COMPONENTES DE SISTEMAS DE ESGOTOS SANITRIOS

4.1. Introduo

A coleta e o transporte das guas residurias desde a origem at o lanamento final constituem o

fundamento bsico do saneamento de uma populao. Os condutos que recolhem e transportam essas

vazes so denominados de coletores e o conjunto dos mesmos compem a rede coletora. A rede

coletora, os emissrios, as unidades de tratamento, etc, compem o que denominado de sistema de

esgotos sanitrios. O estudo dos sistemas de esgotamento, suas unidades e seus elementos acessrios

envolvem, naturalmente, uma terminologia prpria a qual ser objeto de estudo neste captulo.

4.2. Terminologia Bsica

A seguir sero apresentados conceitos e definies de componentes e acessrios diversos dos sistemas de

esgotos sanitrios.

Bacia de Drenagem: rea delimitada pelos coletores que contribuem para um determinado ponto de reunio das vazes finais coletadas nessa rea.

Caixa de Passagem (CP): cmara subterrnea sem acesso, localizada em pontos singulares por necessidade construtiva e econmica do projeto.

Coletor de Esgoto: tubulao subterrnea da rede coletora que recebe contribuio de esgotos em qualquer ponto ao longo de seu comprimento, tambm chamado coletor pblico.

Coletor Principal: coletor de esgotos de maior extenso dentro de uma mesma bacia. Coletor Tronco: tubulao do sistema coletor que recebe apenas as contribuies de outros

coletores. Corpo Receptor: curso ou massa de gua onde lanado o efluente final do sistema de esgotos. Dimetro Nominal (DN): nmero que serve para indicar as dimenses da tubulao e acessrios. Emissrio: canalizao que deve receber esgoto exclusivamente em sua extremidade de

montante, pois se destina apenas ao transporte das vazes reunidas. Estao Elevatria de Esgotos (EEE): conjunto de equipamentos, em geral dentro de uma

edificao subterrnea, destinado a promover o recalque das vazes dos esgotos coletados a

montante. Estao de Tratamento de Esgotos (ETE): unidade do sistema destinada a propiciar ao esgoto

recolhido de ser devolvido a natureza sem prejuzo ao meio ambiente. Interceptor: canalizao que recolhe contribuies de uma srie de coletores de modo a evitar

que desgem em uma rea a proteger, por exemplo, uma praia, um lago, um rio, etc. Ligao Predial: trecho do coletor predial situado entre o limite do lote e o coletor pblico. rgos Acessrios: dispositivos fixos sem equipamentos mecnicos (definio da NBR 9649/86

- ABNT). Passagem Forada: trecho com escoamento sob presso, sem rebaixamento. Poo de Visita (PV): cmara visitvel destinada a permitir a inspeo e trabalhos de manuteno

preventiva ou corretiva nas canalizaes - um exemplo de rgo acessrio. Profundidade do Coletor: a diferena de nvel entre a superfcie do terreno e a geratriz inferior

interna do coletor (Figura 4.1). Recobrimento do tubo coletor: diferena de nvel entre a superfcie do terreno e a geratriz

superior externa do tubo coletor. Rede Coletora: conjunto de condutos e rgos acessrios destinado a coleta e remoo dos

despejos gerados nas edificaes, atravs dos coletores ou ramais prediais. Sifo Invertido: trecho de conduto rebaixado e sob presso, com a finalidade de passar sob

obstculos que no podem ser transpassados em linha reta. Sistema Coletor: Toido o conjunto sanitrio, constitudo pela rede coletora, emissrios,

interceptores, estaes elevatrias e rgos complementares e acessrios. Tanque Fluxvel: reservatrio subterrneo de gua destinados a fornecer descargas peridicas

sob presso detro dos trechos de coletores sujeitos a sedimentao de material slido, para

preveno contra obstrues por sedimentao progressiva.

Terminal de Limpeza (TL): dispositivo que permite introduo de equipamentos de limpeza, localizado na extremidade de montante dos coletores.

Trecho de coletor: segmento de coletor, interceptor ou emissrio limitado por duas singularidades consecutivas, por exemplo, dois poos de visita.

Tubo de Inspeo e Limpeza (TIL): dispositivo no visitvel que permite a inspeo externa do trecho e a introduo de equipamentos de limpeza.

Tubo de Queda (TQ): dispositivo instalado no PV de modo a permitir que o trecho de coletor a montante desge no fundo do poo.

Figura 5.1 - Terminologia da vala de assentamento de um coletor

4.3. Comentrios Dependendo da ocorrncia de reas onde os coletores no possam continuar ou mesmo desaguar o esgoto

bruto, devero ser projetados interceptores, assim como a necessidade de transporte de vazes finais para

pontos distantes da rea de coleta forar a construo de um emissrio. O lanamento subaqutico no

mar ou sob rios caudalosos normalmente poder ser realizado atravs de emissrios com elevatria na ex-

tremidade de montante. As estaes de tratamento de esgotos (ETE) ocorrero quando os corpos receptores das vazes esgotveis

no possurem capacidade de absoro da carga orgnica total. A capacidade das ETE ser dimensionada

de modo que o efluente contenha em seu meio uma carga orgnica suportvel pelo corpo receptor, ou

seja, que no lhe cause alteraes danosas ao seu equilbrio com o ambiente natural. A ocorrncia de estaes elevatrias freqente em cidades de grande porte, situadas em reas planas ou

mesmo com declividade superficiais inferiores as mnimas requeridas pelos coletores para seu

funcionamento normal. Nestas ocorre que no desenvolvimento das tubulaes coletoras, estas vo

continuamente afastando-se da superfcie at atingirem profundidades inaceitveis em termos prticos,

requerendo assim, que se elevem as cotas dos coletores a profundidades mnimas ou racionais, sendo isto

somente possvel atravs de instalaes de recalque de cujo efluente partir um novo coletor que poder,

eventualmente, at terminar em outra unidade de recalque. Por uma situao similar a ocorrncia de

estaes elevatrias freqente em interceptores extensos, principalmente aqueles que protegem margens

aquticas, nos emiss-rios e nas entradas das ETE, visto serem estas normalmente estruturas a cu aberto

