dimensionamento de rede coletora.2013.v1

Eng. Dr. A. E. Giansante

2013

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PROPOSIO DIDTICA DE DIMENSIONAMENTO DE REDE COLETORA

DE ESGOTOS SANITRIOS.

Eng. Dr. Antonio Eduardo Giansante.

1. INTRODUO.

O dimensionamento de rede coletoras de esgotos constitui-se, na realidade, da

verificao se o dimetro adotado adequado para as condies operacionais previstas ou

adotadas. A justificativa est na disponibilidade de dimetros comerciais disponveis no

mercado, de modo que um desses adotado e se verifica hidraulicamente a sua operao.

Os Sistemas de Esgotos Sanitrios SES dividem-se em unidades como ligao

predial, rede coletora, coletor-tronco, interceptor, estao elevatria, emissrio e estao

depuradora de esgotos sanitrios ou, simplesmente, estao de tratamento de esgotos

ETE. Os elementos lineares, ligao predial, rede coletora etc. caracterizam-se pelo regime

hidrulico por conduto livre, portanto com presso efetiva nula. No sendo pressurizados, os

tubos necessitam de uma declividade mnima para que no aconteam problemas como

entupimentos e, mesmo sendo executados em seo fechada, o regime hidrulico livre,

ocorrendo a superfcie de contato entre o lqido que escoa e a atmosfera.

Este artigo tem por objetivo apresentar de uma forma didtica, todo o processo de

dimensionamento de rede coletora de esgotos sanitrios, de maneira que se espera que

facilite a aprendizagem do mtodo. Atualmente, existem vrios programas de computador

ou planilhas eletrnicas que dimensionam as redes coletoras, inclusive j possibilitando a

exportao direta para outros programas de desenho eletrnico. Apesar dessas facilidades

de clculo, o conhecimento mais apurado do mtodo de dimensionamento permitir ao

projetista ter uma noo de ordem de grandeza quanto ao resultado esperado. Isso no

somente se trata de uma necessidade, mas tambm de uma vantagem, porque contribui

para que no se cometam erros grosseiros.

Na elaborao deste artigo houve a contribuio de estudantes, sugesto de

profissionais e foram ainda utilizadas apostilas em verses anteriores, aos quais se

agradece e se referencia.


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2. MTODO DE DIMENSIONAMENTO.

O clculo do conduto de transporte de esgotos pressupe o conhecimento da

hidrulica dos escoamentos livres. Na medida do possvel, esses conceitos sero colocados

ao longo do texto.

2.1. PROBLEMA HIDRAULICAMENTE DETERMINADO. O regime hidrulico por conduto livre, existindo dados assumidos e incgnitas a

determinar o valor.

Dados:

- dimetro (D): adotado dentre os comercialmente disponveis como 150, 200, 250

mm etc.;

- vazo (Q): calculada por trecho, considerando a contribuio linear de incio e fim

de plano e a vazo de infiltrao;

- declividade (S): do terreno ou mnima.

Incgnitas:

- altura molhada (y): seo circular; D

- velocidade (v); tenso trativa (). y

Q = (1/n). A. Rh2/3.S1/2

2.2. PROJETOS. v

Os necessrios so de dois tipos: geomtrico e de dimensionamento. Para efetuar os

clculos, necessrio ter o traado da rede coletora de esgotos sanitrios, incluindo

localizao de elementos de inspeo como poo-de-visita - PV, poo-de-inspeo PI e

terminal de limpeza - TL. Este o projeto geomtrico, elaborado a partir de levantamento

topogrfico e cartas geogrficas disponveis.

2.2.1. Geomtrico - Traado.

- Concepo de sistema de esgotos sanitrios: esc. 1: 10.000 ou 1: 50.000.

- Projeto executivo: levantamento topogrfico (planialtimtrico) nas escalas 1: 1.000 ou

1: 2.000. O estaqueamento deve ser a cada 20 m. Tambm efetuar o levantamento de

interferncias no campo como rede de distribuio dgua, telefonia, gua pluvial etc.

- Locao dos elementos de inspeo: a cada 100 m. Eventualmente, 120 m.

- Elementos de inspeo: terminal de limpeza - TL, poo-de-inspeo - PI e poo-de-

visita PV (fig. 1). Hoje praticamente no se utiliza o terminal de limpeza, sendo substitudo

pelo poo-de-inspeo.


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Fig. 1: elementos de inspeo.


