio; (8) Rede de distribuioIlustrao 8 Esquema de sistemas de abastecimento de gua: mananciais superficiais.4.5.2Esquema de sistemas de abastecimento: mananciais subterrneos Poo TubularNa Ilustrao 9 encontram-se indicadas as principais unidades de umsistema de abastecimento de gua tendo como fonte de suprimento um poo tubular.(1) Poo tubular; (2) Adutora gua bruta; (3) Unidade de desinfeco e correo de pH; (4) Adutora de gua tratada; (5) Reservatrio de distribuio; (6) Rede de distribuio de gua.Ilustrao 9 Esquema horizontal de sistema de abastecimento de gua de poo tubular.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008(1)(3)(5)(2) (4)(6)b) Captao em trecho curvoZona de assoreamentoa) Captao em trecho retoMargem cncava, maior velocidade35APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS5. MANANCIAIS ABASTECEDORESPara implantar os sistemas deabastecimento pode-serecorrer s diversas fontes para suprimento, dependendo das disponibilidades, facilidades e qualidade da gua. A seguir so listadas as principais classes de mananciais. 5.1CLASSES DE MANANCIAISAtualmente, face escassez de gua, podemser usados os mais diversos tipos de mananciais para abastecimento, inclusive de gua dos mares e oceanos.5.1.1Abastecimento a partir de guas metericasSo abastecimentos feitos a partir das guas de chuva. O Peru, at alguns anos atrs, tinha uma cidade de 2.500 habitantes abastecida por este tipo de fonte. A Ilha de Fernando de Noronha, j foi totalmente dependente de abastecimento de gua atravs de captao de guas de chuvas. 5.1.2Abastecimento a partir de guas superficiaisAs guas superficiais so as provenientes dos cursos dgua em geral,de rios, crregos, riachos, arroios, assim como de lagos, represas ou outro tipo qualquer de barragem de cursos dgua. 5.1.3Abastecimento a partir de guas subterrneasEm geral, as guas subterrneas so provenientes das fontes (aflorantes, de fundo de vale ou de fontes de encosta) e de poos rasos ou profundos.5.1.4Abastecimento a partir de gua do marA gua do mar para ser utilizada para consumo humano requer o processo de dessalinizao. A dessalinizao pode ser realizada por diversos processos, entre os quais, podem-se citar, os de osmose reversa, evaporao e destilao.5.2TIPOS DE CAPTAO DE GUAS SUPERFICIAISComo as captaes de guas superficiais podem ser feitas em diversos tipos de mananciais, vrios fatores devero ser levados em conta nos estudos e projetos.5.2.1Captao em riosAs tomadas dgua nos rios podem ser feitas de diversas formas, dependendo das condies apresentadas. a) Localizaode tomadas. Podemser feitasnostrechosretosoucurvosdosrios. Nos trechos emcurva, a margemcncava deveser preferida para evitar oassoreamento, conforme indicado na Ilustrao 10 abaixo apresentada.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008b) Captao em trecho curvoZona de assoreamentoa) Captao em trecho retoMargem cncava, maior velocidade36APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 10 Esquema de captao de gua em trechos de riosb) Oprojeto de captao de gua superficial deve ser feito combase emestudos hidrolgicos, ou seja, conhecida a quantidade de gua necessria,deve ser analisado se a captao temcapacidade para atender demanda aolongodoprojeto. Devemser conhecidas as vazes mnima, mdia e mxima do curso dgua, assim como as suas vazes especficas, mnima, mdia e mxima, em l/s.km2 c) No que se prende qualidade da gua, devem ser levados em considerao os aspectos fsico-qumicos, bacteriolgicos, bioqumicos e hidrobiolgicos;d) Outro aspecto de grande importncia refere-se aos diversos custos envolvidos no projeto decaptao, quais sejam: deexecuodaobrapropriamentedita; deestradas deacesso, sefor necessrio; dedesapropriaes; deenergiaeltrica; deoperaoemanuteno; edeserviosde comunicao (telefone, rdio, etc.).5.2.1.1 Partes constitutivas de uma captaoAs captaes em rios, em geral, devem dispor de:a) Barragens ou vertedores, para manuteno do nvel ou para regularizao da vazo;b) rgos de tomada d'gua comdispositivos para impedir a entrada de materiais flutuantes ou em suspenso, grades, crivos e telas de diversos tipos e formatos;c) Dispositivos para controlar a entrada de gua, como comportas, vlvulas, adufas, etc.;d) Canais ou tubulaes de interligao;e) Poos de tomada das bombas.5.2.1.2 Tipos de captao em riosDefine-se como tomadas de gua as obras ou dispositivos destinados a retirar ou desviar as guas de um manancial.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008b) Captao em trecho curvoZona de assoreamentoa) Captao em trecho retoMargem cncava, maior velocidadeCaixa de areia Caixa de areia37APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSAs captaes podem ser do tipo direta, ou tomada dgua direta (Ilustrao 8), atravs de barragemdenvel (Ilustrao 11), canal de derivao (Ilustrao 10) e canal de regularizao (Ilustrao 11).Em qualquer tipo de captao de rio, recomendvel que a vazo mnima do rio (Qmn.) seja sempremaior quea vazo deabastecimento (Qabast)para quenohaja riscodeinterrupodo fornecimento de gua.Ilustrao 11 Esquema de captao direta em rios.As barragens de nvel so construdas com a finalidade de permitir a elevao do nvel de gua no local da captao, permitindo assim, uma lmina com altura satisfatria acima do crivo.Ilustrao 12 Barragem de nvel em concreto.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008NAVlvula de p com crivo38APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 13 Canal de derivao com caixa de areiaIlustrao 14 Tomada dgua em canal de regularizao5.2.1.3 Dispositivos retentores de materiais estranhosPara a reteno de materiais estranhos presentes na gua,recomenda-se a construo de caixas de areia, conforme Ilustrao 15.So muito comuns nas captaes de guas superficiais, os slidos decantveis, particularmente, a areia, materiais flutuantes ou em suspenso, como folhas, galhos de arvores plantas aquticas (aguaps), assim como peixes, rpteis e moluscos.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008Rio ComportaGrade Caixa de areiaTomada dguaPoo de sucoEnrocamento de PedrasAdufaa) Esquema 1b) Esquema 239APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 15 Esquema em planta e corte de uma caixa de areiaDe acordo com a figura acima so identificados e definidos os seguintes elementos:a) H = submergncia mnima do crivo, que deve satisfazer s seguintes condies:- hidrulicas:HV +22g0 20 , ou(26)- para impedir a entrada de ar: H 2,5D + 0,10 (27)b) v = velocidade de sedimentao da areia;c) V = velocidade de escoamento horizontal da gua na caixa de areia;d) V= componente das velocidades V da gua e de precipitao da areia; e) h = altura da lmina dgua;f) L = comprimento terico da caixa;g) b = largura da caixa;h) S = seo de escoamento (b h);i) A = seo horizontal da caixa (b L);j) Q = vazo de escoamento (Q = S.V);l) t = tempo.Tem-se: L = V.teh =v.t LhVvQS vQb h v1 1.

