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Instalações Hidráulicas – Esgoto e Drenagem SCHOLA DIGITAL 2018 Material Didático de Leitura Obrigatória utilizado na Disciplina de Instalações Hidráulicas – Esgoto e Drenagem – Revisão 00 de Janeiro de 2018 ÍNDICE UNIDADE 1 – ESGOTOS PREDIAIS Aula 1: Contexto e Conceitos.....................................................................................................1 Aula 2: Classificação e Projetos................................................................................................18 Aula 3: Dimensionamento........................................................................................................32 UNIDADE 2 – ESGOTO URBANO E DESTINAÇÕES Aula 4: Sistema Público de Esgotos..........................................................................................48 Aula 5: Tratamento de Esgotos I..............................................................................................56 Aula 6: Tratamento de Esgotos II.............................................................................................72 UNIDADE 3 – DRENAGEM PREDIAL Aula 7: Águas Pluviais..............................................................................................................82 Aula 8: Instalações Prediais.....................................................................................................90 Aula 9: Reutilização de AP’s...................................................................................................105 UNIDADE 4 – DRENAGEM URBANA Aula 10: Generalidades..........................................................................................................109 Aula 11: Dispositivos de Microdrenagem..............................................................................121 Aula 12: Dispositivos de Macrodrenagem.............................................................................130 In sta la ç õ e s H id rá u lic a s – E sg o to e D re n a g e m Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 1 Unidade 1 – Esgotos Prediais Aula 1: Contextos e Conceitos Uma instalação predial de Esgotos Sanitários visa atender às exigências mínimas de habitação em relação à higiene, segurança, economia e conforto dos usuários. O objetivo original desta aula é de fornecer subsídios que permitam o projeto de instalações de esgotos sanitários em edificações ou unidades domiciliares, sem levar em consideração o destino final dos esgotos sanitários. 1. Generalidades e Definições É característico de qualquer comunidade humana, o consumo de água como uma necessidade básica para desempenho das diversas atividades diárias e, consequentemente, a geração de águas residuárias sem condições de reaproveitamento. A água consumida deve ser de procedência conhecida, requerendo, na maioria das vezes, tratamento prévio para que ao atingir os pontos de consumo, a mesma esteja qualificada com um grau de pureza que possa ser utilizada de imediato para o fim a que se destina. As instalações necessárias para que a água seja captada, tratada, transportada e distribuída nos pontos de consumo constituem o sistema de abastecimento de água. Os processos de consumo da água, na sua maioria geram vazões de águas residuárias que, por não disporem de condições de reutilização, devem ser coletadas e transportadas para locais afastados da comunidade, de modo mais rápido e seguro, onde, de acordo com as circunstâncias, deverão passar por processos de depuração adequados antes de serem lançadas nos corpos receptores naturais. Este condicionamento é necessário para preservar o equilíbrio ecológico no ambiente atingido direta ou indiretamente pelo lançamento. Este serviço é executado pelo sistema de esgotos sanitários. Paralelamente à operação dos serviços citados devem também ser drenadas as águas de escoamento superficial, em geral vazões sazonais de origem pluvial, através de um sistema de galerias e canais, para os corpos receptores de maior porte da área tais como Aula 1 - Contextos e Conceitos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 2 córregos, rios, lagos, etc. A existência desse conjunto de condutos artificiais de esgotamento‚ denominado de sistema de drenagem pluvial ou sistema de esgotos pluviais, é fundamental para preservação da estrutura física salubre, pela redução ou controle dos efeitos adversos provocados pela presença incontrolada dessas vazões. Entende-se, pois, que a existência dos serviços descritos é essencial para o bem-estar de todos. Por definição, esse conjunto de serviços compõe o denominado Saneamento Básico, e tradicionalmente tem sido de responsabilidade, pelo menos no seu gerenciamento, do poder público. É fundamental, também, observar-se que a boa operação e confiabilidade dos sistemas que compõem as atividades de Saneamento Básico respondem diretamente por melhores condições de saúde, conforto e segurança e produtividade em uma população urbana. 1.1. Classificação das Águas A expansão demográfica e o desenvolvimento tecnológico trazem como consequência imediata o aumento de consumo de água e a ampliação constante do volume de águas residuárias não reaproveitáveis que, quando não condicionadas de modo adequado, acabam poluindo as áreas receptoras causando desequilíbrios ecológicos e destruindo os recursos naturais da região atingida ou mesmo dificultando o aproveitamento desses recursos naturais pelo homem. Essas águas, conjuntamente com as de escoamento superficial e de possíveis drenagens subterrâneas, formarão as vazões de esgotamento ou simplesmente esgotos. Sendo assim, de acordo com a sua origem, os esgotos podem ser classificados tecnicamente da seguinte forma: • Esgoto sanitário ou doméstico ou comum; • Esgoto industrial; • Esgoto pluvial. Denomina-se de esgoto sanitário toda a vazão esgotável originada do desempenho das atividades domesticas, tais como lavagem de piso e de roupas, consumo em pias de cozinha e esgotamento de peças sanitárias, como por exemplo, lavatórios, bacias sanitárias e ralos de chuveiro. O chamado esgoto industrial é aquele gerado através das atividades industriais, salientando-se que uma unidade fabril onde seja consumida água no processamento de sua Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 3 produção, gera um tipo de esgoto com características inerentes ao tipo de atividade (esgoto industrial) e uma vazão tipicamente de esgoto doméstico originada nas unidades sanitárias (pias, bacias, lavatórios, etc.). O esgoto pluvial tem a sua vazão gerada a partir da coleta de águas de escoamento superficial originada das chuvas e, em alguns casos, lavagem das ruas e de drenos subterrâneos ou de outro tipo de precipitação atmosférica. 2. Sistemas de Esgotos Para que sejam esgotadas com rapidez e segurança as águas residuárias indesejáveis, faz-se necessário a construção de um conjunto estrutural que compreende canalizações coletoras funcionando por gravidade, unidades de tratamento e de recalque quando imprescindíveis, obras de transporte e de lançamento final, além de uma série de órgãos acessórios indispensáveis para que o sistema funcione e seja operado com eficiência. Esse conjunto de obras para coletar, transportar, tratar e dar o destinofinal adequado às vazões de esgotos, compõe o que se denomina de Sistema de Esgotos. O conjunto de condutos e obras destinados a coletar e transportar as vazões para um determinado local de convergência dessas vazões é denominado de Rede Coletora de Esgotos. Portanto, por definição, a rede coletora é apenas uma componente do sistema de esgotamento. Para se projetar convenientemente as instalações, é necessário que: • Promova-se o rápido escoamento dos esgotos; isto é conseguido através de traçados convenientes, evitando-se curvas verticais e horizontais. No caso de necessidade, as curvas devem ser preferencialmente de 45o. Quando inevitável as curvas de 90o deverão ser de raios longos, utilizando-se peças de inspeção antes e depois das mesmas. As ligações entre canalização deverão ser feitas sempre que possível através do traçado mais curto, com prioridade para a de maior diâmetro; • Vede-se a passagem de gases e animais das tubulações para o interior dos edifícios: provendo-se todas as peças ou canalizações ligadas a elas, de fecho hídrico (coluna líquida de 50 mm de altura no mínimo), que deve ser mantido sob quaisquer condições de funcionamento da rede; • Impeça-se a poluição da água de consumo e de gêneros alimentícios: evitando as interconexões, bem como a passagem de canalizações de água em rebaixos de pisos ou canaletas de águas servidas. De qualquer maneira, a existência de Aula 1 - Contextos e Conceitos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 4 vazamentos na canalização de esgotos, pode causar problemas de contaminação da água de abastecimento e de gêneros alimentícios. • Impeça-se vazamentos, escapamentos de gases e formação de depósitos no interior das tubulações: para se evitar vazamentos é