apostila esgoto _2014_1a50.pdf

UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

SANEAMENTO BÁSICO - II

SISTEMAS DE COLETA, AFASTAMENTO E

TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS

Engº Civil e Sanitarista José Carlos Simões Florençano

Professor Assistente Doutor Material Didático ▲ 2014

UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ ▲ Prof. Dr. José Carlos Simões Florençano - 2 -

PREFÁCIO

O presente trabalho é o resultado de diversas pesquisas e trabalhos técnico-científicos e

também, da experiência acumulada ao longo do exercício profissional, que numa linguagem acessível, visa servir de orientação didática para o melhor acompanhamento e aproveitamento por parte dos alunos deste curso, cujos programas se complementam com a bibliografia apresentada na página final.

Agradeço todas as sugestões que vierem ser apresentadas e, também, ao Grande Arquiteto do Universo pela oportunidade de realizar este trabalho, como uma modesta contribuição para o desenvolvimento das condições do saneamento básico e, por consequência, da saúde e da qualidade de vida da população.

O Autor *

Julho/2008 – (1ª ed.)

Fevereiro/2010 – (2ª ed.) Fevereiro/2014 – (3ª ed.) ___________________________________________________________________________________ * JOSÉ CARLOS SIMÕES FLORENÇANO. Engenheiro Civil, Especialista em Engenharia Sanitária e em Saúde Pública, Mestre e Doutor em Ciências Ambientais e Engenheiro da Vigilância Sanitária da Secretaria de Estado da Saúde - Reg. Taubaté, SP.


CAPÍTULO 1

O ESGOTAMENTO SANITÁRIO 1.1 HISTÓRICO Desde os tempos remotos, quando os homens começaram a se assentar em cidades, a coleta de águas residuárias, passou a se constituir em uma preocupação da civilização. No ano de 3750 a.C. em Nipur (Índia) e na Babilônia já se construíam galerias de esgotos. Também existem registros de que, em 3100 a.C., eram utilizadas manilhas de cerâmicas para essa mesma finalidade (Azevedo Netto, 1984). Na Roma antiga, eram executadas ligações das casas até os canais, também chamados de “cloacas” (Metcalf e Eddy, 1977). Durante a Idade Média, porém, um aparente marasmo no avanço de obras e ações voltadas ao saneamento, acrescido do desconhecimento da microbiologia, culminaram em grandes epidemias ocorridas em alguns países da Europa durante os séculos XIV e XIX, conforme destaques da Tabela 1. Tabela 1 – Principais epidemias ocorridas na Europa durante os séculos XIV e XIX ___________________________________________________________________________________ PERÍODO LOCAL OCORRÊNCIAS ___________________________________________________________________________________ 1345 / 1349 Toda a Europa Pandemia de Peste Bubônica, com 43 milhões de vítimas fatais. 1826 Toda a Europa Pandemia de Cólera.

1834 Inglaterra Epidemia de Cólera, com 50 mil vítimas fatais. 1848 Inglaterra Epidemia de Cólera, com 25 mil vítimas fatais. ___________________________________________________________________________________ Fonte: Metcalf e Eddy (1977) Não por acaso, a Inglaterra foi o primeiro País a iniciar pesquisas (1822) e adotar medidas corretivas na área do saneamento. Outros seguiram o exemplo inglês, passando a coletar, afastar e tratar os esgotos sanitários, como por exemplo, na América do Norte: Memphis, Tennesse em 1847 e Lawrence, Massachusetts em 1887 (Metcalf e Eddy, 1997). Sucederam-se, no período de 1914 a 1927, outros países europeus como o Canadá, Rússia e Japão. Na América do Sul, os serviços de esgotos foram iniciados, com destacado pioneirismo, em Montevidéu (1854) e no Rio de Janeiro (1857). Conforme Azevedo Netto, 1973 e Botafogo, 1984, a primeira rede de esgotos da cidade de São Paulo (projetada por engenheiros ingleses) foi construída no ano de 1876, sendo que a primeira Estação de Tratamento de Esgotos dos paulistanos - ETE Ipiranga – só veio a ser inaugurada em 1938. Posteriormente, vieram ser concluídas a ETE Leopoldina (1959), ETE Pinheiros (1972), ETE Suzano (1981), ETE Barueri (1988), ETE ABC (1998), ETE São Miguel (1998), ETE Parque Novo Mundo (1998), dentre outras.

A Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios - PNAD, realizadas nos anos de 2000 e 2008, pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas – IBGE, demonstram pouco avanço neste setor, pois os municípios brasileiros que contavam com rede geral de esgotos, passaram de 52,2% em 2000, para apenas 55,2% em 2008. Quanto ao tratamento dos esgotos, a situação é mais agravante, pois as pesquisas registraram que, no ano de 2000, apenas 20,2% dos municípios possuíam estes serviços, enquanto que, em 2008, o tratamento de esgotos estendeu-se timidamente para 28,5% das municipalidades brasileiras.

A Taxa de Mortalidade Infantil caiu de 29,7‰ em 2000 para 15,6‰ em 2010. As regiões Nordeste e Norte apresentaram taxas superiores à nacional (18,5‰ e 18,1‰, respectivamente), enquanto o Sul (12,6‰), Sudeste (13,1‰) e Centro-Oeste (14,2‰) ficaram abaixo. Este indicador fornece a frequência de óbitos menores de um ano para cada 1.000 nascidos vivos (IDS/IBGE, 2012). As existências de rede coletora e de tratamento de esgotos, além de se constituírem em serviços básicos, são de fundamental importância em termos de qualidade de vida, pois a ausência dos mesmos acarreta a poluição e a contaminação dos recursos hídricos, além de favorecer a emissão de gases de efeito estufa, especialmente de metano, trazendo prejuízos à saúde coletiva da população.

A leitura desses números somada ao atual quadro da saúde pública brasileira, que demonstra o “retorno” de diversas doenças endêmicas, algumas tidas até como já erradicadas, nos indica a absoluta necessidade de que muitas obras de saneamento básico devam ser urgentemente executadas em toda a extensão territorial deste País.


1.2 DEFINIÇÕES 1.2.1 Tipos de esgotos A palavra esgoto tem sido utilizada para definir os despejos provenientes das diversas modalidades do uso e da origem das águas, tais como:

� o doméstico; � o de utilidades públicas; � o comercial; � o industrial; � as águas de chuva, e � as águas de infiltração (subsolo).

Alguns autores têm empregado o termo “Águas Residuárias“, que significa wastewater, em substituição ao termo “esgoto”. Usualmente são classificados em dois grupos principais: Esgotos Domésticos e os Esgotos Industriais. a) Esgotos industriais Os esgotos industriais, extremamente diversos, adquirem as características próprias em função do processo industrial empregado. Assim, cada indústria deverá ser considerada isoladamente para fins de se determinar o tipo do tratamento de seus efluentes. Determinados fatores devem ser considerados no tratamento biológico dos efluentes industriais: a biodegradabilidade e condições de tratabilidade, a concentração de matéria orgânica, a disponibilidade de nutrientes (equilíbrio entre C, N, P) e a sua toxicidade. b) Esgotos domésticos Os esgotos domésticos são resultantes do uso da água para a higiene e necessidades fisiológicas humanas. Provêm principalmente de residências, edifícios comerciais ou outras edificações que contenham instalações de banheiros, lavanderias, cozinhas ou qualquer dispositivo de utilização da água para fins domésticos. Compõem-se essencialmente da água de banho, urina, fezes, papel, restos de comida, sabão, detergentes, águas de lavagem. O termo "esgoto sanitário", também, tem sido comumente empregado para definir os esgotos domésticos quando estão incluídas pequenas quantidades de águas de infiltração dos lençóis subterrâneos, as quais não são admitidas intencionalmente. 1.2.2 Sistemas de esgotamento Em 1778, Joseph Bramah havia patenteado o vaso sanitário com descarga de água, que através da sua rápida popularização, agravou as precárias condições sanitárias, então, enfrentadas pela população de Londres, a qual não possuía estrutura para fazer escoar as fezes acumuladas nas fossas e tanques espalhados pela cidade. No ano de 1847, com a situação mais agravada e não havendo outro meio mais prático para dispor as águas imundas, os ingleses adotaram o transporte daquelas águas em canalizações para realizar a coleta e o afastamento dos despejos. Criou-se, assim, o sistema de esgotamento com transporte hídrico. Com esse sistema a água passou a ter uma dualidade de usos: água limpa para o cosumo e a água suja (servida) utilizada para realizar o afastamento dos excrementos.

Figura 1 – Esquema de um sistema convencional urbano


a) Sistema Unitário ou Combinado (tout à l’égout) Sem muitas opções para dispor os crescentes volumes de excretas humanos, a Europa autorizou, no início do século XIX, o lançamento de efluentes domésticos nas galerias de águas pluviais existentes criando, deste modo, o “sistema unitário” de esgotamento, o qual prevalece até os dias atuais em Paris, com escoamento conjunto e simultâneo em uma mesma canalização.

As principais características deste sistema são:

� dimensões maiores dos coletores;

� maior volume de obras;

� maiores investimentos e custos iniciais elevados;

� oneração para as Estações Elevatórias e de Tratamento Esgotos;

� problemas de deposição de sólidos nas tubulações, durante os períodos de estiagem;

� desvantagens para países tropicais ou em desenvolvimento: chuvas mais intensas, ruas

não pavimentadas, poucas receitas financeiras.

b) Sistema Separador Absoluto

Em 1879, o Engenheiro George Waring Júnior projetou para a cidade americana de Memphis, um sistema em que os efluentes domésticos eram coletados e transportados num sistema absolutamente separado daquele destinado às águas pluviais, o qual veio a ser denominado de “sistema separador absoluto”.

Este sistema, adotado no Brasil a partir do ano de 1912, possui as seguintes características:

� vazões e diâmetros de tubulações bem menores (menor custo);

� pode-se fazer implantação por partes: Ex. rede de maior importância;

� melhores condições de operação das Estações Elevatórias e de Tratamento Esgotos;

� as águas pluviais podem ser lançadas diretamente (sem tratamento) nos corpos

receptores, em pontos múltiplos e mais próximos;

� nem todas as ruas de uma cidade necessitam de galerias de águas pluviais, podendo o

projeto ser conjugado com o escoamento superficial, dependendo da topografia local;

� desvantagem: ligações clandestinas (esgotos nas galerias de águas pluviais e vice-versa)

c) Sistema Misto ou Separador Parcial

Neste sistema, podem ser lançadas conjuntamente nos coletores de esgotos sanitários, apenas uma “parcela” das águas de chuva, aquelas oriundas dos telhados, pátios internos e sacadas das edificações. As águas pluviais provenientes de ruas, avenidas, praças e pátios externos, devem ser coletadas e transportadas de forma “separada” através de outra canalização específica.

Os EUA e a Holanda não executam mais Redes Mistas devido aos elevados custos de investimento e de operação superiores àqueles do Sistema Separador Absoluto.

Suas principais características são:

� os coletores e os investimentos são menores que o sistema unitário;

� mesmo assim, oneram e dificultam a operação das Estações Elevatórias e de Tratamento

Esgotos, nos períodos de chuvas.


CAPÍTULO 2

SISTEMA DE COLETA, AFASTAMENTO E TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS O sistema convencional de coleta, afastamento e tratamento de esgotos sanitários, é composto, conforme descrição e ilustração seguintes:

Figura 2 – Sistema convencional de coleta, afastamento e tratamento de esgotos sanitários


2.1 PARTES CONSTITUINTES DO SISTEMA DE COLETA, AFASTAMENTO E TRATAMENTO DE

ESGOTOS SANITÁRIOS a) Rede Coletora É o conjunto constituído por ligações prediais, coletores de esgotos e seus órgãos acessórios,

destinadas a receber e a conduzir os esgotos. Os coletores podem ser:

� Coletores Secundários: possuem menores diâmetros que recebem as contribuições das edificações e transportando-as para os coletores troncos.

