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IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 74
Gino Gehling – 2018-2S
INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRÁULICAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL –
IPH – UFRGS
SISTEMAS DE ÁGUA E ESGOTOS: IPH 212-C
Módulo 2: 2018 – 2S
Capítulo 6: SISTEMAS DE ESGOTO SANITÁRIO
Capítulo 7: ESTAÇÕES ELEVATÓRIAS DE ESGOTO
Capítulo 8: ESGOTOS PLUVIAIS
Obs: O conteúdo deste Módulo 2 foi reeditado em setembro de 2018. Desconsiderem-
se versões anteriores. No Exercício das páginas 88 até 90, parte da solução está como
imagens, que ainda serão digitalizadas. Os arquivos fonte do Módulo 2 foram perdidos,
o que levou o professor a recriá-los a partir dos pdf. Eventuais ajustes que devam ser
realizados, serão comunicados a todos.
Prof. Gino Gehling: [email protected]
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 75
Gino Gehling – 2018-2S
6. SISTEMAS DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO
As principais normas relativas ao tema de Sistemas de Esgotamento Sanitário, são:
- NBR- 9648 (Estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário)
- NBR- 9649 (Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário)
- NBR- 12207/92 (Estudo de concepção de interceptores de esgoto sanitário)
- NBR-12208/92 (Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário)
- NBR – 9061/85 (Segurança de escavação a céu aberto)
- NBR-12266/92 (Projeto e execução de valas para assentamento de tubulação de
água, esgoto ou drenagem urbana)
- Sobrinho, P.A.; Tsutiya, M.T. Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário. 2ª ed. – São
Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo. 2000. 548 p.
- Resolução CONAMA n° 377/2006 –
Quando você for atuar em projetos reais, sempre certifique-se de estar acessando a versão
atual das normas acima referidas, ou se for o caso, de alguma nova norma que tenha
surgido.
6.1 DEFINIÇÕES
Esgoto Sanitário – despejo líquido constituído de esgoto doméstico, comercial e
industrial, água de infiltração e contribuição pluvial parasitária.
Esgoto doméstico – despejo líquido resultante do uso da água para higiene e necessidades
fisiológicas humanas.
Esgoto industrial – despejo líquido resultante dos processos industriais, respeitados os
padrões de lançamento estabelecidos.
Água de infiltração – toda água de subsolo, indesejável
Contribuição clandestina: aporte não permitido à rede de esgotos sanitários; são
frequentes os casos de aporte de águas pluviais à rede sanitária.
Contribuição singular – vazão concentrada.
Contribuição pluvial parasitária – parcela de deflúvio superficial inevitavelmente
absorvida pela rede coletora de esgoto sanitário.
Bacia de esgotamento – conjunto de áreas esgotadas e esgotáveis, cujo esgoto flui para
um único ponto de concentração.
Corpo receptor – qualquer coleção de água natural ou solo que recebe o lançamento de
esgoto em seu estágio final.
6.2 ASPECTOS IMPORTANTES EM SISTEMAS DE ESGOTOS
- EC – Estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário;
- Vazão de estiagem do corpo receptor;
- Vazão de saturação de um componente do sistema;
- Alcance do plano (dimensionamento para fim de plano, verificação para início);
- Etapas de implantação;
- População de alcance do plano;
- População atendida;
- População inicial e final;
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 76
Gino Gehling – 2018-2S
- População residente e flutuante;
- Investimentos: a) custos de operação, manutenção e reparação; b) custos de energia
elétrica; c) despesas de exploração;
- Informações a respeito da comunidade a ser atendida.
6.3 TIPOS DE REDES PROJETADAS CORRENTEMENTE
Entre os tipos de rede normalmente referidos na bibliografia relativa ao tema,
apresentados a seguir, inclui-se um tipo inovador: o sistema de esgotamento a vácuo. No
AVASAN você pode acessar publicação relativa ao sistema inovador.
Separadora absoluta: é a que mais facilita o tratamento em ETE;
Sistema Unitário ou Misto: o esgoto sanitário é lançado nas galerias pluviais;
Sistema Condominial de esgoto: seu projeto e sua implantação é encargo do
empreendedor;
Sistema de Esgotamento à Vácuo: exige rigor a que apenas esgotos sanitários
contribuam à rede; ainda são raros estes sistemas no Brasil.
6.4 NOMENCLATURA DAS UNIDADES COMPONENTES
Aqui são referidas as principais unidades que compões um sistema de esgotos
sanitários.
- Bacia de drenagem;
- Caixa de passagem (CP);
- Coletor de esgoto: recebe contribuições “em marcha” dos coletores prediais;
- Coletor principal (tronco): só recebe contribuições de coletores;
- Corpo receptor: sempre deve ser especificado nos projetos;
- Diâmetro nominal (DN);
- Emissário;
- Estação de bombeamento de esgotos/Estação elevatória;
- Estação de tratamento de esgotos (ETE);
- Interceptor;
- Ligação predial;
- Órgãos acessórios;
- Poço de visita (PV);
- Profundidade do coletor (greide da tubulação);
- Recobrimento;
- Rede coletora;
- Sifão invertido;
- Sistema coletor;
- Tanques fluxíveis;
- Terminal de limpeza (TL);
- Tubo de inspeção e limpeza (TIL);
- Tubo de queda.
6.5 MATERIAIS UTILIZADOS EM REDES COLETORAS
As redes de esgotos podem adotar os seguintes materiais.
- MG (manilha de Grês): não usar quando rede é afogada no freático.
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 77
Gino Gehling – 2018-2S
- PVC (NBR 7362-1, Jan 1999): fornecido de 100 a 400mm; a partir do DN 300 o PVC
começa a ficar mais caro que os tubos de C.A. de mesmo diâmetro;
- Concreto simples (NBR 8889): classes S-1 e S-2, DN 200 à DN 1000
- Concreto armado (NBR 8890): classes A-2 e A-3, DN 400 a 2000.
- FoFo (ferro fundido);
- FC (fibrocimento): material não mais adotado devido à corrosão em meio ácido, mas
ainda temos redes que operam com este material. Seguia a NBR 8056 de julho de 1983,
norma já cancelada.
6.6 DIMENSÕES DOS PV
As dimensões mais usuais para os elementos de um PV (poço de visita), são 0,60m de
vão na tampa para acesso ao operador de rede, e uma câmara de 1,00m de diâmetro
interno. As figuras abaixo apresentam dois tipos de PV padrão DMAE (Fonte: DMAE-Porto
Alegre).
Figura 6.1: PV Tipo 1, com câmara de
diâmetro 0,60m, para acoplamento de
tubos de pequeno diâmetro.
Figura 6.2: PV tipo 2, câmara de diâmetro
1,00m, para acoplamento de tubos de
maior diâmetro.
Cabe referir um novo equipamento que em muitos casos substitui o PV nas redes de
esgotos: o TIL (tubo de inspeção e limpeza), apresentado nas Figuras 6.3 e 6.4. O mesmo
é uma solução construtiva bem mais econômica que o tradicional PV. Permite operações
de manutenção da rede através de um tubo vertical de diâmetro entre 150 e 300mm.
No topo da chaminé da Figura 6.3, é acoplada uma peça de tamponamento, que pode ser
retirada para efetuar operações de manutenção da rede.
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 78
Gino Gehling – 2018-2S
Figura 6.3: TIL, ou Tubo de Inspeção
e Limpeza, com cinco entradas e uma
saída.
Figura 6.4: Simulação de lançamento de rede para
familiarização dos funcionários com o novo material, que
oferece opções por distintos diâmetros de entrada e de saída.
6.7 DISTÂNCIAS ENTRE PV
A distância entre PV, TIL ou TL consecutivos deve ser limitada pelo alcance dos
equipamentos de desobstrução. Em geral o comprimento dos cabos de limpeza está
limitado a 80 ou 100 m. Ao elaborar um projeto de rede, deve-se atentar para distâncias
limite que devem constar no edital do processo licitatório.
