Abastecimento de água Unidade 2 Saneamento Básico Professor André Valladão (8)

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Unidade II – Abastecimento de Água
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3.11 - Redes de Distribuição
A principal norma de referência para projeto e dimensionamento de Redes de
Distribuição é a Norma de Referência NBR 12218 / 94 da ABNT.
a) Conceito
Uma rede de distribuição é um conjunto de tubulações e de suas partes acessórias
destinado a colocar a água a ser distribuída a disposição dos consumidores, de forma
contínua e em pontos tão próximos quanto possível de suas necessidades. Os condutos
são assentes nas vias públicas, junto aos edifícios, com a função de conduzir a água para
os prédios e para os pontos de consumo público.
b) Condutos de uma rede distribuidora
Em uma rede de distribuição distinguem-se 2 tipos de conduto :
· Condutos Principais ( condutos troncos ou mestres) : são canalizações que
abastecem extensas áreas da cidade e possuem grandes diâmetros;
· Condutos Secundários : são canalizações que estão em contato mais direto com
os pontos de consumo; são abastecidos pelos condutos principais e possuem
menores diâmetros; suas áreas de ação são mais localizadas.
c) Classificação das redes de distribuição
· Quanto ao traçado podem se dividir em ramificada e malhada :
Rede Ramificada : Caracterizada por uma artéria principal, da qual partem transversais
que dão um formato de “espinha de peixe”, nome pelo qual também é conhecida. É
comum em pequenas localidades de traçado linear.
Figura 78 – Rede Ramificada
R
Tubulação Tronco
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Nas tubulações secundárias dessas redes, a água desloca-se invariavelmente em
único sentido, de tubulação tronco para a extremidade morta. Apresenta a desvantagem
de que uma interrupção acidental em um conduto principal prejudica as áreas situadas a
jusante da seção interrompida.
Rede Malhada : São aquelas cujos condutos formam verdadeiras malhas, nas quais a
água pode se deslocar num ou noutro sentido, dependendo da solicitação do consumo.
Isto permite que uma tubulação seja reparada sem prejudicar o abastecimento de
grandes áreas, pois a água efetuará um caminhamento diferente através de outros
condutos. Nesta ocasião basta fechar os registros de manobra das extremidades do
trecho a ser reparado para isolá-lo do conjunto.
Este tipo de rede é adotado em quase todos os centros urbanos. Ao contrário das
redes ramificadas que apresentam uma tubulação tronco, nas redes malhadas existem
várias canalizações principais, formando vários anéis.
Figura 79 – Rede malhada
· De acordo com a alimentação dos reservatórios :
- Com reservatório de montante;
- Com reservatório de jusante (pequenos recalques ou adução por gravidade);
- Com reservatório de montante e jusante (grandes cidades);
- Sem reservatório, alimentada diretamente da adutora (pequenas comunidades)
Anéis
R
Tubulação Tronco
ou Alimentadora
Condutos
PrincipaisCondutos
Secundários
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· De acordo com a água a ser distribuida a rede pode ser simples ou dupla :
- Rede Simples (rede exclusiva de água potável);
- Rede Dupla (uma rede de água potável e uma outra de água sem tratamento, no
caso de cidades onde a água de boa qualidade é escassa, distribuindo água sem
tratamento para usos menos nobres como chafarizes, limpeza pública e etc.)
d) Pressões na rede (zonas de pressão)
Para atender aos consumidores das partes mais elevadas, com uma pressão
estática mínima, o reservatório deverá ser instalado num ponto dominante. Assim, nas
zonas baixas ocorrerão altas pressões na tubulações, havendo necessidade de se usar
nesses trechos tubos com maior resistência e que naturalmente são mais caros. Nestas
regiões, tem-se também agravados os problemas referentes a vazamentos em juntas e
defeitos nas instalações domiciliares.
