Baixe Dimensiomento de Redes de Esgotamento Sanitário e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! 3- Critérios de projetos 3.1- As condições hidráulicas exigidas O esgoto sanitário além de substâncias orgânicas e minerais dissolvidas, leva também substâncias coloidais e sólidos de maior dimensão, em mistura que pode formar depósitos nas paredes e no fundo dos condutos, o que não é conveniente para o seu funcionamento hidráulico, ou seja, para o escoamento. Assim, no dimensionamento hidráulico deve-se prover condições satisfatórias de fluxo que, simultaneamente, devem atender aos seguintes quesitos: - transportar as vazões esperadas, máximas (caso das vazões de fim de plano Qf), e mínimas (que são as de início de plano Qi); - promover o arraste de sedimentos, garantindo a auto-limpeza dos condutos; - evitar as condições que favorecem a formação de sulfetos (anaerobiose séptica) e a formação e desprendimento do gás sulfídrico (condições ácidas). O gás sulfídrico, em meio úmido, origina o ácido sulfúrico. Esse ácido age destruindo alguns materiais de que são feitos os condutos (o concreto, por exemplo), além de causar desconforto em razão de seu cheiro ofensivo. O dimensionamento hidráulico consiste, pois em se determinar o diâmetro e a declividade longitudinal do conduto, tais que satisfaçam essas condições. Outras condições que comparecem no dimensionamento hidráulico decorrem de vazões instantâneas devidas às descargas de bacias sanitárias, muitas vezes simultâneas; são elas: - máxima altura da lâmina d’água para garantia do escoamento livre, fixada por norma em 75% do diâmetro, para as redes coletoras; - mínima vazão a considerar nos cálculos hidráulicos, fixada em 1,5 L/s ou 0,0015 m 3/s. 3.2- Critérios de projetos das canalizações a) O cálculo do diâmetro Os coletores são projetados para trabalhar, no máximo, com uma lâmina de água igual a 0,75do, destinando-se a parte superior dos condutos à ventilação do sistema e às imprevisões e flutuações excepcionais de nível. A equação, de Manning com n=0,013 permite o cálculo do diâmetro para satisfazer a máxima vazão esperada (Qf) que atende ao limite y = 0,75 do. A expressão para se determinar esse diâmetro é a seguinte: Nessa expressão deve-se entrar com a vazão em (m3/s), resultando o diâmetro em (m), ajustado para o diâmetro comercial (DN) mais próximo (em geral, adota-se o valor imediatamente acima do calculado). O diâmetro mínimo dos coletores sanitários é estabelecido de acordo com as condições locais. Em São Paulo são utilizados: - Áreas exclusivamente residenciais..............................150 mm (DN 150) - Áreas de ocupação mista e áreas industriais................200 mm (DN 200) PAGE 18 A NBR 9649 (NB 567) de 1986 da ABNT admite o diâmetro mínimo DN 100. A Tabela 3.2. (a) relaciona os valores de n para diferentes tipos de tubos. Tabela 3.2 – Valores de n para diferentes tipos de tubulações Tipos de tubulação Valores de n Aço galvanizado 0,015 a 0,017 Aço rebitado 0,015 a 0,017 Aço soldado 0,011 a 0,014 Cimento-amianto 0,010 a 0,012 Cobre e latão 0,009 a 0,012 Concreto muito liso 0,011 a 0,012 Concreto bem acabado 0,013 a 0,014 Concreto ordinário 0,014 a 0,016 Cerâmica 0,012 a 0,015 Ferro fundido novo 0,011 a 0,015 Ferro fundido em uso 0,015 a 0,025 Ferro ondulado 0,020 a 0,022 Madeiras em aduelas 0,011 a 0,013 Plástico 0,009 a 0,010 Tijolos 0,014 a 0,016 b) Profundidade Recomenda-se como profundidade mínima 1,5 m (em relação à geratriz inferior dos tubos), para possibilitar as ligações prediais e proteger os tubos contra cargas externas. Todavia esse valor deve ser considerado apenas nos trechos de situação desfavorável. A profundidade ótima, geralmente, está compreendida entre 1,8 e 2,5 m para facilitar