6.8 CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS
O fundo de PV, TIL ou TL deve ser constituído de calhas destinadas a guiar os fluxos
afluentes em direção à saída (vide figuras 6.1 e 6.2). Lateralmente as calhas devem ter
altura coincidindo com a geratriz superior do tubo de saída. As partes superiores dos PV,
ou seu metro final superior, normalmente é construído por um terminal excêntrico, como
se observa na Figura 6.2.
6.9 RECOBRIMENTOS
Os recobrimentos mínimos recomendados, sobre a geratriz superior externa das
tubulações, são:
- No leito carroçável: mínimo de 0,90 m;
- No passeio: mínimo de 0,65 m.
6.10 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
A P-NB-567 (superada) estabelecia que nas condições iniciais de projeto, a velocidade
devia ser igual ou superior a 0,50 m/s e que a relação h/D devia ser igual ou superior a
0,20 (20 %); esta última condição seria dispensada se a velocidade média fosse superior
a 0,60 m/s.
Esta condição asseguraria a “auto-limpeza” dos coletores. É mais racional, no entanto,
que estas condições sejam substituídas pela tensão de arraste, ou tensão trativa σ (vide
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 79
Gino Gehling – 2018-2S
equação 6.1) que é o esforço tangencial unitário exercido pelo líquido sobre o coletor, e,
portanto, sobre o material depositado no mesmo.
A força de arraste é a componente tangencial do peso do líquido. Considerando a porção
do líquido contida num trecho de comprimento L, seu peso é F = A L (sendo ““ o peso
específico do líquido e “A” a área da seção molhada) e sua componente tangencial é (vide
Figura 6.5):
T = F sen = A L sen .
O esforço tangencial, ou tensão trativa, é: LP
senLA
•
•••=
onde “P” é o perímetro molhado, resultando = .RH.sen (onde RH é o raio hidráulico).
Como ““ é suficientemente pequeno para que se possa confundir o seno com a tangente,
pode-se escrever:
IRH ••= (eq. 6.1)
Associando essa expressão à formula de Manning:
n
IRV H
2/13/2•
= , ou KIRV H ••= 2/13/2
e, 3/1
22
HR
nv ••=
, ou
23/1
2
KR
v
H •
•=
Obs.: K = 1/n n = 1/K
Figura 6.5: Tensão trativa “σ” em galeria ou tubulação.
Para o dimensionamento, devem ser consideradas as seguintes expressões:
)2
1arccos(2D
h−= (Eq. 6.2)
]2
3601[
4
••
•−=
senDRH , ou D
senRH •
−•= ][25,0
(Eq. 6.3)
Nível d´água
L
F
T
α
α
h A
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 80
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]2360
[4
2 senDA −
•= , ou
2][125,0 DsenA •−•= (Eq. 6.4)
Sabe-se que:
VAQ •= , ou A
QV = (Eq. 6.5)
n
RIV H
3/22/1
= (Eq. 6.6)
Substituindo (6.5) em (6.6), resulta:
3/2
2/1 HRAI
Qn•=
•
Substituindo A e RH suas expressões apresentadas nas equações 6.4 e 6.3, tem-se:
3/2
2/13/8]
2
3601(
4
1[)
2360(
4
1
••
•−•−
•=
•
• sensen
ID
Qn
O membro esquerdo da equação acima vem a ser o FH, ou seja, o Fator Hidráulico da
seção circular de um tubo de diâmetro D, conduzindo uma vazão Q, com declividade I.
(Figura 6.6)
Figura 6.6: Grandezas relativas ao FH.
Substituindo o ângulo central = f (h/D) dado pela equação 6.2, resulta FH= f (h/D). Para
simplificar os cálculos, utiliza-se a tabela seguinte, gerada dando-se valores a h/D de 0,01
a 1,00, com variação de 0,01, calculando-se os correspondentes valores de RH/D e FH.
Assim, para a determinação da porcentagem de enchimento e da velocidade de
escoamento de um tubo com diâmetro pré-determinado “D”, coeficiente de Strickler-
Manning “K”, declividade “I” e transportando uma vazão “Q”, é necessário:
1o) Determinar o seu FH; conhecendo n e Q, arbitra-se, racionalmente, D e I
2o) Entrar na tabela com FH e retirar RH/D e h/D;
3o) Com RH/D, calcular “V” na equação de Manning.
Após a determinação de “V”, calcular a tensão trativa média, que deve ser maior que 1,0
Pa. Logo:
PaKR
v
H
0,123/1
2
•
•=
Pela NBR 9648, tem-se: = RH I
1 kg = 100.000 Pa 1 kg = 100.000 Pa 1 kg = 10 Pa
cm2 10-4m2 m2
Ɵ
h
D
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 81
Gino Gehling – 2018-2S
= 1 Pa = 0,100 kg/m2
A declividade mínima que satisfaz essa condição, para n=0,013, pode ser determinada
por:
Imín = 0,0055 Qi-0,47 (Eq. 6.7)
sendo Imín = em m/m e Qi = em l/s.
Admitir-se-á como declividade máxima (Imax) a que venha a resultar em velocidade de
escoamento na tubulação igual a 5,0 m/s, para a vazão final de plano no trecho. Para
coeficiente de Manning n = 0,013, teremos:
67,065,4 −= fmáx QI (Eq. 6.8)
onde: Imáx [m/m] é a declividade máxima e Qf [l/s] é a vazão de jusante do trecho no final
de plano.
Lembrar que as tubulações são dimensionadas para fim de plano de projeto (não devendo
exceder hmáx nem velocidade máxima), e verificadas para início de plano (atendimento de
min. Caso o dimensionamento de final de plano não satisfaça às condições da Norma
Brasileira para início de plano, remanejar a declividade, rearranjando o diâmetro.
Lembrar ainda que a vazão “Q” de cada trecho é dada por:
...400.86
21 ++••••
= nfQiCqPkk
Q
onde:
C = coeficiente de retorno água/esgoto, usualmente adotado igual a 0,80;
Qinf = vazão de infiltração, em l/s.km (projetista decide; usual 0,5 L/s.km)
A infiltração à rede dependerá basicamente do tipo de material adotado para o coletor, se
o coletor estará submerso no freático ou não, e do tipo de solo. A lâmina máxima nas
redes de esgotamento sanitário deve atender às exigências abaixo.
- Lâmina máxima (%) = h/D = 0,75 ou 75 %
Mas a lâmina máxima deve ser limitada a apenas 50 % do diâmetro do coletor sempre que a
velocidade final (Vf) superar a velocidade crítica (Vc). A velocidade crítica é definida por:
Hc RgV = 6 (Eq. 6.9)
onde:
Vc = velocidade crítica (m/s);
g = aceleração da gravidade (m/s2)
RH = raio hidráulico para a vazão final (m).
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 82
Gino Gehling – 2018-2S
TABELA 6.1 - Fator Hidráulico, RH/D e h/D para o dimensionamento de redes coletoras de
esgoto sanitário.
