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1 CAPÍTULO 4 LINHAS ADUTORAS E ÓRGÃOS ACESSÓRIOS 4.1. GENERALIDADES Adutoras são canalizações dos sistemas de abastecimento e destinam-se a conduzir água entre unidades que prece- dem a rede distribuidora. Não possuem derivações para alimentar distribuidores de rua ou ramais prediais. Há, entretanto casos em que da adutora principal partem ramificações (sub-adutoras) para levar água a outros pontos fixos do sistema. As adutoras interligam tomadas, estações de tratamento e reservatórios, geralmente na sequência indicada. São canalizações de importância vital para o abastecimento de cidades, mormente quando constituídas de uma só linha, como acontece na maioria dos casos. Qualquer interrupção que venham a sofrer afetará o abastecimento à população, com consequências significativas. Aos engenheiros e responsáveis pelos serviços de água, como aos mestres e operários, os acidentes em adutoras causam os maiores aborrecimentos porque exigem um trabalho fora do comum para restabelecer em prazo curto a normalização do supri- mento. Aos administradores públicos, as bruscas paralisações de fornecimento provocam acentuados impactos negativos e até implicações de caráter político. Infelizmente, por falta de especificações convenientes dos materiais e pela inobservância das melhores técnicas cons- trutivas, esses acidentes têm ocorrido com alguma frequência em muitos sistemas públicos de abastecimento, inclusive de grandes cidades, mesmo onde os recursos em material e pessoal são maiores. Decorre daí, o cuidado que seu projeto e construção devem merecer dos técnicos. Para o traçado das adutoras, levam-se em consideração vários fatores, entre os quais cabe assinalar a topografia, as caracte- rísticas do solo e as facilidades de acesso. De um modo geral, procura-se evitar a passagem por regiões acidentadas, com rampas muito fortes, pois isto, além de difi- cultar e encarecer a construção e a manutenção pode dar origem a pressões elevadas, nos pontos baixos da linha obrigando o em- prego de tubos de maior resistência. Os terrenos rochosos ou que contenham matacões, também dificultam seriamente o assentamento de adutoras en- terradas. Por outro lado, os solos agressivos como o de pântanos e terrenos turfosos, podem prejudicar a durabilidade de certos tipos de tubulação. Por isso um exame efetuado no local, complementado por sondagens e análises, é desejável na fase que precede a elaboração do projeto definitivo. Tanto quanto possível, deverão ser evitados também os trajetos que impliquem na construção de obras complemen- tares custosas ou que envolvam despesas elevadas de operação e manutenção. De qualquer maneira, é necessário que se efetue um estudo detalhado para a escolha definitiva do caminhamento, le- vando-se em conta, além dos fatores econômicos, a segurança da obra e as facilidades futuras. Na técnica moderna, o papel da adutora tende a ser enquadrada pela sua finalidade numa função que se denomi- na transmissão de água, à semelhança do que ocorre com a energia elétrica. 4.2. CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS 4.2.1 Quanto à natureza da água transportada a. adutoras de água bruta. b. adutoras de água tratada. 4.2.2 Quanto à energia para a movimentação da água 4.2.2.1. adutoras por gravidade a em conduto forçado (fig. 4.1) b em conduto livre ou aqueduto (fig. 4.2) c combinação de condutos forçado e livre (fig. 4.3) 4.2.2.2. adutoras por recalque a único recalque (fig. 4.4) Saneamento Básico Cap 4 4 ano Eng Civil

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CAPÍTULO 4

LINHAS ADUTORAS E ÓRGÃOS ACESSÓRIOS

4 .1 . GENERALIDADES

Adutoras são canalizações dos sistemas de abastecimento e destinam-se a conduzir água entre unidades que prece-

dem a rede distribuidora. Não possuem derivações para alimentar distribuidores de rua ou ramais prediais. Há , entretanto

casos em que da adutora principal partem ramificações (sub-adutoras) para levar água a outros pontos fixos do sistema.

As adutoras interligam tomadas, estações de tratamento e reservatórios, geralmente na sequência indicada.

São canalizações de importância vital para o abastecimento de cidades, mormente quando constituídas de uma só linha,

como acontece na maioria dos casos. Qualquer interrupção que venham a sofrer afetará o abastecimento à população, com

consequências significativas.

Aos engenheiros e responsáveis pelos serviços de água, como aos mestres e operários, os acidentes em adutoras causam os

maiores aborrecimentos porque exigem um trabalho fora do comum para restabelecer em prazo curto a normalização do supri-

mento. Aos administradores públicos, as bruscas paralisações de fornecimento provocam acentuados impactos negativos e até

implicações de caráter político.

Infelizmente, por falta de especificações convenientes dos materiais e pela inobservância das melhores técnicas cons-

trutivas, esses acidentes têm ocorrido com alguma frequência em muitos sistemas públicos de abastecimento, inclusive de

grandes cidades, mesmo onde os recursos em material e pessoal são maiores.