aconselhável que a instalação antes de ser posta em funcionamento, seja submetida ao teste de fumaça, ou outro qualquer, a fim de se detectar possíveis falhas na execução da mesma. Devem ser evitados colos que permitam a deposição de material particulado presente nos esgotos. Deve-se prover as tubulações de inspeções (peças especiais ou causas de inspeção) que permitam a manutenção da rede, através da introdução de equipamentos utilizados na limpeza das mesmas. Por fim a durabilidade das instalações está diretamente ligada à qualidade do material empregado, que deve ser resistente à corrosão, e da execução dos serviços, por isso a instalação não deve nunca estar solidária à estrutura do prédio; • Permita-se a ventilação contínua da rede pública coletora de esgotos: está é conseguida através da manutenção de canalização abertas à atmosfera e ligadas diretamente à rede pública sem nenhuma obstrução. Tal condição é satisfeita pelas instalações de ventilação que apresentam como único objetivo, a veiculação de gases e de ar. 2.1. Funções e Requisitos de Desempenho O sistema predial de esgoto sanitário (SPES), como dito, é um conjunto de tubulações e acessórios, o qual destina-se a coletar e conduzir o esgoto sanitário a uma rede pública de coleta ou sistema particular de tratamento. Além desta função básica, o SPES deve atender aos seguintes requisitos segundo a norma brasileira NBR 8160 “Sistemas prediais de esgotos sanitários – Projeto e execução” (ABNT, 1999). Analogamente às caracterizações do tópico 2, tem-se: • Deve ser garantida a qualidade da água de consumo; • Permitir o rápido escoamento da água utilizada e dos despejos introduzidos, evitando a ocorrência de vazamentos e a formação de depósitos no interior das tubulações; • Impedir que os gases provenientes do interior do SPES atinjam áreas de utilização; • Deverá haver uma separação absoluta em relação ao sistema predial de águas pluviais. Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 5 A contaminação da água de consumo deve ser evitada, protegendo-se tanto o interior dos sistemas de suprimento, como os ambientes receptores. A necessidade de viabilizar o rápido e seguro escoamento do esgoto sanitário, assim como garantir o funcionamento adequado dos fechos hídricos, deve ser considerada desde a concepção do SPES. A velocidade do escoamento nos trechos horizontais está associada à eficiência no transporte dos materiais sólidos, evitando que estes venham se depositar no fundo das tubulações. Nos trechos verticais, a velocidade do escoamento influencia significativamente nas pressões pneumáticas desenvolvidas no interior das tubulações. Já os fechos hídricos funcionarão adequadamente se os mesmos não se romperem, uma vez que os mesmos impedem que os gases no interior das tubulações penetrem no ambiente, conforme já comentado. Esta condição de não rompimento será garantida se as variações das pressões pneumáticas no interior do sistema forem limitadas. Os fenômenos que induzem as variações das pressões pneumáticas serão discutidos posteriormente. A separação absoluta do SPES em relação ao sistema predial de águas pluviais deve ser garantida, assegurando a inexistência de ligação entre tais sistemas. 2.2. Constituição São separados como proposto a seguir. 2.2.1. Subsistemas do Sistema Predial de Esgoto Sanitário O SPES pode ser dividido nos seguintes subsistemas: • Coleta e Transporte de Esgoto; • Ventilação. O subsistema de coleta e transporte é composto pelo conjunto de aparelhos sanitários, tubulações e acessórios destinados a captar o esgoto sanitário e conduzi-lo a um destino adequado. O subsistema de ventilação, por sua vez, consta de um conjunto de tubulações e/ou dispositivos destinados a assegurar a integridade dos fechos hídricos, de modo a impedir a passagem de gases para o ambiente utilizado, assim como conduzir tais gases à atmosfera. Outra classificação que tem sido frequentemente utilizada considera o sistema de aparelhos sanitários independente do de esgoto sanitário, já que o mesmo consiste em uma Aula 1 - Contextos e Conceitos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 6 interface entre aqueles dois sistemas.Neste documento está sendo considerada a primeira classificação citada, tendo em vista que o escoamento no interior dos aparelhos sanitário influencia o escoamento no sistema de esgoto sanitário. Na Figura abaixo é apresentado um esquema do sistema predial de esgoto sanitário. 2.2.2. Componentes 2.2.2.1. SUBSISTEMA DE COLETA E TRANSPORTE a) Aparelhos Sanitários Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 7 Com a função básica de coletar os dejetos, os aparelhos sanitários devem propiciar uma utilização confortável e higiênica por parte do usuário. Entre os aparelhos sanitários usuais encontram-se a bacia sanitária, o lavatório, a banheira, o bidê, etc. b) Desconectores Um desconector tem por função, através de um fecho hídrico próprio, vedar a passagem de gases oriundos das tubulações de esgoto para o ambiente utilizado. Tal contenção ocorre através da manutenção do referido fecho hídrico por meio do controle das ações atuantes sobre o mesmo. Entre estas ações, vale citar a auto-sifonagem, a sifonagem induzida, a sobrepressão e a evaporação. Exemplos de desconectores são a caixa sifonada, o ralo sifonado e os sifões. Observar: As caixas sifonadas recebem o esgoto de vários ramais de descarga, encaminhando-os para o tubo de queda, através de um ramal de esgoto (estas definições são apresentadas a seguir) Anteriormente, dispunha-se apenas de caixas sifonadasonde as entradas (3 para a caixa 100 x 100 x 50 e 7 para a caixa 150 x 150 x 50) estavam dispostas seguindo um determinado ângulo (45° ou 90°). Atualmente, existe no mercado uma caixa sifonada que permite ângulos diferenciados entre as entradas e a saída da mesma, o que evita uma patologia bastante comum nos SPES no Brasil, o aquecimento das tubulações para a obtenção de desvios. Nas Figuras são ilustradas a referida caixa sifonada. Aula 1 - Contextos e Conceitos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 8 c) Tubulações As tubulações do sistema predial de esgoto sanitário compreendem os ramais de descarga e de esgoto, tubos de queda, subcoletores e coletores. Suas respectivas definições são as seguintes: • Ramal de Tubulação: que recebe diretamente os efluentes dos aparelhos de descarga; • Ramal de Esgoto: Tubulação, usualmente horizontal, que recebe os efluentes dos ramais de descarga, diretamente, ou através de um desconector (caixa sifonada, por exemplo); Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 9 • Tubo de Queda: Tubulação vertical para a qual se dirigem os efluentes dos ramais de esgoto e de descarga; • Subcoletor: Tubulação horizontal que recebe efluentes dos tubos de queda e/ou dos ramais de esgoto; • Coletor: É a tubulação horizontal que se inicia a partir da última inserção do subcoletor (ou ramal de descarga ou ramal de esgoto) e estende-se até o coletor público ou sistema particular de tratamento e disposição de esgoto. d) Conexões Elementos cuja função é interligar tubos, tubos e aparelhos sanitários, tubos e equipamentos, além de viabilizar mudanças de direção e diâmetro da tubulação. São Aula 1 - Contextos e Conceitos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 10 exemplos o Tê, o cotovelo, a junção simples, curvas, etc., nos mais variados diâmetros, conforme ilustra a Figura. Os desvios na horizontal das tubulações do sistema de esgoto sanitário devem ser efetuados com peças com ângulo central igual ou inferior a 45°. Em função disso, as conexões disponíveis no mercado possibilitavam desvios a 45° ou a 90° (vertical ou horizontal). Atualmente, dispõe-se de algumas conexões que permitem desvios em ângulos variáveis, sempre inferiores a 45°, tal como a representada na Figura. Este tipo de conexão evita o aquecimento de tubos para a obtenção de desvios. e) Caixas de Gordura Trata-se de um dispositivo complementar, cuja finalidade é a retenção de substâncias gordurosas contidas no esgoto. Na Figura abaixo é apresentado um esquema de uma caixa de gordura pré-fabricada, em material plástico e uma caixa de gordura em argamassa. Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 11 f) Dispositivos de Inspeção São elementos complementares, através dos quais tem-se acesso ao interior do sistema, de maneira a possibilitar inspeções e desobstruções eventuais. A caixa de inspeção e as conexões com uma das derivações com um plug ou com um cap são dispositivos de inspeção bastante usados. A Figura ilustra uma junção simples com um plug. Aula 1 - Contextos e Conceitos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 12 A Figura abaixo mostra uma caixa de inspeção em argamassa e uma caixa de inspeção pré-fabricada, em material plástico. 