As pressões recomendadas para uma rede de distribuição são :
· Pressão Mínima Dinâmica : 10 mca (suficiente para garantir o abastecimento
direto para um prédio de 3 andares);
· Pressão Estática Máxima : 60 mca;
Os valores usuais adotados em projetos para as pressões na rede variam entre 15
e 50 mca. As tolerâncias podem ser vistas no quadro a seguir :
Tabela18 – Valores de Pressão Máxima Estática e Dinâmica
Pressão Tolerâncias
Até 60 mca – para 10 % da área total
Pressão Máxima Estática
Até 70 mca – para 5 % da área total
Até 10 mca – para 10 % da área total
Pressão Mínima Dinâmica
Até 8 mca – para 5 % da área total
Quando a cidade se desenvolve em terrenos acidentados com diferenças de nível
muito grandes, a adoção de uma só rede e reservatório abastecendo toda a localidade
pode não ser vantajosa, implicando em pressões elevadas nas zonas baixas,
recomendando para estes casos uma subdivisão da rede por zonas de pressão de modo
que as pressões sejam mantidas dentro dos limites toleráveis.
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Divide-se a cidade então em zonas com diferenças de cotas menores que 50 mca,
lançando-se em cada zona uma rede de distribuição suprida por reservatório próprio. A
adução desses reservatórios pode ser feita por bombas independentes ou de um para o
outro, conforme figura a seguir.
Figura 80 – Redes por Zonas de Pressão
 Outra solução adotada quando não se deseja colocar novos reservatórios é a
instalação de “caixas quebra-pressão” (conforme figura 81 abaixo). Nessas caixas há
um sistema de bóias que mantêm o nível d’água a uma altura constante, independente
da pressão de entrada da água. Regulando-se o nível pode-se ter a pressão desejada.
Figura 81 – Caixas quebra-pressão
50 100 150
200
Adução
R1
R2
R3R4
Água chegando com pressão
maior que H
Água saindo com pressão
igual a H
H
Caixa Quebra Pressão
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e) Disposição das tubulações e traçado das redes
Num sistema de distribuição de água, as canalizações são normalmente assentadas
sob as ruas, principalmente em :
· Ruas sem pavimentação;
· Ruas com pavimentação menos onerosa;
· Ruas de menor intensidade de trânsito;
· Proximidades de grandes consumidores;
· Proximidades de área e de edificações que devam ser protegidas contra
incêndios.
Tais disposições, principalmente as 3 primeiras, tem a vantagem de não atrapalhar o
trânsito em ruas de grandes movimentos por ocasião de construção e reduzir o custo de
recomposição do logradouro. Os condutos são colocados a aproximadamente 1/3 da
largura da pista, a contar do meio-fio, para que se tenha espaço para assentar outras
canalizações (esgoto, drenagem, energia elétrica e telefone).
Em certos casos a solução mais correta é a adoção de duas tubulações ao invés de
uma, em determinadas artérias da cidade, onde a largura for muito grande, o tráfego
muito intenso ou revestidas com pavimentos de difícil recomposição. Ao se instalar o
sistema de duas canalizações, estas deverão ser assentadas sob os passeios.
No caso de tubulação única, o custo da rede pública é menor, sendo maior o das
ligações domiciliares por serem mais extensas, o inverso ocorre com tubulação dupla. O
estudo do orçamento global da rede e das ligações domiciliares indicará a largura limite
para emprego de uma ou duas canalizações, de modo a se ter o menor custo possível.
