05 Adutoras 2017 2

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Renato Carlos Zambon
Ronan Cleber Contrera
Theo Syrto Octavio de Souza
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental
PHA3412 - Saneamento
ADUTORAS EM SISTEMAS DE 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA
Curso de água
Rede da 
zona baixa
Rede da zona a lta
Reservatório
Reservatório
e levado
Captação
Estação
elevatória
Estação
elevatória
ETA
Adutora 
Adutora de
água bruta
por recalque
Adutora para o 
reservatório da 
zona a lta por 
recalque
Adutora para o 
reservatório da
zona baixa por 
gravidade
2
CLASSIFICAÇÃO DAS ADUTORAS
Quanto à natureza da água transportada
 Adutoras de água bruta
 Adutoras de água tratada
Quanto à energia para a movimentação da água
 Adutora por gravidade (conduto livre ou forçado)
 Adutora por recalque
 Adutoras mistas
3
ADUTORAS POR GRAVIDADE
Conduto Forçado
4
ADUTORAS POR GRAVIDADE
Conduto Livre
5
ADUTORAS POR GRAVIDADE
Trechos em Conduto Livre e Forçado
6
ADUTORAS POR RECALQUE
Recalque Simples
7
ADUTORAS POR RECALQUE
Recalque Duplo
8
ADUTORAS MISTAS
Trechos por Recalque e por Gravidade
9
VAZÃO DE ADUÇÃO (PROJETO)
10
Curso de água
Q a
Rede
Captação
Estação
elevatória
Estação de
Tratam ento
Q a Q b Q c
1
a esp1 ETA
K P q
Q Q C
86400
  
   
 
1
b esp1
K P q
Q Q
86400
 
  1 2
c esp2
K K P q
Q Q
86400
  
 
Esqueçam as fórmulas!!! O importante é o 
que deve ser considerado em cada caso...
PERÍODO DE FUNCIONAMENTO
DA ADUÇÃO
 As vazões indicadas correspondem a adução 24 h/dia;
 Deverão ser maiores se o período for reduzido, por 
exemplo entre 16-20 h/dia em uma linha por 
recalque;
 Pode haver economia com operação fora de horário 
de ponta do sistema elétrico (início da noite).
11
HIDRÁULICA PARA ADUTORAS
Equação da energia entre duas seções transversais de um 
escoamento (Bernoulli):
 z: carga de posição, cota (m)
 p/g: carga de pressão (m)
 V²/2g: carga cinética (m)
 DH: perda de carga (m)
12
Linha piezométrica
Linha de carga ou energia
g g     D     D
2 2
1 1 2 2
1 1 2 2
2 2
p V p V
H z H H z H
g g
HIDRÁULICA PARA ADUTORAS
13
Escoamento em conduto livre
Escoamento em conduto forçado
HIDRÁULICA PARA ADUTORAS
Equação da continuidade:
 Q: vazão (m³/s)
 V: velocidade média na seção (m/s)
 S: área da seção de escoamento (m²)
Obs: em canais pode ser necessário acrescentar as perdas por 
evaporação...
14
    
1 1 2 2
constanteQ V S V S
ESCOAMENTO EM CONDUTOS LIVRES
Equação de Manning
 Q: vazão (m³/s)
 n: coeficiente de Manning
 S: seção molhada (m²)
 RH: raio hidráulico (m)
 I: declividade da linha de energia (m/m)
15
2 /31
H
Q S R I
n
 
S e RH dependem da
geometria da seção
e da profundidade
resultante
RH = Seção molhada
Perímetro molhado
16
“Canal da Integração” / “Eixão das Águas” 
(Ceará, 255 km, 22 m³/s)
17
California Aqueduct (State Water Project)
Dos Amigos Pumping Plant (36 m x 437 m³/s, 715 km)
ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS
Fórmula de Hazen-Williams
 Normalmente utilizada para pré-dimensionamentos
 Q: vazão (m³/s)
 C: coeficiente de Hazen-Williams
 D: diâmetro interno da tubulação (m) *D ≥ 100 mm+
 j: perda de carga unitária (m/m)
18
2,63 0,54
0,2785Q C D j   
Coeficiente de Hazen-Williams
19
ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS
Fórmula Universal
 DH: perda de carga distribuída (m)
 f: fator de atrito
 L: comprimento da tubulação (m)
 V: velocidade média (m/s)
 D: diâmetro da tubulação (m)
 k: rugosidade (m)
 g: aceleração da gravidade (9,81 m/s²)
 n: viscosidade cinemática (10-6 m²/s)
 R: número de Reynolds
 Q: vazão (m³/s)
20
2
2
4
2
Q
V
D
V D
R
L V
H f
D g

n




D 
ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS
Fórmula Universal
 Escoamento laminar (R<2500):
 Escoamento turbulento (R>4000, Colebrook-White):
 Crítico (transição): pode ser adotada interpolação linear
21
64
f
R