FH = (Q x n ) /( D 8/3 x I 1/2 ) Q = vazão (m3/s) n = coeficiente de Manning ou (SM) D = diâmetro (m) I = declividade (m/m)
FH de 0,0001 a 0,080 FH de 0,081 a 0,250 FH de 0,251 a 0,333
FH RH/D h/D FH RH/D h/D FH RH/D h/D
0,0001 0,0066 0,01 0,0820 0,1935 0,35 0,2511 0,2933 0,68
0,0002 0,0132 0,02 0,0864 0,1978 0,36 0,2560 0,2948 0,69
0,0005 0,0197 0,03 0,0910 0,2020 0,37 0,2610 0,2962 0,70
0,0009 0,0262 0,04 0,0956 0,2062 0,38 0,2658 0,2975 0,71
0,0015 0,0326 0,05 0,1003 0,2102 0,39 0,2705 0,2988 0,72
0,0022 0,0389 0,06 0,1050 0,2142 0,40 0,2752 0,2998 0,73
0,0031 0,0451 0,07 0,1099 0,2182 0,41 0,2798 0,3008 0,74
0,0041 0,0513 0,08 0,1148 0,2220 0,42 0,2842 0,3017 0,75
0,0052 0,0575 0,09 0,1197 0,2258 0,43 0,2886 0,3024 0,76
0,0065 0,0635 0,10 0,1248 0,2295 0,44 0,2928 0,3031 0,77
0,0080 0,0695 0,11 0,1298 0,2331 0,45 0,2969 0,3036 0,78
0,0095 0,0755 0,12 0,1350 0,2366 0,46 0,3009 0,3040 0,79
0,0113 0,0813 0,13 0,1401 0,2401 0,47 0,3047 0,3042 0,80
0,0131 0,0871 0,14 0,1453 0,2435 0,48 0,3083 0,3043 0,81
0,0152 0,0929 0,15 0,1506 0,2468 0,49 0,3118 0,3043 0,82
0,0173 0,0986 0,16 0,1558 0,2500 0,50 0,3151 0,3041 0,83
0,0196 0,1042 0,17 0,1612 0,2531 0,51 0,3183 0,3038 0,84
0,0220 0,1097 0,18 0,1665 0,2562 0,52 0,3212 0,3033 0,85
0,0246 0,1152 0,19 0,1718 0,2592 0,53 0,3239 0,3026 0,86
0,0273 0,1206 0,20 0,1772 0,2621 0,54 0,3264 0,3018 0,87
0,0301 0,1259 0,21 0,1826 0,2649 0,55 0,3286 0,3007 0,88
0,0331 0,1312 0,22 0,1879 0,2676 0,56 0,3305 0,2995 0,89
0,0362 0,1364 0,23 0,1933 0,2703 0,57 0,3322 0,2980 0,90
0,0394 0,1416 0,24 0,1987 0,2728 0,58 0,3335 0,2963 0,91
0,0427 0,1466 0,25 0,2041 0,2753 0,59 0,3345 0,2944 0,92
0,0461 0,1516 0,26 0,2094 0,2776 0,60 0,3351 0,2921 0,93
0,0497 0,1566 0,27 0,2147 0,2799 0,61 0,3353 0,2895 0,94
0,0534 0,1614 0,28 0,2200 0,2821 0,62 0,3349 0,2865 0,95
0,0572 0,1662 0,29 0,2253 0,2842 0,63 0,3339 0,2829 0,96
0,0610 0,1709 0,30 0,2306 0,2862 0,64 0,3222 0,2787 0,97
0,0650 0,1756 0,31 0,2358 0,2882 0,65 0,3294 0,2735 0,98
0,0691 0,1802 0,32 0,2409 0,2899 0,66 0,3248 0,2666 0,99
0,0733 0,1847 0,33 0,2460 0,2917 0,67 0,3117 0,2500 1,00
0,0776 0,1891 0,34
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 83
Gino Gehling – 2018-2S
FIGURA 6.7: Perfil e Planta Baixa de um trecho de rede coletora de esgoto.
Fonte: DMAE/PoA.
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 84
Gino Gehling – 2018-2S
Tabela 6.2: Tabela modelo de dimensionamento de rede coletora de esgoto sanitário.
Rede Coletora de Esgoto Sanitário
Projeto: Coeficiente de Manning:
Coletor Trecho
PV Cota do Terreno
m
Cota do Greide
m Compr.
m Declividade
m/km Diâmetro
mm
Vazão (l/s) Lâminas Velocidade Profundidade m Início Final % m/s Pa
A B A B A B DOM INF TOT DOM INF TOT I F I F I F A B
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 85
Gino Gehling – 2018-2S
Exemplo de dimensionamento de uma rede coletora de esgotos sanitários.
Projetar uma rede coletora de esgotos sanitários para a planta da Figura 6.8.
Este exemplo é comentado em maiores detalhes no livro Coleta e Transporte de Esgoto
Sanitário, de Milton Tomoyuki Tsutiya e Pedro Alem Sobrinho.
Figura 6.8: Planta de uma bacia de drenagem de esgotos sanitários.
Fonte: Milton Tomoyuki Tsutiya e Pedro Alem Sobrinho.
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 86
Gino Gehling – 2018-2S
Para dimensionar a rede de esgotos sanitários da Figura 6.8, ou mais especificamente
aos trechos destacados em linha mais espessa, em cor azul, no canto superior direito da
Figura 6.8, consideraremos as seguintes informações:
- Pulação inicial = 2.000 hab; População final = 3.500 hab;
- Consumo de água efetivo per capita: q = 160 l/hab.dia;
- Coeficiente de retorno à rede: C = 0,8
- Coef. da máxima vazão diária e horária, K1 = 1,2 e K2 = 1,5, respectivamente;
- Taxa de infiltração = 0,1 L/s.km
- Contribuição localizada: como indicado em planta, existem duas vazões de ponta,
sendo Qp1 localizado na Rua 30 com Qi = Qf = 4,98 L/s e Qp2 localizado na Rua 19
com Qi = 0 L/s e Qf = 3,2 L/s.
- coef. de Manning “n” = 0,013
Começaremos a análise pelo trecho 1-3, assumindo a vazão que vem de montante,
aportada pelo trecho 1-2.
a) Traçado dos coletores: Na planta com curvas de nível de metro em metro, traça-se
a rede com o software, que indicará as singularidades (PV, TIL, TL e CP) e o
sentido de escoamento. b) Distância entre singularidades: limitada pelo alcance dos equipamentos de
desobstrução.
c) Numeração dos trechos: numerar de montante para jusante, sendo o coletor mais
extenso o que receberá o número 1, e seu primeiro trecho (mais a montante) será o
trecho 1. O primeiro coletor que entroncar ao coletor 1 será o coletor 2, que terá seus
trechos numerados de mont. para jus. a partir de 1. d) Cálculo da taxa de contribuição linear
Taxa de contribuição linear inicial
Q doméstica inicial = Qdi = C.k2.Pi.q = 0,8.1,5.2000.160 = 4,44 L/s
86.400 86.400
Extensão da rede coletora inicial: Li = 2.877m
Taxa de contrib. Linear inicial = Txi
Txi = Qdi + Tinf = 4,44L/S + 0,0001L/S = 0,00154 + 0,0001 = 0,00164 L/s.m
Li 2877 m m
Txi = 0,00164 L/s.m = 1,64 L/s.km
Taxa de contribuição final
Q doméstica final = Qdf = C.k1.k2.Pf.q = 0,8.1,2.1,5.3500.160 = 9,33 L/s
86.400 86.400
Extensão da rede coletora final: Li = 2.877m
Taxa de contrib. Linear final = Txf
Txf = Qdf + Tinf = 9,33L/S +0,0001L/S = 0,00324+0,0001 = 0,003344 L/s.m
Lf 2877 m m
Txf = 0,00334 L/s.m = 3,34 L/s.km
e) Cálculo das vazões no trecho do coletor
As vazões no trecho do coletor são determinadas assim:
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 87
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- Vazão a montante: é a vazão de contribuição dos trechos a mont., incluindo as
contribuições localizadas (puntuais);
- Vazão de contribuição no trecho: calculada multiplicando a tx de contribuição linear
pelo comprimento do trecho;
- Vazão a jusante: é a soma da vazão de montante com a vazão de contribuição no
trecho.
f) Profundidade mínima dos coletores: adotar-se-á 1,35m (recobrimento). Assim,
para diâmetro do tubo de 150mm resultará uma profundidade de 1,50m para a vala
(desconsiderando a espessura da parede do tubo)
g) Diâmetro mínimo: pela norma é 100mm, mas adotar-se-á 150mm (maioria dos
municípios adota 150mm)
h) Vazão mínima de dimensionamento: adota-se, pela norma, 1,50 L/s, que é a vazão
associada a descarga de um vaso sanitário.
i) Determinação do diâmetro e declividade do trecho do coletor e verificação da
lâmina líquida e velocidade crítica.
j) Preenchimento da planilha de cálculo da rede de esgotos
Trecho 1-1
Vazão a montante: Qmi = Qmf = 0L/s
Vazão no trecho: Qti = 0,00164 x 89 = 0,146L/s
Qtf = 0,00334 x 89 = 0,297L/s
Declividade do terreno: It = 502,05 - 498,00 = 0,0455m/m
89
Imin = 0,005.Qi-0,47 = 0,0055.(1,5)-0,47 = 0,0045m/m
Observa-se de It é maior que Imin, assim, adota-se a declividade do terreno (It)
Sendo Qi e Qf menores que 1,5 L/s, adota-se este último valor.