(lagoas de estabilizao, filtros biolgicos e valos de oxidao) ou fechadas, mas apoiadas na superfcie

(biodigestores). Os sifes invertidos e as tubulaes de recalque das elevatrias so as nicas unidades convencionais a

funcionarem sob presso nos sistemas de esgotos sanitrios. Na impossibilidade da transposio em linha

reta, inclinada corretamente, pela existncia no local de obstculos de qualquer natureza e que no

possam ser removidos ou atravessados, a indicao mais vivel, em termos de economia de operao, o sifo invertido, considerando que o escoamento, embora sob presso, dar-se- por gravidade, evitando

assim, o consumo contnuo de energia eltrica e equipamentos de recalque permanentes, como nas

estaes elevatrias.

Diversos autores classificam poos de visita e dispositivos substitutos destes, como rgos acessrios

obrigatrios das redes, enquanto que citam como acessrios eventuais sifes invertidos, considerando que

estes funcionam juntos aos coletores com vazes contnuas e por gravidade, ocupando como os poos de

visita, um espao natural das tubulaes transportadoras, e tambm os tanques fluxveis por estes permiti-

rem o funcionamento ininterrupto dos trechos a jusante.

4.4. Exerccios

Quais as finalidades das redes coletoras de esgotos sanitrios? Por definio um coletor tronco um coletor principal? Todo sistema de esgotamento sanitrio tem interceptores? E emissrios? Justificar. Os sifes invertidos funcionam por gravidade? Hidraulicamente so condutos livres ou

forados? Por que as estaes elevatrias so ditas "instalaes eletromecnicas"? Qual a finalidade dos poos de visita? e dos tanques fluxveis? Descrever a ocorrncia, nos SES, das estaes de tratamento. Diagnosticar e opinar sobre o que so rgos acessrios obrigatrios e eventuais das redes

coleto-ras? Qual a finalidade das estaes elevatrias e dos sifes invertidos?

CRITRIOS DE DIMENSIONAMENTO / CONDIES TCNICAS

6.1. Introduo

Os condutos sanitrios, exceo os de recalques e sifes invertidos, funcionam

como condutos livres e podem ser aplicados no seu dimensionamento, as

mesmas leis que regem o escoamento de guas, conforme estudo desenvolvido

no Captulo 6. Os trechos iniciais dos coletores tm regimes de escoamento

extremamente variveis, tendo em vista que dependem diretamente do nmero

de descargas simultneas, originrias dos conjuntos ou aparelhos sanitrios,

conectados s ligaes prediais. A medida que o coletor estende-se para

jusante o nmero de descargas simultneas vai aumentando, bem como

desaparecendo os intervalos sem descargas nos coletores a montante e,

associando-se a isto, o decorrer de tempo de escoamento do lquido no interior

dos condutos, fazendo com que o escoamento para jusante torne-se contnuo,

variando, contudo, de intensidade ao longo do dia, como ocorre com o

consumo de gua.

6.2. Hiptese de Clculo

6.2.1. Hiptese Clssica

No dimensionamento clssico utiliza-se a hiptese de que o escoamento dar-

se- em regime permanente e uniforme em cada trecho, embora se saiba que,

principalmente nos coletores, as vazes crescem para jusante em virtude dos

acrscimos oriundos das ligaes prediais. Outros fatores poderiam tambm

ser considerados como contrrios a aplicao do conceito citado, tais como:

variao de vazo ao longo do dia, presena varivel de slidos, mudanas de

greide ou de cotas no poo de visita de jusante, etc. No entanto, como o

escoamento tem que se dar em condies de lmina livre deve-se considerar,

para efeito de clculo, a situao mais desfavorvel, a qual ocorrer, sem

dvida, no instante de maior vazo, na seo do extremo jusante do trecho em

estudo.

Admitindo-se, pois, a vazo mxima de jusante como permanente e uniforme

ao longo do trecho, estar-se- simplesmente dimensionando a favor da

segurana quanto a sua capacidade, visto que se espera que para montante

ocorra, no mximo, em termos de lmina livre, uma situao semelhante a da

seo final, visto que no permitido dimetros diferentes em um mesmo

trecho. Para efeito de validade do conceito aplicado, desconsidera-se tambm o

rebaixamento da lmina a jusante, quando as cotas da calha do extremo jusante

no trecho e do montante do seguinte forem diferentes.

No escoamento permanente e uniforme no h variao na velocidade com

tempo e na velocidade com a extenso, implicando em que o escoamento dar-

se- em virtude do desnvel geomtrico (igual a perda da carga no trecho),

confinado em uma canalizao capaz de comportar a vazo correspondente e

nas condies adequadas.