2.2.2.2. SUBSISTEMA DE VENTILAÇÃO O subsistema de ventilação pode ser composto apenas de ventilação primária ou pelo conjunto de ventilação primária e secundária. A ventilação primária constitui-se no prolongamento do tubo de queda além da cobertura do prédio, denominado tubo ventilador primário, enquanto que a ventilação secundária consiste de ramais e colunas de ventilação ou de apenas colunas de ventilação. Não obstante, a ventilação secundária pode ser configurada também pela utilização de dispositivos de admissão de ar, os quais podem substituir ramais e colunas de ventilação. A eficiência deste subsistema será satisfatória na medida em que os fechos hídricos sejam preservados. As definições destes componentes são as seguintes: • Tubo Ventilador Primário: é o prolongamento do tubo de queda além da cobertura do prédio, cuja extremidade deve ser aberta à atmosfera; • Ramal de Ventilação: Tubulação que conecta o desconector, ramal de descarga ou ramal de esgoto à coluna de ventilação; • Coluna de Ventilação: Tubulação vertical que abrange um ou mais andares, com a extremidade superior aberta ou conectada a um barrilete de ventilação; Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 13 • Barrilete de Ventilação: Consta de uma tubulação horizontal aberta à atmosfera, na qual são conectadas as colunas de ventilação, quando necessário; • Dispositivos de Admissão de Ar: Elementos cuja finalidade é a atenuação das flutuações das pressões pneumáticas desenvolvidas no interior das tubulações. 3. Tipos de Escoamento Os tipos de escoamentos que se estabelecem em um sistema predial de esgoto sanitário variam por trechos da configuração. Com relação ao subsistema de coleta e transporte do esgoto sanitário, nos trechos horizontais (ramais de descarga e de esgoto, subcoletores e coletores) admite-se que o escoamento seja em canal. Nos trechos verticais (tubo de queda), o escoamento é anular, isto é, uma lâmina de água escoa pelas paredes do tubo em forma de anel e, no interior deste, há escoamento de ar. Quanto ao subsistema de ventilação, admite-se que o escoamento de ar se desenvolva sob regime permanente e forçado. Aula 1 - Contextos e Conceitos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 14 4. Fenômenos Ocorrentes nos SPES’s 4.1. Estabelecimento da Velocidade Terminal Conforme já comentado no item anterior, o escoamento de esgoto no tubo de queda é considerado anular, isto é, o esgoto escoa no formato de um cilindro oco, aderido à parede do tubo. A velocidade de escoamento deste cilindro é crescente até atingir um valor máximo e constante, a qual é denominada velocidade terminal. A distância ao longo do eixo do tubo de queda, entre o ramal mais a jusante que está contribuindo (de cima para baixo) e o ponto onde o escoamento atinge a velocidade terminal é denominado comprimento terminal. Este comprimento é relativamente curto, situando-se normalmente entre 3,0 e 4,0 m. A determinação da velocidade e comprimento terminais é importante para a estimativa das vazões de ar no núcleo do tubo de queda, conforme será abordado posteriormente. A Figura abaixo apresenta o perfil de distribuição de velocidades na seção transversal. 4.2. Ações Sobre os Fechos Hídricos 4.2.1. Ações Decorrentes do Escoamento O escoamento do esgoto nas tubulações horizontais deve ser a conduto livre e nos trechos verticais deve ser anular, uma vez que deve ser evitado o desenvolvimento de cargas hidrostáticas no interior das tubulações. Estas restrições também podem evitar distúrbios excessivos das pressões pneumáticas no interior do sistema, que podem ter origem nos fenômenos de auto-sifonagem, sifonagem induzida e sobrepressão, de acordo com a AMERICAN SOCIETY OF PLUMBING ENGINEERS (ASPE, 1991). Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOSPREDIAIS 15 A auto-sifonagem atua sobre um fecho hídrico quando através deste ocorre uma descarga. Nesta situação, desenvolve-se uma depressão a jusante do fecho hídrico, o qual poderá ser rompido, dependendo da magnitude desta depressão. A figura ilustra o desenvolvimento deste fenômeno. A sifonagem induzida, igualmente, impõe depressões a jusante de um determinado fecho hídrico, com a diferença que o escoamento não se desenvolve através deste fecho hídrico, mas sim ao longo de outras tubulações conectadas a ele, conforme se observa na Figura a seguir. Por outro lado, quando a jusante do fecho hídrico forem desenvolvidas pressões positivas, ocorre a sobrepressão. Este fenômeno pode fazer com que os gases borbulhem através do fecho hídrico e atinjam o ambiente. A Figura da página abaixo apresenta tais fenômenos, onde percebe-se que a sobrepressão surge em regiões próximas ao encontro do tubo de queda com o subcoletor, devido à mudança de direção do escoamento. Aula 1 - Contextos e Conceitos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 16 É salientado também o problema gerado pela formação de espumas, devido ao uso de detergentes. A espuma dificulta a ventilação do sistema e tende a propagar-se através das tubulações nos primeiros andares, podendo atingir os fechos hídricos e, conseqüentemente, penetrar nos ambientes. 4.2.2. Ações Independentes do Escoamento A evaporação, a tiragem térmica e a ação do vento no topo do tubo de queda são fenômenos que podem atuar nos fechos hídricos independentemente do sistema estar em uso. A tiragem térmica é função da diferença entre as temperaturas do ar no interior das tubulações (temperatura interna) e no meio ambiente (temperatura externa). Se a temperatura interna for superior à externa, se desenvolverão depressões pneumáticas no interior do tubo de queda, uma vez que neste caso o ar tende a sair do tubo de queda para atingir o meio ambiente. Sendo a temperatura interna inferior à externa, inverte-se o sentido do fluxo do ar e sobrepressões se estabelecerão no interior do tubo de queda. Aula 1 - Contextos e Conceitos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 17 Onde: htq é a altura do tubo de queda; ρi é a densidade do ar interno; ρe é a densidade do ar externo. A ação do vento no topo do tubo de queda pode gerar depressões ou sobrepressões no interior do sistema, o que depende da posição da ponta do tubo de queda em relação à cobertura da edificação. A Figura abaixo ilustra o fenômeno. As perdas de fecho hídrico por evaporação dependem do tempo de exposição do mesmo ao ambiente (maior tempo de exposição causa maior perda), temperatura e umidade relativa do ar ambiental e do coeficiente de evaporação do sifão. Em locais onde associam-se altas temperaturas e baixos valores de umidade relativa do ar, maiores são as perdas por evaporação. Outro fenômeno ainda a ser citado é o congelamento do fecho hídrico que pode ocorrer em regiões de baixa temperatura, inviabilizando assim o escoamento, não sendo comum no Brasil. Baseado e adaptado de ABNT, GONÇALVES (2000), GRAÇA (1985). Edições sem prejuízo de conteúdo. Aula 2 - Classificação e Projetos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 18 Aula 2: Classificação e Projetos O critério básico de classificação do Sistema Predial de Esgoto Sanitário refere-se ao tipo de ventilação existente no mesmo. Assim, serão apresentados nesta aula os tipos e classificações pertinentes e usuais bem como algumas tipificações alternativas, mas não menos interessantes. Ademais, serão inseridos os conceitos de Projetos, tópico este fundamental para a próxima etapa de dimensionamento. 1. Tipologias 1.1. SPES’s com Ventilação Primária e Secundária São divididas em duas, sendo elas apresentadas a seguir. 1.1.1. Ventilação através do tubo ventilador primário, coluna e ramais de ventilação. Esta tipologia encontra-se ilustrada na Figura. A linha contínua representa o subsistema de coleta e transporte de esgotos sanitários (aparelhos sanitários, ramais de descarga e de esgoto, tubo de queda, subcoletores e coletores). Já a linha pontilhada representa o subsistema de ventilação. O subsistema de ventilação desta tipologia divide-se em primário e secundário. A ventilação primária é basicamente a extensão do tubo de Aula 2 – Classificação e Projetos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 19 queda além do ramal conectado mais elevado; esta extensão é denominada tubo ventilador primário e sua extremidade fica em contato com a atmosfera. Já a ventilação secundária é composta de colunas e ramais de ventilação. 1.1.2. Ventilação através do tubo ventilador primário e coluna de ventilação Esta tipologia, conforme Figura abaixo, diferencia-se da tipologia anterior apenas pelo fato de não apresentar ramais de ventilação, isto é, a ventilação secundária consta somente de uma coluna conectada ao tubo de queda. 