� Coletores Troncos: ou Principais, possuindo diâmetros maiores, recebem os efluentes dos coletores secundários, conduzindo-os para os interceptores.

b) Interceptor

Desenvolve-se ao longo dos fundos do vale, margeando os cursos d’água ou canais. É a canalização que recebe a contribuição de coletores tronco e de alguns emissários. Não recebe ligações prediais diretas. Ele evita a descarga direta dos efluentes, protegendo o corpo receptor, conduzindo-os a uma estação elevatória ou a um emissário.

c) Emissário

Canalização destinada a conduzir os efluentes do final da rede coletora até a estação de tratamento, ou desta até ao local de lançamento. Os emissários recebem esgotos exclusivamente na extremidade de montante, não recebendo contribuições ao longo de seu percurso.

d) Estação Elevatória (EE)

É toda instalação constituída e equipada de forma a poder transportar (quando necessário) o esgoto de uma cota mais baixa para outra mais alta, acompanhando aproximadamente as variações das vazões afluentes.

e) Estação de Tratamento de Esgoto (ETE)

Conjunto de unidades destinadas à remoção de sólidos grosseiros, matéria orgânica (em suspensão ou em solução) e outros poluentes, à níveis suficientes para posterior lançamento em cursos d’água, lagos ou oceanos.

f) Sifão Invertido (SI)

Canalização rebaixada funcionando sob pressão e destinada à travessia de canais, ferrovias, rodovias, etc.

g) Corpo de Água Receptor

Após o tratamento e a desinfecção, os esgotos são lançados em um corpo de água ou, eventualmente aplicados no solo. 2.2 ÓRGÃOS ACESSÓRIOS DA REDE COLETORA Visam evitar ou minimizar os entupimentos na rede. Suas distâncias consecutivas devem estar limitadas ao alcance dos equipamentos de desobstrução, porém nunca superiores a 100 metros. a) Poço de Visita (PV) Dispositivo utilizado em canalizações enterradas para permitir o acesso de pessoas e equipamentos de manutenção. Devem ser projetados em todos os pontos singulares da rede: início dos coletores, mudanças de direção, de declividade, de diâmetro, de material, na reunião de coletores e nos degraus dos tubos de queda. Não devem ser substituídos, nos seguintes casos: na reunião de mais de dois trechos do coletor; quando existir tubo de queda; nas extremidades dos sifões invertidos e de outros tipos de passagens forçadas e quando a profundidade for maior que três metros.


A

POÇ O DE VISITA - CORTE A-A

A

LAJE SUPERIOR PLANTA

A

FUNDO DO POÇ O DE VISITA - PLANTA

A

Figura 3 - Detalhes do projeto de um poço de Visita (PV)

Figura 4 – Execução de um Poço de Visita (PV) Ele pode ser executado de alvenaria de tijolo, anéis de concreto ou de plástico, nos seguintes formatos:

Figura 5 – Tipos de Poços de Visitas (PVs)


b) Terminal de Limpeza (TL)

Tubo que permite a introdução de equipamento de limpeza e por ser mais barato, pode substituir o poço de visitas (PV) no início dos coletores e nos casos em que houver mudanças de direção, de declividade, de diâmetro, de material.

Figura 6 – Detalhe de um Terminal de Limpeza (TL)

c) Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL)

Dispositivo não visitável que permite inspeção e introdução de equipamentos d e limpeza.

Pode ser utilizado em substituição do PV nas seguintes situações:

� na reunião de até dois trechos ao coletor (três entradas e uma saída);

� nos degraus de até 50 cm de altura;

� a jusante de algumas ligações prediais que possam causar entupimentos.

Figura 7 – Detalhe de um Terminal de Inspeção e Limpeza (TIL)


d) Caixa de Passagem (CP)

Constitui-se em uma câmara, sem acesso, que pode substituir o PV nas mudanças de direção, declividade, diâmetro e de material.

e) Tubo de queda

Deve ser previsto quando o coletor afluente apresentar degrau com altura maior ou igual a 50 cm. (ver Figura 3).

2.3 LICENCIAMENTO AMBIENTAL

A Resolução CONAMA nº 001/1986 considera como impacto ambiental, qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas que, direta ou indiretamente afetam:

� a saúde, a segurança e o bem estar da população; � as atividades sociais e econômicas; � a biota; � as condições estéticas e sanitárias do meio ambiente; � a qualidade dos recursos ambientais.

O artigo 2º desta Resolução dispõe que, depende da elaboração de EIA (Estudo de Impacto Ambiental) e o respectivo RIMA (Relatório de Impacto ao Meio Ambiente) submetidos ao órgão estadual competente, o licenciamento de diversas atividades modificadoras do meio ambiente, entre as quais se incluem “troncos coletores e emissários de esgotos sanitários” e, ainda, “obras de saneamento”. Em 2006, o CONAMA expediu a Resolução nº 377/2006 dispondo sobre os critérios para o licenciamento ambiental simplificado de sistemas de esgotamento sanitários de pequeno e médio porte, desde que, não estejam situados em áreas ambientalmente sensíveis. Para, tanto a Resolução considera: “.....I - unidades de transporte de esgoto de pequeno porte: interceptores, emissários e respectivas estações elevatórias de esgoto com vazão nominal de projeto menor ou igual a 200 L/s;

II - unidades de tratamento de esgoto de pequeno porte: estação de tratamento de esgoto com vazão nominal de projeto menor ou igual a 50 L/s ou com capacidade para atendimento até 30.000 habitantes, a critério do órgão ambiental competente;

III - unidades de transporte de esgoto de médio porte: interceptores, emissários e estações elevatórias de esgoto com vazão nominal de projeto maior do que 200 L/s e menor ou igual a 1.000 L/s;

IV - unidades de tratamento de esgoto de médio porte: estação de tratamento de esgoto com vazão nominal de projeto maior que 50 L/s e menor ou igual a 400 L/s ou com capacidade para atendimento superior a 30.000 e inferior a 250.000 habitantes, a critério do órgão ambiental competente.” Conforme a classificação acima, a Resolução nº 377/2006 estabelece que no Licenciamento Ambiental Simplificado das unidades de transporte e de tratamento de esgoto sanitário, de médio porte, será apresentado menos documentos e, ainda, com a possibilidade da expedição concomitante da Licença Prévia (LP) e da Licença de Instalação (LI). E para as unidades de transporte e de tratamento de esgoto de pequeno porte, além da redução dos documentos a serem apresentados, é prevista a expedição somente da Licença Ambiental Única de Instalação e Operação (LIO).


CAPÍTULO 3

REDES COLETORAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS 3.1 REGIME HIDRÁULICO DE ESCOAMENTO DAS REDES COLETORAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS Diferentemente das redes de água potável, que se processam em Condutos Forçados, a secções plenas (cheias) fechadas e sob pressão geralmente maior que a atmosférica, os coletores e interceptores de esgotos, operam em Condutos Livres, a secções parciais, fechadas e sob pressão atmosférica, apresentando uma superfície livre do contato com as paredes da canalização. Os sifões e linhas de recalque das Estações Elevatórias funcionam como Condutos Forçados e os emissários podem operar tanto como Condutos Livres ou Forçados. A área molhada (Am) refere-se à seção útil de escoamento, ou seja, a área que corresponde à lâmina líquida (Y) na seção transversal do conduto. O perímetro molhado (Pm) é a parte do perímetro total do conduto em contato com a lâmina líquida. Por definição, a relação Am / Pm é chamada de raio hidráulico (RH). Também por definição, o diâmetro hidráulico é quatro vezes o valor do raio hidráulico, ou seja: DH = 4 . RH.

Figura 8 - Elementos geométricos dos condutos de secção circular Quando o escoamento se processa a seção plena (Conduto Forçado), eles correspondem:

Am = π . D² e Pm = π . D Sendo: RH = Am → RH = D Como: DH = 4 RH → DH = D 4 Pm 4 Outros parâmetros que intervêm no dimensionamento dos condutos são a vazão (Q) e a velocidade (v) que, conforme a “equação da continuidade”, mantém entre si a relação: Q = Am . v Devido operar através da pressão atmosférica (escoamento livre), as redes coletoras e os interceptores de esgotos sempre devem ser projetados e executados observando uma declividade mínima. Assim, quanto mais extensa for a rede coletora, ou o interceptor de esgotos, maior deverá ser a sua profundidade, implicando na maior dificuldade e riscos decorrentes da escavação do solo.

Figura 9 – Perfil longitudinal de uma rede coletora de esgotos


3.2 ASPECTOS CONSTRUTIVOS DAS REDES COLETORAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS A execução de redes coletoras de esgotos merece ser precedida de estudos, projetos complementares e detalhamentos construtivos, a fim de garantir a segurança e evitar acidentes. 3.2.1 Principais características de alguns tipos de solo É importante e necessário conhecer bem o tipo de solo a ser trabalhado para que sejam adotadas as adequadas técnicas construtivas e de segurança dos operários envolvidos nas obras de escavações e assentamento de tubulações de rede coletoras de esgotos. Com o objetivo de facilitar uma identificação expedita, são apresentadas as principais características de alguns tipos de solo: a) Argilas Apresentam partículas com dimensões inferiores a 0,005 mm. Quando suficientemente úmidas, moldam-se facilmente em diferentes formas e quando secas apresentam coesão suficiente para constituir torrões dificilmente desagregáveis pela pressão dos dedos. Quanto à consistência, podem ser muito moles, moles, médias, rijas e duras; b) Siltes Com partículas com dimensões entre 0,005 e 0,05 mm, possuem coesão necessária para formar, quando seco, torrões facilmente desagregáveis pela pressão dos dedos; c) Solos arenosos Possuem partículas componentes com dimensões entre 0,05 e 4,8 mm. d) Pedregulhos Apresentam partículas componentes com dimensões entre 4,8 mm e 76 mm. e) Solos compostos Encontrados na natureza, misturados em proporções variáveis, sendo designados pelo nome do solo mais predominante, seguindo-se do(s) nome(s) do(s) outro(s) tipo(s) de solos. Ex: argila silto-arenosa, areia grossa argilosa compacta, etc. f) Turfas Possuem grandes percentagens de partículas fibrosas constituídas de material carbonoso juntamente com matéria orgânica finamente dividida. Podem ser identificadas por serem fofas, não plásticas e muito moles quando úmidas; g) Alterações de rochas São provenientes da desintegração das rochas “in sita”; h) Solos superficiais São encontrados abaixo da superfície do solo, constituindo-se geralmente de misturas de areias, argilas e matéria orgânica expostas à ação das intempéries e de agentes de origem vegetal e animal. Ex: raízes, restos de peixes, etc.

Figura 10 - Ilustrações de alguns tipos de solo


3.2.2 Métodos Não Destrutivos (MND) para a execução de redes coletoras de esgotos sanitários O fenômeno da conurbação urbana das cidades ocorreu de forma desordenada, principalmente na segunda metade do século XX, devido ao crescimento dos centros urbanos sem a preocupação com o planejamento e a infraestrutura básica. Aliados a estes fatores, os dispendiosos gastos na área da saúde pública que os órgãos governamentais vinham se deparando, impuseram uma maior e imediata competitividade a todo o setor de saneamento, com o surgimento de novos materiais e tecnologias no mercado brasileiro. Uma grande evolução pôde ser observada no segmento de obras lineares, com o uso de tecnologias que possibilitam a instalação de tubulações em áreas urbanas já densamente habitadas. Isto pôde ser constatado no Projeto de Despoluição do Rio Tietê, em São Paulo, com a adoção de Métodos Construtivos Não Destrutivos, o que possibilitou evitar maiores transtornos dos que eventualmente seriam causados pelos métodos tradicionais de escavação a “Céu Aberto”. Um dos principais e mais utilizados, é o de Tubos Cravados. Também existem os denominados New Austrian Tunnelling Method - NATM e o Tunnel Liner, porém ambos os métodos são baseados nas técnicas de construção de grandes túneis que servem de passagem e caminhamento para as grandes tubulações.