o esgotamento dos prédios e evitar interferências dos coletores prediais com outras canalizações. A NBR 09649 (NB 567)/ 1986 permite, para situações excepcionais, por exemplo ruas periféricas com baixo trânsito de veículos, recobrimento mínimo (em relação à geratriz superior dos tubos) de 0,90m, para assentamento no leito da via e de 0,65 m, quando no passeio. c) Velocidade crítica e velocidade máxima A norma brasileira citada acima estabelece que quando a velocidade final (vf), verificada no alcance do plano, é superior a velocidade crítica (vc), a lâmina de água máxima deve ser reduzida para 0,5do, sendo vc = 6(gRH)1/2, onde g = aceleração da gravidade e RH = raio hidráulico de final do plano. Isso decorre da possibilidade de emulsão de ar no líquido, aumentando a área molhada no conduto. A norma estabelece também que a declividade máxima admissível é aquela que corresponde à velocidade final (v f) de 5 m/s. A razão disso é evitar a erosão da tubulação, que no entanto não tem sido observada em instalações em que ocorrem velocidades bem maiores. d) Tensão trativa A disposição normativa é que cada trecho de canalização deve ser verificado, para que a tensão trativa média seja igual ou superior a 1Pa, para coeficiente de Manning n = 0,013. A PAGE 18 Figura 3.2. (b) – Declividade mínima Iomín em função da vazão para tensão trativa =1,0 Pa. Observa-se que a declividade que promove a auto-limpeza é inversamente proporcional à vazão e conseqüentemente ao diâmetro, o que possibilita maiores valores da tensão trativa para os grandes condutos, com resultados favoráveis para evitar a formação de sulfetos (vide “Tensão trativa: critério econômico para dimensionamento”Tsutiya e Machado Neto – Revista DAE 140, março 1985). Posteriormente a norma brasileira NBR 09649/1986 adotou esse procedimento no dimensionamento de redes coletoras de esgoto sanitário. h) Velocidade crítica A norma NBR 09649 (NB 567) da ABNT traz a seguinte disposição: “5.1.5.1 – Quando a velocidade final vf é superior à velocidade crítica, a maior lâmina admissível deve ser 50% do diâmetro do coletor, assegurando-se a ventilação do trecho; a velocidade crítica é definida por , onde g = aceleração da gravidade”. A preocupação é devida ao fato de que escoamentos muito turbulentos propiciam a entrada de bolhas de ar na superfície do líquido, resultando numa mistura ar-água (não é ar dissolvido), que ocasiona um aumento da altura da lâmina líquida. Caso o conduto venha a funcionar como conduto forçado em razão desse gerar pressões que levam à destruição da tubulação (cavitação). Para condutos de elevada declividade e maior essa possibilidade se torna certeza de ser evitada. Duas medidas são necessárias: - garantir o escoamento em conduto livre; - estabelecer a fronteira da entrada de ar no escoamento. Para a primeira, estudou-se a grandeza do acréscimo de altura da lâmina no escoamento aerado. Considerando a situação mais desfavorável da lâmina máxima admissível, no caso de esgoto sanitário 75% do diâmetro para lâmina sem mistura, conclui-se ser inviável a manutenção desse limite, reduzindo-o portanto para 50% do diâmetro quando a fronteira fosse atingida. Isso permite um acréscimo de até metade da lâmina para atingir o limite anterior (condição segura de operação), restando ainda 25% de altura livre. Não resolve todos os casos, mas é suficiente para as situações mais comuns. Nos casos extremos, os acréscimos de lâmina devem ser calculados e adotados dutos de ventilação para evitar os transientes hidráulicos. Quanto à segunda medida, a análise dimensional, pesquisas e medições concluíram que entre os adimensionais relacionados ao escoamento, números de Reynolds, Weber, Froude e Boussinesq, este último, , é o mais importante para retratar o fenômeno da entrada de ar no escoamento. Pesquisas efetuadas por Volkart (1980) concluíram que a mistura ar- água se inicia quando o número de Boussinesq é igual a 6, definindo-se assim uma velocidade crítica (vc) para o início do fenômeno: = velocidade crítica em m/s = raio hidráulico em m g = aceleração da gravidade (9,8 m/s2) PAGE 18 3.3 – Grandezas e notações Conforme NBR 09649/1986 da ABNT, as grandezas se encontram relacionadas na Tabela 3.3.