1.2. SPES Apenas com Ventilação Primária Nesta tipologia, há apenas previsão da ventilação primária, através do prolongamento do tubo de queda. Aula 2 - Classificação e Projetos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 20 1.3. Tipologias Alternativas 1.3.1. SPES com Dispositivos de Admissão de Ar Os dispositivos de admissão de ar são utilizados no intuito de substituir os ramais e colunas de ventilação, equilibrando as pressões pneumáticas que normalmente se estabelecem no interior do sistema quando sob solicitação. Quanto à concepção, há dois tipos básicos de dispositivos de admissão de ar. 1.3.1.1. VÁLVULAS DE ADMISSÃO DE AR As válvulas de admissão de ar, em função de suas dimensões e pontos de instalação, dividem-se em dois tipos: • Válvulas de topo de tubo de queda; • Válvulas para ramais. As válvulas de topo de tubo de queda possuem dimensões maiores em relação às para ramais e são instaladas de forma a evitar a perfuração dos telhados para a passagem de ventilação. a Figura abaixo ilustra uma válvula para topo de tubo de queda. As válvulas para ramais podem ser instaladas no topo do tubo de queda, porém, para a instalação no tubo de queda há limitações a serem observadas quanto a somatória das Unidades de Contribuição de Hunter (UHCs) e do diâmetro do tubo de queda. A Figura a seguir apresenta a estrutura da válvula para ramais e a próxima apresenta os posicionamentos possíveis das válvulas. Aula 2 – Classificação e Projetos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 21 Ambos os tipos de válvulas apresentam o mesmo mecanismo de funcionamento, conforme pode ser observado na Figura 28. Quando ocorrem depressões pneumáticas no interior da tubulação, o diafragma abre-se, possibilitando, assim, o acesso de ar para o Aula 2 - Classificação e Projetos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 22 interior da mesma equilibrando, consequentemente, a pressão pneumática. Atingido tal equilíbrio, o diafragma fecha-se e obstrui a saída dos gases. 1.3.1.2. SIFÕES AUTO-VENTILADOS Consta de um sifão ao qual é acoplado um mecanismo que viabiliza sua auto- ventilaçãoquando surgem depressões pneumáticas no interior dos respectivos ramais. 1.3.2. Sistema SOVENT Este sistema é composto, basicamente, pelos seguintes componentes: • Um ramal de descarga por andar; • Tubo de queda único; • Uma conexão aeradora por andar; • Uma conexão de aeradora nas mudanças de direção. Aula 2 – Classificação e Projetos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 23 Tanto a conexão aeradora, assim como a deaeradora possuem a função de equilibrar as pressões pneumáticas no interior da tubulação. A conexão aeradora equilibra as pressões negativas, enquanto os deaeradores aliviam as sobrepressões. Estas conexões encontram- se esquematizadas ao lado. 1.3.3. Sistema Gustavsberg O objetivo deste sistema é atender os requisitos básicos de um SPES, viabilizando concomitantemente economia no consumo de água e redução das quantidades e diâmetros das tubulações. Os componentes deste sistema são os seguintes: • Bacia sanitária com caixa acoplada de volume reduzido de descarga; • Diafragma instalado entre a bacia sanitária e o ramal de descarga, cuja função é aumentar a capacidade de sifonagem da bacia; • Tubulações em PVC, cujos diâmetros são reduzidos em conformidade aos volumes reduzidos de descarga; • Reservatório com sifão, no qual um certo volume de esgoto será acumulado, viabilizando posterior carregamento dos dejetos, de maneira a garantir a autolimpeza das tubulações. 2. Projetos Neste tema é apresentada, inicialmente, a estrutura básica de um projeto do sistema predial de esgoto sanitário. Posteriormente, encontram-se algumas recomendações técnicas relacionadas ao desenvolvimento do projeto propriamente dito. 2.1. Estrutura Básica As etapas do projeto do SPES são as seguintes: 1º Passo: Concepção; 2º Passo: Dimensionamento; 3º Passo: Elaboração do projeto de produção; 4º Passo: Quantificação e orçamentação; 5º Passo: Elaboração do projeto “como construído” (as built). Inicialmente, concebe-se o SPES estabelecendo-se uma configuração que deverá ter um desempenho adequado diante das diversas solicitações previstas. Devem ser consideradas, igualmente nesta fase fatores como a integração deste sistema com os Aula 2 - Classificação e Projetos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 24 demais sistemas da edificação, a normalização vigente, materiais e componentes disponíveis no mercado, etc. Concebido o SPES e definida uma configuração, procede-se o dimensionamento do mesmo, onde as dimensões obtidas deverão atender às solicitações previstas. Concluído o dimensionamento do sistema, elabora-se o projeto para a produção, o qual consta de simbologia utilizada, representações gráficas e um conjunto de documentos. A representação gráfica deve conter, basicamente, o seguinte: • Planta baixa da cobertura, do pavimento tipo, do térreo e do subsolo, apresentando os tubos de queda, ramais, desvios, colunas de ventilação e dispositivos diversos; • Planta baixa do pavimento inferior, apresentando os subcoletores, coletores, dispositivos de inspeção, pontos de emissão dos esgotos sanitários, entre outros detalhes específicos; • Esquema vertical (fluxograma) sem escala, no qual serão apresentados os principais componentes do sistema; • Plantas dos ambientes sanitários apresentando o traçado e diâmetros das tubulações, normalmente em escala 1:20; • Detalhes específicos. A seguir são apresentadas a simbologia e algumas representações gráficas usualmente empregadas no projeto dos SPES. Aula 2 – Classificação e Projetos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 25 A documentação básica, por sua vez, é a seguinte: • Memorial descritivo; • Memória de cálculo; • Especificações técnicas; • Quantificação; • Orçamento. Conforme Autores, o memorial descritivo deve apresentar, basicamente, as características da solução proposta. As justificativas dos métodos e técnicas para atingir tal solução também devem ser apresentadas. A memória de cálculo consta da apresentação de todo o dimensionamento e as referências normativas. As especificações técnicas devem conter, basicamente, a especificação comercial dos materiais e os detalhes construtivos, entre outras informações julgadas importantes. Na sequência realiza-se a quantificação e a orçamentação dos componentes do sistema. O projeto “as built”, por fim, registrará aqueles detalhes executivos que não seguiram o projeto de produção visando-se, assim, ter o registro fiel do sistema instalado. 2.2. Recomendações Gerais As seguintes recomendações são de caráter geral e estão em conformidade com a NBR-8160 (ABNT,1999). Recomendações mais específicas devem ser observadas na norma citada. a) Todos os aparelhos sanitários devem ser protegidos por desconectores, os quais podem atender apenas um aparelho ou a um conjunto de aparelhos de um mesmo ambiente. b) As caixas sifonadas podem ser utilizadas para a coleta dos despejos de conjuntos de aparelhos sanitários (lavatórios, bidês, chuveiros) de um mesmo ambiente, além de águas provenientes de lavagens de pisos; neste caso as caixas sifonadas devem ser providas de grelhas. Quanto às bacias sanitárias, as mesmas já são providas internamente de um desconector, devendo, assim, ser ligadas diretamente ao tubo de queda (Figura). Aula 2 - Classificação e Projetos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 26 c) Devem ser previstos dispositivos de inspeção nos ramais de descarga de pias de cozinha e máquina de lavar louças (ver Figura). d) Os tubos de queda devem, sempre que possível, ser instalados em um único alinhamento. Quando necessários, os desvios devem ser feitos com peças com ângulo central igual ou inferior a 90o, de preferência com curvas de raio longo ou duas curvas de 45o. e) Para edifícios de dois ou mais andares, quando os tubos de queda recebem efluentes contendo detergentes geradores de espuma, pelo menos uma das seguintes soluções, a fim de evitar o retorno de espuma para os ambientes sanitários, deve ser adotada: Aula 2 – Classificação e Projetos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 27 • Não conectar as tubulações de esgoto e de ventilação nas regiões de ocorrência de sobrepressão; • Atenuar a sobrepressão através de desvios do tubo de queda para a horizontal, utilizando uma curva de 90º de raio longo ou duas curvas de 45o; • Instalar de dispositivos que evitem o retorno de espuma. • São consideradas regiões de sobrepressão (ver próxima figura): • O trecho, de comprimento igual a 40 diâmetros, imediatamente a montante de desvio para horizontal, o trecho de comprimento igual a 10 diâmetros imediatamente a jusante do mesmo desvio e o trecho horizontal de comprimento igual a 40 diâmetros imediatamente a montante do próximo desvio; • O trecho, de comprimento igual a 40 diâmetros, imediatamente a montante da base do tubo de queda e o trecho do coletor ou subcoletor imediatamente a jusante da mesma base; • Os trechos a montante e a jusante o primeiro desvio na horizontal do coletor ou subcoletor, com comprimento igual a 40 diâmetros e a 10 diâmetros, respectivamente; • O trecho da coluna de ventilação, para o caso de sistemas com ventilação secundária, com comprimento igual a 40 diâmetros, a partir da ligação da base da coluna com o tubo de queda ou ramal de esgoto. Aula 2- Classificação e Projetos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 28 f) Para pias de cozinha e