Figura 82 – Detalhes das Ligações Domiciliares
calçada
calçada
rua
Tubulação Única
Tubulação Dupla
Ligações Domiciliares
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Ao se instalar rede de distribuição de uma localidade, deve-se ter por meta a
facilidade de instalação do sistema e um fornecimento satisfatório de água a todos os
pontos de consumo, sempre de modo mais econômico possível. A seguir são
apresentadas sugestões para um bom traçado e lançamento da rede :
· Os condutos principais devem passar nas proximidades de grandes consumidores e
de áreas que precisam ser protegidas contra incêndios. Poderão ser obtidas assim,
nesses locais, as grandes vazões necessárias;
· O sistema deve incluir registros em pontos convenientes para possibilitar reparos
sem interrupções prejudiciais ao abastecimento;
· Nas extremidades finais das canalizações ou nos pontos mais baixos devem ser
instalados registros de descarga para facilitar a limpeza desses tubos;
· Sempre que possível as canalizações de água potável devem ser assentadas em valas
situadas a mais de 3,00 m dos esgotos. Nos cruzamentos, a distância vertical não
deve ser inferior a 1,80 m. Quanto tal separação não for possível, recomendam-se
cuidados especiais para proteção da canalização de água contra contaminação por
esgotos;
· Os anéis principais da rede, correspondente aos condutos principais de maneira geral
devem ser traçados de modo que seus trechos fiquem equidistantes do centro e da
periferia da área abastecida, o que favorece a distribuição das pressões e um melhor
atendimento das demandas;
· A distância máxima entre dois condutos principais não deve exceder a 600 metros e
todo o conjunto não deve abranger mais de 36 hectares (360.000 m2);
· É preferível assentar duas canalizações principais moderadamente grandes,
paralelas, em ruas afastadas três ou quatro quarteirões, do que colocar numa só rua
uma canalização de grande diâmetro, mesmo com capacidade levemente superior à
das outras. Tem-se assim uma melhor distribuição de água, evitando-se uma
extensão muito grande de condutos secundários;
· Em ruas onde houver necessidade de se colocar uma tubulação de grande diâmetro,
as ligações domiciliares não devem ser feitas diretamente nela. Usam-se tubos
distribuidores, de diâmetro bem menor, que correm sob a calçada, tornando as
ligações mais econômicas e seguras (conforme figura 83 a seguir);
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Figura 83 – Detalhe das ligações domiciliares
· Tal artifício também é usado quando a canalização de abastecimento passa em um
lado da rua. Colocando um distribuidor para suprir os consumidores do outro lado,
evitando-se qua a cada ligação feita, haja necessidade de se abrir transversalmente
toda a rua para atingir a tubulação tronco;
· Para efeito de cálculo, admite-se que toda a rede deja suprida através dos anéis,
como se eles sós fossem sangrados em um número relativamente pequeno de
pontos, distanciados entre si geralmente de 100 a 300 metros.
f) ÓRGÃOS ACESSÓRIOS DA REDE
Os principais órgãos acessórios de uma rede de abastecimento são :
· Válvulas ou Registros de Manobra : empregadas para permitir o fechamento da
rede por setores de maneira que se possa executar manobras operacionais no
caso de eventuais reparos na rede. Empregado principalmente nos pontos de
derivação da rede.
· Ventosas : empregada nos pontos altos da rede para remover o ar que tende a
acumular, bem como preencher os vazios provocados por descargas, vazamentos
o sub-pressões.
· Descargas : são executadas com um registro de gaveta ligado a uma derivação
do tubo. São empregadas para retirar o ar quando da colocação do tubo em carga
e para permitir o esvaziamento de trechos da tubulação, no caso de necessidade
de reparo. São localizadas sempre nos pontos mais baixos das redes
distribuidoras.
calçada
calçada
rua
Tubulação Única
de Grande Diâmetro
(Tronco)
Ligações Domiciliares
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· Hidrantes : são empregados para o combate a incêndios, eventualmente podem
ser usados para descargas das linhas distribuidoras e ainda como pontos para
medida de pressão. São localizados nos passeios, derivados de redes
alimentadoras e distribuidoras, em pontos convenientes da rede.
Os hidrantes devem ser derivados, de preferência, de linhas de diâmetro igual ou
superior a 100 mm, sendo sua ligação feita com a interposição de um registro de gaveta.
Existem dois tipos de hidrantes principais : do tipo Coluna e do tipo Subterrâneo.
§ Hidrantes do tipo Coluna
Material : Ferro Fundido Dútil.
Diâmetros de Entrada : 75 mm (para diâmetro da rede de 75 mm) e 100 mm (para
diâmetros da rede iguais ou superiores a 100 mm).
Diâmetros de Saída : 2 bocas de 60 mm e 1 de 100 mm.
Pressão Máxima de Serviço : 10 kg / cm2 (100 mca)
Figura 84 – Hidrante do tipo coluna
§ Hidrantes do tipo Subterrâneo
Material : Ferro Fundido Dútil.
Diâmetros de Entrada : 75 mm
Diâmetros de Saída : 1 bocas de 60 mm.