(a). Tabela 3.3 (a) – Grandezas e notações 1. População e correlatos Notação Unidade 1.1 Densidade populacional inicial 1.2 Densidade populacional final 1.3 População inicial Pi 1.4 População final Pf 2. Coeficientes ligados à determinação de vazões Notação Unidade 2.1 Coeficiente de retorno C - 2.2 Coeficiente de máxima vazão diária - 2.3 Coeficiente de máxima vazão horária - 2.4 Coeficiente de mínima vazão horária - 2.5 Consumo de água efetivo per-capita (não inclui perdas do sistema de abastecimento): 2.5.1 Consumo efetivo inicial 2.5.2 Consumo efetivo final Continuação da Tabela 3.3 (a) 3. Áreas e comprimentos Notação Unidade 3.1 Área esgotada inicial para um trecho da rede 3.2 Área esgotada final para um trecho da rede 3.3 Comprimento de ruas L Km 3.4 Área edificada inicial Aei 3.5 Área edificada final Aef 4. Contribuições e vazões Notação Unidade 4.1 Contribuição de infiltração I L/s 4.2 Contribuição média inicial de esgoto doméstico L/s 4.3 Contribuição média final de esgoto doméstico L/s 4.4 Contribuição singular inicial L/s 4.5 Contribuição singular final L/s 4.6 Vazão inicial de um trecho de rede: 4.6.1 Inexistindo medições de vazão utilizáveis no projeto, Qi = (não inclui ) Qi L/s 4.6.2 Existindo hidrogramas utilizáveis no projeto, Qi= (= vazão máxima do hidrograma, composto com ordenadas proporcionais às do hidrograma medido) Qi L/s 4.7 Vazão final de um trecho de rede: 4.7.1 Inexistindo medições de vazão utilizáveis no projeto, Qf L/s 4.7.2 Existindo hidrogramas utilizáveis no projeto, . (= vazão máxima do hidrograma, composto com ordenadas proporcionais ao hidrograma medido) Qf L/s PAGE 18 5. Taxas de cálculo Notação Unidade 5.1 Taxa de contribuição inicial de superfície esgotada Tai L/s.ha 5.2 Taxa de contribuição final por superfície esgotada Taf L/s.ha 5.3 Taxa de contribuição linear inicial para uma área esgotada de ocupação homogênea Txi L/s.km 5.4 Taxa de contribuição linear final para uma área esgotada de ocupação homogênea Txf L/s.km 5.5 Taxa de contribuição de infiltração TI L/s.km Continuação da Tabela 3.3 (a) 6. Grandezas geométricas da seção Notação Unidade 6.1 Diâmetro do 6.2 Área molhada de escoamento, inicial Ai 6.3 Área molhada de escoamento, final Af 6.4 Perímetro molhado P 7. Grandezas utilizadas no dimensionamento hidráulico Notação Unidade 7.1 Raio hidráulico M 7.2 Declividade m/m 7.3 Altura da lâmina de água inicial yi m 7.4 Altura da lâmina de água final yf M 7.5 Declividade mínima admissível m/m 7.6 Declividade máxima admissível m/m 7.7 Velocidade inicial vi m/s 7.8 Velocidade final vf m/s 7.9 Tensão trativa média , sendo = peso específico da água = 104 N/m3 Pa 8. Valores de coeficientes e grandezas Notação Unidade Inexistindo dados locais comprovados oriundos de pesquisas, podem ser adotados os seguintes: 8.1 C, coeficiente de retorno 0,8 8.2 , coeficiente de máxima vazão diária 1,2 8.2 , coeficiente de máxima vazão horária 1,5 8.3 , coeficiente de mínima vazão horária 0,5 8.4 TI, taxa de contribuição de infiltração; depende de condições locais tais como: NA do lençol freático, natureza do subsolo, qualidade da execução da rede, material da tubulação e tipo de junta utilizada. O valor adotado deve ser justificado 0,05 a 1,0 L/s.km 3.4- Rede coletora. Traçado PAGE 18