máquinas de lavar louças, devem ser previstos tubos de queda especiais com ventilação primária; estes tubos devem descarregar em uma caixa de gordura coletiva. g) Recomenda-se o uso de caixas de gordura para efluentes que contenham resíduos gordurosos. h) As pias de cozinha e/ou máquinas de lavar louças instaladas superpostas em vários pavimentos devem descarregar em tubos de queda exclusivos, os quais conduzem os esgotos para caixas de gordura coletivas; sendo vetado o uso de caixas de gordura individuais nos andares. i) O interior das tubulações deve ser sempre acessível através de dispositivos de inspeção. j) Desvios em tubulações enterradas devem ser feitos empregando-se caixas de inspeção. k) A extremidade aberta de um tubo ventilador primário ou coluna de ventilação: • Deve elevar-se verticalmente pelo menos 0,30 m acima da cobertura; todavia, quando esta atender outros fins além de simples cobertura, a elevação vertical deve ser, no mínimo, de 2,00 m (ver Figura abaixo); não sendo conveniente o referido prolongamento, pode ser usado um barrilete de ventilação. • Deve conter um terminal tipo chaminé, tê ou outro dispositivo que impeça a entrada das águas pluviais diretamente ao tubo de ventilação. l) O projeto do subsistema de ventilação deve ser feito de modo a impedir o acesso de esgoto sanitário ao interior do mesmo. m) O tubo ventilador primário e a coluna de ventilação devem ser verticais e, sempre que possível, instalados em uma única prumada. n) Todo o desconector deve ser ventilado. A distância máxima de um desconector até o ponto onde o tubo ventilador que o serve está conectado consta na Tabela. Aula 2 – Classificação e Projetos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 29 o) Toda coluna de ventilação deve ter: • Diâmetro uniforme; • A extremidade inferior ligada a um subcoletor ou a um tubo de queda, em ponto situado abaixo da ligação do primeiro ramal de esgoto ou de descarga, ou neste ramal de esgoto ou de descarga; • A extremidade superior situada acima da cobertura do edifício, ou ligada a um tubo ventilador primário a 0,15 m, ou mais, acima do nível de transbordamento da água do mais elevado aparelho sanitário por ele servido. Nota: Entende-se por nível de transbordamento da água do mais alto dos aparelhos sanitários aquele referente aos aparelhos sanitários com seus desconectores ligados a tubulação de esgoto primário (bacias sanitárias, pias de cozinha, tanques de lavar, etc.) excluindo-se aparelhos sanitários que despejem em ralos sifonados de piso. Não devem ser considerados como pontos mais altos de transbordamento as grelhas dos ralos sifonados de piso, quando o ramal a ser ventilado serve também para outros aparelhos não ligados diretamente aos mesmos. p) Quando não for conveniente o prolongamento de cada tubo ventilador até acima da cobertura, pode ser usado um barrilete de ventilação. q) As ligações da coluna de ventilação aos demais componentes do sistema de ventilação ou do sistema de esgotos sanitários devem ser feitas com conexões apropriadas: • Quando feita em uma tubulação vertical, a ligação deve ser executada por meio de junção a 45°; • Quando feita em uma tubulação horizontal, deve ser executada acima do eixo da tubulação, elevando-se o tubo ventilador de uma distância de até 0,15 m, ou mais, acima do nível de transbordamento da água do mais alto dos aparelhos sanitários por ele ventilados, antes de ligar-se a outro tubo ventilador, respeitando-se o que se segue: ✓ A ligação ao tubo horizontal deve ser feita por meio de tê 90° ou junção 45°, com a derivação instalada em ângulo, de Aula 2 - Classificação e Projetos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 30 preferência, entre 45° e 90° em relação ao tubo de esgoto, conforme a Figura; ✓ Quando não houver espaço vertical para a solução apresentada no item acima, podem ser adotados ângulos menores, com o tubo ventilador ligado somente por junção 45° ao respectivo ramal de esgoto e com seu trecho inicial instalado em aclive mínimo de 2%; ✓ A distância entre o ponto de inserção do ramal de ventilação ao tubo de esgoto; ✓ O cotovelo de mudança do trecho horizontal para a vertical deve ser a mais curta possível. r) Quando não for possível ventilar o ramal de descarga da bacia sanitária ligada diretamente ao tubo de queda, o tubo de queda pode ser ventilado imediatamente abaixo da ligação do ramal da bacia sanitária (ver Figura). Aula 2 – Classificação e Projetos UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 31 s) É dispensada a ventilação do ramal de descarga de uma bacia sanitária ligada através de ramal exclusivo a um tubo de queda a uma distância máxima de 2,40m, desde que esse tubo de queda receba, do mesmo pavimento, imediatamente abaixo, outros ramais de esgoto ou de descarga devidamente ventilados, conforme Figura. t) Bacias sanitárias instaladas em bateria devem ser ventiladas por um tubo ventilador de circuito ligando a coluna de ventilação ao ramal de esgoto na região entre a última e a penúltima bacia sanitária, conforme a Figura. Deve ser previsto um tubo ventilador suplementar a cada grupo de, no máximo, oito bacias sanitárias, contadas a partir da mais próxima ao tubo de queda. Baseado e adaptado de ABNT, GONÇALVES (2000), GRAÇA (1985). Edições sem prejuízo de conteúdo. Aula 3 – Dimensionamento UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 33 Aula 3: Dimensionamento As tubulações do SPES podem ser dimensionadas pelo Método das Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) ou pelo Método Racional, devendo, em qualquer um dos casos, serem respeitados os diâmetros mínimos dos ramais de descarga apresentados na sequência. 1. Método das Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) Este método baseia-se na atribuição de Unidades de Hunter de Contribuição (UHC) para cada aparelho sanitário integrante do SPES em questão. Tais unidades constam na NBR 8160/1999, e encontram-se reproduzidos na Tabela 1. Definidas as UHC dos aparelhos sanitários integrantes do sistema, inicia-se o dimensionamento dos demais componentes, conforme será apresentado a seguir. 1.1. Subsistema de Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário 1.1.1. Tubulações a) Ramais de Descarga Para os ramais de descarga devem ser adotados, no mínimo, os diâmetros apresentados na Tabela 1. Para aparelhos não relacionados nesta tabela, devem ser estimadas as UHC correspondentes e o dimensionamento deve ser feito pela Tabela 2. b) Ramais de Esgoto Neste caso, deve ser utilizada a Tabela 3. Recomenda-se ainda, com relação às declividades mínimas: • 2% para tubulações com diâmetro nominal (DN) igual ou inferior a 75; • 1% para tubulações com diâmetro nominal (DN) igual ou superior a 100. c) Tubos de Queda Os tubos de queda devem ser dimensionados pela somatória das UHC conforme a Tabela 4. Aula 3 - Dimensionamento INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 34 Todavia, quando apresentarem desvios da vertical, os tubos de queda devem ser dimensionados da seguinte forma: • quando o desvio formar ângulo inferior a 45o com a vertical, otubo de queda é dimensionado pela Tabela 4; • quando o desvio formar ângulo superior a 45o com a vertical, deve-se dimensionar: ✓ A parte do tubo de queda acima do desvio como um tubo de queda independente, com base no número de unidades Hunter de contribuição dos aparelhos acima do desvio, de acordo com a Tabela 4; e a parte horizontal do desvio de acordo com a Tabela 5, uma vez que, neste caso, o trecho é tratado como subcoletor; ✓ A parte do tubo de queda abaixo do desvio com base no número de unidades Hunter de contribuição de todos os parelhos que descarregam neste tubo de queda, de acordo com a Tabela 4, não podendo o diâmetro adotado, neste caso, ser menor do que o da parte horizontal. Ver a figura abaixo, a qual ilustra a geometria dos desvios e opções de ventilação. Aula 3 – Dimensionamento UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 35 d) Coletor Predial e Subcoletores O coletor predial e os subcoletores podem ser dimensionados pela somatória das UHC conforme a Tabela 5. O coletor predial deve ter, no mínimo, um DN igual a 100. No dimensionamento do coletor predial e dos subcoletores em prédios residenciais, deve ser considerado apenas o aparelho de maior descarga de cada banheiro para a somatória do número de unidades Hunter de contribuição. Nos demais casos, devem ser considerados todos os aparelhos contribuintes para o cálculo do número de UHC. Aula 3 - Dimensionamento INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 36 1.1.2. Desconectores Os desconectores devem atender aos seguintes requisitos: • Ter fecho hídrico com altura mínima de 0,05 m; • Apresentar orifício de saída com diâmetro igual ou superior ao do ramal de descarga a ele conectado. As caixas sifonadas devem ser dimensionadas conforme a Tabela 6. Aula 3 – Dimensionamento UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 37 No caso das caixas sifonadas especiais, o fecho hídrico deve ter altura mínima de 0,20 m; as mesmas devem ser fechadas hermeticamente com tampa facilmente removível e o orifício de saída deve ter o diâmetro nominal, de no mínimo 75 mm. 1.1.3. Dispositivos Complementares a) Caixa de Gordura As caixas de gordura são dimensionadas em função do número de cozinhas por elas atendidas. Desta forma, assim procede-se: • Para a coleta de apenas uma pia de cozinha pode ser usada a caixa de gordura pequena; • Para a coleta de uma ou mais cozinhas deve ser usada, pelo menos, a caixa de gordura simples; • Para a coleta de duas a doze cozinhas deve ser usada, pelo menos, a caixa de gordura dupla; • Para a coleta de mais de doze cozinhas, ou ainda, para cozinhas de restaurantes, escolas, hospitais, quartéis, etc. devem ser previstas caixas de gordura especiais. A tipologia das caixas de gordura em função de suas dimensões características é apresentada na Tabela 7. Aula 3 - Dimensionamento INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 38 Com relação a caixa de gordura especial (CGE), prismática de base retangular, as seguintes características devem ainda ser apresentadas: • O Volume da câmara de retenção de gordura obtido pela fórmula: V = 2N + 20 Onde: N é o número de pessoas servidas pelas cozinhas que contribuem para a caixa de gordura; V é o volume em litros. 