Figura 11 - Escavação pelo método NATM Figura 12– Método Tunnel Liner em execução O Quadro a seguir, apresenta uma simulação comparativa entre esses principais métodos, para a execução de uma rede de esgoto de 150,00 metros de comprimento, diâmetro de 1200 mm, na profundidade de 4,00 metros e com dois poços de visitas. Quadro 1 – Simulação dos métodos construtivos para conduto de esgotos

O Método dos Tubos Cravados (ou pipe jacking) consiste na escavação mecânica executada através de um disco rotativo, acionado por motores elétricos. Na parte posterior da máquina (shield), são colocados os tubos que serão cravados sucessivamente no solo com a ajuda dos macacos hidráulicos. O avanço do túnel é dependente da linha de tubos consecutivos ao shield, pois a cravação sequencial de tubos é realizada a partir do poço de serviço.


Figura 13 – Disco rotativo para escavação do solo Figura 14 – Shield acoplado ao macaco hidráulico Ao longo da rede são construídos poços de visitas, com dimensões internas mínimas necessárias para a instalação dos equipamentos de cravação. Na parede do poço, oposta à direção de avanço do túnel, é executado um quadro rígido para a reação do macaco hidráulico (parede de reação). As máquinas de escavação podem ser tripuladas ou não tripuladas, dependendo do diâmetro da tubulação a ser assentada. Quando não tripuladas, o comando e o controle do direcionamento é feito externamente através de um emissor de raio laser, situado no poço de serviço, atuando sobre um alvo instalado no shield. Os tubos utilizados neste método devem resistir aos esforços horizontais causados pelas cargas dos macacos hidráulicos, bem como serem cravados de forma bem justa no solo, evitando folgas externas que possam vir a causar recalque no terreno. O funcionamento do equipamento consiste na perfuração do terreno por ferramentas de corte instaladas no disco rotativo na parte frontal do shield e, com a cravação simultânea dos tubos em conjunto com o avanço da escavação. O movimento é realizado a partir do empuxo, aplicado por potentes pistões hidráulicos, instalados no poço de serviço, que empurram todo o conjunto cravando os tubos no solo.

Figura 15 – Esquema de funcionamento do Método dos Tubos Cravados Em situações onde o solo apresenta rigidez e coesão elevadas (solos terciários silto- arenosos ou silto argilosos) pode-se utilizar água bombeada com alta pressão. Todo o material escavado é transferido, através de uma esteira, para caçambas que realizam o descarte do material. Após o término da cravação dos tubos, os poços de serviços devem ser transformados em poços de visitas das redes, destinados a facilitar os trabalhos de manutenção e limpeza. Este método permite que os trabalhos sejam efetuados abaixo do nível do lençol freático ou em terrenos colapsíveis, sem causar inconvenientes como recalques e trincas em edificações circunvizinhas, transtornos ao trânsito e a população em geral. No entanto, cabe lembrar que esta tecnologia deve ser precedida de sondagens de reconhecimento do subsolo, para evitar o encontro com rochas e matacões.


3.2.3 Método Destrutivo (a céu aberto) para a execução de redes coletoras de esgotos sanitários Na execução de redes de esgotos, através deste método, há necessidade de se realizar previamente a escavação da vala, desde a superfície do terreno, até a profundidade onde será assentada a tubulação. É a forma mais utilizada, apesar dos transtornos que proporcionam para o trânsito de veículos e de pedestres. Este método é composto das seguintes etapas:

a) Locação da vala Deve observar a seguintes procedimentos:

� Montagem da sinalização de segurança, com a colocação de cavalete de trânsito (trânsito impedido, obras etc.);

� Marcação do eixo da vala, em função da posição de rede, no eixo ou no terço da rua (a cada 20,00 metros ou de PV a PV). Geralmente é utilizada a caiação para a delimitação da vala no solo;

� Montagem das réguas ou visores sobre os piquetes dos Poços de Visitas (PVs), fixando-os nos suportes em nível e em altura concorde com a cruzeta.

Figura 16 – Montagem da régua e marcação do eixo da vala


b) Abertura da vala Deve observar a seguintes procedimentos:

� Remoção de pavimentação e/ou entulho da mesma; � Escavação manual ou mecânica da vala, cujas paredes podem ser verticais,

inclinadas ou mistas, dependendo do tipo do subsolo local;

Figura 17 – Posições das paredes da vala

Figura 18 – Abertura mecânica de uma vala

c) Escoramento das paredes laterais da vala

Em função do tipo de subsolo, da profundidade da vala, da presença de água e da natureza e do vulto da obra, existe um tipo de escoramento mais recomendado para a utilização durante a escavação de valas. Face à importância do tema, que está diretamente relacionado com a segurança e a vida dos funcionários que trabalham na obra, o “Escoramento das paredes laterais da vala” será tratado em um item próprio.

d) Preparo do fundo da vala Deve observar a seguintes procedimentos:

� Acerto da profundidade da vala; � Regularização do fundo da vala: terra apiloada, berço de pedra britada, berço de

areia e berço de concreto.

e) Assentamento da Tubulação Deve observar a seguintes procedimentos:

� Assentamento do tubo-guia com a cruzeta, e marcação do alinhamento dos demais;

Figura 19 – Verificação do alinhamento e profundidade da tubulação


� Assentamento dos demais tubos, realização das juntas e verificação da existência de possíveis de falhas nas vedações (teste de fumaça).

Figura 20– Assentamento de tubos de concreto

f) Fechamento da vala Deve ser realizado, manual ou mecanicamente, compactando-se a terra em camadas de 10 cm, até 15 cm acima da tubulação. Desta altura até a superfície compacta-se em camadas de 20 cm.

Figura 21 – Compactação por camadas da vala

3.2.4 Escoramento das paredes laterais da vala O escoramento de valas tem por objetivo garantir a segurança dos trabalhadores, evitando-se desabamentos das paredes laterais da vala. Normas do Ministério do Trabalho estabelecem, que as valas com profundidades superiores a 1,25 m devem ser escoradas, além da obrigatoriedade do uso de Equipamentos de Proteção Coletiva – EPC (escoramento, cavaletes, cones e placas de sinalização, etc.) e, também, de Equipamentos de Proteção Individuais - EPI (capacete, botas, etc.) a fim de diminuir o risco de acidentes. Os tipos mais utilizados de escoramento são:

a) Pontaleteamento Pela facilidade de execução, este é o escoramento mais utilizado em obras pequenas. È composto de tábuas (2,5 cm x 20 cm ou 30 cm) dispostas verticalmente, espaçadas de 1,35 m e travadas horizontalmente por estroncas hidráulicas ou de eucalipto (diâmetro ≈ 20 cm), distanciadas verticalmente de 1,00 m. Para evitar possível deslocamento das estroncas, pode-se usar os chapuzes. Este tipo de escoramento oferece boa segurança, dependendo do tipo de solo, porém não é indicado quando da presença de água no subsolo. Figura 22 – Corte longitudinal de uma vala com escoramento do tipo pontaleteamento


Figura 23 – Vala com escoramento do tipo pontaleteamento e estroncas hidráulicas

b) Descontínuo Constitui-se de tábuas (2,5 cm x 20 cm ou 30 cm) espaçadas igualmente e na vertical, fixadas pelas longarinas (6 cm x 16 cm), travadas por estroncas hidráulicas ou de eucalipto (diâmetro 20 cm) distanciadas horizontalmente de 1,35 m e verticalmente de 1,00 m e, ainda, de chapuzes. Este tipo de escoramento poderá ser utilizado quando o solo apresentar razoável firmeza e pouca presença de água. PERSPECTIVA

Figura 24 - Ilustrações de escoramento do tipo descontínuo

c) Contínuo Escoramento idêntico ao Descontínuo no que se refere aos elementos construtivos, diferindo apenas na colocação das tábuas, que neste caso devem ser colocadas uma ao lado da outra, formando uma “continuidade” no escoramento das paredes laterais da vala. Por ser mais resistente, pode ser utilizado em qualquer tipo de subsolo, com exceção dos arenosos com a presença de água.


PERSPECTIVA

Figura 25 - Ilustrações do escoramento tipo contínuo

d) Especial Constituí-se de pranchas de madeira (6 x 16 cm) com encaixes tipo macho e fêmea, colocadas verticalmente de modo a abranger toda a parede da vala, contidas por longarinas (6 x 16 cm) dispostas horizontalmente e travadas por estroncas hidráulicas ou de eucalipto (diâmetro 20 cm) espaçadas de 1,35 m, menos as das extremidades, onde devem ficar a 40 cm. As longarinas devem ser distanciadas verticalmente de 1,00 m, devendo a mais profunda situar-se a 50 cm do fundo da vala. É utilizado quando se tem subsolos arenosos com a presença de água e que necessita de estanqueidade no escoramento.

Figura 26 – Escoramento do tipo especial

e) Misto (metálico e madeira)

A contenção do solo lateral na cava é feita através de pranchões de madeira (6 x 16 cm) encaixadas em perfis metálicos “duplo T” com dimensões variando de 25 a 30 cm, cravados no terreno e espaçados 2,00 m um do outro. O travamento é realizado com longarinas e estroncas metálicas de perfil “duplo T” de 30 cm. Para valas com profundidades até 6,00 m, basta um quadro de estroncas – longarinas. E para valas com profundidades entre 6,00 m a 7,00 m têm necessidade de outro quadro adicional.

Figura 27 – Escoramento do tipo especial


Assim, os escoramentos são determinados em função do tipo do subsolo local, da profundidade da vala, da presença de água e da natureza e do vulto da obra.

� Para valas com até 2,50 m de profundidade, os escoramentos recomendáveis para os principais tipos de subsolo, estão indicados na tabela a seguir:

Tabela 2 - Escoramentos recomendáveis X Tipos de subsolo (para valas até 2,50 m profundidade) ________________________________________________________________________________ TIPOS DE SUBSOLO ESCORAMENTOS RECOMENDÁVEIS ________________________________________________________________________________ * Terra compacta ou argila consistente (compacta) Escoramento Descontínuo ou Pontaleteamento *Silte ou Taguá Seco ou Taguá Úmido: Terra com listras de cor rosada, branca e marrom Escoramento Descontínuo ou Contínuo *Barro Grudado Mistura de areia e argila Escoramento Descontínuo ou Contínuo *Turfa ou Solo Orgânico Terra escura com camadas de areia ou terra cinza Escoramento Contínuo, Especial ou Misto *Areia Fina ou Grossa (seca) Terra branca ou pedrinhas grossas Escoramento Contínuo *Areia Fina ou Grossa (saturada) Terra branca ou pedrinhas grossas com mina Especial ou Misto d’água * Pedregulho (seco) Pedras pequenas e soltas Escoramento Contínuo ______________________________________________________________________________

� Para valas com profundidades superiores a 2,50 m e até 4,00 m, é recomendado o Escoramento Contínuo, Especial ou Misto, dependendo do tipo do subsolo local e da presença da água.

� Para valas com profundidades superiores a 4,00 m, recomenda-se o escoramento Especial ou Misto, dependendo do tipo do subsolo local e da presença da água.