Pressão Máxima de Serviço : 10 kg / cm2 (100 mca)
Rede
Caixa com
Registro de
Gaveta
Saídas
2 bocas de 60 mm e
1 de 100 mm
Hidrante Tipo Coluna
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Figura 85 – Hidrante do tipo subterrâneo
Os hidrantes devem ser distribuídos de acordo com a proteção que oferecem,
segundo a categoria de incêndio a prever. O espaçamento entre eles varia de 300 a 400
metros, não devendo ultrapassar 600 metros . A distância do hidrante ao local do risco
não deve ser maior que 200 metros .
Figura 86 – Localização de hidrantes
Um bom local para instalação de hidrantes são as calçadas, nas interseções de ruas.
Um hidrante numa esquina protege duas vezes o comprimento da testada que seria
protegida por outro colocado longe de uma interseção. Quando os quarteirões são
longos e a categoria de risco de incêndio á alta, deve-se distribuí-los também fora dos
cruzamentos.
As vazões mínimas necessárias nos hidrantes variam de acordo com a categoria dos
incêndios, podendo ser adotados os seguintes valores :
· Para pequenos edifícios : 10 l/s;
· Edifícios maiores e mais altos : 20 a 30 l/s;
Caixa
Saída de 60 mm
Rede
Hidrante Subterrâneo
Entre 300 e 400 m – (máx. 600 m)
Hidrante
Calçada
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· Edifícios de grandes dimensões, grandes indústrias, armazéns, escolas, hospitais,
quartéis, quarteirões com edifícios de muitos pavimentos : 40 a 50 l/s;
· Mesmo tipo anterior porém com rede da ordem de 300 mm : 100 l/s.
g) Materiais empregados para as tubulações da rede
Os condutos forçados da rede de um sistema de abastecimento são encontrados nos
mesmos materiais dos condutos adutores: ferro fundido, aço, concreto (armado e
protendido), plástico, fibra e cimento-amianto.
Os tubos são caracterizados normalmente pelo material de que são feitos, pelo tipo
de junta utilizada nas emendas, pela classe a que pertencem e pelo diâmetro. Todas
estas especificações devem constar em planta.
A classe de um tubo é definida pela pressão de ensaio a que o tubo é submetido na
fábrica. Adota-se muitas vezes, a pressão de trabalho como a metade da pressão de
ensaio determinado por normas.
Ao se estudar o tipo de tubo para a rede, é conveniente pedir catálogos aos diversos
fabricantes, pois existem variações quanto ao tipo de junta, diâmetro e outras
características.
As juntas utilizadas nas emendas entre as diversas seções dos condutos devem ser
estanques, elásticas,duráveis, fáceis de montar e desmontar. Devem permitir que a
dilatação do material se processe sem causar esforços danosos aos condutos.
h) Dimensionamento da rede distribuidora
Para o dimensionamento de uma rede ramificada normalmente aplica-se o método
convencional, calculando as perdas de carga em função das vazões e diâmetros. Para o
caso de redes malhadas (com circuitos formando anéis) podem ser empregados o
Método de Hardy-Cross ou o processo de Seccionamento Fictício. Ambos os métodos
já foram apresentados aos alunos na disciplina de Hidráulica.
No projeto da rede distribuidora de água é usual o emprego de folhas de cálculo
(planilhas), onde as operações a serem seguidas são apresentadas em colunas e os
trechos a serem calculados em linhas. Deste modo, preenchendo-se a planilha na
sequência lógica, uma vez concluída, tem-se todos os elementos hidráulicos e
construtivos necessários.
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§ Considerações sobre a vazão de distribuição (vazão específica)
A vazão específica, a partir da qual são determinadas as vazões de
dimensionamento, pode ser referida à extensão dos condutos da rede ou a área da cidade
abastecida pela rede.
No primeiro caso tem-se a vazão de distribuição em marcha (qmarcha), onde Lt
corresponde a extensão total da rede na área abastecida :
A distribuição na realidade é feita pelas ligações domiciliares, porém, para fins de
cálculo é transformado numa distribuição contínua ao longo do conduto. Este tipo de
distribuição é utilizada no dimensionamento de redes ramificadas e no de redes
malhadas pelo Método do Seccionamento Fictício.