Lâminas e velocidades: vide notas de aula, centro da página 70, e explicitar:
Relação h/D
Vi
Vf
Calcular tensão trativa para Qi (vide equação 6.1 página 79 notas de aula)
Uma vez apresentada a rotina de dimensionamento de uma rede de esgotos sanitários,
vamos agora aplicá-la aos dados relativos à nossa situação de projeto, apresentados no
topo da página 86, relativos à planta da rede representada na Figura 6.8.
O trecho 1-3, o primeiro a ser dimensionado, tem seus cálculos apresentados
digitalizados. Já os demais trechos por ora são apresentados com imagens das
verificações realizadas.
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 88
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Trecho 1-3: Note que a montante deste trecho, temos os trechos 1-1 e 1-2, sendo que o
último deságua na cabeceira do trecho 1-3. Neste exercício, começaremos a acompanhar
o processo de dimensionamento assumindo que os trechos 1-1 e 1-2 já foram
dimensionados.
Qtotalf = 1,50 L/s Imin = 0,0055 (Qi)-0,47 = 0,0055(1,5)-0,47 = 0,0045 m/m
h/D = 0,50 Como a declividade It > Imin, adota-se It
I = It = 495,71 – 491,12 = 0,0478 m/m
96
h/D = 0,5 FH = 0,1558
Tab. RH/D = 0,2500
FH = (0,013).(1,5.10-3) .
(0,15)8/3.(0,0478)1/2
FH = 0,0140 h/D = 0,14, logo, h = 0,14.0,15 = 0,021m
Tab. RH/D = 0,0871, logo, RH = (0,15).(0,0871) = 0,0131
IRH ••= = (1.000).(0,0131).(0,0478) = 0,63 kgf/m2 = 6,3 Pa (ok! >1Pa)
Vf = I1/2.RH2/3 = 0,04781/2.0,01312/3 = 0,93m/s
n 0,013
Vc = 6 (g.RH)1/2 = 6 (9,81.0,0131)1/2 = 2,15 m/s
FH = 0,1558 = . nQ . Logo, D8/3 = (0,013) (1,50.10-3) = 0,06m
D8/3. I1/2 (0,0478)1/2 (0,1558)
Para D calculado 0,06m, adota-se o menor D comercial: 0,15m
Vf > Vc ok!
Vf > 5,0 m/s 0k! 489,64
489,62
Jus 1-3
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IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 90
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O resultado do processo de dimensionamento dos trechos da rede foi lançado na tabela
6.3, apresentada a seguir.
Ao pé da referida tabela estão representados o recobrimento e profundidade do coletor.
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 91
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Tabela 6.3: Rede Coletora de Esgoto Sanitário (Obs: profundidade do coletor = distância da superfície do solo até geratriz inferior externa).
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17)
Trecho Ext
(m)
Tx cont
linear
(L/s.km)
Cont.
do tr.
(L/s)
Vazão
mont.
(L/s)
Vazão
Jus.
(L/s)
Diam.
(mm)
I
(m/m)
Cota
terreno
(m)
Cota
coletor
(m)
Prof.
coletor
(m)
Y/D Prof.
singular.
jus.(m)
vi σi
(Pa)
vc
(m/s)
Obs
Inicial Inicial Inicial Inicial Mont Mont Mont Mont vf Final Final final Final Jus Jus Jus Jus
1-3 96 1,64 0,157 0,208 0,365 150 0,0478 495,71 494,21 1,50 0,14 1,50 0,93 6,3 2,15
3,34 0,321 0,424 0,745 491,12 489,62 1,50 0,14 0,93
1-4 50 1,64 0,082 0,365 0,447 150 0,0372 491,12 489,62 1,50 0,15 1,50 0,86 5,2 2,22
3,34 0,167 0,745 0,912 489,26 487,76 1,50 0,15 0,86
1-5 33 1,64 0,054 5,427 5,481 150 0,0515 489,26 487,74 1,52 1,52 12,5 2,92 QP1=4,98L/s
Início e
Final de
plano 3,34 0,110 5,892 6,002 487,56 486,04 1,52 0,28 1,46
2-1 90 1,64 0,148 - 0,148 150 0,0045 487,56 486,06 1,50 1,90 0,41 1,0 2,83
3,34 0,301 - 0,301 487,56 485,66 1,90 0,26 0,41
1-6 96 1,64 0,157 5,629 5,786 150 0,0277 487,56 485,55 2,01 2,01 7,9 3,17
3,34 0,321 6,303 6,624 484,90 482,89 2,01 0,34 1,19
(4) = (2)*(3)
(5) =
(6) = (4)+(5)
(8) = (10)Mont – (10)Jus Obs: Só define (8) após decidir (10) e (11)
(2)
(10) = (9) – (11)
NT N
T
Prof.
coletor
Recobrimento
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6.11 CUSTO DAS OBRAS DE IMPLANTAÇÃO DE REDES DE ESGOTO
Tabela 6.3 - Custos percentuais das diversas etapas da obra para a execução das redes
de esgoto (Fonte: Sobrinho, 2000).
Etapa Atividade Custo (%)
Implantação da obra
(3,8%)
Canteiro e locação 0,6
Tapumes e sinalização 2,1
Passadiços 1,1
Valas
(61,2%)
Levantamento e pavimento 1,3
Escavação 10,6
Escoramento 38,8
Reaterro 10,5
Assentamento de
tubulações
(25,1%)
Transporte 0,4
Assentamento 4,1
Poços de Visita 15,5
Ligações prediais 4,6
Cadastro 0,5
Serviços Complementares
(9,9%)
Lastros e bases adicionais 0,7
Reposição de pavimento 9,1
Reposição de galerias de águas
pluviais
0,1
6.12 CONTROLE DE SULFETOS:
A seguir apresentam-se características dos sulfetos, pelas quais fica evidente a
necessidade de que os mesmos tenhas suas concentrações controladas.
- H2S: gás sulfídrico (sulfeto de Hidrogênio)
- A tensão trativa (> 1,5 Pa) praticamente inibe a formação de sulfetos em coletores
acima de 500 mm de diâmetro.
- Odor (ovo podre)
- Extremamente tóxico, corrosivo e precursor para a formação de H2SO4
- Concentrações de H2S (> 300 ppm): morte!
- Explosivo quando > 4,3 % no ar.
Tabela 6.4 - Riscos à saúde associados às concentrações de sulfetos.