6.2.2. Justificativa

fcil entender que a vazo de contribuio a cada instante uma

conseqncia da utilizao simultnea dos aparelhos ou conjuntos sanitrios,

notadamente nas reas de contribuio iniciais de projeto. No mtodo clssico

de determinao das vazes de esgotos despreza-se esse conceito, ou seja, no

se considera o modo da distribuio das contribuies na rede, que uma

conseqncia do tipo e distribuio do consumo de gua e que depende da

simultaneidade da utilizao dos aparelhos, visto a complexidade do estudo de

hidrogramas de escoamento, em geral construdos a partir de suposies

tericas carentes de confirmaes reais. importante lembrar que o mtodo

citado fornece bons resultados de funcionamento, principalmente para

pequenos projetos como conjuntos habitacionais, pequenas cidades, etc,

melhorando ainda mais no sentido de jusante das canalizaes quanto as

condies de escoamento, porm pode implicar em obras superdimensionadas

nos condutos principais, caso no seja considerado o efeito do amortecimento,

principalmente para bacias de drenagem superiores a cinco quilmetros

quadrados

O dimensionamento clssico feito a partir da determinao da vazo mxima

de contribuio que, por sua vez, calculada a partir do consumo mximo de

gua. Esse consumo pode ser proveniente de dois tipos: a) consumo relativo a

trabalhos domsticos, abrangendo gastos na lavagem de utenslios, cozinha,

limpeza geral e vazamentos e b) consumo de uso pessoal como banhos,

descargas sanitrias, abluses e lavagens de roupa. A separao dos consumos

conceitualmente vlida, pois o primeiro constante, resultante de tarefas

coletivas em cada residncia, enquanto que o segundo depende,

principalmente, dos hbitos individuais, notadamente os higinicos.

6.3. Condies Especficas

Para dimensionamento de coletores de esgotos uma srie de limitaes tcnicas deve ser observada para

que o processo de coleta e o rpido e seguro afastamento das guas residurias seja garantido de forma

contnua e adequada durante toda a vida til do sistema. Com estes objetivos alcanados, consegue-se

maior vida til para as tubulaes, menores possibilidades de vazamentos (ocorrncias mais freqentes

em condutos sob presso) e condies mais desfavorveis ao surgimento de anaerobiose, condio danosa

para alguns materiais utilizados na confeco dos tubos

A garantia de funcionamento contnuo obtm-se desde que no haja obstrues ou rupturas nos condutos

por causa de sedimentao de slidos ou recalques negativos nas fundaes de apoio s tubulaes. Para

amortizar os possveis problemas de funcionamento por causa das variaes de vazo ao longo do dia,

maiores vazes implicam em maiores velocidades que ajudam a limpar o coletor e, durante a madrugada, quando ocorrem as vazes mnimas o lquido escoado tem muito menos material em

suspenso, ou seja, poucos slidos a serem transportados.

A NBR 9649/86 - ABNT relaciona uma srie de condies especficas para dimensionamento hidrulico

dos coletores de esgoto as quais sero apresentadas a seguir:

Seo A- Nos sistemas de esgotamento, em geral a seo circular a mais empregada, considerando-se que essa a que apresenta maior rendimento se comparada s demais sees em

condies equivalentes, visto ser a que apresenta maior raio hidrulico, alm de menor consumo

de matria-prima para moldagem dos seguimentos (tubos). Grandes vazes, no entanto,

implicam em grandes dimetros o que pode inviabilizar sua especificao diante de vrias

circunstncias, conforme ser mostrado no Captulo 15. As normas e especificaes brasileiras

indicam, para os diversos tipos de materiais, um dimetro mnimo de do= 100mm. Vazo Q - Para todos os trechos da rede sero sempre estimadas as vazes de incio Q i e final de

plano Qf , para verificao do funcionamento do trecho nas situaes extremas de vida do

projeto, sendo que a vazo a considerar para determinao das dimenses de qualquer trecho no

ser inferior a 1,50 l/s o que eqivale, aproximadamente, a descarga de uma bacia sanitria. Tenso Trativa - A tenso trativa tem sido reconhecida como um bom critrio de projeto e tem

substitudo o critrio anterior (at os anos 70) que era o da velocidade mnima para

dimensionamento de coletores. Para assegurar a autolimpeza, evitando que os slidos pesados

sedimentem-se ao longo dos condutos e possam obstru-los com o tempo, e limitar a espessura

da camada de limo interna nas paredes, reduzindo a produo de sulfetos, a NBR 9649/86

recomenda que para cada trecho seja verificado um valor mnimo de tenso trativa mdia igual a

1,0 Pa ( = 1N/m para a vazo inicial Qi, se n = 0,013. Segundo a mencionada norma este valor

de tenso suficiente para arrastar gros de areia de 1,5mm de dimetro ou menores e outros

materiais sedimentveis. Velocidade V - lgico que quanto maior a velocidade melhores sero as condies de arraste,

mas por outro lado velocidades excessivas colocariam em risco a estrutura das tubulaes,

principalmente nas juntas, alm de danificarem as prprias paredes internas pelo efeito da

abraso, ao longo do tempo. Alm disso a turbulncia acentuada contribuiria para a entrada de ar

no meio lquido aumentando, assim, a lmina lquida no interior do trecho. A NBR 9649 indica

como limite mximo a velocidade de 5,0m/s, que logicamente, s ocorreria em condies finais

de projeto. Para que no haja preocupaes do ponto de vista da engenharia recomendvel no

se trabalhar em trechos consecutivos, com velocidades superiores a 3,0m/s. importante que se

verifique a tenso trativa para as condies iniciais de projeto e as velocidades mxima e crtica

esperadas para o fim do plano. Tradicionalmente so recomendados os seguintes limites de

velocidades V:

