Abastecimento de água Unidade 2 Saneamento Básico Professor André Valladão (5)

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3.8 – Adução
Constituem-se nas canalizações principais destinadas a conduzir água entre as
unidades de um sistema pública de abastecimento de água que antecedem à rede de
distribuição. É o conjunto de encanamentos, peças especiais e obras de arte destinados a
promover o transporte da água em um sistema de abastecimento entre :
§ Captação e reservatório de distribuição;
§ Captação e ETA;
§ Captação e rede de distribuição;
§ ETA e reservatório;
§ ETA e rede;
§ Reservatório à rede;
§ Reservatório à reservatório.
3.8.1 - Classificação das Adutoras :
§ De acordo com a energia de movimentação do líquido : gravidade, recalque e
mista;
§ De acordo com o modo de escoamento do líquido : livre, forçada e mista;
§ De acordo com a natureza da água : bruta e tratada.
3.8.2 - Materiais normalmente empregados nas adutoras :
Os seguintes materiais podem ser empregados em adutoras de abastecimento de
água :
a. Aço carbono;
b. Ferro fundido cinzento e dúctil (revestido ou não internamente);
c. Plásticos PVC;
d. Plástico Polietileno;
e. Concreto : simples, armado e protendido (pouco uso em abastecimento de
água);
f. Fibrocimento (fora de fabricação);
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a. Tubulações em Aço
Entre todos os materiais existentes, o aço carbono é o que apresenta a menor relação
custo / resistência mecânica, tornando a utilização dos tubos deste material em um
sistema de abastecimento de água, ideal em situações onde as redes tenham que suportar
grandes pressões internas e/ou externas.
No Brasil, os tubos de aço utilizados em saneamento básico são fabricados nos
diâmetros de 150 mm a 2500 mm, sendo que pelas suas características, sua aplicação se
torna mais vantajosa nas tubulações com diâmetros superiores a 800 mm.
O processo de fabricação dos tubos de aço, consiste na dobra das chapas de aço e na
soldagem destas, de forma retilínea ou helicoidal. Para aplicação em saneamento básico,
os tubos de aço são fabricados de acordo com a norma americana AWWA C-200, e para
as conexões utiliza-se o aço de acordo com AWWA C-208.
Entre as principais características dos tubos de aço, podemos destacar as seguintes :
§ Ótima resistência às pressões internas e externas, permitindo a utilização de
paredes finas, as quais devem ser observadas as pressões de colapso devido a
pressões negativas no interior da tubulação (que podem ser evitadas, utilizando-
se ventosas adequadamente, conforme será explicado adiante);
§ Facilidade de deformação, necessitando cuidados especiais no transporte,
descarga e montagem;
§ Custo (material e instalação) geralmente muito superior em relação às outras
tubulações;
§ Pouca resistência à corrosão, necessitando sempre de revestimentos especiais e
proteção catódica;
§ Dificilmente apresentam vazamentos, principalmente quando forem soldados;
§ Quando aparentes, estão sujeitos a dilatações, que devem ser sanadas através da
utilização de juntas de expansão;
§ Necessitam de revestimento interno para não oferecerem resistência ao
escoamento.
Os tipos de juntas empregadas são as juntas soldada, flangeada, elástica e especiais.
A junta soldada é o tipo mais utilizado em tubos de aço, sendo realizada através
de solda de topo (Figura 35), e possui como vantagens: grande resistência mecânica,
estanqueidade perfeita, facilidade de aplicação de revestimentos e manutenção
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dispensável. Suas principais desvantagens são a necessidade de mão-de-obra
especializada e a impossibilidade de desmontagem.
Figura 35 – Solda de Topo
A junta flangeada possui os flanges soldados na própria tubulação, sendo
utilizada principalmente em estações elevatórias, onde facilita as desmontagens e
dispensam os blocos de ancoragem.
A junta elástica é utilizada em tubulações do tipo ponta e bolsa com vedação em
anel de borracha, empregada nos diâmetros de 150 mm a 600 mm, oferecendo a
vantagem de dispensar mão de obra especializada, facilitando bastante a sua
montagem e permitindo deflexões máximas de 4,5º, com perfeita estanqueidade.
Dentre as principais juntas especiais podem ser destacadas: Dresser, Gibault , de
expansão e luvas Alvenius.
As tubulações de aço para terem suas vidas úteis garantidas, necessitam de uma
série de precauções, quanto a alguns aspectos, tais como : o colapso de suas paredes,
o transporte e armazenamento dos tubos, a dilatação térmica, a espessura das
paredes e a corrosão.
Nas situações em que ocorrem o esvaziamento das tubulações, existe uma
tendência de surgir pressões negativas no interior destas, fazendo com que o tubo
sofra um achatamento (colapso das paredes), devido às pressões atmosféricas e
externas. Para evitar este tipo de problemas, é necessário que se coloque ventosas
nas tubulações, permitindo a entrada de ar, de forma que sejam igualadas as
pressões interna e atmosférica.