Concentração (ppm) Possíveis danos associados 0,002 – 0,15 Faixa de odores perceptíveis
3 – 5 Significativos incômodos devido a odores
10 Número MAK
10 – 20 Problemas nas vistas, ardência dos olhos
> 45 Problemas graves às vistas
50 – 100 Incômodos às vias respiratórias e mucosas
> 150 Perda de olfato
200 – 500 Dores de cabeça, sonolência, tonturas, paralisia
Enjôo, demência
> 500 Afeta o sistema nervoso, paralisia do aparelho respiratório, perda de
memória e sentidos, câimbras e morte
> 900 Morte quase instantânea
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7. ESTAÇÕES DE BOMBEAMENTO DE ESGOTOS
O conteúdo deste capítulo será complementado por uma palestra a ser proferida por um
fornecedor de bombas para água e esgotos.
7.1 FINALIDADE DAS EBE
Destinam-se à elevação de esgotos de níveis baixos para níveis altos, de forma a evitar o
aprofundamento excessivo de tubulações, encaminhando esses efluentes para cabeceiras
de rede, onde o recobrimento é mínimo. Também são adotadas para reversão de esgotos
de uma bacia de contribuição para outra, para descarga em interceptores, emissários, ETE
ou em corpos receptores, quando não for possível utilizar apenas a gravidade.
7.2 CÁLCULO DO VOLUME ÚTIL DO POÇO
De acordo com a P-NB-569, Anexo 1, o volume mínimo do poço de sucção deve ser:
4=
V
tQB
Onde:
V = volume do poço, em m3;
QB = vazão da bomba, em m3/minuto;
t = intervalo de tempo entre duas partidas consecutivas de uma bomba, mínimo de
10 minutos (6 partidas por hora). Recomenda-se consultar os fabricantes de
motores sobre o número máximo de partidas, qualquer que seja a potência do
motor, a fim de estabelecer para o projeto o tempo de ciclo (t).
Substituindo os valores, considerando t = 10 min, resulta:
BBB Q
QtQV =
=
= min5,2
4
min10
4, para uma bomba operando
Se duas bombas puderem ser operadas alternadamente, resultará:
BQV = min25,1
O tempo “t” resulta de duas parcelas: tp e tf, sendo:
tp = tempo de parada, ou necessário para o nível de água subir do mínimo de operação
até o nível máximo (bomba desligada):
aQ
Vtp = , onde Qa é vazão máxima afluente ao poço (m3/min);
tf = tempo de funcionamento, ou gasto para o nível de água descer desde o máximo até o
mínimo, quando desligará:
aB QQ
Vtf
−=
Assim:
aBa QQ
V
Q
Vt
−+=
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 94
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Exemplo: Dimensionar o volume do poço de sucção de uma estação elevatória de
esgotos, sabendo que:
Qmáx = 80 l/s; Qmed = 44 l/s; Qmín = 22 l/s
A capacidade de bombeamento é de 100 l/s, sendo uma bomba operativa e outra de
reserva.
Solução:
a) Determinação do volume útil do poço de sucção, para funcionamento sempre da mesma
bomba (adotado t = 10min para tempo entre 2 partidas sucessivas, ou ciclo de
bombeamento):
V = 2,5min . QB = 2,5min . 0,100m3/s . 60s/min = 15 m3
b) Determinação do volume útil do poço de sucção, para funcionamento alternado das
duas bombas:
V = 1,25min . QB = 1,25min . 0,100 m3/s. 60s/min = 7,5 m3
c) Verificação:
c.1) Para operação sempre da mesma bomba:
min125,360080,0
15=
==
aQ
Vtp
min5,1260)080,0100,0(
15=
−=
−=
aB QQ
Vtf
t = 3,125 + 12,5 = 15,625 min (ok)
c.2) Para operação alternada das duas bombas:
min56,160080,0
5,7=
==
aQ
Vtp
min25,660)080,0100,0(
5,7=
−=
−=
aB QQ
Vtf
t = 1,56 + 6,25 = 7,81 min
Logo, os tempos de detenção máximos no poço serão 15,625 minutos com uma bomba,
ou 7,81 minutos com duas bombas.
d) Determinação do volume efetivo do poço de sucção:
dmef xTQV =
Vef = volume efetivo do poço de sucção, o qual considera o nível do fundo do poço
e o nível médio de operação das mesmas (m3);
Qm = vazão média de projeto afluente a EBE no início da operação (m3/min). A
vazão média no início da operação desconsidera o coeficiente de hora de maior
consumo (k2);
Td = tempo de detenção no poço (min), o qual deve ser menor do que 30 min.
d-1) efV = (44L/s).(3,125+12,5)min.60s/min = 41.250 L
d-2) efV = (44L/s).(1,56+6,25)min.60s/min = 20.618,4 L
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tf = tempo de funcionamento de uma bomba
tp = tempo de parada da bomba
t = tempo entre entradas em operação de uma mesma bomba
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8. ESGOTOS PLUVIAIS
Neste capítulo são abordados os métodos para dimensionamento de sarjetas e de galerias
pluviais. O dimensionamento destes elementos depende do coeficiente de runoff, que é
função do período de retorno T adotado pelo projetista. Para T = 5 a 10 anos, podem ser
usadas as tabelas abaixo.
Neste semestre você apreciará neste capítulo algumas inovações que começam a ser
adotadas nos sistemas de drenagem pluvial. Apresentar-se-ão casos de Porto Alegre, de
Buenos Aires e de Barcelona.
Tabela 8.1: Coeficientes de runoff para distintos tipos de áreas.
Descrição da área Coeficiente de runoff
Área comercial central 0,70 a 0,95
Área comercial em bairros 0,50 a 0,70
Área Residencial
Residências isoladas 0,35 a 0,50
Unidades múltiplas (separadas) 0,40 a 0,60
Unidades Múltiplas (conjugadas) 0,60 a 0,75
Lotes com 2.000 m2 ou mais 0,30 a 0,45
Área com prédios de apartamentos 0,50 a 0,70
Área industrial leve 0,50 a 0,80
Área industrial pesada 0,60 a 0,90
Parques, cemitérios 0,10 a 0,25
Playgrounds 0,20 a 0,35
Pátios de estradas de ferro 0,20 a 0,40
Áreas sem melhoramentos 0,00 a 0,30
Tabela 8.2: Coeficientes de runoff para distintos tipos de superfície.
Característica da superfície Coeficiente de runoff
Ruas com pavimento asfáltico 0,70 a 0,95
Ruas com pavimento de concreto 0,80 a 0,95
Passeios 0,75 a 0,85
Telhados 0,75 a 0,95
Terrenos relvados (solos arenosos)
Pequena declividade (2%) 0,05 a 0,10
Média declividade (2% a 7%) 0,10 a 0,15
Forte declividade (7%) 0,15 a 0,20
Terrenos relvados (solos pesados)
Pequena declividade (2%) 0,15 a 0,20
Média declividade (2% a 7%) 0,20 a 0,25
Forte declividade (7%) 0,25 a 0,30
8.1 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO HIDRÁULICA DE RUAS E SARJETAS
A capacidade de condução da rua ou da sarjeta pode ser realizada de duas formas
diferentes:
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 97
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a) a água escoando por toda a calha da rua;
Figura 8.1: escoamento por toda a calha da rua.
b) a água escoando só pelas sarjetas.
Figura 8.2: escoamento só pela sarjeta.
Para a primeira hipótese (figura 8.1), admite-se:
- Declividade do leito carroçável da rua (seção transversal): IT = 3 %
- Altura d’água na sarjeta...................................................: y0= 0,15 m
Para a segunda hipótese (figura 8.2), admite-se: IT = 3 %
y = 0,10 m
O dimensionamento hidráulico pode ser realizado pela expressão de Strickler-Manning:
3/22/1
HL RIKV =
Onde:
V = velocidade da água na sarjeta, em m/s;
IL = declividade longitudinal da rua, em m/m;
K = adotado igual a 60, para os pavimentos comuns das vias públicas.