1.1.4. Dispositivos de Inspeção a) Caixas de Inspeção A caixa de inspeção é um dispositivo destinado a permitir a inspeção, limpeza, desobstrução das canalizações, a junção de coletores e a mudança de declividade. b) Caixas de Passagem Caixas de passagem são dispositivos que permitem a inspeção, limpeza e desobstrução das canalizações de esgoto. São caixas de inspeção com apenas uma entrada e uma saída para o esgoto. Quando cilíndricas, devem ter diâmetro mínimo de 0,15 m e, quando prismáticas de base poligonal, permitir na base a inscrição de um círculo de diâmetro mínimo de 0,15 m; as mesmas devem possuir grelha ou tampa cega, e uma altura mínima de 0,10 m. 1.1.5. Instalações de Recalque Esta instalação é utilizada para recalcar os esgotos acumulados em caixas coletoras situadas abaixo do nível da rede pública de esgoto, provenientes de aparelhos sanitários e de dispositivos instalados nesse nível. A caixa coletora, é disposta de modo a receber todo o esgoto por gravidade, sendo que, a partir dela, recalca-se o esgoto para o coletor predial ou dispositivo de tratamento de esgotos por meio de bombas. O dimensionamento da instalação de recalque deverá considerar aspectos como a capacidade da bomba, que deverá atender à vazão máxima provável de contribuição dos aparelhos e dispositivos instalados que possam estar em funcionamento simultâneo, o tempo de detenção do esgoto na caixa e o intervalo de tempo entre duas partidas consecutivas do motor. Aula 3 – Dimensionamento UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 39 Quanto ao dimensionamento da caixa coletora, a mesma deve ter a sua capacidade calculada de modo a evitar a frequência exagerada de partidas e paradas das bombas por um volume insuficiente, bem como a ocorrência de estado séptico por um volume exagerado. O volume útil da caixa coletora (Vu), ou seja, o volume compreendido entre o nível máximo e o nível mínimo de operação da caixa (faixa de operação da bomba), pode ser determinado através da seguinte expressão: Vu = Q . t 4 Onde: Q é a capacidade da bomba, em m3/min, determinada em função da vazão afluente de esgotos à Caixa Coletora; t é o intervalo de tempo entre duas partidas consecutivas do motor, em min; O tempo de detenção do esgoto na caixa coletora (d) pode ser determinado a partir da seguinte equação: d = Vt q Onde: d é o tempo de detenção, em min; Vt = volume total da caixa coletora, em m3; q é a vazão média de esgoto afluente, em m3/min. O tempo de detenção do esgoto na caixa não deve ultrapassar 30 minutos. Quando receber efluentes de bacias sanitárias, a caixa coletora, deve possuir uma profundidade mínima de 0,90 m, a contar do nível da geratriz inferior da tubulação afluente mais baixa. O fundo deve ser suficientemente inclinado para impedir a deposição de materiais sólidos quando a caixa for esvaziada completamente. A caixa coletora também deve ser ventilada por um tubo ventilador primário, independentemente de qualquer outra ventilação utilizada no edifício. Por outro lado, caso a caixa coletora não receba efluentes de bacias sanitárias, a profundidade mínima a ser considerada é de 0,60 m. As tubulações de sucção devem ser uma para cada bomba e possuir diâmetro uniforme e nunca inferior aos das tubulações de recalque. Já as tubulações de recalque devem atingir um nível superior ao da rede de maneira que impossibilite o refluxo dos esgotos, devendo ser providas de dispositivos para este fim. Aula 3 - Dimensionamento INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 40 É recomendável que a capacidade da bomba seja considerada como sendo igual a duas vezes a vazão afluente de esgotos sanitários e que o intervalo entre duas partidas consecutivas do motor não seja inferior a 10 minutos, no sentido de se preservar os equipamentos eletromecânicos de frequentes esforços de partida. 1.2. Componentes do Subsistema de Ventilação São apresentados a seguir os critérios a serem coletadospara o dimensionamento do sistema de ventilação secundária. • Ramal de Ventilação: os diâmetros mínimos a serem utilizados constam na Tabela 8; • Coluna de Ventilação: Os diâmetros nominais mínimos são apresentados na Tabela 9, em função das UHC e do comprimento. Este comprimento é medido desde a extremidade superior da coluna, que se encontra em contato a com atmosfera até sua base, no encontro com o tubo de queda; • Barrilete de Ventilação: Os diâmetros nominais mínimos são apresentados na Tabela 9. O número de UHC de cada trecho é a soma das unidades de todos os tubos de queda servidos pelo trecho e o comprimento a considerar é o mais extenso, da base da coluna de ventilação mais distante da extremidade aberta do barrilete até essa extremidade; Aula 3 – Dimensionamento UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 41 2. Dimensionamento Racional O dimensionamento racional visa flexibilizar a atuação do projetista do SPES, outorgando ao mesmo um poder de decisão maior do que aquele proporcionado pela metodologia convencional. Acredita-se que tal flexibilização auxilie substancialmente as emergentes necessidades de racionalização e otimização na Construção Civil. Este dimensionamento racional consta basicamente em estabelecer, em princípio, uma configuração inicial para o SPES apenas com ventilação primária; na sequência, segue- se com a determinação probabilística das vazões de projeto, caracterização das vazões de Aula 3 - Dimensionamento INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 42 descarga dos aparelhos sanitários, dimensionamento das tubulações e a verificação da suficiência da ventilação primária. Caso esta não seja suficiente, altera-se a geometria da configuração inicial proposta ou concebe-se para a mesma a ventilação secundária. Caberá ao projetista a definição da melhor solução. A idéia é que esta metodologia racional seja suficientemente abrangente, oferecendo ao projetista condições de trabalhar as diversas variáveis de projeto, isto é, flexibilidade. A escolha do tipo de bacia sanitária, por exemplo, poderá estar definindo o nível da ventilação necessária. 2.1. Apresentação do Dimensionamento Racional A seguir será abordada a determinação probabilística da vazão de projeto e o equacionamento racional propriamente dito, onde equações básicas da hidráulica e algumas de suas variantes são utilizadas. Diversas formulações específicas desenvolvidas por pesquisadores do assunto são consideradas como, por exemplo, a determinação da velocidade e comprimento terminais, a capacidade do tubo de queda, entre outras. Por último será apresentada a idéia básica do modelo matemático para verificar a necessidade da ventilação secundária. 