Decorre daí, o cuidado que seu projeto e construção devem merecer dos técnicos.

Para o traçado das adutoras, levam-se em consideração vários fatores, entre os quais cabe assinalar a topografia, as caracte-

rísticas do solo e as facilidades de acesso.

De um modo geral, procura-se evitar a passagem por regiões acidentadas, com rampas muito fortes, pois isto, além de difi-

cultar e encarecer a construção e a manutenção pode dar origem a pressões elevadas, nos pontos baixos da linha obrigando o em-

prego de tubos de maior resistência.

Os terrenos rochosos ou que contenham matacões, também dificultam seriamente o assentamento de adutoras en-

terradas. Por outro lado, os solos agressivos como o de pântanos e terrenos tur fosos, podem prejudicar a durabilidade de

certos tipos de tubulação. Por isso um exame efetuado no local, complementado por sonda gens e análises, é desejável

na fase que precede a elaboração do projeto definitivo.

Tanto quanto possível, deverão ser evitados também os tra jetos que impliquem na construção de obras complemen-

tares custosas ou que envolvam despesas elevadas de operação e manutenção.

De qualquer maneira, é necessário que se efetue um estudo detalhado para a escolha definitiva do caminhamento, le-

vando-se em conta, além dos fatores econômicos, a segurança da obra e as facilidades futuras.

Na técnica moderna, o papel da adutora tende a ser enquadrada pela sua finalidade numa função que se denomi-

na transmissão de água, à semelhança do que ocorre com a energia elétrica.

4.2. CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS

4.2.1 — Quanto à natureza da água transportada

a. adutoras de água bruta.

b. adutoras de água tratada.

4.2.2 — Quanto à energia para a movimentação da água

4.2.2.1. adutoras por gravidade

a — em conduto forçado (fig. 4.1)

b — em conduto livre ou aqueduto (fig. 4.2)

c — combinação de condutos forçado e livre (fig. 4.3)

4.2.2.2. adutoras por r ecalque

a — único recalque (fig. 4.4)

Saneamento Básico Cap 4 4 ano Eng Civil

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b — recalque múltiplo (fig. 4.5 )

4.2.2.3. adutoras mistas, isto é, parte por recalque e parte por gravidade (fig. 4.6)

4.3. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DAS ADUTORAS POR GRAVIDADE

4.3 .1. Valores intervenientes

Para o dimensionamento de uma adutora há necessidade do conhecimento prévio dos seguintes elementos:

a — vazão de adução (Q)

b — comprimento do conduto (L)

c — material do conduto, que determina a rugosidade (por exemplo: Coeficiente C da fórmula de Hanzen & Widliams, γ

da fórmula de Bazin, n da fórmula de Ganguillet & Kutter e também de Manning).

A vazão de adução, Q, é estabelecida em função da população a ser abastecida, da quota "per capita", do coe-

ficiente relativo ao dia de maior consumo e do número de horas de funcionamento, conforme já foi examinado no

Capítulo 4.

O comprimento do trecho e a diferença entre os níveis de água são quase sempre dados físicos previamente fix a-

dos. No entanto, por razões técnicas ou econômicas, pode haver conveniência em se alterar esses elementos, particula r-

mente o desnível entre as extremidades na tubulação.

Fig. 4.1 — Adutora por gravidade em conduto forçado

Fig. 4.2 — Adutora por gravidade em conduto livre

Fig. 4.3 — Adutora por gravidade com trechos em conduto livre (aqueduto) e trechos em conduto forçado (sifões invertidos).

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Fig. 4.4 — Adutora por recalque simples

Fig. 4.5 — Adutora por recalque duplo

Fig. 4.6 — Adutora mista com trecho por recalque e trecho por gravidade

Os coeficientes que estabelecem relação com a rugosidade do material são estudados e tabelados nos compêndios de

hidráulica.

Utiliza-se, geralmente a fórmula de Hazen & Williams para o cálculo de condutos forçados. Em anexo, enco n-

tram-se o ábaco que permite aplicar a fórmula para usos gerais e uma relação de valores do coeficiente C em função

dos vários materiais de fabricação dos condutos.

Para o caso de condutos livres, tem sido comumente aplicadas as fórmulas de Bazin, Ganguillet & Kutter ou ainda

a chamada fórmula de Kutter simplificada.

Entre os problemas hidráulicos, há ainda aqueles que dizem respeito à verificação das condições de operação de

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uma adutora existente, para conhecimento da vazão aduzida, ou para estudar a substituição ou duplicação de trechos de

canalização, visando aumentar o escoamento.