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A fig. 2 apresenta o resultado do levantamento planialtimtrico. H os elementos de

inspeo, profundidade e cota do terreno e do fundo. Consta ainda, a extenso entre os

elementos de inspeo, o dimetro adotado e a declividade da rede coletora por trecho. Na

prtica, durante o levantamento topogrfico, os elementos de inspeo so locados em

campo, verificando na etapa de escritrio sua funo.

Roteiro de projeto geomtrico:

1. Colocao dos elementos de inspeo (verificando no campo sua posio).

2. Clculo da declividade da rede e distncias.

3. Dimetro dos coletores: adotado.

TL-1 502,05 (cota terreno) 1,20 1,20 m => prof. TL-1

I-1 500,85 (cota do fundo do TL)

150mm dimetro da rede entre TL-1 e PI-1.

89m extenso do trecho entre TL-1 e PI-1.

0,0455 m/m declividade entre TL-1 e PI-1.

PI- 1 498,00 (cota terreno) 1,20 1,20 m =>prof. PI-

1 I-2 496,80 (cota do fundo do PI) 150mm dimetro da rede entre PI-1 e PI-2. 38m extenso do trecho entre PI-1 e PI-2. 0,0603 m/m declividade entre PI-1 e PI-2. 495,71 (cota terreno) 1,20 m => prof. do PI 494,51 (cota do fundo do PI)

PI - 2 1,20 m

Fig. 2: apresentao do levantamento topogrfico (esc. 1: 1.000 ou 1: 2.000) e projeto geomtrico da rede.

2.2.2. Dimensionamento da rede coletora: por trecho.

A. Admitir dimetro da rede:

D 100 mm Dcomercial (mm) = 100, 150, 200, 250, 300 etc.

Na prtica, o dimetro mnimo varia com a operadora de saneamento:

- Sabesp: D 150 mm.

- DAE Jundia: D 200 mm.


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B. Clculo de vazes.

So as vazes de toda a rea atendida, as contribuies lineares e as vazes de cada

trecho para o incio e fim-de-plano.

B.1. Esgoto Domstico. - Vazo domstica no incio-de-plano (Qdi).

Qdi = K2 x Pincio x C x qpc 86.400

- Vazo domstica no final-de-plano (Qdf).

Qdf = K1 x K2 x Pfinal x C x qpc 86.400

Onde:

C = coeficiente de retorno gua-esgoto. Em geral adotado como C = 0,80.

qpc = quota per capita, l/hab.dia. Em geral, varia de 100 a 250 l/hab.dia. Costuma-se

adotar 200 l/hab.dia.

K1 = coef. do dia de maior consumo, 1,2.

K2 = coef. da hora de maior consumo, 1,5.

Pincio = populao de incio-de-plano.

Pfinal = populao de final-de-plano.

B.2. Clculo de vazo linear.

Definio: a vazo por unidade de comprimento da rede. Considerada a contribuio

de esgotos sanitrios e a infiltrao de gua fretica na rede. Esta ltima ser tanto maior,

quanto mais inserida no aqfero fretico estiver a rede, dependendo ainda da

permeabilidade do solo. Assim, se faz necessrio conhecer o comprimento total da rede

coletora de esgotos, o qual vem do levantamento topogrfico.

- Taxa de infiltrao (ti): varia de 1 l/s.Km ti 0,01 l/s.Km.

- Taxa de contribuio linear inicial Txi:

Txi = Qdi + ti [Txi] = l/s.Km Li

- Taxa de contribuio linear final - Txf:

Txf = Qdf + ti [Txf] = l/s.Km Lf


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- Extenso de rede. As fontes so: levantamento topogrfico ou projeto de um

loteamento. Na falta dessas informaes, adota-se aproximadamente 2 m de rede por

habitante atendido no final de plano. Para loteamentos, em geral Li (comprimento de incio-

de-plano) igual a Lf. (comprimento de final-de-plano).

B.3. Vazo no trecho (Qtr).

calculada a partir de trs parcelas: vazo de montante, se existir o trecho anterior;

contribuio no prprio trecho e, eventualmente, contribuio singular. A saber:

- Vazo montante: vem do trecho montante, se houver e deve ser somada a de

contribuio no trecho. So: Qmi e Qmf

- Vazo de contribuio no trecho: calculada para o incio e o fim-de-plano, aonde

em geral os comprimentos so iguais Lti = Ltf

Qctri = Txi x Lti Qctrf = Txf x Ltf - Vazo total no trecho: a soma das vazes anteriores. Eventualmente deve ser

considerada alguma contribuio singular, proveniente de escola, hospital etc.

