Dimensionamento Hidráulico de Redes de Esgoto

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
CIV347 – SISTEMAS DE ESGOTAMENTO 
SANITÁRIO
DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE 
REDES COLETORAS DE ESGOTOS
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Itens a serem abordados:
• Diâmetro da tubulação
• Declividade mínima
• Tensão trativa
• Cálculo da lamina
• Velocidade máxima
• Declividade máxima
• Velocidade crítica
• NBR 9649 - Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário
DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO
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Dimensionamento Hidráulico - Resumo
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Projeto de Redes Coletoras de Esgoto - Dimensionamento Hidráulico
1. Para todos os trechos da rede devem ser estimadas as vazões
de início e fim de plano (Qi e Qf ).
➢ Recomenda-se como o menor valor de vazão, 1,5 L/s em qualquer
trecho.
2. Os diâmetros a empregar devem ser previstos nas normas e especificações
brasileiras relativas aos diversos materiais, o menor não sendo inferior a
DN 100 mm (ou 150 mm – Observar as normas do prestador de serviços).
3. A declividade de cada trecho da rede coletora não deve ser inferior à
mínima admissível calculada de acordo com 4 e nem superior à máxima
calculada segundo o critério de 5.
5 5
4. Cada trecho deve ser verificado pelo critério de tensão trativa média de
valor mínimo t = 1,0 Pa, calculada para a vazão inicial (Qi), para
coeficiente de Manning n=0,013. A declividade mínima que satisfaz essa
condição pode ser determinada pela expressão aproximada:
(Imin em m/m e Qi em L/s)
➢ Para coeficiente de Manning diferente de 0,013, os valores de tensão
trativa média e declividade mínima a adotar devem ser justificados.
Imin = 0,0055 Qi
−0,47
Projeto de Redes Coletoras de Esgoto - Dimensionamento Hidráulico
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5. A máxima declividade admissível é aquela para a qual se tenha Vf = 5 m/s 
(evitar desgastes e erosão de materiais).
6. Quando a velocidade final Vf é superior à velocidade crítica Vc, a maior
lâmina admissível deve ser 50% do diâmetro do coletor, assegurando-se
ventilação do trecho;
➢ A velocidade crítica é definida por:
Projeto de Redes Coletoras de Esgoto - Dimensionamento Hidráulico
No qual: g é a aceleração da gravidade
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Velocidade crítica e escoamento aerado
 O Fenômeno (escoamento aerado)
➢Estudos realizados por VOLKART (Alemanha) 1980
➢Depende do Adimensional: número de BOUSSINESQ:
➢Mistura água-ar (Esc. Aerado) inicia quando B = 6,0 portanto...
 Norma da ABNT NBR 9649/1986
➢ Quando a velocidade final Vf for superior à velocidade crítica Vc, a maior lâmina
admissível deve ser 50% do diâmetro do coletor, assegurando-se ventilação do
trecho;
no qual g é a aceleração da
gravidade e RH, o raio hidráulico
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7. As lâminas d’água devem ser sempre calculadas admitindo o escoamento
em regime uniforme e permanente, sendo o valor máximo, para a vazão
final (Qf), igual ou inferior a 75% do diâmetro do coletor (ou 50% quando
Vf >Vc).
8. Condição de controle de remanso: Sempre que a cota do nível de água de
saída de qualquer PV ou TIL está acima de qualquer das cotas dos níveis
d’água de entrada, deve ser verificada a influência do remanso no trecho de
montante.
Projeto de Redes Coletoras de Esgoto - Dimensionamento Hidráulico
y/D ≤ 0,75 ou y/D ≤ 0,50 se Vf >Vc
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CONTROLE DE REMANSO
 Quando existe aumento do diâmetro no trecho a jusante (e sempre que o
recobrimento corresponde ao mínimo), pode- se controlar o remanso alinhando as
tubulações pela geratriz superior:
a profundidade do TIL 
ou PV é acrescida da 
diferença entre os 
diâmetros
PV
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CONTROLE DE REMANSO
10
 Quando o recobrimento é superior ao mínimo e existe aumento do diâmetro no trecho
a jusante, outra alternativa é controlar o remanso alinhando as tubulações pelo nível
d’água no final de plano:
a profundidade do TIL 
ou PV é acrescida da 
diferença entre as 
lâminas (y=D*y/D)
PV
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NUMERAÇÃO DOS TRECHOS...
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Como calcular a declividade...
 Quando o coletor a montante está com a profundidade ou recobrimento
mínimo e a declividade do terreno é maior ou igual a declividade mínima:
 a declividade no trecho fica igual a declividade do terreno
 e a profundidade tanto a montante, como a jusante, fica igual ao
recobrimento mínimo mais o diâmetro da tubulação
L
zi − zf
I =
zi
zf
L
rmin
rmin
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 Quando a declividade do terreno é menor que a declividade
mínima (plano ou até negativa):
 a declividade no trecho fica igual à declividade mínima
 e a profundidade (ou o recobrimento) a jusante pode ser calculada
L
I
I = Imin
(zi − ri )− (zf − rf )
=
zf
zi L
ri
rf > rmin
Como calcular a declividade...
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 Se o coletor a montante está acima da profundidade ou recobrimento
mínimo e a declividade do terreno > Imin.:
 procura retornar para a profundidade ou recobrimento mínimo
 se o I resultar inferior à mínima, utilizar a Imin....
zi
zf
L
ri > rmin
rf = rmin
Como calcular a declividade...
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 procura-se manter ou retornar o recobrimento a jusante para o mínimo,
se não for possível vale a declividade mínima
 Existe uma regra geral que cobre todos os casos anteriores:
zi
zf
L
ri
rf
Como calcular a declividade...
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 p = r + D → (fundo da vala)
 cada diâmetro vai resultar um valor diferente de I, pode fazer por tentativa e 
erro com diferentes diâmetros...
zi
zf
L
pi
rf
 Complica um pouco quando a profundidade é fixa:
Como calcular a declividade...
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 Quando a declividade do terreno for muito acentuada:
 Utilizar declividade máxima nos trechos com rmin à jusante
 Utilizar degraus ou PVs com tubos de queda
 Pode ser necessário reduzir a distância entre os PVs ou TILs (L < 100 m)
Como calcular a declividade...
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No qual:  = tensão trativa média (Pa)
F = peso do líquido de um trecho L (N)
T = componente tangencial de F (N)
α = ângulo de inclinação da tubulação (°)