Exemplo 4.1

Uma adutora interligando 2 reservatórios, distanciados entre si de 4.820 m, deverá veicular uma va-

zão média de 150 1/seg. Os níveis médios de água nesses reservatórios correspondem às cotas altimétricas

de 237,45 m e 215,73 m, respectivamente.

Determinar:

a) o diâmetro dessa adutora admitindo ser a mesma, de cimento-amianto;

b) a vazão efetiva que poderá aduzir e a velocidade correspondente.

Fig. 4.7

Solução:

— Desnível médio entre os reservatórios (carga disponível)

h = 237,45 — 215,73 = 21,72 m

Para se obter menor diâmetro, todo o desnível deverá ser aproveitado para vencer as forças de atrito. Isto significa atribuir

máxima perda de carga no escoamento. Assim sendo:

— gradiente hidráulico (correspondente à perda de carga unitária).

— Para utilizar o ábaco entra-se com os valores correspondentes à vazão e à perda de carga unitária. Util i-

zando um ábaco traçado para tubos com C = 140 (ver Catá logos sobre Tubos de Pressão, da Brasilit ou da Eter-

nit), chega-se a um diâmetro superior a 350 mm. Adota-se o de 400 mm.

— A vazão efetiva que a adutora poderá veicular para esse diâmetro será, então, de 190 l/s, sendo de 1,5 m/s a velocida-

de correspondente.

— Para utilizar o ábaco em anexo, traçado para C = 100, é necessário previamente ajustar a perda de carga

para o caso de C = 140, dividindo o valor calculado de J por 0,536.

Tem-se, então, J = 4,5/0,536 = 8,4 m/km.

Entrando no ábaco com Q - 150 l/s e J-8,4 m/km, obtém-se um diâmetro ligeiramente superior a 350 mm, como

no outro caso.

4.3.2. Aspectos a serem considerados

A rigor, no dimensionamento de linhas adutoras deveriam também ser computadas as perdas de carga localizadas na

entrada e na saída de tubulações, nas mudanças bruscas de direção e nas peças especiais que possam eventualmente existir

no seu trajeto. Contudo, tais perdas localizadas atingem na maioria dos casos um valor desprezível, comparativamente às

perdas por atrito ao longo da tubulação. Por esse motivo, são geralmente desprezadas nos cálculos mais comuns.

No traçado de uma adutora em conduto forçado, deve-se fazer com que a linha piezométrica fique sempre acima

da tubulação. Caso contrário, o trecho situado da referida linha terá pressão inferior à atmosférica, situação que deverá

ser sempre evitada. Os livros e manuais de hidráulica mostram os diferentes casos de tubulações situadas acima da

linha piezométrica e apontam os danos que podem causar ao funcionamento da adutora. Lembra-se que há casos em

que o escoamento poderá tomar-se muito irregular ou mesmo deixar de existir.

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Fig. 4.8 — Adutora de gravidade com caixas de quebra de pressão.

A vazão veiculada por um conduto forçado, em particular por uma adutora, independe da pressão reinante no seu i n-

terior. Entretanto, por razões econômicas, não é desejável que uma tubulação fique sujeita a pressões excessivas, quando

há meios que possam evitá-las. Às vezes, a simples alteração do traçado, evitando a passagem por pontos muito baixos,

poderá aliviar consideravelmente a pressão interna em muitos trechos.

Geralmente, na verificação da pressão interna, considera-se a pressão de serviço, ou pressão dinâmica, equiva-

lente à distância compreendida entre a tubulação e a linha piezométrica (Fig. 4.9). Se a adutora for dotada de disposi-

tivo de fechamento na extremidade de jusante ou em ponto intermediário, reinará à montante uma pressão estática

superior à pressão de serviço (Fig. 4.10).

(a ) ( b )

Fig. 4.9 — Pressão dinâmica Fig. 4.10 — Pressão estática de serviço, com registro na extremidade de jusante.

Nos estudos de dimensionamento, estes aspectos devem ser cuidadosamente examinados.

Se houver possibilidade de ocorrência de pressões dinâmicas ou estáticas excessivas, a adutora poderá ser d i-

vidida em trechos, intercalando-se reservatórios ou caixas intermediárias de quebra de pressão, em que o nível de

água se encontra à pressão atmosférica. No trecho subsequente à caixa, as pressões serão contadas a partir desse

último nível e não mais do nível inicial considerado no trecho anterior (fig. 4.11) .

Na caixa de quebra de pressão a entrada da água é controlada por uma válvula de boia que se fecha quando

não há escoamento para jusante. Quando estiver, permanentemente aberta o necessário, em função do nível de

água na caixa.

4.4. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DAS ADUTORAS POR RECALQUE

4.4.1 — Valores intervenientes

São elementos inicialmente conhecidos:

a — a vazão de adução, Q;

b — o comprimento da adutora, L;

c — o desnível a ser vencido, Hg;

d — o material de fabricação do conduto, que determina a rugosidade das paredes.