Porém, a relação “Escoramentos Recomendáveis X Tipos de Subsolo” pode ser alterada por alguns fatores externos, tais como: a presença de água, de formigueiro, de vibrações externas, de cargas verticais etc.


E a largura da vala é determinada em função do diâmetro da rede e do tipo de escoramento escolhido, conforme demonstrado no quadro abaixo. Quadro 2 – Larguras de valas recomendadas

(*).......O escoramento do tipo pontaleteamento, somente é recomendável para valas com até 2,00 m de profundidade e, ainda, sempre que as condições do terreno forem favoráveis. NR......Não recomendável. Fonte: NUVOLARI, A. (2011).

Exercício 3.1 Quantificar os materiais a serem utilizados no escoramento mais recomendado (técnica e economicamente), para a execução de uma vala com 43,20 m de extensão e 2,00 m de profundidade, onde deverá ser assentada uma rede de esgoto com diâmetro de 300 mm. Considerar: * Dois níveis de estroncas, com espaçamentos horizontais de 1,35 m e verticais de 1,00 m. * Profundidade do Lençol Freático = - 4,50 m. * Tipo do Subsolo = Areia Fina (seca), composta de terra branca.


Solução Da Tabela 2, temos que o tipo de escoramento mais indicado é o “Contínuo”. Do Quadro 2 ,sabe-se que a largura recomendada para a vala, é de L =1,00 m. Relação de materiais:

Tábuas (2,5 X 30 cm) = 43,20 m ÷ 0,30 m x 2 lados = 288 (de 2,00 m de comprimento cada) = 576,00 m Vigas/Longarinas (6 x 16 cm) = 43,20 m x 2 níveis de estroncas x 2 lados = 172,80 m

Estroncas (Ø=20 cm) = (43,20 m ÷ 1,35 m + 1) x 2 níveis = 66 (1,00 m de comprimento cada) = 66,00 m

______________________________________________________________________________________ Tipo de Escoramento Largura Tábuas Vigas/Long. Estroncas de Madeira

da Vala (2,5 x 30 cm) (6 x 16 cm) (Ø=20 cm) ______________________________________________________________________________________ Contínuo 1,00 m 576,00 m 172,80 m 66,00 m ______________________________________________________________________________________

Exercício 3.2 Desenvolver o cálculo comparativo dos materiais necessários para a execução dos tipos de

escoramentos recomendáveis para a escavação de uma vala com 81,00 m de extensão e 2,50 m de profundidade, na qual deverá ser assentada uma rede de esgoto de diâmetro de 500 mm. Considerar: * Três níveis de estroncas, com espaçamentos horizontais de 1,35 m. * Profundidade do Lençol Freático = - 4,00 m.

* Tipo do Subsolo = Argila Consistente (compacta). * Indicar os resultados em metros. Solução ____________________________________________________________________________________ Tipo de Escoramento Largura Tábuas Vigas /Long Estroncas de Madeira

da Vala (2,5 x 30 cm) (6 x 16 cm) (Ø=20 cm) ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________


3.2.5 Drenagem e rebaixamento do lençol freático Quando se encontra água no subsolo ou mesmo por ocasião das chuvas, há necessidade de utilização de técnicas específicas para poder assentar a rede coletora de esgotos.

a) Drenagem Para a drenagem das valas deve-se instalar bombas (geralmente do tipo submersíveis) para o esgotamento da águas decorrentes de enchentes, ou mesmo da infiltração do lençol freático do subsolo. Nestes casos, devem-se encaminhar as águas para os pontos baixos da vala que, com a execução de pequenos poços provisórios, permitirão o bombeamento das águas subterrâneas para fora das valas. Para evitar que a água de bacias de contribuições vizinhas venham adentrá-la, aumentando o volume a ser bombeado, pode-se realizar valas de desvio (provisória) com a própria terra da escavação.

Figura 28 – Rede com esgotamento de bomba Figura 29 – PV com esgotamento com bomba

b) Rebaixamento do lençol freático O rebaixamento do lençol freático deve ser previsto sempre que o solo for arenoso e a profundidade da vala ultrapassar o nível do lençol freático. Um dos sistemas mais utilizados é o de Ponteiras Filtrantes com uma ou duas linhas em paralelo à vala a ser esgotada.

Figura 30 – Ponteiras filtrantes com uma linha Figura 31 – Bomba de esgotamento do sistema


3.3 MATERIAIS EMPREGADOS NAS REDES COLETORAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS

A escolha do material a empregar (tipo de tubulação) nas redes coletoras de esgotos sanitários é função das características dos efluentes, das condições locais e dos métodos construtivos, mas os seguintes aspectos normalmente devem ser considerados:

� Condições de escoamento;

� Resistências à: cargas internas e externas: abrasão; ação de substâncias agressivas;

� Condições de impermeabilidade e juntas adequadas;

� Disponibilidade no mercado, dos diâmetros necessários;

� Facilidade de transporte, assentamento e instalação de equipamentos e acessórios;

� Custos (material transporte e assentamento).

. As tubulações mais utilizadas para as redes coletoras de esgotos sanitários são: tubos cerâmicos, tubos de concreto, tubos plásticos, tubos de ferro fundido e tubos de aço.

3.3.1 Tubos cerâmicos (manilhas de barro)

Figura 32 – Tubos cerâmicos

Os tubos cerâmicos, ainda hoje, apresentam grande aceitação para a construção de redes coletoras de esgotos. São fabricados com argila cozida à elevadas temperaturas e vidrados internamente e/ou externamente. São produzidos com diâmetro nominal (DN) variando de 75 mm a 600 mm e comprimento nominal de 0,60 m; 0,80 m; 1,00 m; 1,25 m; 1,50 m e 2,00 m.

Apresentam as seguintes características:

� Baixa rugosidade;

� Resistência a cargas provocadas por aterros comuns;

� Resistência a ácidos e outras substâncias químicas (não atacado por ácido sulfúrico);

� Boa impermeabilidade;

� Baixo custo;

� Facilidade de quebra.

Os tubos cerâmicos são fabricados com juntas do tipo “ponta e bolsa” e as especificações e métodos relativos aos ensaios são fixados por normas técnicas da ABNT. Existem três tipos de juntas disponíveis no mercado:

• Junta de argamassa de cimento e areia (1:3): é uma junta rígida que, por apresentar alguns inconvenientes, não é muito utilizada (cuidados especiais durante a execução, possibilidade de agressão pelo esgoto, possibilita a penetração de raízes para o interior da canalização);

• Junta com betume: é uma junta semi-rígida, com betume quente após o estopeamento (cordão de estopa entre a ponta e a bolsa). È um tipo de junta muito utilizada em tubos cerâmicos.

• Junta elástica: utiliza um anel de borracha entre a ponta e a bolsa de um tubo ou conexão cerâmica.


3.3.2 Tubos concreto (de alta resistência)

Figura 33 – Tubos de concreto

Estas tubulações podem ser de concreto simples (ponta e bolsa) ou de concreto armado (moldados no local ou pré-moldados). Os tubos de concreto simples apresentam o diâmetro nominal variando de 200 mm a 1000 mm e os tubos de concreto armado possuem o diâmetro nominal variando de 400 mm a 2000 mm.

Estes tubos apresentam baixa rugosidade e são mais utilizados nas seguintes situações:

� Em canalizações a partir de 400 mm, para as quais não são normalmente oferecidos tubos cerâmicos (coletores tronco, interceptores e emissários);

� Em canalizações que exigem resistência acima da oferecida por outros tipos de tubos, devido à resistência da tubulação variar de acordo com a espessura e com a armadura utilizada;

� Quando a fabricação no local da utilização se torna mais conveniente (transporte).

Os tubos de concreto estão sujeitos a ataques químicos (corrosão por ácido sulfúrico proveniente de compostos originados da decomposição anaeróbica do esgoto), que atingem o cimento diminuindo a resistência da tubulação e proporcionando o seu rompimento. Para as canalizações de esgotos sanitários, normalmente se empregam tubos de “ponta e bolsa” com anel de borracha (concreto simples e concreto armado), mas as tubulações podem ser também de “pontas lisas” para luvas ou de encaixe a meia espessura. Estes tubos, bem como os anéis de borracha para a junta elástica, devem ser submetidos a ensaios normalizados pela ABNT (resistência à compressão diametral, verificação da permeabilidade, estanqueidade e índice de absorção de água/dureza, tração, deformação, envelhecimento e determinação da absorção de água).

3.3.3 Tubos plásticos Os principais tipos de plásticos utilizados em sistema de coleta e transporte de esgotos, são:

a) Tubos de PVC

Figura 34 – Tubos de PVC rígido com junta elástica

Os tubos de Poli Cloreto de Vinila - PVC rígidos com juntas elásticas, são destinados à rede coletora e ramais prediais enterrados para a condução de esgoto sanitário e despejos industriais, cuja temperatura não exceda a 40 o C sendo, também, normatizados pela ABNT.


O PVC rígido, devido as suas propriedades físicas e químicas, confere à tubulação excelentes

características, entre as quais podemos citar:

� Leveza;

� Estanqueidade;

� Comprimento grande;

� Flexibilidade;

� Resistência química e resistência à abrasão;

� Baixa rugosidade;

� Ligações simples;

� Facilidade e rapidez no transporte e assentamento.

Os tubos de PVC rígido para coletores de esgoto, também normatizados pela ABNT, são fornecidos nos diâmetros de 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 350 mm a 400 mm, com ponta e bolsa e 6,00 m de comprimento.

b) Tubos de polietileno de alta densidade (PEAD)

O PEAD está sendo mais utilizado para interceptores e em emissários submarinos de esgotos.

Figura 35 – Tubo de Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

c) Tubos de poliéster armado com fios de vidro

Figura 36 – Tubos de poliéster armado com fios de vidro Apresentam basicamente as mesmas características do PVC. Os utilizados em esgotos sanitários são do tipo “ponta e bolsa”, com junta elástica. A Norma prevê diâmetros nominais de 200 a 1200 mm, com variação de 50 em 50 mm até DN= 600 e de 100 em 100 mm a partir de DN=600 mm.


3.3.4 Tubos de ferro fundido

Figura 37 – Tubos e conexões de ferro fundido Figura 38 – Tubo de FºFº revestido internamente

Os tubos de ferro fundido (FºFº) são fabricados com ponta e bolsa (junta de chumbo ou junta

elástica) em diâmetros de 100 mm a 1200 mm (variação de 50 em 50 mm até DN= 400 mm e variação de 100 em 100 mm a partir de DN= 400 mm) e com comprimento de 6,00 m. Apresentam alta resistência a cargas externas, porém são sensíveis à corrosão pelos esgotos ácidos e por solos ácidos. Nestes casos, devem ser revestidos interna e/ou externamente. São utilizados principalmente nas seguintes situações:

� Em locais de transito pesado e pouco recobrimento do piso;

� Em casos de a tubulação ser assentada a grande profundidade, acima dos limites de carga dos outros materiais;

� Em casos de tubulação aparente;

� Em casos de travessias de obstáculos, vãos de pontes, rios e estruturas sujeitas a trepidação;

� Em linhas de recalque e, também, em elevatórias.

3.3.5 Tubos de aço

Figura 39 – Tubos de aço

Os tubos de aço são utilizados quando se deseja tubulação com pequeno peso, com absoluta estanqueidade, com flexibilidade e com grande resistência a pressão de ruptura. No mercado, estão disponíveis tubos de aço com ponta e bolsa e junta elástica com diâmetros nominais de 150 a 1200mm (variação de 50 em 50 mm até DN= 500 mm e variação de 100 em 100 mm a partir de 600 mm). Podem também ser fabricados no próprio local (tubo de aço soldado e rebitado).