- ferro fundido - PVC, manilhas cermicas - concreto - fibrocimento

V at 6,0 m/s V at 5,0 m/s V at 4,0 m/s V at 3,0 m/s

Rugosidade n - O coeficiente de rugosidade de Manning depende do dimetro, da forma e do material da tubulao, da relao y/do e das caractersticas do esgoto. Independente desta gama

de influncias, usual empregar-se n = 0,013 para esgotos sanitrios tendo em considerao que

o nmero de singularidades (PV, TIL etc) independe do material da tubulao, bem como a

formao logo aps a entrada em uso, da camada de limo junto as paredes, uniformiza a

resistncia ao escoamento. Em climas mais quentes e declividades acentuadas esta camada de

limo pode se tornar menos significativa em relao ao material das paredes, principalmente na

parte inferior da seo molhada.

Declividade Io- Definidas as vazes de projeto (inicial e final) em cada trecho segue-se a determinao do dimetro e da declividade. Esta declividade dever ser de tal modo que alm de

garantir as mnimas condies de arraste, dever ser aquela que implique em menor escavao

possvel, associada a um dimetro escolhido de tal maneira que transporte a vazo final de

projeto em condies normalizadas, para clculo de tubulaes de esgotamento sanitrio. A

declividade mnima que satisfaz a condio de tenso trativa =1,0 N/m, =10 KN/m e n = 0,013, pode ser determinada pela equao

Io,mn = 0,0055 Qi-0,47 Eq. 6.1

OBS: Io,mn em m/m e Qi em l/s, no sendo recomendvel declividades inferiores a 0,0005 m/m. A

declividade mxima ser aquela para qual se tenha a velocidade mxima. Por exemplo, sendo n = 0,013

ento, Io,mn = 4,26 Qf-0,67para Vfinal = 5,0 m/s (Eq. 6.2) e Io,mn = 2,53 Qf-0,67 para Vfinal = 4,0 m/s (Eq. 6.3),

segundo MENDONA, S. R., Hidrulica dos Coletores de Esgotos, 2a Edio, 1991, em Projeto e

Construo de Redes de Esgotos, ABES, RJ, 1986.

Lmina d'gua y (Figura 6.1) - As lminas dgua devem, no mximo alcanar 75% do dimetro do coletor para garantia de condies de escoamento livre e de ventilao. So determinadas

admitindo-se o escoamento em regime permanente e uniforme e para a vazo final Qf(situao

de lmina mxima de projeto). Quando a velocidade final Vf for superior a velocidade crtica Vc ,

a maior lmina admissvel, segundo a NBR 9649/86, ser de 50% do dimetro. Para tubulao

funcionando a 3/4 de seo e do at 300mm (segundo o Professor MENDONA, na publicao

j citada), a NBR 9649 recomenda que essa velocidade crtica pode ser calculada pela seguinte

expresso

V = 6. (g . R)1/2 , (onde g a acelerao de gravidade local) Eq. 6.4

Figura 6.1 - Desenhos esquemticos de lminas molhadas

OBS: A relao lmina dgua/dimetro ( y/do ) denominada de lmina relativa. importante verificar o valor da velocidade resultante de modo a verificar se esta ou no superior a velocidade crtica, pois

velocidades superiores implicam em arraste e mistura de ar com as guas em escoamento. Evidente que

havendo a introduo de ar na mistura ocorrer aumento do volume do lquido e, conseqentemente,

aumento da lmina lquida, sendo esta a razo bsica para a limitao da lmiana relativa mxima em

50%, quando em funcionamento supercrtico. Embora pelo critrio de tenso trativa mdia tenham-se

teoricamente condies de autolimpeza, no recomendvel projetar-se encanamentos com lminas

iniciais inferiores a 20% do dimetro da canalizao.

6.4. Solues Grficas

6.4.1. baco para o Dimensionamento e Verificao da Tubulao de Esgotos pela Tenso Trativa - n

= 0,013 ( Fig. 6.2 ).

Esta figura, elaborada pelos Engenheiros J. G. O. Machado Neto e M. T. Tsutya e publicada como anexo

a Revista DAE N.140/85, Vol. 45, apresenta uma faixa de utilizao para esgotos, para lminas relativas

de 0,20 a 0,75, em funo da vazo em l/s e declividade em m/m. Por exemplo: para Io = 0,005m/m e do =

200mm a vazo variar de 2,0 l/s (y/do = 0,20) at 21,0 l/s (y/do = 0,75).

Fig. 6.2 - baco para o Dimensionamento e Verificao da Tubulao de Esgotos pela Tenso Trativa (n = 0,013). (Fonte:Revista DAE - reduzida e scaneada)

6.4.2. baco para Clculo de Tubulao pela Frmula de Manning - n = 0,013 ( Fig. 6.3 ).

Publicado originalmente como Anexo P-NB-567/75 da ABNT, este baco (aqui ampliado em sua

abrangncia) simplifica bastante o clculo de condutos circulares em escoamento livre e apresenta os

dimetros dos condutos em funo da lmina relativa e do fator de conduo K que determinado atravs

da expresso

K = Q / Io1/2com Q em m3/s e Io em m/m, Eq. 6.4

devendo-se trabalhar na faixa de utilizao recomendada para esgotos sanitrios, de 0,20 a 0,75% de

lmina. Exemplo: para K = 1,0 ento o dimetro do indicado ser de 350mm (menor dimetro),

correspondendo a um y/do = 0,61. A Tabela 6.1 substitui, com vantagens na preciso dos resultados em

algumas situaes, a utilizao deste baco. Por exemplo, para um do= 450mm tem-se: y/do = 0,75 tem-

se K= 2,5998 e y/do = 0,55 tem-se K=1,6698.