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Fig. 4.11 — Adutora por recalque. Procura-se, nos problemas de adução por recalque, determinar o diâmetro necessário D da linha e a potência P da

bomba que vai gerar a pressão necessária para vencer o desnível indicado, à vazão desejada.

A função da bomba em gerar pressão, permite admitir que a água tenha alcançado uma cota equivalente ao ponto A', da Fig.

4.11, ao entrar na adutora.

Quanto mais elevado estiver A', ou seja, quanto maior a altura manométrica gerada pela bomba, maior será a d e-

clividade da linha piezométrica e menor poderá ser o diâmetro exigido para conduzir a vazão considerada. Por outro

lado, a pressão produzida pela bomba está diretamente relacionada com a potência do equipamento.

Existe nesses problemas uma indeterminação a ser levantada, pois há uma infinidade de pares de valores de D e de P que

permitem solucionar a questão, para a mesma vazão de bombeamento.

4.4.2. Solução de casos práticos

Essa indeterminação é levantada, na prática, introduzindo-se a condição de mínimo custo da tubulação de diâmetro D e da

bomba de potência P necessárias.

Sob a condição acima e mais uma série de hipóteses simplificadoras, deduz-se matematicamente a seguinte expressão co-

nhecida como Fórmula de Bresse, aplicável com vantagem no pré-dimensionamento das tubulações de recalque:

em que

D - diâmetro da adutora em metro;

Q - vazão de adução em m3 /s;

k - coeficiente com dimensão de velocidade elevada à potência — 1/2.

O valor de k depende do peso específico da água, do regime de trabalho e rendimento do conjunto elevatório, da na-

tureza do material da tubulação e dos preços unitários vigentes, isto é, do preço da unidade de potência do conjunto eleva-

tório e da unidade de comprimento do tubo de diâmetro unitário. De um modo geral, poderá ser tomado como 1,2 ou

quando se utilizam tubos de ferro fundido.:

Com o valor do diâmetro assim obtido, pode-se pesquisar por tentativas uma dimensão prática no entorno do

valor obtido que mais se aproxime da solução de máxima economia global, levando em conta o custo de instalação

e os gastos anuais de amortização e de operação.

Esse procedimento é conduzido da seguinte maneira:

a — escolhem-se 3 a 4 diâmetros de adutora no entorno do valor obtido pela aplicação da fórmula de Bresse;

b — determinam-se as alturas manométricas que deverão ser geradas pela bomba para elevar a vazão de-

sejada (soma do desnível geométrico com todas as perdas de carga ocorrentes na linha adutora e nas peças es-peciais ao longo da mesma e na casa de bombas);

c — calculam-se as potências das bombas necessárias para cada caso, em função da vazão e da altura manométrica;

d — calculam-se os consumos anuais de energia elétrica para cada caso, em função da potência do equipamento;

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e — procede-se à determinação dos custos anuais de amortização e juros do capital a ser aplicado na aqui-sição de equipamentos de recalque e da tubulação, para cada alternativa;

f — da mesma forma determina-se o custo de operação considerando principalmente os gastos com energia elétrica;

g — somam-se os custos anuais determinados nas letras e e f; a comparação dessas somas permite conh e-cer o diâmetro da tubulação que trará à máxima economia global.

Exemplo 4.2

Determinar o diâmetro de uma adutora de recalque com uma extensão de 2 200 m destinada a conduzir a vazão de

45 l/s, vencendo um desnível geométrico de 51 m.

Admitir que a tubulação seja de ferro fundido e que o coeficiente C da fórmula de Hazen & Williams seja igual a

100.

O funcionamento da adutora será de 24 h/dia. Solução:

(1) — A fórmula de Bresse fornece o seguinte diâmetro aproximado:

Para o estudo comparativo serão considerados os diâmetros comerciais de 200, 250 e 300 mm.

(2) — Serão admitidos equivalentes os custos de assentamento dos tubos nesses diâmetros e de instalação

dos conjuntos elevatórios, independentemente da potência.

(3) — O fator de amortização e juros anuais referir-se-á a um prazo de 10 anos e juros de 12% a.a. Nes-

sas condições a amortização anual será de Cr$ 172,44 por Cr$ 1 000,00 de capital.

(4) - As perdas de carga localizadas ao longo da tubulação e na casa de bombas foram consideradas co-

mo sendo iguais 10 v2/2g, diante do número e tipo de peças especiais que possivelmente serão utilizadas.