RH = em m (RH = Am )
Pm
Exemplo: Para uma determinada rua, cuja declividade longitudinal (IL) da rua é 0,5% e a
declividade transversal do leito carroçável é de IT = 3 %, definir:
a) a capacidade máxima de transporte pela calha;
b) a capacidade máxima de transporte pelas sarjetas.
Admitir:
- altura global da guia (y0) = 0,15 m
- altura de água na sarjeta (y) = 0,10 m
- declividade longitudinal da rua (IL) = 0,005 m/m
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 98
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Solução:
a) Primeiro caso (capacidade global da calha da rua):
VAQ = e, 3/22/1
HL RIKV =
3/22/1
HL RIKAQ =
y0 = 0,15 m b = 0,15 = 5,0 m
IT = 0,03 m/m 0,03
Am = y0 x b = 0,15 x 5,0 = 0,375 m2
2 2
Pm = 0,15 + ( 0,15 )2 + ( 5,0 )2 1/2 5,15 m
RH = Am = 0,375 = 0,0728 m
Pm 5,15
Q = 0,375 . 60 . (0,005)1/2 . (0,0728)2/3 = 0,277 m3/s = 277 l/s
Para toda a rua, ou seja, para os dois lados da rua, tem-se:
Q = 0,277 . 2 = 0,554 m3/s = 554 l/s
b) Segundo caso (capacidade das sarjetas para y = 0,10 m):
y = 0,10 m b = 0,10 = 3,33 m
IT = 0,03 m/m 0,03
Am = yx b = 0,10 x 3,33 = 0,167 m2
2 2
Pm = 0,10 + ( 0,10 )2 + ( 3,33)2 1/2 3,43 m
RH = Am = 0,167 = 0,0485 m
Pm 3,43
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Q = 0,167 . 60 . (0,005)1/2 . (0,0485)2/3 = 0,094 m3/s
Para duas sarjetas (ambos os lados da rua):
Q = 0,094 . 2 = 0,188 m3/s = 188 l/s
8.2 BOCAS DE LOBO
As bocas de lobo são os pontos de admissão das águas de chuva à rede pluvial. Localizam-
se junto ao meio-fio. Em caso de topografia acidentada sua localização deve ser
procedida com cuidados. As caixas existentes junto a cada boca de lobo devem ter a
geratriz inferior do tubo de saída elevada em relação ao fundo das caixas, a fim de
possibilitar a retenção de areia, que deve ser periodicamente removida pelas equipes de
manutenção do sistema.
Figura 8.3: Locação de Caixas de Ligação
A locação das bocas de lobo atende as recomendações que seguem:
a) serão locadas em ambos os lados da rua quando a saturação da sarjeta o requerer,
ou quando forem ultrapassadas as suas capacidades de engolimento;
b) serão locadas nos pontos baixos das quadras:
c) recomenda-se adotar um espaçamento máximo de 60m entre as bocas de lobo,
caso não seja analisada a capacidade de escoamento da sarjeta;
d) a melhor solução para a instalação de bocas de lobo é em pontos pouco a montante
de cada faixa de cruzamento usada pelos pedestres, junto as esquinas;
e) não é conveniente a sua localização junto ao vértice de ângulo de interseção das
sarjetas de duas ruas convergentes pelos seguintes motivos; os pedestres para
cruzarem uma rua, teriam que saltear a torrente num trecho de máxima vazão
superficial; as torrentes convergentes pelas diferentes sarjetas teriam como
resultante um caudal de velocidade em sentido contrário ao da afluência para o
interior da boca de lobo.
BL......... Boca de Lobo
CL......... Caixa de Ligação
PV......... Poço de Visita
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 100
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8.2.1 Tipos de bocas de lobo
As bocas de lobo podem ser classificadas em três grupos principais:
- Bocas de meio-fio, ou ralos de guias: é a solução mais frequentemente observada
em Porto Alegre, ainda que em muitos casos não sejam dotadas do indispensável ralo,
que evita o ingresso de corpos estranhos para o sistema, como garrafas PET. A figura
abaixo representa uma boca de meio-fio, ou ralo de guia.
Figura 8.4: boca de meio-fio ou ralo de guia.
- Ralos de sarjetas (grelhas): a figura que segue representa o que vem a ser o ralo
de sarjeta:
Figura 8.5: ralo de sarjeta.
- Ralos combinados: este tipo de boca de lobo seria uma combinação dos dois
casos anteriores, tendo-se um ralo na sarjeta e outro, de mesma largura, no meio-fio. Este
tipo de boca de lobo caracteriza-se por uma grande capacidade de admissão de água.
Figura 8.6: ralo combinado.
Ralo
L
Ralo
b
Ralo
b
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8.2.2 Capacidade de engolimento em pontos baixos de sarjetas
Com relação à capacidade de engolimento, deve-se atentar que em terrenos planos a água
pode se aproximar pelos dois lados da sarjeta, como se vê na figura seguinte, que
apresenta uma vista frontal de uma boca de lobo (BL) de meio-fio.
‘
Figura 8.7: aproximação da água pelos dois lados da sarjeta.
a) Boca de lobo de entrada pela guia:
Se a água que se acumula sobre a boca de lobo gerar uma altura menor que a abertura na
guia, este tipo de boca (figura 8.4) pode ser considerada um vertedor e sua capacidade de
engolimento será:
2/37,1 YLQ =
onde:
Q = vazão de engolimento, em m3/s;
1,7 = coeficiente de descarga, adimensional;
Y = altura d’água, próximo a abertura na guia, em m;
L = comprimento da soleira, em m.
Deve-se executar uma depressão de alguns centímetros nas imediações da boca. A
solução expedita (gráfica) do problema pode ser obtida mediante o uso da figura 8.8.
Quando a altura d’água “y” sobre o local for maior do que o dobro da abertura na guia,
a vazão é calculada por:
Q = 3,101 . L . h1/2 (Y’/h)1/2
onde :
L = comprimento da abertura, em m;
h = altura da BL na guia, em m;
Y’= carga no meio da abertura da guia, em m (Y’ = Y - h/2)
BL
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 102
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b) Boca de lobo com grelha:
Um padrão adotado com freqüência para as bocas de lobo com grelha é 0,29m de altura
por 0,87m de comprimento (para FoFo). A grelha funciona como um vertedor de soleira
livre, para profundidade de lâmina até 12 cm. Se um dos lados for adjacente à guia, este
lado (L) deve ser excluído do perímetro da mesma. A vazão é:
2/37,1 YPQ =
onde:
Y = altura d’água na sarjeta, sobre a grelha, em m;
P = perímetro do orifício, em m.
Para profundidades de lâminas maiores que 12 cm, a vazão, em m3/s, será:
2/191,2 YAQ =
onde:
A = área da grade, excluídas as áreas ocupadas pelas barras, em m2;
Y = altura d’água na sarjeta, sobre a grelha, em m.
Obs: Para h < y < 2h, a boca de lobo funciona em condição de transição, instável e
indefinido, entre vertedor (Q = 1,7.P.Y3/2) e orifício (Q = 2,91.A .Y1/2).
c) Bocas de lobo combinadas (entrada pela guia e pela grelha):
A capacidade teórica de esgotamento das bocas de lobo combinadas, é aproximadamente
igual ao somatório das vazões pela grelha e pela abertura na guia, consideradas
isoladamente.
Exemplo: Seja dimensionar a boca de lobo, para uma vazão de 94 l/s na sarjeta e uma
lâmina de água de 0,10 m. A depressão no local da boca de lobo é de 5 cm. A altura da
abertura na guia é a abertura padrão de 15cm.
Solução “a”: Como boca de lobo de guia (caso a, pág. 81):
a.1) Da equação Q = 1,7 . L . Y3/2 (vide ítem 8.2.2, sub-ítem a) resulta:
L = Q = 0,94 = 1,75 m
1,7 (Y)3/2 1,7 (0,10)3/2
Logo, haverá a necessidade de um comprimento de 1,75 m de soleira. Pode-se optar por
duas bocas de lobo padrão, com 1,0 m cada, e guia com h = 0,15 m.