Os principais cuidados que devem ser tomados quanto ao transporte e
armazenamento dos tubos, são referentes à manutenção do bom estado destes e dos
seus revestimentos, sendo que os tubos devem ser colocados em pilhas, não muito
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altas, sobre berços de madeira com acomodação entre estes, acolchoados com
material não abrasivo.
As tubulações de aço estão sujeitas aos efeitos das dilatações térmicas
principalmente quando expostas ao sol. Neste caso, devem ser pintadas, para reduzir
ao máximo a absorção do calor, e além disto, devem ser utilizadas as juntas de
expansão ou dilatação, a fim de absorverem estes efeitos.
Contra a corrosão as tubulações de aço devem ser protegidas empregando
revestimentos como esmalte de betume de carvão, epóxi ou argamassa de cimento.
Além disto podem ser utilizados dispositivos de proteção catódica.
b. Tubulações em Ferro Fundido (FoFo)
A liga de ferro fundido é formada basicamente de ferro e carbono, sendo que a
proporção deste último na liga, é que determina as variedades de ferro fundido (FoFo)
nas quais destacam-se o FoFo cinzento e o FoFo dúctil, que diferenciam-se pelo
acréscimo de magnésio aplicado durante a fabricação do FoFo dúctil. Devido a sua
estrutura o FoFo cinzento apresenta pouca resistência à ruptura (quebra com facilidade),
porém, é muito resistente à corrosão. Já o FoFo dúctil, que também tem grande
resistência a corrosão, possui elevada resistência mecânica.
Atualmente só são fabricados os tubos de FoFo dúctil com junta elástica, devido às
suas características vantajosas. Os tubos de FoFo cinzento, embora não sejam mais
fabricados, ainda são muito encontrados, na operação de adutoras, redes de distribuição
de água, estações de recalque e de tratamento de água.
Os tubos de FoFo dúctil são revestidos internamente com argamassa de cimento e ,
externamente com pintura betuminosa.
Os tubos de FoFo dúctil são fabricados nos diâmetros de 50 a 1200 mm, nos
comprimentos 3, 6 e 7 metros, nas classes K-7, K-9 e 1 Mpa, referentes às espessuras
das paredes que dependerão das pressões de serviço (Tabela 15), das sobrepressões e da
altura de recobrimento da tubulação (que pode ocasionar ovalizações).
Em comparação com os tubos de FoFo cinzento, os tubos de FoFo dúctil tem as
seguintes características : grande resistência à corrosão (igual ao cinzento), grande
resistência mecânica (superior a do FoFo cinzento), resistência à rupturapela pressão
interna (três vezes maior que a do cinzento) e grandes resistências às cargas e à ação de
choques (bem maiores do que as do FoFo cinzento).
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Tabela 15 - Pressões Máximas de Serviço sem Sobrepressão
Pressões Máximas de Serviço sem Sobrepressão (Mpa)Diâmetro Nominal
DN Classe K-9 Classe K-7 Classe 1 MPa
50
75
100
4,0
4,0
4,0
3,2
3,2
3,2
-
-
1,0
150
200
250
4,0
3,5
3,5
3,1
2,6
2,2
1,0
1,0
1,0
300
350
400
3,2
3,1
3,1
2,0
1,9
1,8
1,0
-
-
450
500
600
3,0
3,0
2,9
1,8
1,8
1,8
-
-
-
700
800
900
2,8
2,7
2,7
1,8
1,8
1,8
-
-
-
1000
1100
1200
2,7
2,7
2,6
1,8
1,8
1,8
-
-
-
Fonte : Catálogo da Companhia Metalúrgica Barbará
Obs : Para as pressões máximas com sobrepressão, deve-se adotar os valores desta
tabela, acrescidos de 20 %.
Os tipos de juntas mais empregadas em tubos de FoFo são as juntas de chumbo,
elástica, flangeada, mecânica, travada e as especiais (Dresser e Gibault).
A junta de chumbo, exclusiva das tubulações de FoFo cinzento, que atualmente, só é
utilizada nos casos de manutenção destas canalizações, é executada no sistema de
ligação ponta / bolsa, com vedação feita em estopa e chumbo derretido (Figura 36).
Figura 36 – Confecção de Junta de Chumbo
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A junta elástica, é atualmente, o tipo de junta mais utilizada nas tubulações de FoFo
dúctil, e constitui-se de um anel de borracha e de um conjunto formado pela ponta de
um tubo com a bolsa contígua de outro tubo ou conexão (Figura 37). Sendo uma junta
de montagem deslizante, tem sua estanqueidade obtida pela compressão do anel de
borracha entre a ponta de um tubo e a bolsa, que evita qualquer deslocamento que o anel
de borracha possa ter. Além disso permite dilatações e deflexões que facilitam os
possíveis movimentos que possam ocorrer na tubulação durante a sua utilização.