.v bQL (28)ou b.LQ= ou v AQSISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200840APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS AQ= v (29) Q= Av(30)Assim, L independe de h.Na prtica, atribui-se para L um valor 50% alm do valor obtido.Abaixo apresentada a Tabela 9 para as velocidades de sedimentao da areia, em guas paradas, a temperatura de 10C e para a densidade = 2,65 g/cm3 .Tabela 9 Velocidade de sedimentao da areia x dimetros das partculas Partcula (mm) 1,00 0,80 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,15 0,10Velocidade (mm/s) 100 83 63 53 42 32 21 15 8As caixas de areia devem ser construdas,pelo menos, com duas clulas paralelas para que, durante a limpeza, no seja interrompido o abastecimento de gua.5.2.2Captaes sujeitas a grande oscilao de nveis de gua So captaes feitas em lagos, lagoas ou barragens sujeitas a grandes variaes de nvel e nos quais a qualidade da guavaria com a profundidade.Nestes casos,a captao de gua feita atravs de construes chamadas de torres de tomada, conforme Ilustrao 16.Ilustrao 16 Torre de tomada dguaSISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008NAPassarela41APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 17 Foto de torre de tomada com passarela 5.2.3Poo de derivaoNada mais do que uma torre de tomada situada margem de um curso dgua, lago ou represa sujeito a grandes oscilaes de nvel.5.2.4 Sistema flutuanteumamodalidade de captao na qualse utiliza de um dispositivo qualquer,capaz de flutuar,permitindo o seu deslocamento para pontos distintos onde forem melhores as condies de captao, conforme Ilustrao 18. Ilustrao 18 Tomada dgua flutuante tpicaSISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008NAFlutuadorBoiaTubo flexvel42APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSA Ilustrao 19 mostra alguns detalhes da captao de gua do Sistema Adutor Jernimo Rosadoque atende s cidadesde Mossor,Au e Serra do Mel. Na referida captao as bombas instaladas so do tipo submersvel.Ilustrao 19 Captao flutuante do Sistema Adutor Jernimo Rosado, Au - RNOabastecimento atravs de reservatrio de acumulao, quando a vazo mdia de abastecimento menor que a vazo mdia afluente, porm maior que vazo mnima, ou seja, quando Qmdio(rio) > Qabast. > Qmn, faz-se necessria a regularizao da vazo mdia do rio (Qmdia).Em abastecimento de gua, os projetos de captao em lagos e represas so mais onerosos pelo fato de exigirem maior grau de tratamento.5.3TIPOS DE CAPTAO DE GUAS SUBTERRNEASOs tipos mais comuns depoos soos escavados ouperfurados. Emgeral, soditos escavados, os poos rasos, construdos em margens ou aluvies de rios, onde o lenol de gua se acha a pequena profundidade. Os poos perfurados, em geral, so aqueles em que o lenol de gua se encontra a maior profundidade. A profundidade dos lenis de gua bastante varivel, podendo chegar a centena de metros, comoocasodacaptaosubterrnea da cidade deMossor,cujoaqifero deguade melhor qualidade se encontra acerca de 900 m de profundidade. Em Natal, a profundidade dos poos tubulares varia de 30 m (Na Zona Norte) a 120m (Na Zona Sul).5.3.1Captao em poosOs poos tubulares ou profundos so perfurados com equipamentos especiais.Existem dois tipos bsicos de sondas usadas na perfurao dos poos:SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200843APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSAsperfuratrizes rotativasque utilizam lama argilosa para evitaro desmoronamentodas paredes do poo e as sondas percussoras.De acordo coma Ilustrao 20, os poos tubulares apresentamas seguintes partes constitutivas:Ilustrao 20 Exemplo de perfil de poo tubularTubo de revestimento: um tubo que pode ou no revestir a totalidade do poo perfurado para proteg-lo contra a infiltrao ou intruso de gua de outros lenis. Filtro: constitui uma espcie de tela que colocada a certos intervalos do pacote saturado do aqfero do qual se deseja captar gua.Os filtros possuem abertura que funo da granulometria do solo e rea livre expressa em % da rea total. Devem apresentar um determinado nmero de aberturas por metro de comprimento, para cada dimetro. Os diversos tipos de abertura dos filtros encontram-se mostrados na Ilustrao 21.