(5) A potência consumida, em kW será calculada pela fórmula

Q = vazão em l/s;

H = altura manométrica total em m;

η = rendimento global do conjunto bomba motor( ηbomba x η motor)

(6) — Preços admitidos: — Tubos de ferro fundido

200 mm Cr$ 70,00/m1

250 mm Cr$ 90,00/m1

300 mm Cr$ 120,00/m1

— Energia e lé tr ica : Cr$ 0 ,15 /kwh

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(8) — A apreciação do quadro anterior permite deduzir que a solução mais econômica quanto ao custo inicial de constru-

ção e instalação é obtida quando se adota para a adutora o diâmetro de 200 mm. Entretanto, considerando também as

despesas com a amortização do capital e com o pagamento de energia elétrica a adoção do diâmetro de 250 mm passará

a ser mais vantajosa.

4.5 PEÇAS ESPECIAIS E ÓRGÃOS ACESSÓRIOS

Numa adutora por gravidade, em conduto forçado, aparecem normalmente as seguintes peças especiais:

— válvulas ou registros de parada

— válvulas ou registros de descarga

— válvulas redutoras de pressão

— ventosas

Nas adutoras por recalque há a considerar , além disso:

— Válvulas de retenção — Válvulas aliviadoras de pressão.

As válvulas ou registros de parada destinam-se a interromper o fluxo da água.

Uma delas geralmente é colocada à montante, no início da adutora. Outras sã o colocadas ao longo da linha, distr i-

buídas em pontos convenientes para permitir o isolamento e esgotamento de trechos, por ocasião de reparos, sem nece s-

sidade de esgotar toda a adutora. Essas válvulas permitem também regular a vazão, na operação de enchimento da linha,

de modo gradual e assim evitar os golpes de aríete. Quando possível, é aconselhável colocar as vál vulas de paradas em

pontos elevados, onde a pressão é menor, para que a manobra se torne mais fácil.

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Fig. 4.12 — Válvulas em linhas adutoras.

Há, também, casos em que se colocam válvulas na linha para melhor controle do fluxo nas derivações. Esses casos

não são comuns e exigem também especial atenção na operação de abertura ou fechamento.

As válvulas de descarga são colocadas nos pontos baixos das adutoras, em derivação à linha, para permitir a saída

de água sempre que for necessário. Isto ocorre, geralmente quando se está ,enchendo a linha, para assegurar saída de ar,

ou quando se vai esvaziar a adutora para fins de reparos ou outras razões de natureza operacional.

O diâmetro da derivação de descarga não deverá ser inferior a 1/6 do diâmetro da adutora; preferivelmente, dev e-

rá ser bem maior. A metade desse diâmetro é um valor bastante adequado. Assim, uma adutora de 400 mm poderá ter

uma válvula de descarga de 200 mm.

Nos casos de descarga com redução de diâmetro é necessário facilitar a retirada completa da água, o que se co n-

segue colocando uma peça especial na adutora com uma derivação tangente ou dando uma inclinação convenie nte ao tê

onde será ligado o registro.

Fig, 4.13 — Derivações para registros de descarga.

As válvulas redutoras de pressão são dispositivos intercalados na rede para permitir uma diminuição permanente

de pressão interna na linha, a partir do ponto de colocaçã o. Desempenham função semelhante às caixas de quebra de

pressão, com a diferença de que a água não entra em contato com atmosfera e, portanto não há perda total de pressão.

As ventosas são dispositivos colocados nos pontos elevados de tubulações e destinam-se a permitir a expulsão de ar durante o enchimento da linha ou do ar que normalmente se acumula nesses pontos. Por outro lado, as ventosas deixam pe-

netrar o ar na tubulação quando ela está sendo descarregada. Sem isso, a adutora passaria a apresentar pressões internas

negativas. É uma solução perigosa devido ao achatamento e colapso que certas tubulações podem sofrer (aço por exemplo) e a possibilidade de entrada de líquido externo através de defeitos existentes na tubulação ou através de

juntas não estanques.

Fig. 4.14 — Influência da válvula redutora de pressão na

posição da linha piezométrica.

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A Fig. 4.15 mostra dois modelos de ventosas de fabricação , nacional, o de letra a para adutoras de pequeno di-

âmetro de ferra fundido, cimento-amianto ou concreto, e o de letra b para tubulações maiores para qualquer material.

Estas últimas possuem ligação com o exterior bastante amplo, o que favorece principalmente à entrada de ar por oc a-

sião da descarga da linha.

As válvulas de retenção são instaladas no início das adutoras por recalque, quase sempre no trecho de saída de

cada bomba. Destinam-se a impedir o retomo brusco da água contra as bombas na sua paralisação por falta de energia

elétrica ou por outra causa qualquer.

Possuem uma portinhola que dá passagem num só sentido assim sendo, suportam a coluna de água de toda a linha quando

a, bomba estiver parada.

A carcaça das válvulas de retenção deve ser suficientemente robusta para suportar, sem danos, os golpes de arí-

ete oriundos das bruscas paralisações. Devem estar também, convenientemente ancoradas para evitar possíveis desl o-

camentos.

Fig. 4.16 — Tipos de ventosas.