Figura 37 – Tubo Ponta e Bolsa e Confecção de Junta Elástica
A junta de flanges é composta por dois flanges entre os quais se interpõe uma junta
de borracha (vedação), que é comprimida pelo aperto de parafusos com porcas,
garantindo sua estanqueidade (Figura 38). A utilização deste tipo de junta, está voltada
para tubulação não enterradas sujeitas a eventuais desmontagens, tais como, às
utilizadas em sistemas de captação de água, estações de bombeamento e câmaras de
válvulas. Os tubos de flanges são fabricados nos diâmetros DN 50 a 1200 mm, em
qualquer comprimento requisitado, com os flanges dimensionados conforme os
gabaritos das normas NBR 7675 e 7560, nas classes de pressões PN-10, PN-16 e PN-25,
suportando, respectivamente, pressões máximas de serviço (sem sobrepressão), de 1,0
MPa, 1,6 MPa e 2,5 MPa.
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Figura 38 – Junta flangeada
A junta mecânica é preparada para suportar altas pressões (superiores a 150 mca),
podendo ser empregada em qualquer tipo de tubo, proporcionando maior firmeza entre
os tubos e conexões, resistindo muito bem aos golpes de aríete. A montagem da junta
mecânica é muito simples e rápida, ligando dois elementos de uma tubulação: bolsa de
uma conexão e ponta de um tubo ou de uma conexão, conforme figura 39 abaixo. O
aperto é dado com parafusos e porcas realizando a vedação com um anel de borracha.
Figura 39 – Junta mecânica
A junta travada é uma junta elástica, que tem por função neutralizar esforços dinâmicos
que ocorrem nas tubulações, evitando a desconexão destas, através do travamento de
suas bolsas (Figura 40). Os tubos utilizados para esta junta, são fabricados nos
diâmetros nominais de DN 300 a DN 1200, na classe K-9, e no tipo ponta e bolsa. A
principal vantagem desta junta, é a dispensa de construção de blocos de ancoragem.
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Figura 40 – Junta travada
A junta Dresser é um elemento de fácil união para tubos, permitindo a dilatação dos
tubos e facilitando a montagem de válvulas e bombas. Consiste de um cilindro
intermediário, dois flanges de aperto com seus parafusos e porcas e dois anéis de
borracha (vedação), conforme figura 41 a seguir.
Figura 41 – Junta Dresser
A junta Gibault (Figura 42) é semelhante a anterior, diferindo apenas no corpo
central, que consiste de uma luva, capaz de absorver esforços de deflexões, além das
funções referentes às juntas Dresser. Servem para resolver problemas, onde as pressões
das raízes das árvores tendem a arrebentar a tubulação, ou então, quando existem
arrebentamentos, com cisão na tubulação, igual a um corte de serra, provocados por
diferenças bruscas na resistência do material, onde a canalização é assentada.
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Figura 42 – Junta Dresser
c. Tubulações de PVC
O PVC, abreviatura de cloreto de polivinila, é um material termoplástico, ou seja,
um material que quando, sujeito a aplicação de calor, se deforma antes de sofrer
decomposição química, possibilitando assim ser moldado, conforme a necessidade.
Existem dois tipos de tubos de PVC, utilizados em sistemas de abastecimento de
água, que são o PBA (ponta, bolsa e anel de borracha) e o DEFoFo (diâmetro
equivalente ao dos tubos de Ferro Fundido).
Os tubos PBA possuem cor marrom e são fabricados de acordo com a norma NBR
5647 da ABNT, com diâmetros de 50 a 300 mm e nas classes 12, 15 e 20, para pressões
de serviço de 60, 75 e 100 mca, respectivamente. São utilizados com maior freqüência
em redes de distribuição, em conjunto com conexões de mesmo material e junta
(elástica), para pressões de serviço de 100 mca. Em tubulações de PVC, o diâmetro
nominal (DN) corresponde aproximadamente ao diâmetro interno da tubulação, em mm.
Os tubos DEFoFo possuem cor azul e são fabricados de acordo com a norma NBR
7665 da ABNT, com diâmetros nominais de 100 a 300 mm, em uma classe única de
pressão de 100 mca (1 MPa ou 10 kgf/cm2). Possuem diâmetros equivalentes ao dos
tubos de ferro fundido, inclusive suas conexões são fabricadas com este material.
Também possuem juntas elásticas, sendo que o anel de borracha da bolsa do tubo é
diferente do anel das conexões, uma vez que são alojados em peças de diferentes
materiais.