Fig. 6.3 - baco para Clculo de Tubulao pela Frmula de Manning (n = 0,013) (Fonte: Livro Esgotos Sanitrisos do Prof Carlos FErnandes)

Dimetros y/d

o 100mm

150mm

200mm

250mm

300mm

350mm

400mm

450mm

500mm

550mm

600mm

800mm

1000mm

1500mm

Fator de conduo K = Q / Io1/2

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

0,0045 0,0070 0,0101 0,0135 0,0174 0,0215 0,0258 0,0302 0,0347 0,0390 0,0432 0,0471

0,0133 0,0208 0,0298 0,0400 0,0513 0,0634 0,0761 0,0892 0,1023 0,1152 0,1275 0,1388

0,0287 0,0449 0,0642 0,0862 0,1105 0,1366 0,1639 0,1921 0,2203 0,2481 0,2745 0,2991

0,0521 0,0814 0,1164 0,1563 0,2004 0,2477 0,2973 0,3483 0,3995 0,4498 0,4978 0,5422

0,0846 0,1325 0,1893 0,2542 0,3258 0,4028 0,4835 0,5664 0,6496 0,7314 0,8096 0,8818

0,1277 0,1998 0,2856 0,3835 0,4915 0,6075 0,7293 0,8543 0,9799 1,1033 1,2212 1,3301

0,1823 0,2852 0,4078 0,5475 0,7018 0,8674 1,0412 1,2198 1,3992 1,5752 1,7436 1,8990

0,2496 0,3905 0,5583 0,7496 0,9608 1,1875 1,4255 1,6698 1,9155 2,1565 2,3870 2,5998

0,3306 0,5172 0,7394 0,9928 1,2724 1,5728 1,8879 2,2116 2,5368 2,8562 3,1614 3,4432

0,4263 0,6668 0,9534 1,2802 1,6406 2,0279 2,4341 2,8516 3,2709 3,6827 4,0762 4,4396

0,5377 0,8411 1,2032 1,6145 2,0691 2,5575 3,0701 3,5963 4,1252 4,6445 5,1407 5,5990

1,1580 1,8114 2,5895 3,4769 4,4562 5,5079 6,6118 7,7452 8,8841 10,0024 11,0712 12,0582

2,0995 3,2842 4,6952 6,3042 8,0795 9,9866 11,9879 14,0429 16,1080 18,1355 20,0735 21,8631

6,1903 9,6831 13,8431 18,5868 23,8212 29,4439 35,3445 41,4033 47,4917 53,4697 59,1834 64,4596

Tabela 6 - Valores do fator de conduo K = Q / Io1/2 em funo de y/do e do (Fonte: Livro Esgotos Sanitrisos do Prof Carlos FErnandes)

6.5. Exemplos

6.5.1. Encontrar um dimetro capaz de transportar uma vazo de esgotos de

60,0 l/s, sob uma declividade de 0,007m/m (n = 0,013).

Soluo: P/ Qf = 60 l/s , Io = 0,007m/m e n = 0.013

a) pela Fig VI.1. do = 300 mm;

b) pela Fig VI.2. Sendo Qf / Io1/2 = 0,72 e c/ y/do at 0,75 ento, do = 300mm e y/do = 0,64;

c) pelas tabelas de Qf / Io1/2 Com Qf / Io1/2 = 0,72, entra-se na linha de y/do = 0,75 e procura-se um valor

que iguale ou supere 0,72, neste caso Qf / Io1/2 = 0,8818 na coluna

correspondente ao do = 0,300m (observa-se que subindo na mesma coluna,

poder-se-ia determinar y/do 0,64, atravs da interpolao visual dos valores 0,6496 com 0,7314);

d) analtica Para y/do= 0,75 (= 3/4) tem-se A = 0,6319.do2 e R = 0,3016.do , ento, Q3/4 = 0,06 = 0,6319.do2 x (0,3016.do)0,67. (0,007)0,5 / 0,013, ou seja, do 0,278m, logo do = 300mm, pois 278mm no comercial;

6.5.2. Solucionar empregando as tabelas de Q / Io1/2: a) Com que lmina relativa um trecho com dimetro de 450mm transporta uma

vazo de esgotos de 100,0 l/s, sob uma declividade de 0,0036m/m? b) Nas mesmas condies de vazo e declividade, qual o dimetro

recomendado? Qual a lmina?

Soluo (n = 0,013):

a) Pelas tabelas de Q/ Io1/2, na coluna correspondente a 0,450m, para Qf / Io1/2

=1,67 encontra-se que y/do = 0,55;

b) Usando-se a condio de lmina relativa mxima entra-se na linha de y/do =

0,75 at que seja localizado o primeiro valor que iguale ou supere Qf / Io1/2 =

1,67, no caso 1,8890, que corresponde a coluna de do = 0,400m, estimando-se

para 1,67 (interpolando 1,5752 e 1,7436 com 0,65 e 0,70, respectivamente) um

y/do = 0,68 (subindo na mesma coluna).

6.6. Exerccios

Por que os coletores de esgoto sanitrios so dimensionados de modo a garantirem o escoamento livre?

Encontrar a expresso para clculo de velocidade de Manning em funo da tenso trativa. E da tenso em funo da velocidade.