2.1.1. Vazão de Projeto Uma postura adequada para determinar a vazão de projeto é considerá-la como função da simultaneidade de uso e da tipologia dos aparelhos sanitários. Há diversos métodos probabilísticos desenvolvidos para determinar a simultaneidade de uso, muitos deles baseados nas distribuições normal, binomial e multionomial. Entre estes métodos, pode-se citar os trabalhos de Hunter, Webster, Courtney, Konen e Murakawa. Este autor também desenvolveu um modelo probabilístico o qual é aberto para a entrada de diversos dados específicos da realidade de cada projeto. É importante também salientar que tais métodos estatísticos permitem ao projetista estabelecer qual o nível de confiança que o mesmo deseja trabalhar. Quanto ao levantamento da tipologia dos aparelhos sanitários, mais especificamente as bacias sanitárias, cresce em importância a escolhas de bacias eficientes, mas se reduzido consumo de água. 2.1.2. Equacionamento 2.1.2.1. DIMENSIONAMENTO DO SUBSISTEMA DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTO SANITÁRIO O escoamento no tubo de queda é considerado anular, isto é, o esgoto escoando pelas paredes do tubo de queda na forma de um cilindro oco onde circula ar. Em qualquer seção transversal deste escoamento, a razão entre a seção de água e a seção de ar deve situar-se entre 1/4 e 1/3, de maneira a evitar que o escoamento preencha totalmente a seção Aula 3 – Dimensionamento UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 43 transversal, condição esta que perturbaria sensivelmente as pressões de ar no interior do sistema. O diâmetro do tubo de queda pode ser determinado a partir da seguinte equação: dtq = 0,116 . n3/8 . Qtq 3/8 to 5/8 Onde: dtq é o diâmetro interno do tubo de queda, em m; Qtq é a vazão de projeto no tubo de queda, em l/s; n é o coeficiente de Manning, em s/m1/3; to é a taxa de ocupação de água durante o escoamento no tubo de queda. Esta equação é uma variante da equação de Manning para escoamento anular e permanente, onde o valor de Qtq é aquele onde ocorre a velocidade terminal. Sendo o escoamento no tubo de queda anular, o valor do to pode ser expresso da seguinte forma: to = Se Stq Onde: Se é a área da seção transversal da coroa circular por onde escoa a água no tubo de queda; Stq é a área da seção transversal do tubo de queda. A fim de se garantir a manutenção do escoamento anular no tubo de queda, recomenda-se utilizar to entre 1/4 e 1/3 conforme, comentado anteriormente. A velocidade terminal tem a seguinte formulação: vt = 13 . ( Qtq dtq ) 2/5 Onde: vt = velocidade terminal, em m/s; dtq = diâmetro interno do tubo de queda, em mm. Com relação à vazão de projeto, a mesma pode ser obtida através das diversas metodologias citadas no item 3.4 da Norma. Utilizando-se, por exemplo, a distribuição binomial, a qual foi incorporada no texto da NBR, tem-se a seguinte formulação básica: Aula 3 - Dimensionamento INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 44 Qtq = ∑ mi . qi n n=1 Onde: Qtq é a a vazão de projeto no trecho considerado (l/s); i é o índice representativo do tipo de aparelho sanitário; n é o número de tipos de aparelhos sanitários no trecho considerado; mi é o número de aparelhos sanitários do tipo i a serem considerados em uso simultâneo, entre J aparelhos instalados, para um dado fator de falha; J é o número de aparelhos sanitários do tipo i instalados no trecho considerado; qi é a vazão unitária do aparelho sanitário do tipo i (l/s). A distribuição binomial estabelece, para um dado nível de confiança a ser estipulado pelo projetista, o número de aparelhos sanitários do tipo i em uso simultâneo (mi) entre o total instalado ao trecho considerado (J). O tipo de aparelho sanitário em questão determinará as respectivas vazões a serem fornecidas pelos fabricantes, assim como as frequências de uso e durações das descargas, as quais são dados de campo. O diâmetro dos ramais de descarga, ramais de esgoto, subcoletores e coletor predial pode ser calculado a partir da seguinte equação, considerando-se escoamento à meia seção: de = n3/8 . Qe 3/8 . 𝐼−3/16 6,644 Onde: de é o diâmetro do trecho considerado, em m; n é o coeficiente de Manning, em s/m1/3; Qe é a vazão no trecho considerado, em l/s; I é a declividade do trecho considerado em m/m. A vazão em cada trecho, no caso do ramal de descarga, será dada por: Qe = qi A vazão em cada trecho, no caso do ramal de esgoto, será dada por: Qe = ∑ mi . qi n n=1 Onde: Aula 3 – Dimensionamento UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 45 n é onúmero de tipos de aparelhos sanitários no trecho considerado; mi é o número de aparelhos sanitários do tipo i a serem considerados em uso, simultâneo, para um dado fator de falha; qi é a vazão de contribuição do aparelho sanitário do tipo i. A vazão em cada trecho, no caso dos subcoletores, será dada por: Qe = Qtq A vazão em cada trecho, no caso do coletor predial, será dada por: Qe = ∑ mi . qi n n=1 A declividade I adotada na equação 05 para o dimensionamento dos subcoletores e coletores deve ser testada quanto as condições de arraste do material sólido através do princípio da tensão trativa: Tr = γ . Rh . I ≥ 1,0 Pa Onde: Rh é o raio hidráulico, em m; Tr é a tensão trativa, em Pa; γ é o peso específico, em N/m2; 2.1.2.2. DIMENSIONAMENTO DO SUBSISTEMA DE VENTILAÇÃO O subsistema de ventilação pode ser composto por tubulações ou dispositivos de ventilação ou, ainda, uma combinação de ambos. O equacionamento da ventilação primária, isto é, o valor do diâmetro do tubo de queda que propicie uma vazão de ar que equilibre as pressões pneumáticas, no interior do sistema, em torno da pressão atmosférica, é dado pela seguinte equação: Qar = c . Qtq2/5 - 1,5 Qtq Onde: Qar é a vazão de ar que escoa pelo núcleo de ar no tubo de queda, em l/s; C é o coeficiente adimensional; Qtq é a vazão de projeto no tubo de queda, em l/s. Aula 3 - Dimensionamento INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 46 Já para o dimensionamento das tubulações da ventilação secundária, a seguinte equação é utilizada considerando-se uma perda de carga máxima de 25 mm.c.a e desconsiderando-se a perda de carga nas singularidades: Dv = 4,06 [f . Lv (Qar')2 ]1/5 Onde: Dv é o diâmetro da tubulação de ventilação, em mm; Lv é o comprimento da tubulação de ventilação, em mm; f é o coeficiente de perda de carga distribuída, adimensional; Qar’ é a vazão de ar na tubulação de ventilação, em l/s. A vazão de ar na coluna de ventilação é estimada como sendo igual a 2/3 da vazão de ar no interior do tubo de queda, chegando-se, então, a seguinte relação: Qar' = 40 Qar Onde: Qar neste caso é a vazão de ar na coluna de ventilação, sendo obtida em l/min. Caso a ventilação secundária seja composta por dispositivos de ventilação, serão necessárias as especificações dos fabricantes. 2.1.2.3. MODELO PARA VERIFICAÇÃO DA NECESSIDADE DA VENTILAÇÃO SECUNDÁRIA A verificação da necessidade da ventilação secundária em um SPES com tubo de queda único (sistema sem ramais e colunas de ventilação) é possível através da utilização de um equacionamento desenvolvido por GRAÇA (1985), onde são determinadas, a partir do conhecimento das características geométricas do sistema e das condições climáticas do ambiente , as magnitudes estimadas e admissíveis das variáveis referentes às perdas de altura do fecho hídrico assim como as pressões desenvolvidas no interior do sistema. O conjunto de inequações a seguir, se obedecido, indica não ser necessária a ventilação secundária: a) Ha,i ≥ Hr,i b) Da,s ≥ Dr c) Sa,s ≥ Sr Onde: Ha,i = perda de altura do fecho hídrico admissível para o desconector i (mm); Hr,i = perda de altura do fecho hídrico provocada por auto-sifonagem (mm); Da,s = depressão admissível no sistema (N/m2); Aula 3 – Dimensionamento UNIDADE 1 – EGOTOS PREDIAIS 47 Dr é a depressão máxima provocada pelos efeitos de sifonagem induzida, tiragem térmica; ação do vento e das variações da pressão ambiental (N/m2); Sa,s é a sobrepressão admissível no sistema (N/m2); Sr é a sobrepressão máxima no sistema (N/m2). As variáveis Ha,i , Da,s e Sa,s dependem das características geométricas do sistema, enquanto as variáveis Hr,i , Dr e Sr dependem das condições ambientais dos fenômenos associados ao escoamento. Todas as equações envolvendo estas variáveis, as quais formam um equacionamento bastante extenso e complexo, e não será apresentado. Como pode-se perceber, a metodologia de Dimensionamento Racional é mais complexa e entra nesta aula a título de informação, apenas, como alternativa ao método Hunter. Baseado e adaptado de ABNT, GONÇALVES (2000), GRAÇA (1985). Edições sem prejuízo de conteúdo. Aula 4 - Sistema Público de Esgotos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 48 Unidade 2 – Esgoto Urbano e Destinações Aula 4: Sistema Público de Esgotos Uma rede de captação pública é projetada para receber o esgoto sanitário e mais uma parcela das águas pluviais, que será estudada nas unidades de Drenagem. Nesta Unidade, serão estudadas as contribuições dos Sistemas de Esgotos para a rede urbana e algumas de suas particularidades. 