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2008NDNELPBoca do PooAqfero 44APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 21 Tipos de furao de filtros de poos tubularesMaior rendimento de um poo tubular e menores custos de perfurao pode ser conseguido comlocaoadequada, melhor posicionamentodosfiltros emrelaoaoaqiferosaturadoena utilizao de mtodos adequados na sua perfurao.Os poos tubulares apresentam duas situaes distintas de nvel de gua: nveis estticos e dinmicos. O nvelesttico aquele que o poo apresenta quando no est sendo retirada gua do aqifero na sua rea de influncia. S varia quando variam as condies de infiltrao de gua no lenol em decorrncia de precipitaes pluviomtricas.Onvel dinmicovarivel, dependendodascondiesderetirada deguaatravsde bombeamento.Quando em operao,cada poo apresenta uma zona de rebaixamento do nvel de gua no aqfero, formando um cone de depresso, conforme se pode constatar pelo rebaixamento da linha piezomtrica (Ver Ilustrao 17).Vale ressaltar que cada poo, dependendo das condies construtivas e das propriedades do aqfero, tem uma capacidade limitada de explotao.Acaptao degua emfontes podeser feita atravs decaixas detomadas, galerias filtrantes e drenos. Em geral,as captaes em galerias e drenos so precrias devido obstruo e colmatao da rea drenante e s dificuldades de recuperar essas reas. Para as captaes emfontes so sugeridas algumas medidas visando a sua proteo sanitria: a) Fontes aflorantes:. Remover a camada de terra vegetal que esconde a nascente;. Construir valetas diversoras para proteger contra as guas de enxurradas;. Construir cercas para impedir o acesso humano e de animais;. Instalar tubulaes de descarga para limpeza e extravasor (ladro);. Instalar a tubulao de tomada 50 cm acima do fundo da caixa.b) Fontes emergentes:. Construir caixa de inspeo nas mudanas de direo e nas junes das linhas de dreno;. Remover a vegetao numa faixa de 10 m do eixo das linhas de drenos;SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200845APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS. Construir cercas de proteo.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200846APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS6.ADUOO transporte de gua entre as diversas unidades de um sistema de abastecimento de gua feito por meio de canalizaes chamadas de adutoras. Em geral, as adutoras so projetadas de forma que no existam ligaes ao longo das mesmas,da,diferenciando-se das redes de distribuio de gua.As adutoras podemser porgravidade,emcondutos livres (abertos ou fechados)ouem condutos forados. As adutoras emcondutoforado, tantopodemser por gravidade, comopor recalque.Canalizaes por recalque so aquelas que necessitam de mecanismo para impulsionara gua atravs de das mesmas.6.1VAZES DE DIMENSIONAMENTO As vazes de dimensionamento dos sistemas adutores, para quaisquer que sejam os trechos, no includos aqueles que ligam os reservatrios s redes de distribuio, devem ser calculadas em funo das demandas mximas dirias.A expresso utilizada para o clculo da demanda mxima diria :Nk q PQ. 3600. .1 (31)Onde: P a populao de projeto;Q = quota per capita;k1=