3.4 LIGAÇÕES PREDIAIS DE ESGOTOS SANITÁRIOS

A ligação predial, também chamada de ramal predial, é o trecho do coletor predial compreendido entre a rede coletora de esgotos até o alinhamento público.

Geralmente, utiliza-se um único ramal predial que é encaminhado à rede coletora, de tal forma que fique perpendicular (ortogonal) ao alinhamento do imóvel.

Figura 40 – Ramal predial ortogonal ao alinhamento do imóvel

O ramal predial deve ter diâmetro mínimo de 100 mm (100 DN) e o seu dimensionamento pode

ser feito considerando o número máximo de unidades Hunter de Contribuição (UHC), assentado de acordo com as declividades mínimas indicadas no quadro abaixo: Quadro 3 – Diâmetros e declividades do ramal predial DIÂMETRO NOMINAL – DN (mm)

DECLIVIDADE MÍNIMA (%)

100 2,0 150 0,7 200 0,5

O sistema de ligação do ramal predial à rede coletora de esgotos depende principalmente dos seguintes fatores:

� Profundidade e posição da rede coletora na via pública;

� Tipo do terreno e da pavimentação;

� Época de execução da rede coletora em relação ao pedido de ligação do coletor predial;

� Do conhecimento correto das testadas dos lotes;

� Razões de ordem econômica.

Os tipos de ligações prediais de esgotos são determinados em função da posição da rede coletora na via pública, as quais podem estar situadas no passeio adjacente, no terço adjacente ao passeio ou, ainda, no eixo do passeio.

RAMAL PREDIAL

RAMAL INTERNO

RE

DE

CO

LE

TO

RA

DE

ES

GO

TO

S

ALINHAMENTO

PASSEIO


Figura 41 - Ligação de esgotos com a rede situada no passeio adjacente Figura 42 - Ligação de esgotos com a rede situada no terço adjacente ao passeio

Figura 43 - Ligação de esgotos com a rede situada no eixo do passeio

ALINHAMENTO

RALMAL INTERNO

PASSEIO

RAMAL PREDIAL

CURVA DE 90º

COLUNA

REDE COLETORA

CURVA DE 45º

COLUNA CURVA DE 45º

PASSEIO

PONTO DE CONEXÃO

TERÇ EIXO TERÇO

LEITO CARROÇAVEL

PASSEIO

LEITO CARROÇAVEL

PROFUNDIDADE MÍNIMA NA SOLEIRA: 0,50 m

CURVA DE 45º

RAMAL INTERNO

RAMAL PREDIAL

COLUNA

CURVA DE 45º


3.5 PROJETO DO SISTEMA DE COLETA E AFASTAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS As tubulações dos coletores e interceptores devem ser projetadas e calculadas através do regime hidráulico denominado “condutos livres”, enquanto os sifões invertidos e as linhas de recalque das estações elevatórias devem se submeter ao regime de “condutos forçados”. Os emissários podem ser projetados para funcionar tanto por um ou outro regime, dependendo da sua concepção. Estes tipos de projetos estão normatizados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), através da NBR 9648/1986 (Estudo e Concepção de Sistemas de Esgotos Sanitários) e da NBR 9649/1986 (Projeto de Redes de Esgotos). As principais atividades desenvolvidas durante a concepção do projeto de redes coletoras de esgotos são:

� Estudo da população da cidade e sua distribuição territorial, delimitando, em planta, os se-

tores, conforme suas densidades demográficas;

� Estabelecimento dos critérios para a previsão das vazões: cota de consumo diário de água per capita; coeficiente de retorno (relação esgoto/água); coeficientes de variação de vazão; taxa de infiltração; � Estimativas das vazões dos grandes contribuintes: indústrias, grandes edifícios, hospitais,

shopping centers etc;

� Determinação, para cada setor de densidade demográfica, da vazão de esgotos específica

(L/s.ha, L/s.m);

� Divisão da cidade em bacias e sub-bacias de contribuição;

� Traçado e pré-dimensionamento dos coletores-troncos;

� Traçado e pré-dimensionamento dos coletores secundários, com as localizações dos órgãos acessórios;

� Quantificação preliminar dos materiais, equipamentos e serviços a serem executados.

E a apresentação destes trabalhos deverá contemplar:

� Memorial descritivo e justificativo contendo: evolução da população, descrição do sistema, critérios e parâmetros de cálculo, cálculos hidráulicos, materiais a serem empregados, as

pectos construtivos, medidas de segurança e outros que se fizerem necessários;

� Planta planialtimértrica da cidade, em escala 1:5000 ou 1:10000 com curvas de nível de 5 em 5 metros, contendo a localização do empreendimento e seus limites, a setorização das densidades demográficas, a divisão em bacias e sub-bacias de contribuição, o traçado dos coletores-troncos com seus diâmetros, declividades e extensões; � Planta planialtimértrica da área, em escala 1:2000 ou 1:1000 com as curvas de nível de metro em metro, com as cotas de cruzamentos e com os pontos singulares, contendo, ainda, a delimitação das bacias e sub-bacias de contribuição, a localização e identificação dos órgãos acessórios devidamente unidos pelas tubulações com a identificação dos seus diâmetros, declividades e extensões. Também deverá ser desenhado o corte longitudinal com os perfis das ruas e das redes; � Estimativa das quantidades e dos custos dos materiais, equipamentos e serviços a serem executados; � Cronograma de obras e serviços.


3.5.1 Localização da rede coletora na via pública A rede coletora de esgotos sanitários deve ser assentada em uma das posições abaixo indicadas, sendo que a numeração dos prédios da rua, é que determina a denominação do lado “par ou ímpar”.

Figura 44 - Posições de assentamento da rede coletora na via pública

As Redes Simples são assim denominadas quando existir apenas a tubulação de esgoto sanitário na rua, devendo estar localizada no eixo da rua. Se existir também a galeria de águas pluviais, loca-se a rede de esgoto a 1/3 da largura entre o meio fio (do lado par ou ímpar) e o eixo da rua a ser ocupada pela galeria pluvial.

No caso de existir, em um dos lados da rua, soleiras negativas, o coletor deverá ser obrigatoriamente colocado no terço correspondente.

Figura 45 - Rede simples de esgoto no terço da rua Figura 46 - Rede simples de esgoto no eixo da rua

Em algumas situações torna-se vantajosa a colocação de duas tubulações coletoras de esgoto sanitário na via pública, passando sob cada passeio. São as denominadas Redes Duplas, que devem ser utilizadas sempre que as ruas possuírem:

� Largura superior a 15,00 m;

� Largura superior a 10,00 m e bem pavimentadas;

� Tráfego intenso;

� Galerias pluviais, coletores- tronco ou outras tubulações que impeçam as ligações prediais;

� Com coletores muito grandes (∅ ≥ 400 mm) que não recebem ligações prediais diretas ou, ainda, quando os coletores são colocados em grandes profundidades (p ≥ 4,00 m).


Figura 47 – Rede Dupla de esgoto sob os passeios (Rua B)

Figura 48 – Rede Dupla em paralelo ou com coletor profundo (Rua A)

Caso haja interferências nos passeios que dificultem a obra, pode-se lançar no leito carroçável, próximo à sarjeta. Portanto, a rede dupla pode estar situada no passeio, no terço ou uma rede no passeio e outra no terço da rua.

3.5.2 Concepção do traçado da rede de esgoto sanitário

O traçado da rede de esgoto tem relação com a topografia da cidade, uma vez que o escoamento dos esgotos se dá por gravidade (caimento do terreno). Desta maneira tem-se, ou melhor, podem-se ter os seguintes tipos de rede:

a) Rede perpendicular

Aparece em cidades atravessadas ou circundadas por cursos de água. Coletores - troncos e independentes compõe a rede de esgoto, sendo o seu traçado o mais perpendicular possível ao curso d’água. Para se levar os efluentes ao destino final devem-se construir um interceptor margeando o curso d’água conforme a figura a seguir:

Figura 49 - Rede perpendicular


b) Rede em leque

Utilizada em terrenos acidentados. O coletor-tronco corre pelo fundo dos vales ou pela parte baixa das bacias e nele incidem os coletores secundários, O seu traçado lembra a forma de um leque ou uma espinha de peixe.

Figura 50 - Rede em leque

c) Rede radial ou distrital

É utilizada em cidades planas. Divide-se em setores ou distritos independentes criando-se pontos baixos, para onde são encaminhados os esgotos. Destes pontos baixos recalcam-se os esgotos para o destino final.

Figura 51 - Rede radial ou distrital


3.5.3 Fatores que influenciam no traçado da rede de esgotos sanitários São diversos os fatores que podem influenciar no traçado de uma rede de esgoto sanitário:

a) Órgãos acessórios

O esgoto coletado por tubulações é lançado em poços de visita (PVs). A orientação do fluxo desse esgoto é feita por canaletas situadas no fundo dos poços de visitas, possibilitando ao projetista concentrar a vazão em determinados coletores.

Ponto A: Características de local alto (ponto seco)

Ponto B: Características de local baixo (recebem esgoto)

Figura 52 – Orientações dos fluxos do esgoto

De acordo com os fluxos indicados nas canaletas localizadas nos fundos dos poços de visitas, pode-se obter diferentes tipos de traçados para uma mesma área. Novamente verifica-se a importância da topografia na solução dos diferentes traçados de uma tubulação.

Deve ser evitada Melhor que a anterior

Melhor traçado

Figura 53 - Possibilidades de traçados de uma rede em função das orientações dos fluxos


b) Profundidade

Em função da maior ou menor dificuldade de escavação do solo, serão adotadas as profundidades máximas e mínimas dos coletores. Portanto, o conhecimento do subsolo é indispensável para prever a presença de rochas, solos de baixa resistência, lençol freático e outros problemas. O ideal seria o reconhecimento completo do subsolo por meio de sondagens.

Todavia, se recomenda trabalhar com profundidades máximas de 3,00 a 4,00 m quando locadas nas ruas e de 2,00 a 2,50 m quando situadas sob os passeios.

Quanto às profundidades mínimas, é recomendável que o menor recobrimento para tubulações assentadas no leito carroçável seja de 1,00 m, acrescido do diâmetro da tubulação. Para redes assentadas nos passeios e/ou vielas, admite-se profundidades não inferiores a 0,65 m.

c) Interferências

Dentre as principais interferências que devem ser consideradas estão as canalizações de drenagem urbana, os cursos de água que atravessam a área urbana e as grandes tubulações de água potável. Também o trânsito que pode ser considerado como interferência importante, devendo a concepção da rede ser feita de maneira a causar o mínimo impacto possível nesse aspecto.

d) Aproveitamento de canalizações existentes (quando for o caso)

A concepção do traçado da rede deverá considerar o possível aproveitamento do sistema de coletores existentes. Para isso, deve-se dispor de um cadastro do sistema com as seguintes informações: localização da tabulação e dos poços de visitas em planta, sentido de escoamento; diâmetro de cada trecho e as profundidades a montante e a jusante dos trechos e do poço de visitas.

e) Planos diretores de municipais

Será importante que a concepção da rede leve em consideração os planos diretores de urbanização do município. Normalmente, esses planos estabelecem a setorização de densidades demográficas, áreas industriais, sistema viário principal e as zonas de expansão urbana.

3.6 VAZÕES DE ESGOTOS SANITÁRIOS

Os sistemas de esgotos projetados no Brasil, desde o ano 1912, devem adotar os critérios e características do denominado “Sistema Separador Absoluto”, cuja rede coletora recebe contribuições apenas do Esgoto Sanitário, que é composto de Esgoto Doméstico, de Águas de Infiltração do subsolo (as quais não são admitidas intencionalmente) e, também, de Efluentes de alguns tipos de indústria.

onde: Q..........vazão de esgoto sanitário (L/s);

Qd........vazão doméstica (L/s);

Qinf......vazão das águas de infiltração (L/s);

Qc........vazão concentrada ou singular (L/s).