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d. Tubulações de Polietileno
O Polietileno, assim como o PVC, é um termoplástico obtido pela polimerização do
etileno na presença de catalisadores. Sendo que, quando polimerizado à baixa pressão,
obtêm-se o Polietileno de Alta Densidade (PEAD), cujo material, além de ser utilizado
como tubos flexíveis para ligações prediais, também está iniciando-se no Brasil, sua
utilização em redes de distribuição de água e adutoras. Em relação aos tubos
convencionais, os tubos de PEAD apresentam as seguintes vantagens : menor peso, alta
resistência ao impacto, maior flexibilidade, baixa rugosidade, menor número de juntas,
alta resistência a corrosão e agentes químicos, manuseio e instalações mais fáceis e
rápidas e custo total (material e instalação) inferior.
Já a principal desvantagem das tubulações de PEAD, em relação às convencionais, é
a baixa resistênciaàs pressões internas elevadas. Os tubos de PEAD são fabricados nos
diâmetros de 16 a 1200 mm em classes de pressões de serviço de 2.5 , 3.2 , 4.0 , 6.0 ,
8.0 , 10.0 e 12.0 kgf/cm2. Os tubos podem ser fornecidos em barras de 6, 12 ou 18
metros, ou nos diâmetros de 16 a 125 mm em bobinas nos comprimentos de 50, 100 e
200 metros. As juntas podem ser soldadas (aquecimento) ou mecânicas (flangeadas,
encaixe ou de rosca).
e. Tubulações de Fibrocimento
Os tubos de fibrocimento, embora não sendo mais fabricados, ainda se encontram
em operação em algumas redes de distribuição de água, sendo que eram compostos de
fibras de amianto e cimento portland, que misturados sob pressão, ocorria uma forte
ligação entre estes elementos. Estes tubos eram fabricados com comprimentos de 3 e 4
m, nos diâmetros nominais de 50 a 500 mm (sua grande utilização em redes de
distribuição de água, encontra-se na faixa de 75 a 300 mm), nas classes PN-10, PN-15,
PN-20, PN-25 e PN-30, referentes às pressões de ruptura (em kgf/cm2) nos testes de
laboratório.
f. Tubulações de Concreto
As tubulações de concreto, foram utilizadas em sistemas de abastecimento de água,
em linhas de grandes diâmetros, devido, principalmente, ao seu custo (inferior em
relação aos outros materiais) e à sua resistência às cargas externas, no entanto,
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apresentavam problemas constantes de vazamentos, com grandes dificuldades de
manutenção. Isto, tornou sua utilização inviável. Entretanto, atualmente no Brasil, ainda
existem em operação algumas adutoras com este material.
3.8.3 – Critérios para a escolha de material da tubulação
Embora não exista uma variedade tão grande de materiais utilizados em tubulações
para sistemas de abastecimento de água, deve-se analisar profundamente os critérios
abaixo discriminados, a fim de que se possa atender as condições de qualidade,
quantidade, pressão de água e economia.
§ Condições de serviço : deverá ser avaliada a faixa de variação das pressões
internas, principalmente os valores extremos, aos quais a tubulação estará sujeita
durante a sua operação.
§ Nível de tensão do material : a resistência mecânica do material deverá ser
compatível com o nível de tensões que a tubulação estará sujeita. Definindo
assim a espessura da parede do tubo, em função do material e dos esforços
solicitantes (aos quais a pressão interna nem sempre é o esforço predominante).
§ Natureza dos esforços mecânicos : a escolha do material também poderá estar
condicionada à natureza dos esforços existentes, por exemplo, não deverão ser
escolhidos materiais frágeis, para serem utilizados em situações que ocorram
esforços, tais como, choques e tensões concentradas.
§ Disponibilidade dos materiais : praticamente todos os materiais para tubos (com
alguma exceção do aço-carbono) têm limitações de disponibilidade, ou seja, não
se encontram no mercado para todos os diâmetros, tipos de juntas e etc. Além
disto devem ser considerados : a existência ou não do material em estoque, as
quantidades mínimas exigidas para compra, os prazos de entrega e etc.
§ Sistema de ligações : o sistema de ligações refere-se ao tipo de junta ou união
dos tubos, que dependerá da facilidade de montagem ou desmontagem, custo,
grau de segurança, condições de serviço e etc.
§ Custo do material : é um dos fatores mais importantes e, muitas vezes, o
decisivo para a escolha do material. Sendo que deverá ser considerado além do
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custo inicial, a facilidade e o custo de instalação da tubulação, a facilidade de
reposição e de possível reparo, e a durabilidade do material.
§ Segurança : em situações onde a possibilidade de vazamentos, rupturas ou
outros acidentes na tubulação, possam provocar desastres ou grandes prejuízos
devido a interrupção do abastecimento, deve-se dar prioridade ao material que
ofereça maior grau de segurança.