coeficiente do dia de maior consumo;N = nmero de horas de funcionamento dirio do sistema de bombeamento.Quando no existirem reservatrios de regularizao ou compensao de fornecimento de gua, ou seja, quando o bombeamento feito direto na rede de distribuio, recomenda-se calcular as vazes para dimensionamento dos condutos pela expresso:400 . 86. . .2 1 k k q PQ (32)onde:k2 = o coeficiente da hora de maior consumo.Observe-se que neste caso, o sistema de bombeamento projetado dever atender demanda do dia e hora de maior consumo, (para suprir os picos de consumo), cuja funo seria dos reservatrios.6.2HIDRULICA DAS ADUTORAS Apresentam-se a seguir, as principais frmulas e parmetros levados em conta no estudo das adutoras. SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200847APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS6.2.1Aduo em condutos livresPara o clculo das adutoras em condutos livres so considerados os seguintes elementos: a vazo de dimensionamento; a perda de carga unitria; a forma do conduto; o material utilizado. Para o dimensionamento usam-se as seguintes equaes:a) Da continuidade, expressa por: V A Q . (33)b) De Chezy:I R C V . (34)Onde: Q = vazo de dimensionamento (m3/s);A = a rea da seo de escoamento (m);V = velocidade de escoamento (m/s).C = Coeficiente de rugosidade do canal ou coeficiente de Chezy;R = raio hidrulico (m) ou PAR (35)I = declividade (m/m);P = permetro molhado do canal (m)O coeficiente de Chezy pode ser calculado pela frmula de Bazin:RmC+187(36)Onde: m = coeficiente de rugosidadeO coeficiente C tambm pode ser calculado pela frmula de Manning, expressa por:61RnC (37)Ou ainda pela Frmula de Ganguillet e KutterSISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200848APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSRnIn IC.00155 , 023 11 00155 , 023