A vazão concentrada ou singular refere-se àquela contribuição “pontual” de esgotos e, ainda, bem superior às demais lançadas na rede coletora, acarretando alterações nas vazões a jusante. Podem ser assim consideradas, as contribuições provenientes de clubes, hospitais, quartéis, escolas, estações terminais de transportes, grandes edifícios, comerciais e/ou residenciais, alguns tipos de indústria etc.

3.6.1 Vazão de esgoto doméstico

A vazão de esgoto doméstico (decorrente da água de banho, urina, fezes, papel, restos de comida, sabão, detergentes e águas de lavagem) depende diretamente dos seguintes parâmetros:

a) População a ser atendida O sistema de coleta e afastamento de esgoto deve ser projetado levando-se em consideração

a demanda que se verificará numa determinada época em razão de sua população futura. Admitindo ser esta variável crescente, é fundamental fixar a época até a qual o sistema poderá funcionar satisfatoriamente, sem sobrecarga nas instalações ou deficiências no seu funcionamento.

Q = Qd + Qinf + Qc


O tempo estabelecido para projeto desses sistemas está diretamente relacionado a: � Durabilidade ou vida útil das obras e equipamentos; � Amortização do capital investido; � Crescimento da população.

Para pequenas e médias instalações, costuma ser adotado o período mínimo de 20 a anos.

Assim, devem ser levantados todos os elementos históricos da evolução da população no município e na área do projeto. A população flutuante que ocorre em determinados períodos do ano, nas localidades turísticas, pode ser estimada através de registros do consumo de água, de energia elétrica, da ocupação dos leitos em hotéis etc. A população fixa (residente no local), além da contagem direta, pode ser projetada com base nos censos demográficos, plano diretor, além dos Métodos Gráficos e Matemáticos (Aritmético, Geométrico, Curva Logística e Mínimos Quadrados / Ajustagem da Curva), conforme já visto em SISTEMAS DE TRATAMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA, capítulo Métodos de Previsão da População (FLORENÇANO, J.C.S., 2012). No Estado de São Paulo, a SABESP recomenda, ainda, a adoção de um Plano de Ocupação Inicial de 35% dos lotes e um crescimento geométrico da população em 3,5% ao ano.

b) Coeficiente de retorno: relação esgoto / água (C)

É a relação média entre as contribuições do esgoto doméstico e o consumo efetivo de água da população. Da água consumida, somente uma parcela “retorna” ao esgoto, e a outra restante é utilizada para lavagem de calçadas, rega de jardins etc, não retornando para a rede de esgoto. Alguns pesquisadores e chegaram aos seguintes valores para esse coeficiente:

*Martins...C = 0,7 a 0,9; *Azevedo Netto...C = 0,7 a 0,8; *Metcalfy – Eddy... C = 0,7

Em áreas com muitos jardins os valores são menores, enquanto que em regiões mais centrais e pavimentadas estes valores tendem a ser mais altos. A norma brasileira NBR 9649 (ABNT, 1986) recomenda o valor médio de “C = 0,8” na falta de dados oriundos de pesquisas in loco.

c) Contribuição per capta de esgoto A quantidade de esgoto doméstico coletada depende intimamente da quantidade da água de abastecimento distribuída à população. Em projetos de sistemas de abastecimento de água é utilizado o conceito do “Consumo de Água Per Capita” para atender o consumo doméstico, comercial, público, industrial e, ainda, às perdas que têm correspondido a cerca de 20 a 30% do consumo total. Porém, como tais “perdas de água”, normalmente não são coletadas (não retornam) pelas redes de esgotos, tem se empregado o conceito do “Coeficiente de Retorno” e do “Consumo Efetivo de Água Per Capita”, o qual exclui o valor referente às perdas, para os projetos de sistemas de esgoto. A SABESP mediu os “Consumos Efetivos de Água Per Capita” em algumas cidades do Estado de São Paulo:

Quadro 4 - Consumos efetivos de água per capita, em algumas cidades do Estado de São Paulo

Cidade População urbana estimada para

1986 (habitantes)

Consumo efetivo de água

per capita

Cardoso 8044 124

Fernandópolis 49208 165

São José dos Campos 392968 170

Taubaté 215513 184

Tremembé 21271 135

Fonte: Tsutiya, M. T. e Além Sobrinho, P. A. (2000)

Assim, a Contribuição Per Capta de Esgoto Doméstico pode ser obtida através da multiplicação do “Consumo Efetivo de Água Per Capta” pelo Coeficiente de Retorno (da água servida que “retorna” para a rede de esgoto).

Contribuição per capta de esgoto doméstico = Consumo efetivo de água per capta x Coef. de retorno


d) Coeficientes de variação de vazão

O escoamento do esgoto doméstico na rede, não se comporta de maneira uniforme, pois é função do consumo da água pela população, o qual varia conforme as demandas sazonais, mensais, diárias e horárias, todas influenciadas por fatores como clima, hábitos de higiene da população etc. As variações mais significativas são as mesmas utilizadas em projetos de abastecimento de água:

� K1.........Coeficiente da máxima vazão diária: é a relação entre a maior vazão

diária verificada no ano e a vazão média diária anual;

� K2.........Coeficiente da máxima vazão horária: é a relação entre a maior vazão

observada num dia e a vazão média horária do mesmo dia;

� K3.........Coeficiente da mínima vazão horária: é a relação entre a vazão mínima e a

vazão média anual.

Na impossibilidade de se obter valores oriundos de medições locais, a NBR 9649 da ABNT recomenda a adoção dos mesmos valores utilizados em projetos de sistemas de abastecimento de água, ou seja: K1 = 1,2; K2 = 1,5 e K3 = 0,5.

3.6.2 Vazão das águas de Infiltração A vazão decorrente das águas de infiltração corresponde às águas subterrâneas que, indevidamente, penetram nas canalizações de esgotos através das juntas, paredes dos condutos, poços de visitas, tubo de inspeção e limpeza, caixa de passagem, estação elevatória, dentre outros. As águas pluviais provenientes de ligações clandestinas não devem ser consideradas. Para que tal não ocorra deve-se realizar uma efetiva fiscalização e constante vigilância da rede coletora de esgotos seus acessórios. A Taxa Contribuição de Infiltração (TI) no sistema de coleta, afastamento e tratamento de esgoto depende das condições locais, principalmente quanto:

� os materiais empregados;

� o tipo de junta;

� o assentamento das tubulações;

� as natureza do solo;

� o nível do lençol freático;

� a permeabilidade do solo;

� a extensão e condições do coletor predial.

A NBR 9649 da ABNT estabelece que a TI adotada entre os valores 0,05 a 1,00 L/s. km deve ser justificado.

Tsutiya e Bruno realizaram ampla pesquisa nas redes de esgotos operadas pela SABESP, no Estado de São Paulo, e apresentaram os seguintes resultados:

� coletores posicionados acima do lençol freático......T I = 0,02 L/s.km

� coletores posicionados abaixo do lençol freático.....T I = 0,10 L/s.km

Tais resultados derivam, certamente, da melhoria da qualidade dos materiais, bem como do melhor controle na execução de obras.

3.6.3 Vazão de efluentes industriais

Quando se projeta um sistema de esgotos sanitários para receber, também, os efluentes de alguns tipos de indústrias é preciso conhecer, previamente, todas as indústrias contribuintes, seus tamanhos e a características dos seus processos.

Atualmente, excetuando-se indústrias com material perigoso, o efluente, deve ser lançado através da rede pública. Obviamente o recebimento destes despejos tem que ser precedido de certos cuidados, principalmente, no que se refere à qualidade e quantidade dos efluentes.


Cada indústria possui um processo produtivo específico em função das matérias primas utilizadas. Portanto, deve ser criteriosamente estudada a possibilidade de lançar o esgoto industrial in natura no coletor público, ou se necessitará de um tratamento (pré, primário, secundário, terciário). Em hipótese nenhuma se deve permitir o lançamento in natura no coletor público destes despejos que:

� sejam nocivos à saúde ou prejudiciais à segurança dos operários que trabalham na rede;

� interfiram em qualquer sistema de tratamento;

� obstruam tubulações e equipamentos;

� ataquem às tubulações, afetando a resistência ou durabilidade de suas estruturas;

� apresentem temperaturas elevadas (>45°C).

Com relação à quantidade de despejos, consideram-se as indústrias que:

� lançam pequena quantidade de efluentes na rede pública, não acarretando problemas ao funcionamento desta (não se considera vazão concentrada);

� lançam quantidade considerável de efluentes na rede pública, necessitando desta maneira, um estudo especial por parte dos órgãos públicos.

Neste último caso os órgãos públicos geralmente limitam o valor da vazão máxima de lançamento do efluente na rede a 1,5 vezes a vazão média diária. Em muitas ocasiões, para atender a essa exigência, é necessário a construção de um tanque de regularização da vazão, antes do lançamento na rede. No caso da indústria já estar instalada, deve-se realizar uma pesquisa junto a mesma, inclusive prevendo as vazões futuras. Na falta de dados e no caso em que há necessidade de estimar vazões de áreas, ainda, não ocupadas, mas destinadas à instalação de indústrias futuras, pode-se admitir valores compreendidos entre 1,15 L/s.ha até 2,30 L/s.ha para aquelas indústrias que utilizem água em seus processos produtivos. No caso de indústrias que não utilizem água em seus processos produtivos, estima-se a contribuição de esgotos em 0,35 L/s.ha.

3.7 CÁLCULO DAS VAZÕES, CONTRIBUIÇÕES, TAXAS E COEFICIENTES

Para o dimensionamento de redes coletoras de esgotos, é necessária, além da Vazão Máxima de final de plano (quando todos os lotes estiverem habitados e atendidos), também a Vazão Máxima Horária de um dia qualquer do início do plano (quando apenas alguns lotes estiverem habitados e atendidos), que é utilizada para a verificação das condições de autolimpeza da rede.

Devido à deficiência na obtenção de dados locais, como hidrogramas próprios ou as áreas edificadas, o critério mais utilizado para se determinar as vazões nas redes, tem sido o que considera a “inexistência de dados para a determinação das vazões locais para serem utilizadas no projeto”.

As Vazões de Esgotos Domésticos, inicial e final (Qdi ; Qdf), são aquelas parcelas derivadas da população atendida pela rede, cujas vazões médias são expressas pelas equações:

� Início de Plano:

400.86

...2 qPCkQdi ii

= (L/s) ou 400.86

....2 adqCkQdi iii= (L/s)

� Final de Plano (L/s):

400.86

.... 21 qPCkkQdf ff

= (L/s) ou 400.86

.... 21 adqCkkQd

ffff = (L/s)

sendo:

k1 ; k2 = coeficiente de máxima vazão diária e horária, respectivamente;

Qdi ;Qdf = vazão doméstica média inicial e final (L/s);

C = coeficiente de retorno;

Pi ; Pf = população inicial e final (habitantes);

qi ; qf = consumo de água efetivo per capita inicial e final (L/habitante.dia);

di ; df = densidade populacional inicial e final (habitantes/ha);

ai ; af = área esgotada inicial e final da bacia ou sub-bacia (hectare).


Com as vazões domésticas, inicial e final, pode-se determinar os Coeficientes de Contribuição, inicial e final ( ;T xi T xf ) os quais visam facilitar o cálculo da vazão “por trecho”, que pode

ser por unidade de comprimento dos coletores (metro ou quilômetro linear) ou pela área esgotada (hectare). Desta maneira para cada área, bacia ou sub-bacia homogênea dever ser definido os respectivos coeficientes de contribuição.