Passeio
Grelha adjacente
à guia
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 103
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a.2) Graficamente (atentar para simbologia da figura 8.8, onde h é altura da abertura
na guia):
Da figura 8.8, retira-se (válida só para depressão a = 5 cm):
Y0/h = 0,10 0,67
0,15
- Q/L = 55 l/s.m
Como Q = 94 l/s, L = 94 = 1,71 m; Resultado praticamente igual ao anterior.
55
Figura 8.8: Capacidade de esgotamento das BL simples com depressão 5cm em pontos
baixos das sarjetas.
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Solução “b”: Como boca de lobo de grelha (caso b, pág. 82)
b.1) Da equação Q = 1,7 . P . Y3/2 (vide ítem 8.2.2, sub-ítem b) resulta:
P = Q = 0,094 = 1,75 m
1,7(Y)3/2 1,7(0,10)3/2
P = 2 ( a + b ) (conforme figura 8.5)
Admitindo uma face “a” adjacente à guia, vem, para b = 0,29 m (padrão):
P = a + 2.b 1,75 = a + 2 . 0,29
a = 1,75 - 0,58 = 1,17 m
Utilizam-se duas grelhas padrão (0,29m de largura e 0,87m de comprimento)
c) Como boca de lobo combinada:
Admitindo-se boca de lobo de guia padrão:
Y = 0,15 m
L = 1,0 m
E admitindo boca de lobo de grelha padrão:
a = 0,87 m
b = 0,29 m
Obtém-se para BL guia (caso a, pág. 81):
Q = 1,7 . L . Y3/2 = 1,7 . 1,0 . (0,10)3/2 = 0,054 = 54 l/s
Resultando para BL grelha:
Q = 1,7 . P . Y3/2 = 1,7 . ( 0,87 + 0,58 ) . ( 0,10 )3/2 = 0,078 = 78 l/s
como:
Qglobal = 54 + 78 = 132 l/s 94 l/s (ok)
8.2.3. Capacidade de engolimento em pontos intermediários das sarjetas
Engolimento pelas BL em pontos intermediários das sarjetas, é o caso em que as sarjetas
estão em ruas em declive, e toda a vazão aflui à sarjeta por um único lado. Neste caso as
BL são dimensionadas para engolir de 90 a 100 % da vazão afluente. A vazão não captada
escoará pela sarjeta em direção à BL seguinte. Cabe ressaltar que, por segurança, todas
as BL devem ser dimensionadas considerando uma redução no valor teórico de
esgotamento, como sugerido na tabela abaixo.
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Tabela 8.3: Percentual de esgotamento (coeficientes de redução) nas BL devido a
obstruções por detritos, irregularidades nos pavimentos e hipóteses de cálculo não
correspondendo à realidade.
Local da BL
nas sarjetas
Tipo de BL % de esgotamento sobre o
valor teórico
Ponto baixo Simples
Com grelha
Combinada
80
50
65
Ponto
intermediário
Simples
Grelha longitudinal
Grelha transversal, ou longitudinal com
barras transversais
Combinada
80
60
50
110% dos valores indicados
para a grelha correspondente
8.2.3.1. Engolimento por boca de lobo simples com depressão (a)
A Figura 8.9 (vide pág. seguinte – Fonte Drenagem Urbana, Manual de Projeto –
CETESB, 1986) apresenta as grandezas características de uma BL simples, com a sarjeta
em depressão (a), instalada em trechos intermediários. A vazão esgotada é dada por:
gyyCKL
Q••+= )( , onde K e C são adimensionais
Para L1 = 10a, L2 = 4a, W = 8a, o valor de K será 0,23, o valor de C é dado por:
2
12,1
45,0XF
C = , onde: tga
LX
•= e F é o número de Froude, dado por:
gy
VF = , ou
−= 122
y
EF
Onde ygA
Qy
g
VE +=+=
2
2
02
2
)(
2
Obs: se L2 = 4a, e a = b, a primeira equação apresentada no item 8.2.3.1. terá uma outra
forma, como apresentado em Drenagem Urbana, Manual de Projeto – CETESB, 1986,
pág. 287.
8.2.3.2. Engolimento por boca de lobo simples sem depressão (a = 0)
Neste caso, C = 0, y = y0 e tg = tg 0 . Os valores de K são função de tg 0 , como
segue:
Tabela 8.4: Valores de K em função de tg 0
tg 0 . K
12 0,23
24 0,20
48 0,20
Obs: e 0 são apresentados na Figura 8.9. A vazão admitida pela BL, será dada por:
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00 ygyKL
Q•••=
Onde: tan=Z e, 2/13/8375,0 tiy
n
ZQ ••••=
Exercício: Dimensione uma BL simples sem depressão, em ponto intermediário de
sarjeta, para: Q0 = 28 L/s; n = 0,016; i = 0,03m/m; it = 0,02m/m; tg 0 = 24; W= 30cm.
Calcule o comprimento da BL para 90% e 100% de esgotamento do valor teórico (sem
detritos...)
Solução: As vazões para 90% e 100% de esgotamento do valor teórico, serão:
Figura 8.9: Bocas de lobo simples, em pontos intermediários das sarjetas.
L
L2
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Q90 = 28/0,9= 31 L/s
Q100 = 28/1,0 = 28 L/s
Com o emprego das equações apresentadas no item 8.2.3.2, tem-se:
tan=Z = 30/1,25 = 24
Arbitram-se valores para y (como é sem depressão, y = y0)
a) Dimensionamento para Q = 31 L/s (admissão de 90% da vazão teórica)
Para y = 4 cm, tem-se: (na fórmula abaixo entra a declividade longitudinal “ï” da sarjeta,
bem como a declividade perpendicular, esta na forma da variável Z)
2/13/8375,0 iyn
ZQ •••= = 2/13/8 03,004,0
016,0
24375,0 ••• = 0,018m3/s = 18 L/s
Para y = 4,9 cm, tem-se:
2/13/8 03,0049,0016,0
24375,0 •••=Q = 31 L/s
Então: 00 ygyKL
Q•••= , onde K = 0,20, em função de tan 0 = 24 (tabela 8.4)
049,081,9049,020,0 •••=L
Q = 0,0068 m3/s.m = 6,8 L/s.m
Para Q/Q0 = 90%, tem-se L = (31L/s)/(6,8 l/s.m) = 4,56 = 4,6m (largura BL, com y =
4,9cm). Adota-se uma altura para a abertura de 14cm, que é um valor usual.
b) Dimensionamento para Q = 28L/s (admissão de 100% da vazão teórica)
Para y = 4,7 cm, tem-se:
2/13/8 03,0047,0016,0
24375,0 ••••=Q = 28 L/s
Então: 00 ygyKL
Q•••= , onde K = 0,20, em função de tan 0 = 24 (tabela 8.4)
047,081,9047,020,0 •••=L
Q = 0,0064 m3/s.m = 6,4 L/s.m
Para Q/Q0 = 100%, tem-se L = (28L/s)/(6,4 l/s.m) = 4,38m (largura BL, com y = 4,9cm).
Adota-se uma altura para a abertura de 14cm, que é um valor usual.
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8.2.4. Soluções inovadoras
Algumas cidades estão adotando soluções inovadoras para as sarjetas de drenagem
pluvial, e com isto criando um sistema viário mais confortável, pois não mais existe
desnível entre o passeio o e leito carroçável das ruas, onde circulam os veículos. As
figuras a seguir ilustram esta situação adotada em Buenos Aires, Argentina.
Figura 8.10: Canaletas contínuas, cobertas por
grades em toda a sua extensão...