§ Experiência prévia : deve-se tomar cuidado na utilização de tubulações de
materiais, aos quais não existe nenhuma experiência prévia em serviços
semelhantes.
§ Facilidades de montagem : na escolha de determinado material devem ser
consideradas as limitações quanto às montagens das tubulações.
§ Perdas de carga : para uma melhor eficiência da operação de abastecimento, as
tubulações deverão possuir o menor coeficiente de atrito interno possível, ou
seja, uma mínima rugosidade das paredes internas. Sendo que deverá ser
considerado também, o aumento das perdas de carga, durante o envelhecimento
do tubo.
§ Vida útil : de uma forma geral, o material deve garantir uma vida útil para
tubulações de rede de água e adutoras, de no mínimo 50 anos.
3.8.4 – Principais Órgãos Acessórios das Adutoras
Órgãos acessórios são os elementos que, instalados em conjunto com as tubulações
do sistema de abastecimento de água (adutoras e redes de distribuição), auxiliam a
operação e manutenção destas.
Numa adutora por gravidade, em conduto forçado, aparecem normalmente as
seguintes peças especiais ou acessórios :
§ Válvulas ou registros de parada;
§ Válvulas ou registros de descarga;
§ Válvulas redutoras de pressão; e
§ Ventosas.
Nas adutoras por recalque há a considerar, além disso :
§ Válvulas de retenção;
§ Válvulas aliviadoras de pressão.
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Válvulas ou Registros de Parada
As válvulas ou registros de parada destinam-se a interromper o fluxo de água. Uma
delas é geralmente colocada à montante, no início da adutora. Outras são colocadas ao
longo da linha, distribuídas em pontos convenientes para permitir o isolamento e
esgotamento de trechos, por ocasião de reparos, sem necessidade de esgotar toda a
adutora. Essas válvulas permitem também regular a vazão, na operação de enchimento
da linha, de modo gradual e assim evitar os golpes de aríete. Quando possível, é
aconselhável colocar as válvulas de paradas em pontos elevados, onde a pressão é
menor, para que a manobra se torne mais fácil.
As válvulas de gaveta (Figura 43) são as mais importantes e mais utilizadas entre
todas as válvulas existentes (macho, de esfera, de comporta) nos sistemas de
abastecimento de água, onde são mais denominadas de registros de gaveta. Os registros
de gaveta são válvulas em que o fechamento é feito pelo movimento de uma peça
vertical chamada gaveta, que se desloca perpendicularmente ao sentido do escoamento.
São sempre de fechamento lento, sendo que, quanto maior for o seu tamanho, mais lento
deverá ser seu fechamento, atenuando assim, os efeitos dos golpes de aríete.
Figura 43 – Registro de gaveta
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Válvulas de descarga
As válvulas de descarga são colocadas nos pontos mais baixos das adutoras, em
derivação à linha, para permitir a saída de água sempre que for necessário. Isto ocorre,
geralmente quando se vai esvaziar a adutora para fins de reparos ou outras razões de
natureza operacional. Também, para assegurar saída de ar quando se está enchendo a
linha.
O diâmetro da derivação de descarga não deverá ser inferior a 1/6 do diâmetro da
adutora; preferivelmente, deverá ser bem maior. A metade desse diâmetro é um valor
bastante adequado. Assim, uma adutora de 400 mm poderá ter uma válvula de descarga
de 200 mm. No caso de descarga com redução de diâmetro é necessário facilitar a
retirada completa de água, o que se consegue colocando umapeça especial na adutora
com uma derivação tangente ou dando uma inclinação conveniente ao tê onde será
ligado o registro (Figura 44).
Figura 44 – Derivações para Registros de Descarga
Válvulas redutoras de pressão
As válvulas redutoras de pressão são dispositivos intercalados na rede para permitir
uma diminuição permanente de pressão interna na linha, a partir do ponto de colocação
(figura 45). Desempenham função semelhante às caixas de quebra pressão, com a
diferença de que a água não entra em contato com a atmosfera e, portanto não há perda
total de pressão.
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Figura 45 – Influência da válvula redutora de pressão na linha piezométrica
As válvulas redutoras de pressão são válvulas adaptadas com um sensor de pressão, que
compara a pressão na saída da válvula, que é aquela que se quer regular, com a pressão
exercida por um limite, determinado pela regulagem de uma mola (figura 46).
Figura 46 – Corte de uma Válvula Redutora de Pressão
Uma tomada de pressão ligada a um diafragma faz com que a pressão de saída da
água se comprima contra a força exercida pela mola. E, enquanto a pressão de saída de
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água atuar com a mesma força que a mola exerce, em sentido oposto, a válvula estará
com aproximadamente 50 % de abertura. Se a pressão de saída da água aumentar,
ultrapassando a força da mola, causará um movimento do obturador reduzindo a
abertura da válvula. No caso da pressão de saída cair, a força da mola ultrapassará a
pressão de água, aumentando a abertura da válvula.