1 2,51
2 log
3,71f
k
D R f
 
    
 
ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS
Fórmula Universal
 Cálculo iterativo de f no escoamento turbulento, adota-se por 
exemplo f0=0,020, com poucas iterações o resultado converge:
 Ou pode ser adotada a equação alternativa (Souza, 1986):
22
1
1 2,51
2 log
3,71
ii
f
k
D fR

 
    
 
 
0,9
1 5,62
2 log
3,71
k
Df R
 
    
 
23
2
0,9
0,9
4
 ; 
64
1 5,62
2 log
3,71
:
64 1 5,62
1 ; 2 log
2500 3,71 400
escoam
2500
4000
2500 400
ento lam inar:
escoam ento tu rbu lento :
transição (in terpo lação linear):
0
02
Q V D
V R
D
f
R
k
D Rf
f
f
f
R
R
k
R
D
 n
 
 
 
 
     
 


 








 
2
2500
1 2 1
4000 2500
2
R
f f f f
L V
H f
D g














 
 


  
 
D 
Q,D,k,g,n V,R,f,DH
Perda de Carga (Fórmula Universal)
ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS
Perdas Localizadas
24
2
2
C
V
H K
g
D 
TRAÇADO DA ADUTORA
25
O traçado da adutora deve levar em consideração:
 Presença de vias e terrenos públicos, áreas de proteção ambiental;
 Planta e perfil do terreno (topografia);
 Tipo de solo, rochas, várzeas, etc.;
 Interferências e travessias (rodovias, ferrovias, rios, etc.);
 Material da tubulação, ventosas, descargas, blocos de ancoragem, 
proteção contra corrosão;
 São favoráveis traçados que apresentem trechos ascendentes longos 
com pequena declividade (>0,2%), seguido de trechos descendentes 
curtos, com maior declividade (>0,3%);
 Quando a inclinação do conduto for superior a 25%, há necessidade 
de se utilizar blocos de ancoragem para estabilidade do conduto 
(varia com o material e tipo de junta...);
 A linha piezométrica da adutora em regime permanente deve 
situar-se, em quaisquer condições de operação, sempre acima da 
geratriz superior do conduto.
TRAÇADO DA ADUTORA
26
PLANTA E PERFIL DE 
UMA ADUTORA
27
DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
por Gravidade em Conduto Forçado
28
descarga
ventosa
R1
R2
L.P. dinâmica
L.P. estática (Q=0)z1
z2
DH
Obs1: as L.P. acima são efetivas, descontada patm/g
Obs2: quando a velocidade é baixa, a L.P. se confunde com a L.C.
Q,L,DH  D
Fórmula universal
ou Hazen-Williams
(DH = DZ)
DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
por Gravidade em Conduto Livre
29
R1
R2
L.P. acompanha
o nível d’água
z1
z2
DH/L=I
Q,L,DH 
seção do canal pela
equação de Manning
Considerar remanso
se houver variações
DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
30
Velocidades máximas
em condutos forçados:
3,0 a 6,0 m/s
DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
por Recalque
31
R
L.P. estática (Q=0)
L.P. dinâmica
z2
DH
Q,L,Hg,DH=?,D=?
EE
Hg
DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
por Recalque
 O diâmetro é hidraulicamente indeterminado...
 Depende de aspectos econômico-financeiros:
32
DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
por Recalque
Pré-dimensionamento pela “fórmula de Bresse”:
 E o comprimento?
 Desnível?
X
 Material?
33
 ; K = 0,9 a 1,2D K Q
R
DH
EE
Hg
R
DH
EE
Hg
DIMENSIONAMENTO DE ADUTORAS 
por Recalque
Recomendações para o estudo do diâmetro econômico da 
adutora:
 Pré-dimensionamentodo diâmetro (dentro da faixa usual de 
velocidades ou perda de carga) e avaliação de alternativas
considerando a vazão de projeto, o comprimento da adutora, 
o desnível geométrico, o material da tubulação
 Análise econômica através do critério do valor presente
 Consideração de todos os custos não comuns: tubulação, 
montagem, escavação e reaterro, equipamentos, energia 
elétrica
 As obras e custos comuns não necessitam ser considerados
34
MATERIAIS DAS ADUTORAS
Aspectos que devem ser considerados na escolha:
 Não ser prejudicial à qualidade da água
 Alteração da rugosidade com o tempo (incrustação, etc.)