Explicar as razes normativas de limitaes nos valores de velocidade, lmina relativa, declividade, tenso de arraste e dimetros, quanto a condies de autolimpeza, controle de

sulfetos e aspectos construtivos. Resolver os seguintes problemas utilizando solues grficas e analticas (n constante = 0,013):

o um coletor circular tem uma declividade de 0,005m/m e dever transportar 32 l/s no final do plano. Qual ser seu dimetro e velocidade do escoamento;

o idem se Qf = 72 l/s e Io = 0,006 m/m; o calcular a lmina lquida de um conduto circular com dimetro de 600mm

transportando 218 l/s (Io = 0,2%); verificar tambm a velocidade de escoamento. o um trecho de coletor deve escoar no final do plano uma vazo de 126,3 l/s, sendo que

inicialmente trabalha com apenas 43,6l/s de vazo mdia. Sabendo-se que a declividade

do trecho de 0,65% pede-se

- dimetro do trecho; - condies de funcionamento (y e V) atuais e futuras.

Se em uma tubulao de 200mm de dimetro em manilha cermica vitrificada internamente escoa uma vazo 12,9 l/s com uma lmina absoluta de 80mm, qual ser a declividade e a

velocidade de projeto? A lmina lquida em um coletor de esgotos em concreto armado, 600 mm, de 387 mm para

uma declividade de 0,3%. Qual a vazo e a velocidade de projeto? Qual a altura molhada em uma tubulao de esgotos de 500mm de dimetro transportando

204,52 l/s sob uma declividade de 0,0045m/m? Um coletor de esgotos sanitrios de 0,25m de dimetro, dever transportar 36,6 l/s quando

funcionar a 3/4 de seo. Determinar a descarga e a velocidade de escoamento quando esta

lmina for de apenas 0,45do. Determinar a rea, o permetro e o raio hidrulico molhados no coletor do exerccio anterior,

quando y/do for igual a 0,60. Duas galerias circulares encontram-se. Uma tem 1,10m de dimetro, declividade de 0,0004m/m

e apresenta uma vazo mxima de 408,6 l/s. A segunda tem 0,60m de dimetro, declividade de

0,001m/m e uma vazo mxima de 122 l/s. Pergunta-se a que altura da maior dever entrar a

menor para que, na situao de vazes mximas, no apaream condies de remanso ou de

vertedouro livre? n = 0,013, constante. Calcular a capacidade mxima de um coletor de esgotos de 0,20m de dimetro, n = 0,013, com

1% de declividade, funcionando a 3/4 de seo? Quais seriam suas condies crticas de

escoamento? Foi proposto o seguinte problema: Calcular um dimetro comercial capaz de transportar 15 l/s

de esgotos sanitrios sob uma declividade de 0,45%. Entre as respostas calculadas foi dito que o

dimetro seria a) 150mm, b) 200mm e c) 250mm. Qual a resposta correta e o porqu de cada

uma das outras no serem adequadas?. Que populao de projeto poderia ser beneficiada por um coletor de esgotos de 400mm de

dimetro, assentado sob 0,35% de declividade. Sabe-se que 12% da vazo recolhida deve-se a

infiltraes ao longo da rede a montante. Sendo n = 0,013, admitir demais parmetros

necessrios ao clculo, justificando-os. Qual a mxima populao de projeto contribuinte para um trecho de coletor de esgotos sanitrios

de 300mm de dimetro, assentado com declividade tal que resulte em uma velocidade mdia de

escoamento da ordem de 0,50m/s? Considerar infiltrao mxima da ordem de 15% da vazo

recolhida. Qual seria a capacidade ociosa se o trecho tivesse sido construdo em 350mm? Sendo

n = 0,013, admitir demais parmetros necessrios ao clculo, justificando-os. Pesquisar e comentar as afirmaes

o Io funo da autolimpeza, da possibilidade produo de sulfetos e dos aspectos construtivos para grandes dimetros;

o quanto as condies de autolimpeza, para uma mesma velocidade, a tenso trativa decresce com o dimetro implicando em

- superdimensionamento para pequenos dimetros e - subdimensionamento nos dimetros maiores;

o A reduo do limo nas paredes molhadas diminui a produo de sulfetos.

DIMENSIONAMENTO HIDRULICO DOS COLETORES

7.1. Introduo

Os condutos de esgotos sanitrios tm como finalidade a coleta e o

afastamento rpido e seguro dos resduos lquidos ou liquefeitos das reas

habitadas, devendo possuir capacidade suficiente de transporte durante todo o

projeto, garantias de escoamento livre e funcionamento contnuo e adequado.

Com estes objetivos consegue-se maior vida til para as tubulaes, menores

possibilidades de vazamento (ocorrncias freqentes em condutos sob presso)

e condies desfavorveis ao surgimento de anaerobiose nas vazes de esgoto,

situao bastante perigosa para determinados tipos de materiais utilizados na

confeco de tubos.

A garantia do funcionamento contnuo obtida desde que se reduza ao menor

nmero possvel as ocorrncias de rupturas ou obstrues dos condutos. Para

que isto acontea necessrio muito critrio quando do clculo da posio e do

assentamento das canalizaes como medida de preveno contra abatimentos

nas fundaes, bem como dotar os trechos de condies mnimas de

autolimpeza, para que no haja reduo progressiva de seo de escoamento

por sedimentao. Atualmente se encontra em evidncia no estudo do

problema, a utilizao do conceito de tenso trativa, que a fora

hidrodinmica exercida sobre as paredes do conduto, para verificao dessa

condio de autolimpeza.