,_

+ ++ +(38)Onde n = coeficiente de Manning e os demais parmetros como j definidos.A expresso de clculo da vazo em canais pode ser obtida combinando-se as equaes da Continuidade, de Chezy e de Manning, obtendo-se:2132. .1. I RnA Q (39) Onde os parmetros so os mesmos j definidos anteriormente. 6.2.2Adutora por gravidade em condutos foradosPara obteno do dimetro D de uma canalizao por gravidade, podem ser utilizadas tanto a equao de Hazen-Williams quanto da frmula Universal da perda de carga, ou frmula de Darcy-Weisbach.Em ambos os casos, considera-se o desnvel geomtrico igual perda de carga, conforme mostrado na Ilustrao 21. importante lembrar queodesnvel geomtrico a ser considerado corresponde diferena de carga hidrulica entre o nvel de gua mnimo de montante e o nvel de descarga dejusante, quenocasodeve corresponderaonvel mximo da guano reservatrio de jusante. Ou seja,HG = hf = JLA partir da equao de Hazen-Williams Q = 0,2788xCxD2,63xJ0,54, (40) , Obtm-se,63 , 254 , 02788 , 0 xCxJQD (41)Onde: Q = demanda mxima diria em m/s;C = coeficiente de rugosidade da canalizao, valor adimensional, varivel com a idade da canalizao;J = hf/L em (m/m)Obtido o valor terico do dimetro D, adota-se o valor comercial imediatamente superior.Na Tabela 10, abaixo apresentada, esto sugeridos osvalores do coeficiente C, empregado na frmula de Hazen Williams.SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200849APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSTabela 10 - Valores de C sugeridos para a frmula de Hazen-WilliamsTubos Novos Usados ( 10 anos)Usados (20 anos)Ao corrugado 60 - -Ao galvanizado rosqueado 125 100 -Ao rebitado 110 90 80Ao soldado comum, revest betuminoso 125 110 90Ao soldado revest epoxi 140 130 115Ferro fundido revest epoxi 140 130 120Ferro fundido, revest argamassa cimento 130 120 105Plstico (PVC) 140 135 130Fonte; Netto, (1998)No caso do emprego da Frmula Universal, SendogVDL fhf2..2 (42) eOnde:f = coeficiente de atrito;L = extenso da Adutora;g = acelerao gravitacionalDesta expresso podem ser deduzidas as seguintes equaes:Sendo V = Q/A, e A = D2/4,pode-se escrever:5 22. .. . . 8D gQ L fhf(43)L fh D gQf. . 8. . . .5 2 (44)5 / 122. . .. . . 8

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fh gQ L fD(45)5 22. .. . . 8D gQ L fhf(46)5 / 122. .. . . 8

,_

fh gQ L fD(47)SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200850APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSPara emprego da Frmula Universal da perda de carga, a maior dificuldade determinar o valor def,quandoasdemaisvariveisso conhecidas.O fatgorffuno da rugosidadeinterna da canalizao () a ser empregada, da temperatura da gua, em funo da qual se obtm a viscosidade cinemtica da gua (), e o nmero de Reynolds, como veremos adiante. 6.2.3 Adutora por condutos foradosPara o clculo das adutoras em conduto forado so considerados os seguintes elementos e parmetros: vazodedimensionamento(Q); perda decarga unitria (J); forma docondutoeo material de construo, do qual depende o coeficiente de rugosidade (coeficiente C); dimetro D da canalizao.Para dimensionamento podem ser usadas as seguintes equaes:- da continuidade: Q = A.V- da perda de carga total distribuda ao longo das linhas: hf = J.LPodendo J ser calculado pela frmula Hazen-Williams, escrita sob a forma:85 , 163 , 2. . 279 , 0

