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Sistemas de Esgoto Departamento de Ciência e Tecnologia Ambiental Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária SES – 7º Período Professor MSc Túlio Floripes tuliofloripes@cefetmg.br Introdução Primeiro sistema de esgoto implantado no mundo: século 6 antes de Cristo – Cloaca Máxima Esgoto de áreas adjacentesao fórum romano; Essencial para o controle da malária. Drenagem de grande área superficial; Introdução Primeiros sistemas de esgoto implantadosna Europa e nos Estados Unidos Coleta e transporte de águas pluviais; Em 1915 foi autorizado o lançamento de esgoto nas galerias de água pluviais em Londres; Em Londres os sistemas de galerias apresentaram sérios problemas operacionais; Esses sistemas, denominados unitários, foram implantados rapidamente em cidades importantes (Boston (1833); Rio de Janeiro (1857); Paris (1880)); Esses sistemas tiveram bom desempenho em localidade de baixa pluviosidade, regiões frias e subtropicais. Esgotos Sanitários “Despejo líquido constituído de esgotos domésticos e industrial, água de infiltração e contribuição pluvial parasitária (NBR 9648/86)” 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 proveniente do subsolo, indesejável ao sistema separador e que penetra nas canalizações. Contribuição pluvial parasitária: Parcela do deflúvio superficial inevitavelmente absorvida pela rede de esgoto sanitário. Esgotos Sanitários Água de infiltração: Águas que penetram nas tubulações pelas juntas; Águas que penetram nas canalizações através de imperfeições das paredes dos condutos; Águas que penetram no sistema pelas estruturas de poços de visita, estações elevatórias, etc Esgotos Sanitários Águas pluviais parasitária: Ligações de canalizações pluviais prediaisà rede de esgoto; Interligações de galerias de águas pluviais à rede de esgoto; Tampões de poços e visitas e outras aberturas; Ligações abandonadas. Esgotos Sanitários Vazão afluente: Período de Seca X Período de Chuva 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 45 65 85 105 125 145 165 185 205 225 245 V az ão L /s ) Dias Operacioanis Vazão Afluente Período de Seca Período de Chuvas Tipos de Sistemas de Esgotos Sistema de esgotamento unitário (ou combinado): Águas residuárias, águas de infiltração e águas pluviais, são veiculadas por um único sistema; Sistema de esgotamento separador parcial: Parcela das águas de chuva, provenientes de telhados e pátios das economias são encaminhadas juntamente com as águas residuárias e águas de infiltração do subsolo para um único sistema de coleta e transporte dos esgotos; Tipos de Sistemas de Esgotos Sistema de esgotamento separador absoluto: Sistema em que as águas residuárias e águas de infiltração, que constituem o esgoto sanitário, veiculam em um sistema independente, denominado sistema de esgoto sanitário. As águas pluviais são coletadas e transportadas em um sistema de drenagem pluvial totalmente independente Tipos de Sistemas de Esgotos Sistema de esgotamento unitário – desvantagens: Mistura de águas pluviais com águas residuárias prejudica e onera os custos com tratamento de esgoto; O sistema exige desde o início investimentos elevados devidos às grandes dimensões dos condutos e das obras complementares; A aplicação dos recursos precisa ser feita de maneira mais concentrada, reduzindo a flexibilidade de execução programada por sistema; As galerias de águas pluviais, que em nossas cidades são executadas em 50% ou menos das vias públicas, terão de ser construídas em todos os logradouros; O sistema não funciona bem em vias públicas não pavimentadas, que se apresentam com elevada frequência em nossas cidades; As obras são de execução mais difícil e mais demorada. Tipos de Sistemas de Esgotos Sistema de esgotamento separador - vantagens: Custa menos, pelo fato de empregar tubos mais baratos, de fabricação industrial (manilhas, tubos de PVC, etc); Oferece mais flexibilidade para a execução por etapas, de acordo com as prioridades (prioridade maior para a rede sanitária); Reduz consideravelmente o custo do afastamento das águas pluviais, pelo fato de permitir o seu lançamento no curso de água mais próximo, sem a necessidade de tratamento; Não se condiciona e nem obriga a pavimentação dasvias públicas; Reduz