1. Sistema Público Convencional Para melhor conhecer este sistema, primeiramente vamos estudar suas partes constitutivas. Elas são, basicamente, classificadas da seguinte maneira: a) Ramal predial: são os ramais que transportam os esgotos das casas até a rede pública de coleta; b) Coletor de esgoto: recebem os esgotos das casas e outras edificações, transportando-os aos coletores tronco; c) Coletor tronco: tubulação da rede coletora que recebe apenas contribuição de esgoto de outros coletores; d) Interceptor: os interceptores correm nos fundos de vale margeando cursos d’água ou canais. São responsáveis pelo transporte dos esgotos gerados na sub-bacia, evitando que os mesmos sejam lançados nos corpos d’água. Geralmente possuem diâmetro maiores que o coletor tronco em função de maior vazão; e) Emissário: são similares aos interceptores, diferenciando apenas por não receber contribuição ao longo do percurso; f) Poços de visita (PV): são câmaras cuja finalidade é permitir a inspeção e limpeza da rede. Os locais mais indicados para sua instalação são: • Início da rede; Aula 4 - Sistema Público de Esgotos UNIDADE 2 – EGOTO URBANO E DESTINAÇÕES 49 • Nas mudanças de: (direção, declividade, diâmetro ou material), nas junções e em trechos longos. Nos trechos longos a distância entre PV’s deve ser limitada pelo alcance dos equipamentos de desobstrução. g) Elevatória: quando as profundidades das tubulações tornam-se demasiadamente elevadas, quer devido à baixa declividade do terreno, quer devido à necessidade de se transpor uma elevação, torna-se necessário bombear os esgotos para um nível mais elevado. A partir desse ponto, os esgotos podem voltar a fluir por gravidade. h) Estação de Tratamento de Esgotos (ETE): a finalidade da ETE é a de remover os poluentes dos esgotos, os quais viriam causar uma deterioração da qualidade dos cursos d’água. Um sistema de esgotamento sanitário só pode ser considerado completo se incluir a etapa de tratamento. A Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), pode dispor de alguns dos seguintes itens, ou todos eles: • Grade; • Desarenador; • Sedimentação primária; • Estabilização aeróbica; • Filtro biológico ou de percolação; • Lodos ativados; • Sedimentação secundária; • Digestor de lodo; • Secagem de lodo; Aula 4 - Sistema Público de Esgotos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 50 • Desinfecção do efluente. i) Disposição final: após o tratamento, os esgotos podem ser lançados ao corpo d’água receptor ou, eventualmente, aplicados no solo. Em ambos os casos,há que se levar em conta os poluentes eventualmente ainda presentes nos esgotos tratados, especialmente organismos patogênicos e metais pesados. As tubulações que transportam estes esgotos são também denominadas emissário. 1.1. Sistema Condominial O sistema condominial de esgotos é uma solução eficiente e econômica para esgotamento sanitário desenvolvida no Brasil na década de 1980. Este modelo se apóia, fundamentalmente, na combinação da participação comunitária com a tecnologia apropriada. Esse sistema proporciona uma economia de até 65% em relação ao sistema convencional de esgotamento, graças às menores extensão e profundidade da rede coletora e à concepção de microssistemas descentralizados de tratamento. O nome Sistema Condominial é em função de se agregar o quarteirão urbano com a participação comunitária, formando o condomínio, semelhante ao que ocorre num edifício Aula 4 - Sistema Público de Esgotos UNIDADE 2 – EGOTO URBANO E DESTINAÇÕES 51 e apartamentos (vertical); dele se distingue, todavia, por ser informal quanto à sua organização e por ser horizontal do ponto de vista físico. Desse modo, a rede coletora básica ou pública apenas tangência o quarteirão- condomínio ao invés de circundá-lo como no sistema convencional. As edificações são conectadas a essa rede pública por meio de ligação coletiva ao nível do condomínio (Ramal condominial), cuja localização, manutenção e, às vezes, a execução são acordadas coletivamente, no âmbito de cada condomínio e com o prestador do serviço, a partir de um esquema de divisão de responsabilidade entre a comunidade interessada e o poder público. 1.1.1. Partes Constitutivas Dividem-se, mais comumente, em: • Ramal condominial: rede coletora que reúne os efluentes das casas que compõem um condomínio e pode ser: ✓ De passeio: quando o ramal condominial passa fora do lote, no passeio em frente a este a aproximadamente 0,70m de distância do muro; ✓ De fundo de Lote: quando o ramal condominial passa por dentro do lote, no fundo deste. Esta é a alternativa de menor custo pois desta maneira é possível esgotar todas as faces de um conjunto com o mesmo ramal; ✓ De jardim: quando o ramal condominial passar dentro do lote, porém na frente do mesmo. Aula 4 - Sistema Público de Esgotos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 52 • Rede Básica: rede coletora que reúne os efluentes da última caixa de inspeção de cada condomínio, passando pelo passeio ou pela rua; • Unidade de Tratamento: a cada microssistema corresponde uma estação para tratamento dos esgotos, que pode ser o tanque séptico com filtro anaeróbio. 1.1.2. Fase de Elaboração do Projeto do ramal Condominial (Recomendações) a) Croqui: A primeira fase do processo de execução do ramal condominial é a elaboração do croqui do conjunto, assinalando a posição das casas e fossas de cada lote. De posse do croqui, definir a melhor opção que atende o conjunto, considerando os seguintes aspectos: • Face mais baixa dos lotes (topografia); • Localização do maior número de fossas; • Disponibilidade de área livre para passagem do ramal nos lotes. b) Reunião com a Comunidade: De posse do pré-lançamento dos ramais nos croquis, são realizadas reuniões com os moradores de cada conjunto, onde são apresentadas as possíveis opções para o atendimento do mesmo, sendo, dos moradores a decisão final sobre o tipo de ramal a ser implantado. c) Topografia: Com a opção definida, inicia-se o levantamento topográfico, o que é feito por conjunto e por tipo de ramal, onde a unidade considerada é o lote. Esse levantamento é executado com mangueira de nível ou nível laser e deve definir: • Profundidade da ligação predial de cada lote; • Um RN (referencial) para cada inspeção (geralmente marcado num poste); • Uma caixa de inspeção (CI) para cada lote; • Cota do terreno de todas as CI’s e Tês; • CI no início do ramal de passeio; • CI externa, na saída dos ramais para ligação com PV (poço de visita), quando necessário; • Lançamento das CI’s externas o mais próximo possível dos muros garantindo que fiquem protegidas, ao máximo, de tráfego de veículos; • Demarcação dos ramais a aproximadamente 0,70m do muro dos lotes; • Localização de CI na direção da ligação predial do morador; Aula 4 - Sistema Público de Esgotos UNIDADE 2 – EGOTO URBANO E DESTINAÇÕES 53 • Desviar as CI’s das entradas de garagens ou no mínimo da faixa de passagem dos pneus do carro para evitar quebra das mesmas. d) Projeto: Na elaboração do projeto executivo, deve-se garantir que o morador seja atendido pelo ramal e que este tenha lançamento favorável em pelo menos um ponto da rede básica ou pública. Para tanto deve ser previsto: • Profundidade mínima da CI abaixo da cota da ligação predial do morador; • Profundidade e declividade mínima do ramal em função do item anterior e nunca menor que 0,5%; • Evitar desvio do ramal; • Ligação da CI ao ramal de passeio através de um Tê; • CI’s intermediárias para o ramal de passeio a cada 50 m; • Lançamento do ramal condominial na almofada do PV, formando uma canaleta de seção mínima de 50% da tubulação; • Sempre que possível será eliminada a última CI dos ramais, sendo estes, ligados direto à rede básica ou pública. Nos casos em que não estão previstos CI’s para ligação do ramal o mesmo será ligado à última CI do outro ramal, evitando uma entrada a mais na CI da rede pública, já que esta terá número limitado de entradas. As particularidades a seguir podem depender da legislação municipal): • A última CI do ramal será de diâmetro de 0,60 m somente quando a profundidade for maior que 0,90 m e quando houver interligação de mais de um ramal; • Todas as ligações dos ramais à rede pública serão em CI’s ou PV’s e em sentido do fluxo; • A profundidade da última CI quando houver interligação entre ramais, com corte de pista, será de 1 metro; • As redes no passeio, inclusive a ligação à rede pública, será de PVC. e) Considerações para o Projeto: Na realidade, a rede pública é uma rede convencional do ponto de vista hidráulico, portanto, deveria ser dimensionada em conformidade com as recomendações técnicas usuais. f) Diâmetro Mínimo: As redes coletoras do sistema convencional adotavam o diâmetro mínimo de 150 mm apesar das normas vigentes não colocarem nenhuma restrição quanto à utilização do diâmetro de 100 mm, desde que atenda ao dimensionamento hidráulico. Aula 4 - Sistema Público de Esgotos INSTALAÇÕES HIDRÁULICAS – ESGOTO E DRENAGEM 54 g) Recobrimento Mínimo: No sistema convencional, usualmente as redes coletoras localizam-se no terço médio mais baixo das ruas. Já no sistema condominial este procedimento é evitado e procura-se sempre que possível lançar as redes no passeio, fora das ruas pavimentadas onde há tráfego de veículos. Com isso é permitido reduzirmos o recobrimento das tubulações sem contudo oferecer riscos de rompimento das mesmas e também sem ferir as recomendações das normas vigentes que são: h) Profundidade Mínima: A profundidade mínima da tubulação deve ser tal que permita receber os efluentes por gravidade e proteger a tubulação contra tráfego de veículos e outros impactos. No caso do ramal condominial, a profundidade mínima será aquela que esteja abaixo da cota de ligação predial do morador, garantindo que este seja atendido. De forma a se
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