,_

D CQJ (48)Apartir da frmula deHazen-Williams podemser obtidos os diversos elementos da adutora, ou seja:54 , 0 63 , 2. . 279 , 0 J D C Q (49)63 , 254 , 0. . 279 , 0 J CQD (41 ver anterior)54 , 0 63 , 0. . . 355 , 0 J D C V (50)A perda de carga unitria (J = hf/L), tambm pode ser obtida pela Frmula Universal da perda de carga, (recomendadas pelas Normas Brasileiras), onde:gVDL fhf2..2 (43 - ver anterior)Paraoclculodofator deatritofdeveroser consideradas asdiversas situaes de escoamento, ou seja, os regimes de escoamento laminar, turbulento e misto.Como dito anteriormente, o coeficiente f, depende da rugosidade interna da canalizao, da viscosidade do lquido,que por sua vez depende da temperatura e do nmero de Reynolds. Para o regime de escoamento laminar, eRf64(51)Onde: SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200851APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSRe = nmero de ReynoldsD vRe. (52)Sendo,v = velocidade de escoamento do lquido, (m/s) = viscosidade cinemtica do lquido, (m/s), que funo da temperatura, no caso, para gua, conforme Tabela 11.No caso de regime de escoamento turbulento,para a condio de tubos hidraulicamente lisos, possvel utilizar-se a frmula de Von Karman-Prandlt, resolvvel por meio de iteraes.80 , 0 log 21 f Rfe (53)No caso de regime de escoamento turbulento,para a condio de tubos hidraulicamente rugosos, a frmula de Von Karman-Prandlt assume:14 , 1 log 21+ Df(54)Para regime deescoamento turbulento, ouseja, para a zona detransio entre tubos hidraulicamente lisos e hidraulicamente rugosos, aplica-se a frmula de Colebrook-White.

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+ f RDfe51 , 27 , 3log 21 (55)Nas equaes acima, D = dimetro da canalizao em (m); = rugosidade interna do tubo (m). A ordem de grandeza da rugosidade interna () depende do material das canalizaes. Na Tabela 12 so indicadas as principais faixas de valores para os diferentes tipos de materiais.A determinao do coeficiente de atrito f, tambm pode ser feita com a ajuda de diagramas ou equaes simplificadas, conforme demonstrado a seguir: a) Diagrama de Moody:Considere na Ilustrao 22, o no. de Reynolds no eixo das abscissas e o valor da rugosidade relativa (/D) na linha das ordenadas ( direita). O valor de fobtm-se nas ordenadas ( esquerda), diretamente ou por meio de curvas interpoladas.O valor de f e da respectiva perda de carga tambm podem ser calculados diretamente, com o auxlio de Tabelas,como a encontrada em Hidrulica Bsica de Rodrigo Melo Porto, (1998), ou atravs deFluxogramas, comoosdoProf. Souza(USP-SP), conformeIlustrao 23dapresente SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200852APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSApostila.Nas ilustraes 24 e 25 so apresentados os fluxogramas para clculo do dimetro e das vazes nas canalizaes, a partir do clculo do fator de rugosidade. Observe-se que o valor da viscosidade cinemtica da gua () depende da temperatura da gua, conforme mostrado na Tabela 11.Tabela 11 Viscosidade cinemtica da gua em funo da temperaturaTemperatura(oC)Viscosidade cinemtica(m/s) x 10-6Temperatura(oC)Viscosidadecinemtica()(m/s) x 10-60 1,792 20 1,0072 1,673 22 0,9604 1,567 24 0,9176 1,473 26 0,8768 1,386 28 0,83910 1,308 30 0,80412 1,237 32 0,77214 1,172 34 0,74116 1,112 36 0,71318 1,059 38 0,687Na tabela 12 so apresentados as rugosidades de referncia para os principais tipos de canalizaes empregadas nos sistemas de abastecimento de gua.Tabela 12 - Valores referenciais da rugosidade interna das canalizaesTipo de conduto Rugosidade Rugosidade, (mm)FerroFundido no revestido novo 0,25 a 1,00Fundido Incrustado 2,40-1,20Fundido Revestido com asfalto 0,30-0,90Fundido Revestido com cimento 0,05-0,15Fundido com corroso 1,00 a 1,50Fundido muito corrodo at 3,00Forjado enferrujado 0,15 a 3,00AoGalvanizado novo com costura 0,15-0,20Galvanizado novo sem costura 0,06-0,15Soldado revestido de Concreto 0,05 a 0,15Soldado revestido esmalte 0,01 a 0,30Rebitado revestido asfalto 0,9 a 1,8PVC, Polietileno 0,06Fiberglass 0,0052ConcretoRugoso 0,40 a 0,60Granular 0,18 a 0,40Centrifugado 0,15 a 0,50Liso 0,06 a 0,18Muito liso 0,015 a 0,06Fonte: EPUSPExistemaindaoutrasequaes que permitem o clculo direto do fatorde rugosidadef, todas obtidas atravs de tentativas desimplificao da Frmula de Colebrok-White, comopor exemplo:SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200853APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSb) Equao de Swamee & Jain (1976) 125 , 01669 , 082500 74 , 57 , 3ln 5 , 9Re64)'11]1