Nestes coeficientes só são necessários considerar as contribuições à rede, provenientes do esgoto doméstico (Qd) e das águas de infiltração (T I). Desta maneira os Coeficientes de Contribuição podem ser calculados pelas seguintes expressões:


I iTL

QdiT

ixi += (L/s.m) ou I iT

a

QdiT

ixi += ( L/s.ha)

� Final de Plano:

ITL

QdfT f

fxf += (L/s.m) ou IT

a

QdfT f

fxf += (L/s.ha)

sendo:

Txi ;Txf = coeficiente de contribuição linear (L/s.m) ou por unidade de área (L/s.ha) inicial e final;

Qdi ; Qdf = vazão doméstica média inicial e final (L/s);

Li ; Lf = comprimento da rede de esgoto inicial e final (metros);

T I i ; T I f = taxa de contribuição de infiltração por metro de coletor (L/s.m);

ai ; af = área esgotada inicial e final da bacia ou sub-bacia (hectare).

Para se calcular as Vazões a Jusante (totais) em cada trecho, inicial e final (Qi; Qf ), devido ao esgoto doméstico e às águas de infiltração basta multiplicar os respectivos coeficientes de contribuição (linear = L/s.m ou por unidade de área = L/s.ha), pelo comprimento de canalização ou pela área da bacia ou sub-bacia, cujos efluentes são coletados pelo trecho, acrescido da eventual vazão concentrada e da vazão de montante do trecho correspondente.

Todos estes cálculos devem ser realizados trecho a trecho e, ainda, sempre para as condições de Início de Plano (quando apenas parte dos lotes estiverem habitados) e para o Final de Plano (quando todos os lotes estiverem habitados). Assim, usam-se as seguintes expressões:


QQLTxiiQjus imontictrecho ,,).(. ++=

� Final de Plano:

QQLTxfQjus fmontfctrechof ,,).(. ++=

sendo:

Q jus.i , Q jus.f = vazão a jusante (inicial e final) no trecho (L/s);

Txi , Txf = coeficiente de contribuição linear (inicial e final) no trecho (L/s.m);

Qci , Qcf = vazão concentrada (inicial e final) no trecho. Quando existir (L/s) ;

Q mont.i. , Q mont.f = vazão de montante (inicial e final) no trecho, (L/s);

Ltrecho = comprimento do trecho (metros).


Exercício 3.3 No projeto de uma rede coletora de esgoto sanitário, a ser implantada sob os eixos centrais das vias públicas de um loteamento no Município de Taubaté/SP, consideram-se os seguintes parâmetros:

- População inicial Pi = 1000 habitantes e População final Pf = 3000 habitantes;

- Consumo efetivo de água (inicial e final) qi = qf = 184,00 L/habitante.dia (Quadro 4);

- Coeficiente de retorno C = 0,80;

- Coeficientes de variação de vazões K1 = 1,2 e K2 = 1,5;

- Taxa de contribuição de infiltração (inicial e final) T I i = T I f = 0,0005 L/s . m;

- Comprimento total da rede coletora Li = Lf = 1500,00 m;

- Comprimento do trecho “n” da rede coletora L trecho = 100,00 m;

- Vazão a montante no trecho “n” da rede coletora Qi = 1,40 L/s e Qf = 2,00 L/s.

Pede-se calcular:

a) Os coeficientes de contribuição linear (inicial e final);

b) As vazões a jusante (totais) no trecho “n” (inicial e final).

Solução a) Cálculo dos coeficientes de contribuição linear

a1) Coeficiente de contribuição linear inicial

- Vazão doméstica inicial Qdi = C . K2 . Pi . qi = 0,8 x 1,5 x 1000 x 184,00 ⇒ Qdi = 2,56 L/s

86400 86400

- Coeficiente de contribuição linear inicial

TXi = Qdi + T I i = 2,56 + 0,0005 ⇒ TXi = 0,0022 L/s.m

Li 1500,00

a2) Coeficiente de contribuição linear final

- Vazão doméstica final

Qdf = C . K1 . K2 . Pf . qf = 0,8 x 1,2 x 1,5 x 3000 x 184,00 ⇒ Qdf = 9,20 L/s

86400 86400

- Coeficiente de contribuição linear final

TXf = Qdf + T I f = 9,20 + 0,0005 ⇒ TXf = 0,0066 L/s.m

Lf 1500,00


b) Cálculo das vazões a jusante (totais) no trecho “n” (inicial e final)

- Vazão a montante:

Do exercício, temos as vazões já existentes ⇒ Qi = 1,40 L/s e Qf = 2,00 L/s

- Vazão no trecho “n”: (contribuições locais):

Qi = TXi . L trecho = 0,0022 x 100,00 ⇒ Qi = 0,22 L/s

Qf = TXf . L trecho = 0,0066 x 100,00 ⇒ Qf = 0,66 L/s

- Vazão a jusante (total): é a soma da vazão a montante com a vazão no trecho (≥ 1,50 L/s).

Qi = 1,40 + 0,22 ⇒ Qi = 1,62 L/s = 0,00162 m³/s

Qf = 2,00 + 0,66 ⇒ Qf = 2,66 L/s = 0,00266 m³/s

3.8 CRITÉRIOS PARA O DIMENSIONAMENTO DAS TUBULAÇÕES DE ESGOTOS SANITÁRIOS

O projeto hidrossanitário de esgotos envolve alguns aspectos sobre o que ocorre simultaneamente no interior das tubulações:

a) Hidráulico

As tubulações devem ser projetados para transportar as vazões máximas (Qf ) e mínimas

(Qi) estabelecidas em projeto. Os coletores e interceptores esgotos devem operar como condutos livres, enquanto que sifões e linhas de recalque das Estações Elevatórias funcionam como Condutos Forçados. Os emissários podem operar tanto como Condutos Livres ou Forçados.

b ) Reações bioquímicas (controle de sulfeto de hidrogênio - H2S)

Em tubulações curtas e com esgoto fresco encontramos bastante oxigênio dissolvido, desta forma os problemas relativos a sulfetos de hidrogênio são bastante reduzidos. No entanto, quando as redes são extensas e as velocidades são baixas, o oxigênio dissolvido diminui, prevalecendo condições anaeróbias no esgoto, o que propicia principalmente nos coletores-tronco, interceptores e emissários o aparecimento de sulfetos e o desprendimento de sulfetos de hidrogênio.

A geração de sulfeto nos esgotos devido a bactérias Desulfovibrio Desulfuricans, na presença de matéria orgânica e ausência de oxigênio, pode ser representada pela equação abaixo:

bactérias

S04- - + 2C + 2H20 −−−−−−→ 2HCO3

- + H2S

Dentre os fatores mais importantes que propiciam a geração de sulfatos nos esgotos domésticos e industriais, estão:

� o teor de enxofre existente nos compostos orgânicos e sulfatos usualmente encontrados nos esgotos;

� a temperatura do esgoto: < 15°C inexistente H2S e 38°C é o pico de formação;

� pH do esgoto: ocorre rapidamente dentro de faixa de pH entre 5,5 - 8,5 (valores comumentes encontrados em esgotos domésticos);

� ausência de oxigênio livre no esgoto.


A formação de sulfeto de hidrogênio pode ocasionar vários problemas, tais como:

� odor: incômodo aos operadores e vizinhanças;

� toxidez: perigo de vida aos operadores, am altas concentrações;

� corrosão: coletores e componentes do sistema de esgoto são atacados, devido à formação do ácido sulfúrico, quando estes não são imunes (tubulação de concreto, aço)

Figura 54 - Condições do esgoto no interior da tubulação

A película de limo formada junto às paredes submersas da tubulação de esgoto é a principal fonte de geração de sulfeto. Desta maneira, altas velocidades não propiciam o aparecimento de películas com espessura muito grande, dificultando a produção de H2S.

c) Ação de autolimpeza

Promove o arraste de materiais sólidos dos esgotos que se depositam de no fundo das tubulações, garantindo o processo de autolimpeza. O dimensionamento consiste em determinar os diâmetros e as declividades longitudinais das tubulações, para que estas condições sejam atendidas.

Para equacionar os aspectos da deposição de materiais sólidos presentes nos esgotos e que se depositam no fundo das tubulações, o Brasil adotava o “Critério da Velocidade de Autolimpeza” para o dimensionamento das redes coletoras de esgotos, o qual considerava a manutenção de uma velocidade mínima, independentemente do diâmetro da tubulação, para que ocorresse a ação de autolimpeza.

Com a promulgação da NBR 9649, da ABNT, em 1986, passou-se a adotar o Critério da Tensão Trativa para o dimensionamento de redes de esgotos.

3.8.1 O critério da Tensão Trativa (σσσσ )

A Tensão Trativa ou Tensão de Arraste é definida como a força tangencial unitária aplicada às paredes do conduto pelo líquido em escoamento. Sua equação pode ser deduzida de forma análoga à pressão de um sólido que desliza sobre um plano inclinado.

θ

θ

Figura 55 – Esquema da tensão trativa dentro de um conduto de esgoto


Sabemos que a componente tangencial (Pt) do peso do volume do líquido é: Pt = P. sen ϴ.

O peso (P) do volume do líquido contido num trecho de comprimento “L”, é: P = ℘.Am.L onde peso específico do esgoto a 20 °C é cerca de ℘ = 1000,00 kgf/m³.

E o Raio Hidráulico, é: RH = Am ÷ Pm

Como Tensão é uma relação de Força ÷ Área, a Tensão Trativa “σ” em um trecho de

comprimento “L” e perímetro molhado “Pm” é definida por:

θθθ

σ ...

....

.

.

.)( senRH

LPm

senLAm

LPm

senP

LPm

Pt

Área

ForçaTensão ℘=

℘====

como θ é um ângulo sempre muito pequeno ⇒ senθ ≈ tgθ = I (declividade do conduto)

Portanto, a Tensão Trativa pode ser expressa por : IRH ××℘=σ

sendo:

σ = tensão trativa média (Pa ou Kgf/m²);

P = peso do volume do líquido contido num trecho de comprimento “L” (N ou Kgf/m²);

Pt = componente tangencial de P (N ou Kgf/m²);

θ = ângulo de inclinação do conduto (grau);

℘ = peso específico do líquido (esgoto a 20 °C ⇒ 104 N/m3 = 1000,00 Kgf/m³);

RH = raio hidráulico (m);

I = declividade do conduto (m/m);

L = trecho de comprimento (m);

Am = área molhada da secção transversal (m²);

Pm = perímetro molhado (m).

A Tensão Trativa assim calculada representa um valor médio da tensão ao longo do perímetro molhado do conduto. Devido ao efeito da gravidade, qualquer partícula de material sólido com densidade maior que a da água tenderá a depositar-se no fundo das tubulações de esgoto, principalmente nas horas de menor contribuição. Desta maneira, define-se a Tensão Trativa Crítica como sendo a tensão mínima necessária ao início do movimento das partículas depositadas nas tubulações de esgoto. O valor da Tensão Trativa depende:

� do peso específico da partícula e do líquido;

� das dimensões da partícula;

� da viscosidade do líquido.

A norma brasileira NBR 9649/1986, da ABNT recomenda que, para as redes coletoras de esgotos sanitários, a Tensão Trativa Crítica atenda as condições de declividade, proporcionando o valor mínimo de 1,00 Pa, pelo menos uma vez ao dia.

σ = 1000 . RH . I ≥ 0,10 Kgf/m² (= 1,00 Pa) sendo: 1 Kgf/m2 = 10 N/m2 = 10 Pa

Em todos os casos, os valores da Tensão Trativa e da Declividade Mínima, correspondem a “n” do Coeficiente de Manning igual a 0,013, independentemente do material das tubulações, em razão das várias singularidades que ocorrem na rede coletora de esgotos sanitários.