Qtri = Qctri + Qmi = Txi x Lti + Qmi

Qtrf =Qctrf + Qmi = Txf x Ltf + Qmf

Se os valores de incio e fim-de-plano forem menores que a vazo mnima de

dimensionamento por trecho, 1,5 l/s, esta que deve ser adotada.

- Vazo de jusante: a que vai para o trecho de jusante da rede coletora. So obtidas

as vazes tambm para o incio e o final-de-plano. So: Qtri e Qtrf + contribuio singular.

C. Declividades.

- Terreno:

It = Cotamont Cotajus

L

- Mnima:

Imn = 0,0055 x Qdi-0,47 [Qdi] = L/s

[Imn] = m/m

- Para a vazo mnima de Q = 1,5 l/s => Imn = 0,0045 m/m = 4,5 m/km ou 0,45%


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- Verificao:

It Imn => adotar It

It < Imn => adotar Imn

D. Clculo das lminas e velocidades (incio e fim-de-plano).

- 1 tentativa: D = 150 mm

y (condio de lmina) D - Q tabela 1 I V (condio de velocidade)

I

D.1. Lmina: y 0,75 (regime fluvial) y 0,50 (regime torrencial) D D D.2. Velocidade crtica: Vc = 6 x 9xRH

Onde: RH = Raio hidrulico

y/D tabela 2 RH /D = => RH = x D

- Vi < Vc => regime fluvial => y/D 0,75

Vf < Vc => regime fluvial => y/D 0,75

- Vi > Vc => regime torrencial => y/D 0,50

Vf > Vc => regime torrencial => y/D 0,50

Se no for verificada a condio de altura de escoamento (lmina), aumenta-se o

dimetro ou se reduz a declividade, iniciando a 2 tentativa.

E. Tenso Trativa.

= . RH . I RH = A/p

1,0 Pa 1Kgf/m2 = 10 N/m2 = 10 Pa

RH => tabela 2.


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Tabela 1.

Fonte: ORSINI, 1991.


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Tabela 2.

Fonte: ORSINI, 1991.

3. EXEMPLO DIDTICO.

Projeto da rede coletora de um loteamento: sero dimensionados os dois trechos da fig. 1.

A. Dados.

Populaes: inicial 2.000 hab. (= Pi) e final 3.500 hab (= Pf).

Quota per capita dgua: q = 160 l/hab.dia.

Coeficientes:

- retorno gua/ esgoto: 0,80;

- mxima vazo diria: k1 = 1,2;

- mxima vazo horria: k1 = 1,5.

Taxa de infiltrao: ti = 0,1 l/s.km = 0,0001 l/s.m (adotada em funo do solo).

B. Coeficiente de contribuio linear.

Incio-de-plano

Qdi = C.k2.Pi.q/ 86.400 = 0,8 x 1,5x2.000x160/86.400 = 4,44 l/s

Extenso da rede coletora inicial: Li = 2.877 m. Se este valor no for disponvel, adotar

aproximadamente 2,0 metros de rede por habitante.

Taxa de contribuio linear inicial:

Txi = (Qdi /Li) + ti = (4,44/2.877) + 0,0001 = 0,00164 l/s.m = 1,64 l/s.km


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Final-de-plano

Qdf = C.k1.k2.Pf.q/ 86.400 = 0,8x1,2x1,5x3.500x160/86.400 = 9,33 l/s

Extenso da rede coletora final: Lf = 2.877 m. igual ao inicial por se tratar de um

loteamento e o comprimento total das ruas fixo. Para uma cidade, se este valor no for

disponvel, adotar aproximadamente 2,0 metros de rede por habitante.

Taxa de contribuio linear final:

Txf = (Qdf /Lf) + ti = (9,33/2.877) + 0,0001 = 0,00334 l/s.m = 3,34 l/s.km

C. Vazes de verificao por trecho.

Trecho I-1:

Vazo montante Qi (l/s) 0,0

Qf (l/s) 0,0

Vazo no trecho Qi (l/s) 0,00164x 89 = 0,146

Li = lf = 89 m Qf (l/s) 0,00334x 89 = 0,297

Vazo a jusante Qi (l/s) 0,146

Qf (l/s) 0,297

Como a vazo no trecho inferior a 1,5 l/s, que a mnima, este o valor adotado

para a verificao do tubo coletor, conforme a norma.