muito a extensão das canalizações de grande diâmetro em um cidade, pelo fato de não exigir a construção de galerias em todas as ruas; Não prejudica a depuração dos esgotos sanitários. Concepção de Sistemas de Esgoto Sanitário Conjunto de estudos e conclusões referentes ao estabelecimento de todas as diretrizes, parâmetros e definições necessárias e suficientes para a caracterização completa do sistema a projetar A concepção é elaborada na fase inicial do projeto, constituindo atividadesde: Identificação e quantificação de todos os fatores intervenientes com o sistema de esgotos; Diagnóstico do sistema existente, considerando a situação atual e futura; Estabelecimento de todos os parâmetros básicos de projeto; Pré - dimensionamento dasunidades dos sistemas, para as alternativas selecionadas; Escolha da alternativa mais adequada mediante a comparação técnica, econômica e ambiental, entre as alternativas; Estabelecimento das diretrizes gerais de projeto e estimativa das quantidades de serviços que devem ser executados na fase de projeto. Partes de um sistema de esgoto sanitário Rede coletora: Conjunto de canalizações destinadas a receber e conduzir os esgotos dos edifícios, o sistema de esgotos predial se liga diretamente à rede por uma tubulação chamada coletor predial. Coletores secundários: canalizações que recebem diretamente as ligações prediais; Coletores troncos: é o coletor principal de uma bacia de drenagem, que recebe a contribuição dos coletores secundários, conduzindo seus efluentes a um interceptor ou emissário. Interceptor: Canalização que recebe coletores ao longo do seu comprimento, não recebendo ligações prediais diretas. Emissário: Canalização destinada a conduzir os esgotos a um destino conveniente (estação de tratamento e/ou lançamento) sem receber contribuições em marcha. Partes de um sistema de esgoto sanitário Sifão invertido: Obra destinada à transposição de obstáculo pela tubulação de esgoto, funcionando sob pressão. Corpo de água receptor: Corpo de água onde são lançadosos esgotos. Estação elevatória: Conjunto de instalações destinadas a transferir os esgotos de uma cota mais baixa para outra mais alta. Estação de tratamento: Conjunto de instalações destinadasà depuração dos esgotos, antes de seu lançamento. Regime Hidráulico do Escoamento em SES A canalizações dos coletores e interceptores devem ser projetadas para funcionarem sempre como condutos livres; Os sifões e linhas de recalque das estações elevatórias funcionam como condutos forçados; Os emissários podem funcionar como condutos livres ou forçados, não recebendo contribuições em marcha; funcionando como conduto forçado em linhas de recalque e emissários submarinos. Normas de Projeto de SES NBR 9448 – Estudo de Concepção de Sistemas de Esgoto Sanitário, que estabelece terminologia e condições gerais para este tipo de estudo, promulgada em 1986; NBR 9649 – Projeto de Redes Coletoras de Esgoto Sanitário, que estabelece terminologia e critérios de dimensionamento para elaboração de projeto hidráulico-sanitário de redes coletoras de esgoto sanitário, promulgada em 1986; NBR 12207 – Projeto de Interceptores de Esgoto Sanitário, que estabelece condições de elaboração de projeto e dimensionamento de interceptores de grande porte, promulgada 1992; NBR 12208 – Projeto de Estações Elevatórias de EsgotoSanitário, que estabelece condições para elaboração de projeto hidráulico sanitário de estações elevatórias de esgoto sanitário com emprego de bombas centrífugas, promulgada 1992; NBR 12209 – Projeto de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitário, que estabelece condições de elaboração de projeto hidráulico sanitário de estações de tratamento de esgotos, promulgada 1992, e atualizada em 2011. Estudo de Concepção de SES Dados e características da comunidade: Localização; Infra-estrutura existente; Cadastro atualizado dos sistemas de abastecimento de água, de esgoto sanitário, de galerias de águas pluviais, de pavimentação, de telefone, de energia elétrica, etc; Condições sanitárias atuais; índices estatísticos de saúde; ocorrências de moléstias de origens hídrica; Estudos, projetos e levantamento existentes. Estudo de Concepção de SES Análise do sistema de esgoto sanitário existente: Descrição do sistema existente