Exercício 3.4 Em continuação ao exercício anterior, que trata do projeto de uma rede coletora de esgoto sanitário, a ser implantada sob os eixos centrais das vias públicas de um loteamento no Município de Taubaté/SP, solicita-se calcular a Tensão Trativa (de arraste) que o efluente causará na parede interna da tubulação do mesmo trecho “n” da rede coletora, cujo diâmetro será de 150 mm. Sabe-se que:

- A declividade do trecho “n” da rede coletora será I = 0,0044 m/m;

- O raio hidráulico do trecho “n” da rede coletora pode ser obtido pela fórmula:

RH = β . D onde RH = raio hidráulico (metros);

D = diâmetro da tubulação (metros);

β = 0,159

Solução

- Cálculo da tensão trativa (σ ) – em função das condições iniciais (mínimas)

Sendo RH = β . D = 0,159 x 0,150 ⇒ RH = 0,02385 m

σ = 1000,00 . RH . I = 1000,00 x 0,02385 x 0,0044 ⇒ σ = 0,105 kgf/m² = 1,05 Pa ( ≥ 1,00 Pa OK )

3.8.2 Os procedimentos para o dimensionamento dos condutos

O dimensionamento hidráulico apresentado a seguir, é baseado na norma NBR 9649/1986, da ABNT, e consiste em se determinar, para os trechos do coletor, os valores dos diâmetros e das declividades a partir das vazões Qi e Qf.

a) Vazão mínima

Quando não existirem valores pesquisados para o projeto e, sempre que a vazão a jusante do trecho do coletor for inferior a 1,50 L/s, para os cálculos hidráulicos deve-se utilizar o valor de 1,50 L/s.

b) Diâmetro mínimo

Segundo a norma brasileira o diâmetro mínimo é de 100 mm. No entanto deve-se sempre empregar outros diâmetros, dependendo dos materiais. No Estado de São Paulo, a SABESP adota o diâmetro mínimo de 150mm. O diâmetro (D) que atende a condição da lâmina líquida (Y/D) ser menor ou igual 75%, pode ser obtido pela equação abaixo, para n = 0,013.

)375,0()0463,0( IQD f ÷×= onde: Qf = vazão de final de plano (m³/s);

I = declividade do conduto (m/m).

c) Declividade mínima

Como já mencionado, a declividade a ser adotada deverá proporcionar uma tensão trativa média não inferior a 0,10 Kgf/m2 (1,00 Pa), calculada utilizando a vazão inicial na extremidade à jusante do trecho. Para redes coletoras, tal declividade é determinada pela expressão abaixo, para o Coeficiente de Manning n = 0,013.

47,0

min 0055,0−

×= iQI onde: Qi =vazão jusante para dimensionamento de início de plano (L/s);

I min = declividade mínima do conduto (m/m).


d) Declividade máxima

A declividade máxima admitida pela norma é aquela que, para a vazão de final de plano, faz com que a máxima velocidade na tubulação seja inferior a 5,00 m/s e pode ser obtida pela expressão abaixo, para Coeficiente de Manning n = 0,013.

)3/2(

65,4−

×= fmáx QI onde: Qf = vazão para dimensionamento de final de plano (L/s);

I max = declividade máxima do conduto (m/m).

e) Velocidade crítica

No caso da velocidade final (Vf) ser superior à velocidade crítica (Vc), a maior lâmina admitida deverá ser de 50% do diâmetro do coletor, para uma boa ventilação no trecho.

A máxima velocidade recomendada pela norma brasileira é de Vf = 5,00 m/s.

A Velocidade crítica (Vc) é dada através da expressão:

HRgVc .6= onde: Vc = velocidade crítica (m/s);

RH = raio hidráulico para a vazão final (m);

g = aceleração da gravidade (9,80 m/s²).

f) Lâmina mínima

A norma brasileira não faz menção à lâmina mínima, no entanto a experiência recomenda que a lâmina mínima seja 20% do diâmetro da tubulação. Pelo critério da Tensão Trativa haverá a autolimpeza, desde que se garanta que se pelo menos uma vez por dia seja atingida a tensão adequada, independente da altura da lâmina de esgoto.

g) Lâmina máxima

Para garantir a oxigenação, além de se calcular as lâminas, admitindo-se o escoamento em regime permanente e uniforme, a lâmina recomendada pela experiência é que seu valor máximo, para a vazão final (Qf), nunca seja superior a 75% do diâmetro do conduto.

3.8.3 Os procedimentos para a verificação final do dimensionamento dos condutos

A verificação final do dimensionamento hidráulico, também está baseada na norma NBR 9649/1986, da ABNT, e consiste em, conhecidas as vazões (Qi e Qf), diâmetros (D), e declividades (I) determinar as lâminas líquidas (Y/D) inicial e final, as velocidades (Vi e Vf ), a tensão trativa (σ ) para

as condições iniciais, o raio hidráulico (RH ) e a velocidade crítica (Vci e Vcf ). Apesar de existirem várias fórmulas para os cálculos de “condutos livres”, a mais utilizada, além da Equação da Continuidade, tem sido a Equação de Manning, pela sua simplicidade e comprovação experimental. O Coeficiente de Manning pode ser igual a n = 0,013, mesmo que o material da tubulação seja mais ou menos rugoso, pois com a formação da película de limo, as superfícies das paredes internas das tubulações tornam-se uniforme, independentemente do material da tubulação.

Manning

I.ARn

1V

I.ARn

1Q

2/13/2H

2/13/2H

=

=

Q = vazão (m3/s);

V = velocidade média (m/s);

A = área molhada (m2);

N = coeficiente de rugosidade de Manning (n = 0,013);

RH = raio hidráulica (m);

I = declividade da tubulação (m/m) Continuidade A.VQ =

OBS: Também, podem ser utilizados os Quadros abaixos, derivados das equações citadas, já ajustados para n = 0,013


Quadro 5 – Para dimensionamento e verificação das tubulações de esgotos ⇒ n = 0,013


Quadro 5 - Para dimensionamento e verificação das tubulações de esgotos ⇒ n = 0,013 (continuação)


Quadro 6 - Auxiliar na determinação do raio hidráulico em função de Y/D

3.8.4 Projetos executivos de redes de esgotos sanitários

Concluída a fase do Projeto Básico (hidráulico), pode-se iniciar o denominado Projeto Executivo, que é aquele que irá melhor detalhar todas as etapas e as técnicas construtivas das obras e, em geral, envolve as seguintes fases: atualização do cadastro dos sistemas de abastecimento de água e, também, dos esgotos sanitários e/ou industriais; consulta aos órgãos públicos (Prefeitura Municipal, Agências de Transportes Rodoviários e Ferroviários etc) e a elaboração das peças gráficas e dos respectivos memoriais.

As peças gráficas que compõem o Projeto Executivo são:

� cadastro das estruturas visíveis e dos furos das sondagens;

� detalhes construtivos dos órgãos acessórios;

� plantas do traçado (caminhamento) da rede, em escala 1:2000 com indicação de todos os órgãos acessórios numerados, soleiras negativas, faixas de desapropriações (quando for o caso);

� projeto geométrico, em planta e perfil das redes, nas escalas Horizontal = 1:1000 e Vertical = 1:100 com as seguintes indicações: todas as interferências; pontos de inflexão do terreno; estaqueamento do terreno; órgãos acessórios; extensão, profundidade, declividade e materiais dos coletores; estruturas de assentamento e de escoramento.

Além das peças gráficas, devem acompanhar o Projeto Executivo o:

� memorial descritivo e justificativo, onde são reunidos todos os critérios de cálculo, descrição do sistema, cálculos hidráulicos etc;

� levantamento dos quantitativos de serviços e dos materiais.


Figura 56 – Modelo de representação das ruas e das redes em projetos executivos de

redes de esgotos (planta e perfis longitudinais da rua e da rede).

Fonte: TSUTIYA, M. T e ALÉM SOBRINHO, P. (2000)


3.8.5 Preenchimento da planilha de cálculo Coluna 1 - listar os números dos coletores por bacia; Coluna 2 - anotar o comprimento de cada trecho do respectivo coletor; Coluna 3 - calcular e anotar os Coeficiente de Contribuição Linear (vazão por metro de rede),

para cada bacia, para as populações inicial e final:

Inicial: I iTL

QdiT

ixi +=

Final: ITL

QdfT f

fxf +=

Coluna 4 - calcular as vazões inicial e final de cada trecho (contribuição do trecho):

vazão inicial xii TQ = x comprimento do trecho (Li)

vazão final xff TQ = x comprimento do trecho (Lf) Coluna 5 - anotar as vazões de montante inicial e final; Coluna 6 - anotar as vazões de jusante, que correspondem à soma das vazões de contribuição do trecho, de montante e localizada (quando for o caso). OBS: Para qualquer trecho de coletor, a vazão mínima de cálculo será sempre é de 1,50 l/s; Colunas 7 e 8 - os cálculos do diâmetro e da declividade do condutor, são feitos de modo a atender aos critérios relativos à tensão trativa , lâmina líquida e velocidade crítica. A declividade a ser adotada deverá ser aquela que implique na menor escavação possível e o diâmetro escolhido deverá transportar as vazões Qi e Qf , de modo que a tensão trativa não seja inferior

lâmina líquida dentro da tubulação não seja superior a 75% do diâmetro. E a declividade mínima, que satisfaça a condição de tensão trativa de 1,00 Pa, pode ser obtida pela aplicação da fórmula aproximada:

47,0

0055,0min

−= iQI sendo:

minI em m/m e Qi em L/s.

A máxima declividade admissível maxI será aquela para Vf = 5,00 m/s.

O cálculo da declividade do terreno It é feito através de: It = cota do coletor a montante – cota do coletor a jusante (m/m) extensão do trecho da rede

E o diâmetro D (em metros) que atende a condição Y/D ≤ 0,75 também pode ser obtido pela

equação: DQ

If

o

= [ , ] ,0 0463 0 375 obtida a partir da fórmula de Manning para n = 0,013,

Y/D ≤ 0,75, sendo: Qf em m³/s e It = I que é a declividade do coleto,r em m/m;

Coluna 9 - ler a cota do terreno na planta e anotar na planilha; Coluna 10 - anotar a cota do coletor em função da profundidade inicial ou da declividade; Coluna 11 - anotar a profundidade do coletor (cota do terreno - cota da geratriz inferior interna do coletor); observar que o recobrimento mínimo é de 1,00 m, para coletor assentado no leito da rua, e de 0,65 m para coletor assentado sob o passeio. O recobrimento é dado pela diferença de nível entre a superfície do terreno e a geratriz superior externa do coletor; Coluna 12 - A lâmina líquida, na forma adimensional Y/D, pode ser obtida com o auxilio do "Quadro 5"; Coluna 13 - A profundidade da singularidade de jusante (PV) é definida pela profundidade do coletor de jusante, conforme coluna 11; Coluna 14 - As velocidades Vi e Vf são obtidas com o auxilio do "Quadro 5", que fornece

V ÷ I ;

Colunas 15 e 16 - cálculo da tensão trativa, σ e Vc, com auxilio do “Quadro 5” e “Quadro 6”

que fornece o raio hidráulico em função de Y/D .

Tensão Trativa ⇒ IRH ××℘=σ sendo: σ em Pa, RH em metros, e℘ = 1000,00 Kgf/m³

Velocidade Crítica ⇒ HRgVc .6= sendo: Vc em m/s, RH em metros, e g = 9,80 m/s²

OBS: Vc ≥ Vf

apostila esgoto _2014_1a50.pdf

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