As válvulas aliviadoras de pressão ou válvulas anti-golpe são dispositivos que permitem reduzir a pressão in-terna das tubulações quando estas sofrem a ação de golpes de aríete. São instaladas geralmente no início das aduto-

ras por recalque, de grande diâmetro, nas quais as válvulas de retenção sofrem solicitações maiores e pod erão não

suportar os esforços resultantes da sobrelevação de pressão. Alguns desses dispositivos têm um mecanismo compli-

cado, necessitando, às vezes, de ar comprimido ou de dispositivos elétricos para auxiliar a oper ação.

É bastante conhecida no Brasil a válvula denominada Blondelet, de fabricação da Pont-a-Mousson, da França (Fig

4.17). A indústria brasileira também já possui modelos próprios para esse fim.

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Fig. 4.17 — Válvula aliviadora de pressão.

4.6 OBRAS COMPLEMENTARES

As principais obras que complementam as linhas adutoras são:

a) ancoragens;

b) caixas intermediárias;

c) "stand-pipes";

d) pontes, pontilhões ou estruturas semelhantes para travessia de rios, fundos de vales ou terrenos alagadiços; e os túneis.

4.6.1. Ancoragens

As ancoragens são dispositivos constituídos por blocos de concreto e tirantes colocados junto a curvas, tês, ex-tremidades ou outras peças, para suportar o componente de esforços não equilibrados oriundos da pressão interna.

4.6.2. Caixas intermediárias e "stand-pipes"

As caixas intermediárias são estruturas, semelhantes a pequenos reservatórios, intercaladas em linhas de gravidade para permitir que a água entre em contato com a atmosfera. Utilizam-se, geralmente, para quebrar a pressão em adutoras

de grande desnível ou para evitar que a linha piezométrica intercepte o perfil da tubulação.

Exemplo de aplicação do primeiro caso encontra-se esquematizado na Figura 4.11.

A Fig. 4.11 mostra uma caixa desempenhando a segunda função. Nessa Figura, LP seria a linha piezométrica se

não houvesse a caixa intermediária; conforme já referido anteriormente, seria um caso a ser evitado. As linhas piezomé-

tricas LPA e LPB correspondem aos trechos A e B formados com a intercalação da caixa. Devido à diferença de inclina-ção das piezométricas resultantes, os respectivos trechos de canalização poderão ter diâmetros diferentes para a mesma

vazão.

As caixas intermediárias são geralmente dotadas de válvula de boia na entrada para regular a vazão afluente, de con-formidade com a vazão de escoamento do trecho da jusante. Caso contrário, ocorrerá um transbordamento quando o trecho

de jusante, por uma razão qualquer, não proporcionará o escoamento da vazão prevista.

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Fig. 4.18 — Adutora com caixa intermediária para ajusteda linha piezométrica em relação à tubulação.

Um projeto cuidadoso de caixa intermediária deve prever dispositivos anti-golpe, "by-pass", descarga para limpeza, ladrão para saída de eventual excesso de vazão de entrada e proteção sanitária particularmente se esta já tiver sofrido um

processo de tratamento.

Os "stand-pipes", também denominados chaminés de equilíbrio, são estruturas intercaladas geralmente no

trecho de transição entre uma adutora de recalque e uma adutora de gravidade. Tanto a entrada como saída ficam

na parte inferior, podendo o nível de água oscilar no interior da estrutura com as flutuações nas vazões de bombe-

amento ou de escoamento no trecho de gravidade. Possuem, devido à sua função, alturas maiores que as simples

caixas intermediárias ou de quebra de pressão.

Fig. 4.19 — "Standpipe" entre linhas de recalque e

linha de gravidade.

4.6.3. Pontes, pontilhões, pilares e berços

São estruturas destinadas a suportar trechos de tubulações que, por razões de segurança ou outros m o-tivos, não devem ser apoiadas diretamente no terreno.

As pontes e os pontilhões são empregados quando se pretende deixar v ãos livres relativamente am-plos, em caso em que os tubos são apoiados ou suspensos numa estrutura longitudinal. Os pilares e berços destinam-se a receber diretamente a carga da tubulação, tendo cada tubo uma ou duas peças de suporte.

O dimensionamento desses dispositivos obedece aos princípios da estabilidade das construções e aos métodos de cálculo de concreto armado ou de estruturas metálicas.

Alguns tipos de estrutura suportante desempenham ao mesmo tempo a função de conduto.

4.6.4. Túneis

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Certas dificuldades de ordem hidráulica que surgem na trans posição de elevações têm sido resolvidas modernamente com a abertura de túneis.

Além de encurtar o percurso, sua construção apresenta -se, dependendo das condições do subsolo, mais econômica que a assentamento de tubulações junto à superf ície.

A abertura de túneis justifica -se com vantagem no caso de grandes adutoras, quando a seção de esc a-vação ultrapassar a seção econômica mínima (cerca de 7 m2).