 Estanqueidade
 Resistência química e mecânica
 Resistência a pressão da água (estática, dinâmica, 
transitórios)
 Economia (não só custo da tubulação, mas instalação, 
aspectos construtivos, necessidade de proteção a 
corrosão, manutenção, etc.)
35
PRINCIPAIS MATERIAIS DAS TUBULAÇÕES
Materiais metálicos:
 Aço
 Ferro Fundido Dúctil
Materiais não metálicos:
 Polietileno de Alta Densidade e Polipropileno (PE e PP)
 PVC
 Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV)
36
TUBULAÇÃO DE AÇO
37
Vantagens
• Alta resistência às pressões 
internas e externas
• Estanqueidade (com junta 
soldada)
• Vários diâmetros e tipos de 
juntas
• Competitivo principalmente 
em maiores diâmetros e 
pressões
Desvantagens
• Pouca resistência à 
corrosão externa
• Precauções para transporte 
e armazenamento 
• Cuidados com a dilatação 
térmica
• Dimensionamento das 
paredes dos tubos quanto 
ao colapso
TUBULAÇÃO DE AÇO
Revestimentos externos
– FBE (Fusion Bonded Epoxy)
– Polietileno tripla camada
– Poliuretano tar
– Primer epoxy com alumínio fenólico
Revestimento interno
– Coaltar epoxy
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junta flangeada
TUBULAÇÃO DE AÇO
• Tipos de juntas
junta soldada junta elástica
(1) Junta soldada nas extremidades 
(2) Junta soldada nas extremidades com anel 
(3) Junta com solda dupla nas extremidades
(4) Junta com solda tipo copo 
(5) Junta com solda nas duas extremidades 
Junta soldada Junta elástica
39
TUBULAÇÃO DE FERRO FUNDIDO DÚCTIL
40
• Diâmetros: 16 opções de 50 a 
1200 mm
• Comprimento: 6 a 8 m
• Classes: K-9, K-7 e 1 MPa
• Revestimento interno com 
argamassa de cimento
• Revestimento externo com 
zinco e pintura betuminosa
• Tipos de juntas:
 Elástica
 Elástica travada
 Mecânica
 Flanges
TUBULAÇÃO DE FERRO FUNDIDO DÚCTIL
Detalhes das juntas de tubulações de ferro fundido dúctil
Junta elástica
Junta elástica travada
Junta mecânica Junta de flange
41
TUBULAÇÃO DE 
POLIETILENO
42
• Diâmetros: 32 opções de 16 a 1600 mm
• Comprimento: limitado pelo transporte, 
até centenas de metros sem juntas 
(emissários submarinos)
• Classes: 9 opções de 40 a 250 mca
• Sem revestimento interno ou externo
• Leve e flexível
• Estanqueidade
• Resistência química
• Resistência a abrasão
• Menor rugosidade
• Baixa celeridade (transitórios)
• Principais juntas em adutoras:
 Solda termoplástica (topo)
 Flanges
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Bombeamento de 4 m³/s, transferência Rio Grande - Taiaçupeba (RMSP)
(2 tubulações em paralelo PE ø 1200 mm)
OPERAÇÃO DAS ADUTORAS
Condições operacionais:
 Condição normal: condição prevista no projeto como manobra 
de válvulas, enchimento e esvaziamento da adutora, partida e 
parada do bombeamento, etc.
 Regime permanente 
 Transiente
 Condição emergencial: falha operacional de dispositivos
 Condição catastrófica: acidente operacional com riscos a vida 
e/ou danos excepcionais como o a ruptura em um ponto baixo
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ENCHIMENTO DE ADUTORAS
 Condição para enchimento: expulsão plena de ar, com 
gradativa e lenta admissão de água
 Velocidade média para enchimento: 0,3 m/s
 Válvulas para expulsão de ar: ventosas
45
ENTRADA DE AR EM ADUTORAS...
46
Nível muito 
baixo na 
entrada
Descarga 
superior com 
introdução de ar
Formação 
de vórtice
BLOQUEIO DE ADUTORAS
47
Consiste na paralisação do escoamento, ocasionada pela 
existência de ar confinado nos pontos altos da adutora
Bloqueio da adutora por gravidade
Bloqueio da adutora por recalque
VENTOSAS EM ADUTORAS
48
ventosa simples
• expelir o ar deslocado pela água durante o enchimento da linha;
• admitir quantidade suficiente de ar, durante o esvaziamento da linha;