7.2. Coeficientes de Contribuio

7.2.1. Taxa de Contribuio Domiciliar Homognea

As canalizaes coletoras de esgotos funcionam por gravidade e a

determinao de suas dimenses feita a partir da identificao das vazes que

por elas sero transportadas. Essa identificao compreende duas parcelas

distintas, sendo a primeira delas as vazes concentradas, de fcil identificao

em planta, e a segunda a contribuio originria das ligaes domsticas ao

longo dos condutos e dos possveis pontos de infiltraes nos mesmos.

O clculo das contribuies domiciliares ao longo dos trechos feito a partir

da determinao dos coeficientes de contribuio ou taxa de contribuio

domstica Td, usualmente determinada relacionando-se com a unidade de comprimento dos condutos ou a unidade de rea esgotada. Essas taxas

traduzem o valor global das contribuies domsticas mximas horrias

dividido pela extenso total da rede coletora da rea em estudo e so

calculadas pelas seguintes expresses:

1) por unidade de comprimento (taxa de contribuio linear domstica - l/s.m)

-

Td = (c.q.K1.K2.P) / (86400.L) Eq. 7.1

ou

Td = (c.q.K1.K2.d.A) / (86400.L) ; Eq. 7.2

2) por unidade de rea (taxa de contribuio superficial - l/s.ha) -

Td = (c.q.K1.K2.P) / (86400.A) Eq. 7.3

ou

Td = (c.q.K1.K2.d) / 86400 . Eq. 7.4

Nestas expresses A a rea de contribuio, d a densidade populacional e L

a extenso total da rede coletora.

7.2.2. Taxa de Clculo Linear

A taxa de contribuio linear - Tx , resultante da reunio da taxa de

contribuio domstica (Td) com a infiltrao (TI), visto que as vazes dos

esgotos sanitrios so formadas a partir das contribuies domsticas reunidas

s possveis infiltraes que penetram nas canalizaes coletoras, ou seja :

Txi = Tdi + TI Eq. 7.5

para o incio de plano e

Txf = Tdf +

TI Eq. 7.6

para o final de projeto.

A determinao da vazo de dimensionamento de cada trecho, denominada de

contribuio em marcha, feita multiplicando-se a extenso do trecho em

estudo pela taxa de clculo linear ou taxa de contribuio linear.

7.3. Profundidade dos Coletores A profundidade mnima para os coletores est relacionada com as possibilidades de esgotamentos das

edificaes nos lotes, devendo, no entanto, ser limitada pela concessionria de esgotos da cidade, tendo

em vista a responsabilidade do esgotamento de subsolos. Como mostrado na Fig. 7.1 a profundidade

mnima - Hmn , pode ser equacionada da seguinte forma: Hmn = h + 0,50m + 0,02L + 0,30m + (D + e) , Eq. 7.7

onde: h (m) = desnvel do leito da rua com o piso do compartimento mais baixo; 0,50m = profundidade aproximada da caixa de inspeo mais prxima; 0,02 = declividade mnima para ramais prediais - m/m; L (m) = distncia da caixa de inspeo at o eixo do coletor; 0,30m = altura mnima para conexo entre os ramais prediais; D (m) = dimetro externo do tubo coletor; e (m) = espessura da parede do tubo.

FIG. 7. 1 - Posio do coletor em perfil

De um modo geral, nas extremidades iniciais dos coletores esto as menores profundidades, compatvel

com os primeiros ramais prediais e coma proteo contra cargas evntuais externas, por razes

essencialmente financeiras. Na falta de informaes mais precisas, por exemplo, tipos de sobrecargas

externas ou cotas de lanamento final, a NBR 9649/86 aconselha um recobrimento mnimo de 0,90m

quando a canalizao estiver sob leitos carroveis e 0,65m sob passeios exclusivos de pedestres. Este

valor decorre da tentativa de proteger a canalizao contra esforos acidentais externos advindos,

principalmente, do trfego sobre a pista de rolamento e a garantia de esgotamento na ligao predial. Em

geral um mnimo de 1,20m de profundidade atende a maioria das situaes para trechos de 100 ou

150mm de dimetro. Por outro lado, grandes profundidades podem se tornar antieconmicas, principalmente em termos de

escavao e, por isso, deve-se limitar a profundidade mxima das valas. Usualmente o valor de 6,0m

tido como limite mximo, sendo que para coletores situados a mais de 4,5m de profundidade, devem ser

projetados coletores auxiliares mais rasos, nas laterais das ruas, de modo a reduzir as ligaes apenas aos

poos de visita e os custos das ligaes prediais. Os coletores pblicos no devem ser aprofundados para

atender ao esgotamento de instalaes particulares situadas abaixo do nvel da via pblica e sempre que

aprofundidade do coletor tornr-se excessiva deve-se examinar a possibilidade da recuperao deste para

profundidades menores atravs de estaes elevatrias (Captulo X).