Exemplos brasileiros de extensos túneis para condução de água encontram-se na Guanabara (Adutora do Guandú, com 43 km de túneis) e em São Paulo (Sistema Cantarei ra vários túneis, com mais de 19 km já executados).

Na maioria dos casos, os próprios túneis funcionam como condutos de água. Por esse motivo, as par e-des são revestidas com espessa camada de concreto, suficientemente lisa para melhorar as condições de e s-

coamento. Por razões econômicas, pode-se, no caso de paredes de rocha compacta, dispensar esse revest i-

mento, cuja aplicação pode ser onerosa. Compensa -se, então, a maior rugosidade das paredes aumentando, a

seção de escavação.

O projeto e construção de túneis exigem conhecimentos e técnicas altamente especializados; devem,

pois, ser confiados a especialista no assunto.

4.7. MATERIAIS UTILIZADOS EM ADUTORAS

4.7.1 — Generalidades

Devido às diferenças existentes entre os materiais e métodos de fabricação de tubos e acessórios, a aplicabilidade de cada tipo deverá ser estudada criteriosamente em cada caso, tendo -se em conta principal-mente as condições de funcionamento hidráulico da adutora, a pressão interna e a durabilidade do material, face às características do solo, às cargas externas e à natureza da água transportada.

Deve-se ter sempre presente que cada material apresenta van tagens e desvantagens. E, portanto, difícil apontar sem um estudo cuidadoso o que satisfaça a todos os requisitos desejados de resis tência, durabilida-de e economia.

Nas adutoras em conduto forçado funcionando por gravidade, utilizam-se extensamente os tubos de ferro fundido, de aço, de cimento-amianto e de concreto simples ou armado. Já nas adutoras de recalque, devido à maior ocorrência de golpes de ariete, têm sido preferidos os tubos de ferro fundido ou de aço, em vista da maior resistência que oferecem à pressão interna.

Nas adutoras em conduto livre ou nos trechos em aqueduto de adutoras que combinam condutos livres e forçados, tem sido comum o emprego de canalizações à base de cimento. Nas grandes adutoras é usual a construção de seções especiais moldadas no próprio local. Excepcio nalmente, e nas vazões muito r eduzidas, pode-se também utilizar tubos cerâmicos.

O plástico (PVC) e o poliester com fibra de vibro, principalmente este último deverão passar a ser usados cada vez mais na fabricação de tubos de maior diâmetro.

Serão apresentados, a seguir, alguns aspectos que dizem respeito aos principais tipos de tubos utiliz a-dos em adutoras.

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4.7.2. Tubos de ferro fundido

Os tubos de ferro fundido vêm sendo amplamente utilizados em linhas adutoras devido à elevada r e-sistência que apresentam às pressões internas positivas e negativas, às cargas externas e aos cho ques verifi-cados durante o transporte e assentamento.

Apresentam longa durabilidade, não obstante sofram o fenôme no de envelhecimento que se traduz na formação de incrustações na parede interna, notadamente quando a água transportada apresenta baixo pH. Isto aumenta a rugosidade e reduz a secção de escoamen to, resultando em uma gradativa diminuição da va-zão de escoamento. É essa a principal objeção do ponto de vista técnico que se faz a esse material.

Com o intuito de evitar esse fenômeno, têm sido utilizados tubos de ferro com revestimento interno de uma camada de cimento aplicada mediante centrifugação. Esse procedimento poderá ser uti lizado também para restabelecer e assegurar a vazão primitiva de antigas adutoras, após um processo de limpeza das par e-des.

Atualmente, no Brasil, fabricam-se tubos de ferro fundido com diâmetros de até 600 mm. Essa limit a-ção faz com que esse material possa ser utilizado apenas em adutoras de vazão reduzida ou moderada, ge-ralmente não excedendo a 400 - 500 l/seg.

Recentemente foram introduzidos no mercado nacional os tubos de ferro fundido nodular ou dúctil. As características de maleabilidade do material é de maior resistência mecânica são fatores positivos.

4.7.3. Tubos de aço

São utilizados principalmente em adutoras sujeitas a elevadas pressões internas ou que se destinam a grandes vazões. Devido à relativa facilidade de confecção podem ser feitos tubos de grande s diâmetros e para altas pressões.

A flexibilidade do tubo acabado e o sistema de junta por meio de solda em campo facilitam a operação

de assentamento em valas.

A fabricação exige cuidados especiais, particularmente quanto às soldas das chapas, cuja execu ção

deve obedecer a uma série de especificação e requ isitos.

As principais desvantagens atribuídas aos tubos de aço são a menor resistência tanto a corrosão como as cargas

externas e às pressões internas negativas.