Trecho I-2:

Vazo montante Qi (l/s) 0,146

Qf (l/s) 0,297

Vazo no trecho Qi (l/s) 0,00164x 38 = 0,062

Li = lf = 38 m Qf (l/s) 0,00334x 38 = 0,127

Vazo a jusante Qi (l/s) 0,146+0,062=0,208

Qf (l/s) 0,297+0,127=0,424

Como a vazo no trecho inferior a 1,5 l/s, que a mnima, este o valor adotado

para a verificao do tubo coletor, conforme a norma.

D. Declividade.

Trecho I-1:

- terreno: It = 502,05 498,00/ 89 = 0,0455 m/m

- mnima do coletor: Imn = 0,0055. Qi-0,47 = 0,0055 x 1,5-0,47 = 0,0045 m/m = 4,5 m/km


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Como It > Imn , adota-se a declividade do terreno para reduzir o movimento de terra.

Assim, se a profundidade da rede for tomada como 1,5 m, o tubo ser paralelo ao solo ao

longo de todo trecho.

Trecho I-2:

- terreno: It = 498,00 495,71/ 38 = 0,0603 m/m

- mnima do coletor: Imn = 0,0055. Qi-0,47 = 0,0055 x 1,5-0,47 = 0,0045 m/m = 4,5 m/km

Como It > Imn , adota-se a declividade do terreno para reduzir o movimento de terra.

Assim, se a profundidade da rede for tomada como 1,5 m, o tubo ser paralelo ao solo ao

longo de todo trecho.

E. Lmina e velocidades.

Trecho I-1:

Q/I = 0,0015/0,0455 = 0,0070 . y/D = 0,15 e v/I = 4,45 Tabela 1

v/I = 4,45 v = 4,45 x 0,0455 = 0,98 m/s

Portanto: yi/D = yf/D = 0,15, yi = yf = 0,0225 e vi = vf = 0,98 m/s

Trecho I-2:

Q/I = 0,0015/0,0603 = 0,0061 Tabela 1 y/D = 0,14 e v/I = 4,44 v/I = 4,44 v = 4,44 x 0,0603 = 1,09 m/s

Portanto: yi/D = yf/D = 0,14, yi = yf = 0,0210 e vi = vf = 1,09 m/s

F. Tenso trativa.

Trecho I-1:

Para yi/D (= yf/D) = 0,15 Tabela 2 Rh = 0.093x0,15= 0,0140 m

i = .Rh.I = 1000x0,0140x0,0455 = 0,64 kgf/m2 no sistema tcnico ou

i = .Rh.I = 9810x0,0140x0,0455 = 6,4 P (=N/m2) no SI de medidas.

Atende norma, pois i > 1,0 Pa.

Trecho I-2:

Para yi/D (= yf/D) = 0,14 Tabela 2 Rh = 0.0862x0,15= 0,0129 m

i = .Rh.I = 1000x0,0129x0,0603 = 0,78 kgf/m2 no sistema tcnico ou


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i = .Rh.I = 9810x0,0140x0,0455 = 7,8 P (=N/m2) no SI de medidas.

Atende norma, pois i > 1,0 Pa.

G. Velocidade crtica.

Trecho I-1:

Vc = 6g.Rh = 6 x 9,81 x 0,0140 = 2,22 m/s > 0,98 m/s, logo o regime fluvial.

Nesse caso y/D 0,75. Como y/D = 0,15, foi tambm verificada a condio de lmina.

Trecho I-2:

Vc = 6g.Rh = 6 x 9,81 x 0,0129 = 2,13 m/s > 1,09 m/s, logo o regime fluvial.

Nesse caso y/D 0,75. Como y/D = 0,14, foi tambm verificada a condio de lmina.

Portanto, as condies de lmina e tenso trativa foram verificadas para os dois

trechos. Na prtica, a rede coletora calculada na seqncia dos trechos de montante para

os de jusante. Aqui se calculou os trechos I-1 e I-2 ao mesmo tempo para auxiliar na

compreenso. Como j escrito, existem programas e planilhas eletrnicas que calculam toda

a rede a partir das informaes das cotas dos terrenos e dos elementos de inspeo, porm

o projetista precisa ter a noo de ordem de grandeza para evitar erros grosseiros.


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4. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.

GIANSANTE, A.E. Notas de Aula, 2002, So Paulo.

GIANSANTE, A.E. Projeto do Sistema de Esgotos da Bacia do Rio Capivari no Municpio de

Jundia, 2004, So Paulo.

ORSINI, E. Q. Sistemas de Esgotos Sanitrios EPUSP, 1991, So Paulo.

TSUTIYA, M.T. & ALM, P. Coleta e Transporte de Esgotos Sanitrios, EPUSP, 2000, So

Paulo.

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