Ventosas
As ventosas são dispositivos colocados nos pontos elevados de tubulações e
destinam-se a permitir a expulsão de ar durante o enchimento da linha ou do ar que
normalmente se acumula nesses pontos. Por outro lado, as ventosas deixam penetrar o
ar na tubulação quando ela está sendo descarregada (esvaziada). Sem isso, a adutora
passaria a apresentar pressões internas negativas, ocasionando o achatamento e o
colapso das tubulações (aço por exemplo) além da possibilidade de entrada de líquido
externo através de defeitos existentes na tubulação ou através de juntas não estanques.
Para a finalidade de expulsão de ar, as ventosas são dimensionadas em função da
vazão de ar a ser expulso, vazão essa que depende das condições de enchimento da
linha. Os elementos básicos são a vazão de enchimento da tubulação, a pressão interna e
os diâmetros comerciais das ventosas.
Os principais tipos de ventosas são as simples e de tríplice efeito.
A ventosas simples (figura 47) é utilizadas em tubulações de pequena vazão, com a
finalidade de : descarregar o ar, durante o enchimento da tubulação e funcionamento da
bomba; permitir a entrada de ar, durante descarregamento da tubulação. Funcionam de
acordo com o nível da água; quando este desce, o flutuador movimenta-se para baixo
permitindo a entrada do ar, e quando o nível sobe, aciona o flutuador para cima,
fechando a saída do ar. As ventosas simples com rosca são fabricadas nos diâmetros
3/4” a 2”, na classe pressão PN-25, enquanto as ventosas simples com flanges são
fabricadas no diâmetro de 50 mm, para as classes de pressão PN-10, PN-16 e PN-25,
com flanges de acordo com a NBR 7675.
A ventosa de tríplice função (figura 48) é constituída por um corpo dividido em
dois compartimentos (o principal e o auxiliar), sendo que, cada um possui em seu
interior, um flutuador esférico, que além de executar as funções da ventosa simples,
também expele automaticamente o ar que se forma com a linha em operação. Por isso
pode-se afirmar que a ventosa de tríplice função é muito mais eficiente do que a ventosa
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simples. Essas ventosas são fabricadas nos diâmetros de 50, 100, 150 e 200 mm, nas
pressões PN-10, PN-16 e PN-25, com flanges de acordo com a NBR 7675.
Figura 47 – Ventosa Simples
Figura 48 – Ventosa de Tríplice Função
De acordo com as regras práticas recomendam-se os seguintes diâmetros (d)
nominais das ventosas (onde D é o diâmetro da canalização) :
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§ Para admissão e expulsão de ar : 
8
D
d ³ ;
§ Somente para expulsão de ar : 
12
D
d ³ .
É importante que entre a ventosa e a tubulação, exista um registro de parada ou
bloqueio, para permitir a manutenção da ventosa sem a necessidade de parar o
abastecimento.
Válvulas de Retenção
Destinam-se a impedir o retorno brusco da água contra as bombas na sua
paralisação por falta de energia elétrica ou por outra causa qualquer. São instaladas no
início das adutoras por recalque, quase sempre no trecho de saída de cada bomba. Nas
linhas de sucção são também instaladas na extremidade destas com a função de manter a
bomba escorvada (com água).
Existem vários tipos e modelos de válvulas de retenção que são : de pistão, de
esfera e de portinhola. Estas últimas são as mais usuais nos sistemas de abastecimento
de água e possuem uma portinhola (única e dupla) que dá passagem num só sentido;
assim sendo, suportam a coluna de água de toda a linha quando a bomba estiver parada.
Figura 48 – Válvula de Retenção
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As válvulas de retenção com portinhola única são fabricadas nos diâmetros de 50 a
600 mm nas classes de pressão PN-10 e PN-16; e as com portinhola dupla são
produzidas nos diâmetros de 50 a 1200 mm nas classes de pressão PN-10, PN-16 e PN-
25.
A carcaça das válvulas de retenção deve ser suficientemente robusta para suportar,
sem danos, os golpes de aríete oriundos das bruscas paralisações. Devem estar, também,
convenientemente ancoradas para evitar possíveis deslocamentos.
Válvulas Aliviadoras de Pressão
As válvulas aliviadoras de pressão ou válvulas anti-golpe (figura 49) são
dispositivos que permitem reduzir a pressão interna das tubulações quando estas sofrem
a ação de golpes de aríete. São instaladas geralmente no início das adutoras por
recalque, de grande diâmetro, nas quais as válvulas de retenção sofrem solicitações
maiores e poderão não suportar os esforços resultantes da sobrelevação de pressão.
Alguns desses dispositivos têm um mecanismo complicado, necessitando, às vezes, de
ar comprimido ou de dispositivos elétricos para auxiliar a operação.