No segundo caso tem-se a vazão de distribuição referida a unidade de área (q d) que
é utilizada no dimensionamento de redes malhadas empregando-se métodos iterativos
como o Método de Hardy-Cross. A variável A corresponde a área abrangida pela rede,
normalmente em hectares (ha).
A relação (P/A) exprime a densidade populacional (Dp) da área a ser abastecida,
que pode variar em um mesmo projeto de acordo com o tipo de ocupação previsto para
as diversas regiões do mesmo. O exemplo abaixo ilustra tal fato :
 k1 . k2 . P . q
 q marcha = _________________ ( l / s . m) ou ( l / s . km)
 86.400 . Lt
 k1 . k2 . P . q
 q d = _________________ ( l / s . ha) 
 86.400 . A
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Exemplo :
População Total (Zona 1 + Zona 2) = P1 + P2 = P (hab)
Area Total (Zona 1 + Zona 2) = A1 + A2 = A (ha)
Zona 1 : Densidade Populacional = D (hab/ha)
Zona 2 : Dendidade Populacional = 2D (hab/ha)
A i = Área de Influência para o Nó i da rede
Q i = Vazão no Nó i da rede
§ Velocidades e Vazões Máximas nos Condutos da Rede de Distribuição
Para a determinação dos diâmetros iniciais para o cálculo das redes de distribuição
(pré-dimensionamento), seja ela ramificada ou malhada são adotados os seguintes
valores máximos de velocidade e vazão :
 k1 . k2 . D . q
 q d1 = _________________
 86.400
 k1 . k2 . 2D . q
 q d2 = _________________
 86.400
 q d2 = 2 . q d1 (l/s.ha) Q i = q d1 . A i (l/s)
R
Zona 2Zona 1 Qi
Ai
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Tabela 19 – Velocidades e Vazões Máximas nos Condutos da Rede de Distribuição
Diâmetro (mm) Veloc. Máxima (m/s) Vazão Máxima (l/s)
50 0,50 1,0
75 0,50 2,2
100 0,60 4,7
150 0,80 14,1
200 0,90 28,3
250 1,10 53,9
300 1,20 84,8
350 1,30 125,0
400 1,40 176,0
450 1,50 238,0
500 1,60 314,0
550 1,70 403,0
600 1,80 509
> 600 < 2,00 -
§ Diâmetro mínimo recomendado para os Condutos da Rede
Para Condutos Secundário : 50 mm;
Para Condutos Principais : 100 mm.
§ Verificação de Pressões na Rede
Ao final do dimensionamento devem ser verificadas as pressões estática e
dinâmica, a montante e a jusante de cada trecho calculado, ou seja, em cada nó da rede.
As pressões dinâmicas disponíveis em cada nó devem estar acima da pressão
dinâmica mínima requerida, de acordo com os valores normatizados.
As pressões estáticas em cada nó devem estar abaixo da pressão estática máxima
requerida em função dos valores de norma e do tipo de material que se está
empregando.
Logo a pressão estática será referida ao nível d’água máximo do reservatório,
enquanto que a pressão dinâmica será referida ao nível d’água mínimo do mesmo.
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Normalmente se adota, por efeitos práticos, para verificação das pressões na rede
distribuidora, o valor do NA médio operativo do reservatório que geralmente
corresponde a média entre o NA máximo e o NA mínimo.
Logo, sendo o limite máximo de pressão referido a pressão estática, não se deve ter,
em princípio, diferenças de cotas topográficas em uma mesma rede superiores à pressão
estátima máxima admissível. Vale ressaltar qua a fixação desse limite visa diminuir os
vazamentos nas juntas das tubulações e danos nas instalações prediais.
Quanto aos limites inferiores, se as pressões dinâmicas disponíveis calculadas não
atenderem, haverá a necessidade de se refazer o dimensionamento das canalizações,
aumentando-se os diâmetros de determinados trechos que tenham influência nas
pressões dos nós desfavoráveis.
No caso do nível d’água do reservatório não ser preestabelecido, a marcha de
cálculo vai levar a uma altura mínima do nível d’água que determinará a necessidade ou
não de um reservatório elevado. Se a altura calculada para o reservatório for elevada,
caberá uma análise detalhada do problema, com a finalidade de diminuir sua cota
aumentando-se os diâmetros de determinados trechos da rede.