Figura 8.11: ...tornam-se praticamente à prova das
obstruções por resíduos, que afetam as bocas de
lobo tradicionais.
Figura 8.12: Sarjeta inovadora, no centro do passeio, com duas declividades opostas em
direção ao centro do passeio, em Buenos Aires.
Houve um tempo em que, em Porto Alegre, os passeios eram impermeabilizados em toda
a sua largura. Atualmente, em função de sua largura, o mesmo conta com uma ou duas
faixas permeáveis. A Figura 8.13 apresenta um passeio em Porto Alegre com duas faixas
permeáveis.
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Figura 8.13: Passeio com atenções visando incrementar a
permeabilidade em pavimentos urbanos.
Em Porto Alegre está sendo testada uma boca de lobo adaptada para reter resíduos. A
mesma, que pode ser apreciada nas Figuras 8.14 e 8.15, tem uma plataforma, no interior
da caixa, que retém resíduos. A limpeza desta boca de lobo pode ser feita de forma rápida
e segura, dispensando a remoção das tradicionais lajes de concreto que cobrem a caixa da
boca de lobo. Ressalte-se que esta boca de lobo adaptada agrega valor paisagístico aos
passeios. Sua cobertura vegetal subsiste pelo menos uma semana sem irrigação, graças às
atenções para com o meio que aloja o sistema radicular da vegetação.
Figura 8.14: BL antes da adaptação, com
cobertura de quatro lajes de concreto...
Figura 8.15: ...e após, notando-se que duas das
lajes que cobriam a caixa foram suprimidas.
Figura 8.16: Com a simples remoção dos painéis
laterais, o acesso ao interior da caixa é...
Figura 8.17:...facilitado, para que os resíduos
retidos possam ser retirados.
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8.3 GALERIAS CIRCULARES
Há duas hipóteses para locação de coletores de águas pluviais: ou sob o passeio, ou sob o
eixo da via pública. O recobrimento mínimo sugerido é de 1,00m sobre a geratriz superior
externa do tubo, devendo permitir a ligação dos tubos de escoamento das bocas de lobo,
cujo recobrimento mínimo é de 0,60m.
8.3.1 Aspectos gerais
Da hidráulica sabemos que
Q = A . V e V = RH2/3 . I1/2 ou V = K . RH
2/3 . I1/2
n
Sabe-se também que, em um tubo funcionando à seção plena, tem-se:
RH = D/4
Deduz-se assim uma equação para “D”:
Q = A.V ; n
IRV H
2/13/2
= ; 213
2
4
1I
D
nV
=
3/5
3/82/1
21
3/22
44
1
4
DI
nI
D
n
DQ
=
=
8/3
2/1
8/3
2/1
8/3
2/1
3/5
5483,1,,5483,14
=
=
=
IK
QDou
I
nQ
I
nQD
Seja calcular a galeria circular necessária para a condução da vazão de 94 l/s, sendo I=
0,001 m/m. Adotar “n” de Manning igual a 0,013 (equivaleria a “K” de Strickler-Manning
igual a 76,9).
Solução:
457,0001,0
013,0094,05483,15483,1
8/3
2/1
8/3
2/1=
=
=
I
nQD
Como DN 500 DN 457, a lâmina não será 100 %. Há que se obter os elementos para o
tubo parcialmente cheio.
FH = Q . n = 0,094 . 0,013 = 0,2453
D8/3.I1/2 (0,500)8/3. (0,001)1/2
Para FH = 0,2453 , RH /D= 0,2917 e h/D = 0,67
RH = 0,2917 . 0,500 = 0,146 m; smn
IRV H /67,0
013,0
)001,0()146,0( 2/13/22/13/2
=
=
=
8.3.2. Modelo de cálculo para determinação de vazões de galerias pluviais em áreas
urbanas
O modelo adotado é o chamado Método Racional, dado pela expressão:
IPH 212-C Sistemas de Água e Esgotos - Módulo 2 111
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Q = 2,78 . C . I . A
onde:
Q = vazão, em l/s;
C = coeficiente de escoamento superficial (adimensional), coeficiente de Runoff;
I = intensidade de chuva, mm/h;
A = área da bacia, em ha.
A intensidade de chuva I (equação anterior) é particular para cada localidade. A figura
seguinte apresenta as curvas de intensidade (I) e duração, para diversos períodos de
recorrência em Porto Alegre.
Figura 8.18: Curvas intensidade x duração x freqüência para Porto Alegre-RS.
(Fonte: DMAE).
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Cada par de bocas de lobo é ligado a um PV, conforme observa-se na figura 8.3. O
espaçamento entre pares de bocas de lobo deve ser 50 m.
As caixas de ligação, observadas na figura 8.3, são usadas quando são necessárias bocas
de lobo intermediárias em uma quadra, para evitar chegar a um PV com mais de quatro
tubos. As caixas de ligação diferem de um PV por não serem visitáveis.
A distância máxima entre PV é referida na tabela 8.5, que vale para São Paulo. Cada
município costuma ter distâncias limite próprias, geralmente inferiores as da tabela 8.5.
Em Porto Alegre, por exemplo, o caderno de encargos do DMAE, estabelece a distância
entre PV no item 5.16, anexos 5.12 a 5.18. O referido caderno pode ser baixado pela
Internet do site do DEP ou do site da ABTC.
http://lproweb.procempa.com.br/pmpa/prefpoa/dep/default.php?p_secao=47
www.abtc.com.br/publicacoes/1.pdf
Tabela 8.5: Distância máxima entre PVs (fonte: DAEE/CETESB, 1980).
D(m) Distância máxima (m)
0,30 120
0,50 150
≥1,00 180
A chuva de projeto deve ser adotada para um período de retorno ou de recorrência de 5
anos; a sua duração, que se confundirá com o tempo de concentração, deve ser fixado
para as cabeceiras de rede em 10 minutos.
O tempo de percurso em cada trecho é dado pela expressão:
tp = L__
V . 60
onde:
tp = tempo de percurso, em minutos;
L = comprimento do trecho, em m;
V = velocidade no trecho, em m/s.
De uma curva Intensidade/Duração/Frequência, retira-se para 10 minutos e período de
retorno de 5 anos, a intensidade da chuva de projeto, e com a definição do coeficiente de
runoff e da área de drenagem, calcula-se a vazão a ser drenada. A medida que se avança
nos trechos, o tempo vem sendo acumulado (tempo de duração = tempo de concentração),
de forma que a intensidade da chuva diminui (é uma exponencial inversa). Quando se
encontra um PV que recebe concomitantemente vazões de vários trechos, não se somam
esses tempos, mas adota-se àquele de maior valor; isso leva a uma chuva de menor
intensidade, mas como as áreas drenadas vêm sendo acumuladas, a vazão cresce.
Para bacias externas grandes, pode-se adotar como tc = td inicial a: (Fórmula de Kirpich) 385,0
3
57
=
H
Ltc
onde:
L = comprimento do talvegue, em km;
H = máximo desnível ao longo de L, em km
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O coeficiente de runoff varia de 0,10 a 0,95, sendo comum a adoção de valores como 0,60
e 0,70. As chuvas de projeto podem ser obtidas das curvas constantes do Manual de
Drenagem Urbana da CETESB, onde as mesmas constam em mm/min (basta transformá-
las em mm/h).
Exercício: Aqui será abordada a rotina de dimensionamento hidráulico de galerias
pluviais, considerando-se a planta apresentada, da cidade de Alegrete-RS. T = 5 anos;
c = 0,60 (runoff).
Obs: este exercício, aqui incompleto, será distribuído em versão impressa.
A1 = A4 = A7
A2 = A5 = A8
2A3 = A6 =A9
60m 60m 60m
A1 A4 A7
sarjeta
sarjeta
PV2 PV3 PV4
PV1 PV3-1 PV4-1