Figura 49 – Válvula aliviadora de pressão
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Resumo da disposição das Válvulas e Ventosas em linhas adutoras
A figura 50 a seguir ilustra o posicionamento típico das válvulas de parada, válvula
de descarga e das ventosas em uma linha adutora.
Figura 50 – Válvula e ventosas em linhas adutoras
3.8.5 – Esforços atuantes nas tubulações
De acordo com as condições de utilização das tubulações, podem se desenvolver
nestas uma série de esforços, que se não forem convenientemente previstos, e nem
exista condições de resistência na tubulação, o sistema de abastecimento de água terá
seu desempenho totalmente comprometido, pelos esforços a seguir relacionados.
§ Pressão interna de ruptura : causada pela pressão estática e pelo golpe de
aríete, produzindo tensão circunferencial e longitudinal em curvas, pontas,
juntas, etc. Os principais dispositivos contra o golpe de aríete são as válvulas dealívio, válvulas anti-golpe, as chaminés de equilíbrio, tanques amortecedores e
etc. A espessura (e) dos tubos para resistir a este esforço é calculada pela
seguinte fórmula :
adm
Dp
e
s×
×
=
2
onde : p = pressão interna ou de serviço;
D = diâmetro médio;
sadm = tensão admissível do material.
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§ Mudanças de temperatura : tensão longitudinal e compressão, através da
expansão e contração do tubo, devendo-se prever juntas de dilatação ou
expansão.
§ Fluxo nas curvas, peças de derivação e reduções : produz tensões longitudinais
resultante do fluxo nestas peças, que devem ser absorvidas por ancoragens.
§ Peso da tubulação com água entre apoios : gera esforços flexionais, fazendo
com que a tubulação suporte cargas longitudinais, agindo como uma viga, uma
coluna ou um tirante, devendo-se estudar a necessidade de suportes, para
absorver tais esforços. São os casos de travessias de vãos.
§ Cargas externas : ocorrem nas tubulações enterras, onde deve-se considerar a
carga do aterro e as cargas móveis sobre os tubos, não permitindo sua ruptura
por deflexão diametral. Devem ser criados, portanto, dispositivos de proteção
contra cargas externas, como lajes ou canaletas de concreto.
3.8.6 – Ancoragens
As ancoragens são estruturas dispostas em pontos pré-determinados nas adutoras,
capazes de absorver esforços originados nas curvas, peças de derivação, reduções,
extremidades e trechos de grande inclinação, impedindo assim, movimentos
indesejáveis nas tubulações. As ancoragens têm como objetivo descarregar no solo, o
empuxo resultante do escoamento nas adutoras, por meio de estruturas de concreto
simples, concreto armado, cabos, aço ou estruturas mistas.
Em sistemas de distribuição de água, as ancoragens, mais comuns são as de bloco
de concreto, geralmente executadas quando das construções das linhas. Porém existem
casos em que se utilizam estacas de madeira ou metálicas.
A ancoragem é feita na própria seção onde aparecem os esforços, ou, um pouco
afastadas, desde que os tubos e as juntas tenham resistência para transmitir os esforços.
Para a elaboração de um projeto de ancoragem é necessário conhecer os seguintes
elementos :
§ Características da tubulação : material, tipo de junta, espessura, diâmetro
interno e peso;
§ Características da conexão : ângulo de curva, raio, espessura, posição, diâmetro
interno e peso;
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aa
§ Planta e perfil cadastral da tubulação;
§ Natureza e características do solo;
§ Cota de localização da peça;
§ Pressão interna (no ponto da peça).
Blocos de Ancoragem ou de Escoramento
São utilizados para conter os esforços, evitando a possibilidade dos tubos
desembocarem das junções, ou ainda, mesmo no caso de juntas rígidas, evitando a
solicitação sobre os flanges ou sobre a tubulação. Existem quatro tipos principais de
blocos de escoramento : blocos de compressão, blocos de peso, blocos de atrito e blocos
estaqueados.
Os blocos de compressão são executados em concreto simples ou ciclópico,
armados ou não, e atuam apoiados na parede ou no fundo das valas (Figuras 51 e 52)
Figura 51 – Bloco de compressão com apoio na lateral da vala
Figura 52 – Bloco de compressão com apoio no fundo da vala
aa
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Os esforços (E) serão :
§ Para peças em TE e caps ou plugs :
SpE ×= onde : 42dS ×p= (seção transversal do tubo)
p = pressão interna de serviço
§ Para curvas :
( )22 a×××= senSpE onde : a = ângulo externo da curva
§ Para reduções :
( )21 SSpE -×= onde : S1 = seção transversal do tubo maior
S2 = seção transversal do tubo menor
O dimensionamento dos blocos será :
§ esforço no terreno : 
ba
E
×
=s 
§ sendo sterreno a tensão admissível no terreno tem-se :
terreno
E
ba
s
=×
§ a altura h do bloco pode ser tomada como 3/4 da maior dimensão entre a e b.