com identificação de todos os elementos constituintes; Análise pormenorizada das partes constituintes, baseadas no cadastro e informações existentes; Descrição da área atendida; População esgotável por bacia contribuinte e/ou nível de atendimento; Contribuição per capita, devendo ser calculada em função do volume faturado; Identificação do número de ligações por categoria, assim como o consumo. Estudo de Concepção de SES Estudos demográficos e de uso e ocupação do solo: Dados censitários; Catalogação dos estudos populacionaisexistentes; Pesquisa de campo; Levantamento da evolução do uso do solo e zoneamento da cidade; Análise socioeconômica do município, bem como o papel deste na região; Plano diretor da cidade, sua real utilização e diretrizes futuras; Projeção da população urbana baseada em métodos matemáticos, analíticos, comparativose outros (ano a ano); Análise e conclusão das projeções efetuadas; distribuição da população e suas respectivas densidades por zonas homogêneas e por sub-bacias de esgotamento. Critérios e parâmetros de projeto Os seguintes critérios devem ser considerados e justificados: Consumo efetivo “per capita” – em função do consumo medido, efetuar a previsão da evolução desse parâmetro; Coeficientes de variação da vazão; Coeficientes de contribuição industrial; Coeficiente de retorno de esgoto/água; Taxa de infiltração; Carga orgânica dos despejos domésticos e industriais; Níveis de atendimento no período de projeto; Alcance do estudo igual a 20 anos (justificar nos casos excepcionais); Coeficiente: habitantes/ligação. Critérios e parâmetros de projeto Os seguintes critérios devem ser considerados e justificados: Consumo efetivo “per capita” – em função do consumo medido, efetuar a previsão da evolução desse parâmetro; Coeficientes de variação da vazão; Coeficientes de contribuição industrial; Coeficiente de retorno de esgoto/água; Taxa de infiltração; Carga orgânica dos despejos domésticos e industriais; Níveis de atendimento no período de projeto; Alcance do estudo igual a 20 anos (justificar nos casos excepcionais); Coeficiente: habitantes/ligação. Obs.: Deve ser realizada uma pesquisa em função das industrias existentes e em função desses valores estimar a evolução industrial. Para áreas onde ainda não há industriais implantadas, deve-se adotar o coeficiente de vazão industrial, verificando no Plano Diretor, o tipo de indústria. Critérios e parâmetros de projeto Cálculo das contribuições: Os cálculos das contribuições doméstica, industrial e de infiltração deverão ser apresentados ano a ano, e por bacia ou sub-bacia (quando necessário); Formulação criteriosa das alternativas de concepção: Deve-se descrever todas as unidades componentes da concepção adotada; Deve-se analisar todas as alternativas possíveis de aproveitamento total/ou parcial do sistema existente; Para cada alternativa devem ser levantados os impactos ambientaisnegativos e positivos; As desapropriaçõescaso seja necessário deverão ser convenientemente analisadas. Critérios e parâmetros de projeto Estudos de corpos receptores: Vazões características; Cotas de inundação; Condições sanitárias; Usos de montante e jusante atuais e futuros; Considerar aspectos legais previstos na Resolução CONAMA 430/2011 e das legislações estaduais; Realizar estudo de auto-depuração dos corpos receptores. Critérios e parâmetros de projeto Pré-dimensionamento das unidades- Rede coletora: Estudo das bacias e sub-bacias de contribuição; Estudo de traçados de rede; Pré-dimensionamento hidráulico-sanitário dastubulaçõesprincipais; Identificação de tubulações, peças e acessórios (definição do material). Critérios e parâmetros de projeto Pré-dimensionamento das unidades- Coletor tronco, interceptor e emissário: Alternativas de traçado; Estudo técnico-econômico de alternativas; Definição de traçado; Pré-dimensionamento hidráulico-sanitário de tubulação, peças e acessórios; Identificação das tubulações, peças e acessórios (definição do material); Identificação de travessias de rios, rodovias, de faixas de servidão/desapropriação e APA; Identificação de interferências e pontos notáveis. Critérios e parâmetros de projeto Pré-dimensionamento das unidades- Estação Elevatória e Linhas de Recalque: Estudo técnico-econômico de