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+ +

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eeRRDf (56)Onde os parmetros envolvidos so aqueles definidos j definidos anteriormente.c) Frmulas simplificadas de Sousa e S Marques (1996)c.1)Trata-seda reconstruo da frmula de Colebrook-White substituindo a formula de Prandtl-vonKarman, para oregimeturbulentoliso, por umaaproximao explcita (frmula de Nikuradse, frmula de Blasius, ou outra) e posterior calibrao da expresso obtida, que resultou na expresso final a seguir mostrada, quando se exige uma expresso que reproduza fielmente os valores da frmula de Colebrook-White, que apresenta desvios relativos nferiores a 0,2%; 289 , 057 , 3log02 , 57 , 3log 2)'11]1

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+ eeRD R Df (56-a)c.2)Se o objetivo uma expresso simples e no exigido tanto rigor, aconselha-se o uso da frmula de Haaland, que apresenta desvios relativos inferiores a 1,5%, 211 , 19 , 67 , 3log 8 , 111]1

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eR Df (56-b)SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200854U UNIVERSIDADE NIVERSIDADE F FEDERAL EDERAL DO DO R RIO IO G GRANDE RANDE DO DO N NORTE ORTEC CENTRO ENTRO DE DE T TECNOLOGIA ECNOLOGIADISCIPLINA: Sistemas Urbanos de gua e Esgotos DISCIPLINA: Sistemas Urbanos de gua e EsgotosUFRN UFRNCT CTIlustrao 22 Diagrama de Moody para determinao do fator de atrito f da frmula Universal da perda de carga.P PROF ROF.. V VALMIR ALMIR M MELO ELO DA DA S SILVA ILVA - V - VERSO ERSO ATUALIZADA ATUALIZADA EM EM DEZEMBRO DEZEMBRO/2008 /2008U UNIVERSIDADE NIVERSIDADE F FEDERAL EDERAL DO DO R RIO IO G GRANDE RANDE DO DO N NORTE ORTEC CENTRO ENTRO DE DE T TECNOLOGIA ECNOLOGIADISCIPLINA: Sistemas Urbanos de gua e Esgotos DISCIPLINA: Sistemas Urbanos de gua e EsgotosUFRN UFRNCT CTc) Fluxograma de Souza para clculo de f.P PROF ROF.. V VALMIR ALMIR M MELO ELO DA DA S SILVA ILVA - V - VERSO ERSO ATUALIZADA ATUALIZADA EM EM DEZEMBRO DEZEMBRO/2008 /2008APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOS-SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2007No se calcula o valor de fNINCIODados: Q, D, L, , , g;Incgnita: hf DQRe4Re2500eRf64Re4000SN319 , 0DRe4489 , 0DReAMINAR29 , 0)62 , 5log( 211]1

eRf2)71 , 3log( 21]1

Df29 , 0)62 , 571 , 3log( 21]1

+ eR DfRUGOSO57APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSSISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2007No se calcula o valor de fNINCIODados: Q, D, L, , , g;Incgnita: hf DQRe4Re2500eRf64Re4000SN319 , 0DRe4489 , 0DReAMINAR29 , 0)62 , 5log( 211]1

eRf2)71 , 3log( 21]1

Df29 , 0)62 , 571 , 3log( 21]1

+ eR DfRUGOSO58APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSIlustrao 23 - Fluxograma para determinao do valor de hf - frmula UniversalFonte: Souza, (....), adaptao, Silva, (2006)SISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200759APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSSISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-200760APOSTILA DE SISTEMAS URBANOS DE GUA E ESGOTOSSISTEMAS URBANOS DE GUAS E ESGOTOS-2007SNNINCIODados: Q, L, hf,, , g;Incgnita: DQM4N1.2002 5 , 11 8 1Nf N> 2100S1 72