A tensão trativa é definida como uma tensão tangencial exercida sobre a parede do conduto 
pelo líquido escoado.
=
T
=
 A L sen
P L P L
=   RH  sen
 =   RH  I
  1,0Pa
 = peso específico do líquido, 104 N/m3 para o esgoto 
RH = raio hidráulico (m)
I = declividade da tubulação (m/m) 
P = perímetro molhado da seção (m) 
A = área molhada da seção (m2)
I ≈ senσ
σ
TENSÃO TRATIVA OU TENSÃO DE ARRASTE
F =   A L
T = F sen =  A L sen
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I = 0,0055Q-0,47
0,0001
0,001
0,01
0,1
1 10010
Vazão (l/s)
D
e
c
li
v
id
a
d
e
(m
/m
)
Ajuste para min = 1 Pa e
n=0,013, para diâmetros 
variando de 100 mm a 
400 mm e Y/D ≤ 0,75
DECLIVIDADE MÍNIMA
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DIÂMETRO, VELOCIDADE MÁXIMA E DECLIVIDADE MÁXIMA
 Critério de Projeto: Lâmina máxima (y/D) = 0,75 ou 75%, e para manter esta
lâmina, o diâmetro mínimo necessário pode ser calculado diretamente por (para
n=0,013):
 Para manter a velocidade máxima em 5 m/s, pode ser utilizada a expressão 
aproximada da declividade máxima (válida para n=0,013):
I = 4,65 Q −0,67
max f
 Q 
0,375
D = 0,046
f

 I 
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Profundidade nas singularidades...
 É imposta pela profundidade da tubulação de saída, que depende da
maior profundidade dos trechos que chegam (a montante do TIL ou PV)
 Pode ser necessário aprofundar um pouco mais em relação ao tubo mais
baixo de chegada, para controle de remanso (se o diâmetro a jusante for
maior que de um ou mais trechos a montante)
 Lembrete: o controle do remanso pode ser feito alinhando as
tubulações pela geratriz superior ou pelo nível da lâmina líquida no
final de plano
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RECURSOS COMPUTACIONAIS PARA DIMENSIONAMENTO:
Exemplo com planilha eletrônica
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 campos com fundo verde: preenchidos pelo usuário
 campos com fundo branco: calculados automaticamente
RECURSOS COMPUTACIONAIS PARA DIMENSIONAMENTO:
Exemplo com planilha eletrônica
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Apresentação dos Resultados:
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Exemplo com softwares:
 AutoCAD 3D
 SewerCAD
 Suwin
 ETEx
 SANCAD
 InfraCAD
 Sistema UFC
RECURSOS COMPUTACIONAIS PARA 
DIMENSIONAMENTO:
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PROJETO DE REDES DE ESGOTOS - Detalhamento e Informações
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PROJETO EXECUTIVO DE REDES DE ESGOTOS
Plantas Detalhadas PerfisDetalhados
 Elementos gráficos:
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Perfil do coletor (tronco ou interceptor)
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POSIÇÕES PARA LOCAÇÃO DOS COLETORES
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Largura de faixa de servidão para implantação de coletores
31
PROFUNDIDADES MÍNIMAS DAS REDES
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Sabesp