alternativas; Pré-dimensionamento do poço de sucção da elevatória, dimensões e formas geométricas; Pré-dimensionamento dos conjuntos elevatórios incluindo curvas características da bomba e do sistema; Pré-dimensionamento hidráulico-sanitário de tubulações, peças e acessórios; Identificação das tubulações, pelas e acessórios (definição do material); Identificação de travessias de rios, rodovias, ferrovias, de faixa de servidão/desapropriação e APA; Identificação da rede de energia elétrica no local, indicando suas características; Identificação de interferências e pontos notáveis. Critérios e parâmetros de projeto Pré-dimensionamento das unidades- Estação de Tratamento de Esgoto: Identificação do corpo receptor, com caracterização de sua classificação, segundo a legislação vigente; Estudos hidrológicos com caracterização de vazões máximas, médias e mínimas e identificação de faixas de inundação; Estudo de auto-depuração do corpo receptor para determinação de níveis de DBO e OD, colimetria e outros parâmetros quando necessário, a jusante do ponto de lançamento; Determinação do grau de tratamento de esgoto; Relatório de sondagens com parecer técnico; Pré-dimensionamento hidráulico-sanitário dasunidadesdas alternativasde ETEs; Estudo técnico-econômico de alternativas; Critérios e parâmetros de projeto Pré-dimensionamento das unidades- Estação de Tratamento de Esgoto: Estudo da locação da ETE em função topográfica; Identificação de rede de energia elétrica no local, indicando suas características; Estudo de jazidas para empréstimos: localização, acesso, sondagens, desapropriação e considerações sobre a recuperação da área envolvida; Avaliação quanto a planos e programas governamentais existentes que possam interferir com o futuro empreendimento; Identificação das áreas de desapropriação; Áreas de bota-fora; Identificação das tubulações, peças, acessórios, equipamentos etc (definição do material); Tratamento de lodos; Critérios e parâmetros de projeto Pré-dimensionamento das unidades- Estação de Tratamento de Esgoto: Aproveitamento e tratamento final do lodo; Disposição final do efluente tratado; Identificação de limites de áreas de proteção ambiental e suas interfaces com o futuro empeendimento; Definição de vias de acesso ao futuro empreendimento. Critérios e parâmetros de projeto Estimativa de custos das alternativas: Obras de 1ª Etapa: obras de implantação imediata e obras de complementação; Obras de 2ª Etapa. Comparação técnico-econômica e ambiental das alternativas: Definir concepção mais econômica através da instrução de órgão financiador (Para Caixa Econômica Federal considerar a COSAN I); Deve-se apresentar as vantagens e desvantagens técnico, econômico e ambiental das alternativas; Deve-se apresentar as medidas mitigadoras e/ou compensatórias; Deve-se apresentar o diagnóstico da situação atual e o prognóstico esperado com e sem a implantação do empreendimento. Critérios e parâmetros de projeto Peças gráficas: Planta da cidade ou município com localização da área de planejamento do sistema – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta do sistema de abastecimento de água existente – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta do sistema de esgoto sanitário existente – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta de pavimentação – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta de galeria de águas pluviais existente – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta do sistema de energia elétrica existente – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta do sistema de energia elétrica existente – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta do sistema proposto – escala 1:10000 ou 1:5000; Critérios e parâmetros de projeto Peças gráficas: Planta do cadastro de dutos subterrâneos de outras concessionárias de serviços públicos – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta da localização de indústrias ou carga de grandes contribuintes– escala 1:10000 ou 1:5000; Planta de áreas de planejamento com delimitaçõesdo setores – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta de zonas de densidade homogêneas e de uso e ocupação do solo atual e futura – escala 1:10000 ou 1:5000; Planta das concepções com as várias alternativas – escala 1:10000 