• expelir o ar proveniente das bombas em operação e difuso na água 
(funcionando como uma ventosa simples).
ventosa de tríplice função:
DESCARGA EM ADUTORAS
49
Descarga da adutora em galerias, valas e córregos
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO DAS 
ADUTORAS
Blocos de ancoragens
Proteção contra corrosão
Proteção contra os transitórios hidráulicos
50
BLOCOS DE ANCORAGEM
Dimensionamento dos blocos - Dados necessários
• Resultante das forças (direção e intensidade)
• Tensão máxima admissível na parede lateral da 
vala
• Coesão do solo
• Ângulo de atrito interno do solo
• Tensão máxima admissível pelo solo na vertical
• Peso específico do solo
• Especificações do concreto a ser utilizado
• Atrito concreto-solo
Critérios de cálculo
• Por atrito entre o bloco e o solo (peso do bloco);
• Por reação de apoio da parede da vala 
(engastamento). 
Forças envolvidas para o 
dimensionamento de um bloco de 
ancoragem
R = força resultante;
P = peso do bloco;
W = peso do aterro;
B = apoio sobre a parede da vala;
f = atrito sobre o solo;
M = momento de tombamento.
51
BLOCOS DE ANCORAGEM
52
ANCORAGEM DE ADUTORAS EM DECLIVE
Assentamento de tubulação enterrada com ancoragem por trecho travado
Assentamento de tubulação aérea: ancoragem tubo por tubo
53
PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO
54
Proteção catódica galvânica
Proteção catódica por 
corrente impressa
No caso de tubulações metálicas:
Proteção catódica: injeção de corrente contínua na estrutura a ser 
protegida elevando seu potencial em relação ao meio
LIMPEZA DE ADUTORAS
55
Sedimentação
Deposição de minerais insolúveis em 
tubo de FD com revestimento. AAT 
 250 mm, ~ 15 anos, CHW ~ 95.
Incrustação
Incrustação em tubo de FD sem 
revestimento. AAB,  250 mm, ~ 
25 anos, CHW ~ 70.
LIMPEZA DAS ADUTORAS
Variação do coeficiente de Hazen-Williams 
devido a limpezas por raspagem
56
LIMPEZA DAS ADUTORAS
Entrada e saída do “polly-pig” em uma adutora
Introdução do “polly-pig” 
através de hidrante, sem 
registro
Introdução de “polly-pig” 
através de uma peça 
especial
Introdução do “polly-pig” 
através de uma peça em Y
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LIMPEZA DAS ADUTORAS Polly-Pig
58
APLICAÇÃO DO REVESTIMENTO DE 
ARGAMASSA DE CIMENTO
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Outros revestimentos: epóxi; poliuretano, etc.
MEDIDORES EM CONDUTOS FORÇADOS
60
Medidores de vazão e de pressão
Venturi Orifício
MEDIDORES EM CONDUTOS FORÇADOS
61
Medidores de vazão
– Ultrassônicos
Modo diagonal
Modo reflexivo
– Eletromagnéticos
MEDIDORES EM CONDUTOS LIVRES
Vertedores
Calhas: Parshall, 
Palmer-Bowlus, etc.
Medidor acústico 
(ADCP)
etc.
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Calha Parshall
ETA1 Bebedouro (SAAEB)
INTERVENÇÃO EM ADUTORAS EM CARGA
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Derivação pelo processo de 
furação em carga da adutora do 
SAM Leste da RMSP
TRAVESSIAS ENTERRADAS EM CURSOS 
D’ÁGUA
64
 Necessitam de outorga
 Não devem interferir no corpo hídrico (gerar 
obstáculo no fundo)
 Utilizar preferencialmente tubos de maior resistência 
mecânica
 Envelopamento dos tubos com concreto magro (de 
baixa resistência)
TRAVESSIAS AÉREAS EM CURSOS D’ÁGUA
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 Necessitam de outorga
 Estudo Hidrológico
 Não devem interferir no corpo hídrico(construir acima 
da cota de cheia, com folga)
 Diversos tipos de estruturas
 Podem ser feitas junto a obras de arte existentes 
(aproveitando uma lateral por ex.) desde que 
autorizadas
EXEMPLOS DE TRAVESSIAS AÉREAS
66
Exercício
logo depois do intervalo!
67
68
Lição de casa:
ler páginas 155 a 
224