7.4. Traados de Rede Devidamente identificadas as finalidades de um sistema de esgotos sanitrios, bem como as

recomendaes tcnicas que devero ser obedecidas na elaborao de um projeto, dispe-se a esta altura

do texto, de conhecimentos suficientes para o desenvolvimento do clculo de uma rede coletora de

esgotos sanitrios. Esse tipo assemelha-se a uma rede hidrogrfica, visto que os condutos componentes

crescem de montante para jusante em suas sees transversais, de acordo com o crescimento das vazes

de esgotamento, sempre acompanhando a queda da superfcie dos terrenos e orientados, nos seus diversos

seguimentos, pela disposio dos arruamentos, visto que o escoamento em coletores dar-se- por

gravidade, com as canalizaes transportadoras sob o leito das ruas. Para a definio do traado da rede coletora a primeira providncia do projetista o estudo da planta da

cidade, para nela identificar os diversos divisores de gua e talvegues. Feito esse estudo procura-se locar

o ponto de lanamento final dos esgotos na planta (pelo menos a direo para esse ponto) para, a seguir,

elaborar o posicionamento dos condutos principais e possveis canalizaes interceptoras e emissrios,

dentro de uma concepo que reduza as dimenses s menores possveis, em todos os nveis. Definida uma concepo geral de projeto deve-se, a esta altura, partir para o projeto dos coletores

secundrios sem abuso de dimenses, do usurio e da manuteno do sistema. E desde que haja pontos de

esgotamento, todas as ruas podero possuir coletores de esgotos, de modo que a apresentao de um

traado de uma rede ter obrigatoriamente uma forma similar ao das vias pblicas, em combinao com a

topografia, geologia e hidrologia da rea, da posio do lanamento final e tambm do sistema adotado

(separador ou combinado). Por razes econmicas ruas com pequeno nmero de possveis ligaes (at

trs pontos de contribuies um nmero razovel), ligaes individuais podero ser substitudas por

uma ligao coletiva, evitando-se, assim, a obrigatoriedade de construo de um trecho de coletor (Fig.

7.2.). Diante dos vrios aspectos que o traado poder resultar, a maioria dos autores costuma expor a

seguinte classificao (Fig. 7.3.):

perpendicular; leque; interceptor; zonal ou distrital; radial.

FIG. 7. 2 - Exemplos de situaes de reduo de trechos na rede

FIG. 7. 3 - Traados tpicos de redes coletoras

O traado perpendicular caracterstico de cidades com desenvolvimento recente e com planos de

expanso definidos. O em leque freqente em cidades situadas em vales e de formao antiga. O

interceptor predomina em cidades costeiras e o zonal e o radial so caractersticos das grandes cidades.

7.5. Localizao dos Poos de Visita

Todos os condutos livres da rede (coletores, interceptores e emissrios) sero compostos de trechos

limitados por dispositivos de acesso externo, destinados a permitir a inspeo dos trechos a eles

conectados e sua eventual limpeza ou desobstruo (V. Cap. VIII). Esses dispositivos em geral tm uma

concepo padro e so denominados de poos de visita.

Por norma devem existir poos de visita nos seguintes pontos:

- extremidade inicial dos coletores; - encontro de canalizaes; - mudanas de direo, declividade, profundidade ou dimetro; - nos trechos retos, respeitando-se as distncias mximas de a) 100m, para do at 150mm; b) 120m, para do de 200 a 600mm; c) 150m, para do superiores a 600mm.

7.6. Localizao dos Coletores

A recomendao clssica que a canalizao de gua localize-se a um tero (1/3) da largura da rua a

partir de uma margem, enquanto que os condutos pblicos para esgotamento devem ficar situadas,

aproximadamente, a mesma distncia, mas da margem oposta visando, principalmente, compatibilizar o

afastamento preventivo das duas canalizaes, bem como o no distanciamento demasiado das

edificaes da margem mais afastada (Fig. 7.4).

A maior ou menor largura da pista de rolamento far com que a recomendao anterior sofra adaptaes.

Em vias pblicas muito largas, de modo a evitar ligaes prediais muito longas, pode-se projetar coletores

auxiliares instalados sob a calada do lado mais distante da linha do coletor ou de ambos os lados quendo

a distncia for excessiva para os dois lados da rua. Especialistas recomendam este espediente quando o

alinhamento lateral do passeio chegar a nove metros de distncia. Esta recomendao tambm vlida

para o caso de avenidas de trfego rpido e volumoso, onde se recomenda a construo de dois coletores

paralelos, um em cada lado da pista e, se possvel, sob o passeio para pedestres, a profundidades

adequadas ao esgotamento das edificaes. Diante destes argumentos os coletores auxiliares pode ser um

recurso a se dar muita ateno, pois podem se tornar um recurso muito vantajoso e economicamente mais

vavel, em determinadas circunstncias.

Nas ruas com seo transversal inclinada os condutos de esgotamento tendem a ser instalados prximos a

margem mais baixa, tendo em vista o esgotamento das edificaes que, logicamente, estaro sobre cotas

inferiores.

FIG. 7. 4 - Exemplos de perfis transversais de arruamentos e posicionamento dos coletores

A existncia de outras canalizaes subterrneas anteriores a implantao da rede de esgotos, como de

gua potvel, galerias pluviais, cabos telefnicos, etc, determinar o deslocamento adequado da

canalizao de esgotos sanitrios. Outro fator que poder provocar o deslocamento para posies mais

convenientes ser a geologia do subsolo e o tipo de edificaes predominantes na rea, como por

exemplo, a opo por um novo posicionamento em funo da existncia de faixas de terrenos menos

rochosos, acarretando maior facilidade de escavao das valas e menor risco para os estabelecimentos que

ladeiam o arruamento.

Em regra geral, a apresentao em planta do projeto da rede dentro do traado urbano, no Projeto

Hidrulico, pouco traz de definitivo no posicionamento das canalizaes devido, principalmente, a

problemas de escala, ficando a definio exata condicionada ao servio de implantao (Projeto

Executivo). Para as posies em que o projetista tem condies de determinar com preciso a passagem

definitiva da canalizao, o mesmo encarrega-se de apresent-la com desenhos e detalhes a parte, em

escalas convenientes.