ou 1:5000; Plantas e cortes do pré-dimensionamento hidráulico daspartes constitutiva – escala conveniente; Perfil hidráulico da estação de tratamento de esgoto – escala conveniente; Planta de localização da área de jazida de empréstimo e bota fora – escala conveniente; Critérios e parâmetros de projeto Memorial de cálculo: Hidrologia; Hidrogeologia; Hidráulica; Eletro-mecânica; Processos; Orçamentos; Etc; Concepção da rede coletora de esgoto Principais atividadesdesenvolvidas no estudo de concepção da rede: Estudo da população da cidade e de sua distribuição na área; delimitação em planta dos setores de densidades demográficos diferentes; Estabelecimento dos critérios para a previsão de vazões: quota de consumo de água por habitante por dia; relação entre consumo efetivo de água e contribuição de esgotos; coeficientes do dia e hora de maior consumo, vazão de infiltração; Estimativa das vazões dos grandes contribuintes; industrias, hospitais, grandes edifícios em geral. Estes contribuintes devem ser localizadosna planta da cidade com valor de sua vazão; Determinação, para cada setor de densidade demográfica, da sua vazão específica de esgoto em litros por segundo por hectare, ou litro por segundo por metro de canalização; Divisão da cidade em sub-bacias de contribuição; Traçado e pré-dimensionamento dos coletores tronco; Quantificação preliminar das quantidades de serviços que serão executados; para os coletores de esgotos, será feita uma pré-estimativa da extensão dos diversos diâmetros, com base nas vazões; Concepção da rede coletora de esgoto Principais atividadesdesenvolvidas no estudo de concepção da rede – Apresentação gráfica: Memorial descritivo e justificativo, onde são reunidos todos os critérios de cálculo, descrição do sistema, cálculos hidráulicos, etc; Planta planialtimétrica da cidade, em escala de 1:5000 ou 1:10000 com curvas de nível de 5 em 5 m, em que são desenhadas a setorização das densidades demográficas, a divisão em bacias e sub-bacias de contribuição e o traçado dos coletores tronco com seus diâmetros e extensão; Pré-estimativa das quantidades de serviço e custos. Concepção da rede coletora de esgoto Principais atividades desenvolvidas no estudo de concepção da rede – Apresentação gráfica coletores secundários: Delimitação da planta em escala 1:2000 ou 1:1000, das bacias e sub-bacias de contribuição e dos setores de densidades demográficas diferentes; Localização dos órgãos acessórios da rede na planta, identificando-ospor convecção adequada; Localização da tubulação, unindo os órgãos acessórios com a indicação do sentido de escamento por um seta no traçado da tubulação. Órgãos acessórios da rede Terminal de Limpeza (TL): tubo que permite a introdução de equipamento de limpeza e localizado na cabeceira de qualquercoletor; Caixa de Passagem (CP): Câmara sem acesso localizada em pontos singulares por necessidade construtiva; Órgãos acessórios da rede Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL): Dispositivo não visitável que permite inspeção e introdução de equipamentos de limpeza; Poço de visita (PV): Câmara visitável através de abertura existente em sua parte superior, destinada à execução de trabalhosde manutenção. Órgãos acessórios da rede TIL; PV CP TL Inicio de rede; Mudança de direção; Mudança de declividade; Mudança de material e diâmetro; Reunião de até dois coletores; Trechos com degraus de altura inferior a 0,50 m; Reunião de mais de dois trechos de coletores; Em reuniões com tubo de queda; Nas extremidades de sifões; Profundidade maior ou igual a 3 m; Nas extremidades de sifões; Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Perpendicular Cidades atravessadasou circundadaspor cursos d’água; Geralmente apresenta vários coletores troncos independentes, com traçado perpendicular ao curso d’água. Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Leque Traçado comum de terrenos acidentados; Geralmente os coletores troncos encontram-se nos fundos dos vales ou pelas partes baixas da cidade. Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Radial ou Distrital Traçado comum de cidades planas; A cidade é divida em distritos ou setores independentes, sendo criado em cada um ponto baixo para onde são dirigido os esgotos. Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Influência dos órgãos acessórios no traçado Orientação do fluxo de esgoto Traçado da rede conforme orientação do fluxo Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Localização da tubulação na via pública Conhecimento prévio das interferências (galerias de águas pluviais, cabos telefônicos e elétricos, adutoras, redes de água, tubulação de gás); Profundidade dos coletores; Tráfego; Largura da rua; Soleiras dos prédios, etc Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Localização da tubulação na via pública Quando existir apenas uma tubulação de esgoto sanitário na rua, ela poderá ser executada no eixo do leito carroçável ou ser assentada lateralmente, distando 1/3 da largura entre o eixo e o meio-fio; Dependendo das condições da via pública, pode-se assentar uma tubulação (rede simples) ou até duas (rede dupla). Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Localização da tubulação na via pública – Rede dupla: Vias com tráfego intenso; Vias com largura entre os alinhamentos dos lotes igual ou superior a 14 m para ruas asfaltadas, ou 18 m para ruas de terra; Vias com interferências que impossibilitem o assentamento do coletor no leito carroçável, ou que consituam empecilho à execução das ligações prediais, desde que a sua largura seja de preferência superior a 2,0 e a profundidade do coletor não exceda a 2,0 m ou 2,5 m; Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Localização da tubulação na via pública – Rede dupla: A rede dupla pode estar situada no passeio, no terço, ou uma rede no passeio e outra no terço da rua; A partir de pontos os coletores se tornam muito grande (diâmetro ≥ 400 mm); A partir de pontos onde os coletores tornam se muito profundos ( h > 4 m). Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Redes Simples Utilizada quando não acontece nenhum dos casos anteriormente mencionados; Os coletores deverão ser lançadosno eixo carroçável, ou no terço do leito carroçável; Caso em um dos lados da rua existam soleiras negativas, o coletor deverá ser lançado no terço correspondente. Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Interceptores Concepção do traçado da rede coletora de esgoto Custo de construção de sistemas de esgoto 9,2 % Sistemas alternativos para coleta de esgoto Sistema condominial de esgoto; Redes de coleta e transporte de esgoto decantado; Rede pressurizada e a vácuo; Rede coletora de baixa declividade com a utilização do dispositivo gerador de descarga. Sistemas alternativos para coleta de esgoto Sistema condominial de esgoto: Desenvolvido no Rio Grande do Norte; Ideia central versa sobre a formação de condomínios, em grupos de usuários, a nível de quadra urbana, como unidade de esgotamento; Condomínio informal alcançado através de pacto de vizinha; Operação e manutenção de responsabilidade do condomínio; Sistemas alternativos para coleta de esgoto Sistema condominial de esgoto; Sistemas alternativos para coleta de esgoto Sistema condominial de esgoto – características técnicas: Dimensionamento pelo método tradicional; Diâmetro da ligação ao ramal condominial : 100 mm, com declividade mínima de 1%; Diâmetro da ligação ao ramal condominial : 100 mm, com declividade mínima de 0,006 m/m; Utilização das caixas de inspeção no interior das quadras, com recobrimento mínimo de 0,30 m. Sistemas alternativos para coleta de esgoto Comparação entre o sistema condominial e o convencional: Sistemas alternativos para coleta de esgoto Vantagens do sistema condominial: Menor extensão das ligações prediais e coletores públicos; Baixo custo de construção dos coletores, cerca de 57,5 % mais econômico; Custo menor de operação; Maior participação dos usuários. Sistemas alternativos para coleta de esgoto Desvantagens do sistema condominial: Uso indevido dos coletores de esgoto, tais como, lançamento de águas pluviais e resíduos sólidos urbanos; Menor atenção na operação e manutenção dos coletores; Coletores assentados em lotes particulares, podendo haver dificuldades na inspeção, operação e manutenção pelas empresas que operam o sistema; O êxito desse sistema depende fundamentalmente da atitude dos usuários, sendo imprescindíveis uma boa comunicação, explicação, persuasão e treinamento. 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