A corrosão é um fenômeno complexo que, causado por reações químicas ou eletroquímicas de várias origens, destrói os metais em maior ou menor intensidade, de acordo com a sua composição. Os tubos de aço são mais sen-

síveis que o ferro fundido a esse fenômeno e, por serem de parede mais fina, são afetados mais rapidamente.

A natureza do solo e sua agressividade desempenham papel preponderante no processo gerador de corrosão metálica.

Outra importante causa de corrosão em adutoras tem origem no caminhamento de correntes elétricas estranhas pela tubulação e que, ao passarem para a terra, arrasta consigo partículas metálicas for mando cavidades na parede

externa. Esse tipo de corrosão ocorre frequentemente junto a linhas de trens elétricos, a torres e postes de transmissão e

distribuição de energia elétrica e a quaisquer outras estruturas onde possa haver escoamento de corrente elétrica.

A maneira de proteger as tubulações de aço para evitar ou reduzir a corrosão, consiste em isolar externamente o metal com camadas de material betuminoso, lã de vidro, juta, papel parafinado ou uma combinação dos mesmos.

Internamente, para proteger o metal contra a agressividade da água, aplica-se geralmente uma simples camada de

betume asfáltico. Existem especificações de aceitação geral para o revestimento de tubos, destacando-se as do De-partamento de Corrosão do Instituto Central para Pesquisa de Material, da Holanda, e as da American Water Works

Association (AWWA).

A aplicação das camadas protetoras é outro ponto que exige cuidadosa técnica do fabricante de tubos.

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Uma das formas de proteção da tubulação contra a circulação danosa de correntes que destroem o material é

conhecida como proteção catódica, processo já descrito em capítulo anterior.

A técnica de proteção das tubulações constitui alta especialização. Ao se projetar adutoras de aço é sempre convenien-te efetuar estudos sobre as características do solo e consultar especialistas sobre medidas de proteção em campo.

A resistência dos tubos de aço, com respeito às cargas externas e às pressões negativas internas é função da espessura da parede. Os tubos de parede fina, ainda que possam resistir satisfatoriamente à pressão interna exerc i-

da pela água, muitas vezes deformam-se sob a ação de esforços externos ou achatam-se quando se forma um vácuo parcial no seu interior durante o esvaziamento da linha, por ocasião de descargas normais ou rupturas. Este fen ô-

meno de achatamento é conhecido por colapso ou constrição.

As ventosas assumem particular importância em linhas adutoras, pois, permitindo entrada suficiente de ar, evitam a formação de vácuo prejudicial.

4.7.4. Tudos de concreto

Distinguem-se, inicialmente, dois tipos: tubos de concreto simples e tubos de concreto armado.

Os tubos de concreto simples destinam-se preferencialmente a adutoras em conduto livre ou, quando em conduto for-çado, para baixas pressões de serviço.

Os tubos de concreto armado podem ser construídos para resistir a pressões bem elevadas. A estrutura da pa-rede conta com armadura de aço simples ou protendido e, às vezes, ainda com uma camisa de aço.

Atualmente as juntas são quase todas do tipo elástico, possuindo cada fabricante um tipo particular que, de certa forma, caracteriza o tubo.

Esses tubos podem ser mais econômicos, dependendo das facilidades locais, principalmente na construção de adutoras de grandes diâmetros.

As condições de escoamento são boas graças à pequena rugosidade das paredes. Mantêm-se geralmente inal-teradas no tempo, salvo quando se verifica um ataque do cimento pela água transpor tada.

O peso considerável, que dificulta o manuseio em todas as fases, representa, sem dúvida, uma desvantagem.

Devido ainda às dificuldades de reparação ou substituição de peças, as adutoras de concreto, em vários casos,

têm dado enormes trabalhos por ocasião de acidentes.

4.7.5. Tubos de cimento-amianto

Podem ser utilizados satisfatoriamente em adutoras por gravidade. Os tipos fabricados, abrangem uma ampla gama de resistência às pressões internas, podendo atingir uma pressão normal de serviço de até 15kg/cm2 ou 150

metros de coluna de água. Os ensaios são feitos individualmente a uma pressão equivalente ao dobro da pressão de

serviço indicada para cada tipo, sendo que a ruptura só deverá dar-se a uma pressão correspondente a cerca de 4 vezes a pressão de serviço indicada.

Os tubos desse material têm paredes suficientemente lisas para assegurar excelentes condições de escoamento, que se

mantêm inalteradas se a água não for agressiva.

A principal objeção que se faz ao seu uso refere-se ao ataque que pode sofrer de águas e solos agressivos.

Quanto à água a ser conduzida, deverão ser evitadas as de baixo pH. Por outro lado, os solos pantanosos, com pr e-sença de CO2 são os que mais podem atacar a parede externa e comprometer a resistência da tubulação.

A pintura das paredes com tinta protetora reduzem ou evitam esses ataques.

O manuseio e transporte de tubos desse material exige algum cuidado.

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