Os blocos de peso são adotados nos casos de curvas ou tês em que o empuxo está
dirigido para cima, conforme a figura 53.
Figura 53 – Bloco de peso
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A condição de equilíbrio para este caso será : Peso do bloco (P) = Empuxo (E)
P = volume do bloco . peso específico do concreto (gconcreto)
volume do bloco = a . b . h = P / gconcreto
Tirantes de aço : So (seção transversal de uma barra de aço) = E / (4.sadm aço)
Os blocos de atrito (Fig. 54) são utilizados no caso de tubulações aparentes, ou
quando não é possível adotar o bloco de compressão. Atuam pela força de atrito que
aparece entre a base do bloco e o terreno. Geralmente são executados em concreto
ciclópico.
Figura 54 – Bloco de atrito
Nos blocos de atrito, o dimensionamento deve atender a duas condições principais :
§ força de atrito maior ou igual ao empuxo; e
§ não haver tração ou giro da base do bloco;
§ a tensão máxima do terreno deve ficar dentro do valor admissível a compressão.
Os blocos estaqueados (Figura 55) são utilizados quando da impossibilidade de
execução dos outros tipos de blocos; geralmente necessários para grandes diâmetros e
pressões elevadas.
Figura 55 – Bloco estaqueado
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Figura 56 – travessias direta em
vão livre (a), em quadro (b) e em
arco (c).
a
b
c
Em todos os casos de blocos de ancoragem, deve-se ter o cuidado, no projeto e na
execução, de deixar as juntas livres. No caso de flanges deve-se prever um espaço
mínimo para permitir a colocação ou retirada dos parafusos.
3.8.7 – Sistemas de travessias de vãos e tubulações assentes sobre apoio
Os sistemas de travessias de vãos são utilizados, quando se tem um vão de rio,
córrego ou vale, a atravessar. Sendo realizada esta travessia por cima a fim de que a
linha tenha fácil acesso.
Seja qual for o material da tubulação, a travessia deverá ser realizada,
preferencialmente, em aço, devido às suas características físicas fornecerem maiores
resistências e estabilidade à travessia.
As travessias podem ser (figura 56) : direta em vão livre, em quadro e em arco.
Sempre que for necessário utilizar tubulação de aço entre estruturas de apoio, deve-
se prever a utilização de juntas de dilatação.
As travessias em quadro e em arco devem ter obrigatoriamente ventosas em seu
ponto mais alto e descargas nos pontos baixos.
Além das travessias, a necessidade de instalar as linhas de adução apoiadas
(assentes sobe apoios) decorre das seguintes situações básicas :
§ travessias de terrenos de pouca consistência (mangues, etc.);
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132
§ terrenos de difícil escavação (rocha, material de decomposição de rocha ou
semelhante);
§ trechos aparentes em declives; e
§ saídas de casas de bombas e entrada e saída de reservatórios.
A distância entre apoios é variável com o tipo de material do tubo e do tipo de
junta. Os esforços devido a flexão devem ser absorvidos pelo próprio material da
tubulação, com um dimensionamento adequado para a espessura das paredes. O
exemplo da Figura 57 a seguir ilustra o diagrama de momentos fletores para uma
tubulação do tipo ponta e bolsa, junta flexível e com 2 apoios por tubo.
Figura 57 – Exemplo de esforçosatuantes em uma tubulação apoiada
3.8.8 – Assentamento das Tubulações em Valas
As tubulações enterradas estão sujeitas à carga do próprio solo e às cargas móveis,
que podem afetar sensivelmente a tubulação, provocando vazamentos e arrebentamentos
destas, devido a sua deformação diametral.
Logo, a tubulação deve estar assentada à uma profundidade mínima denominada de
recobrimento (r) medida da superfície do solo até a geratriz superior externa dos tubos.
A tabela 16 a seguir apresenta alguns valores usuais de recobrimento em função do
material da tubulação.
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Tabela 16 – Profundidades mínimas para tubulações enterradas
Recobrimento r (m)Material
do
tubo
Trânsito leve Trânsito pesado
Ferro fundido c/ junta de chumbo 0,70 0,90
Cimento amianto 0,80 1,20
PVC e Polietileno 0,80 1,20
Concreto armado 0,70 0,90
Ferro dúctil c/ junta elástica 0,50 0,70
Aço 0,50 0,70
Para terrenos de boa consistência as valas podem ser retangulares e para terrenos de
média consistência ou para maiores profundidades as valas devem ser executadas com
taludes ou com banquetas (figura 58).
Figura 58 – Tipos de valas em função do terreno e da profundidade
A largura b da vala, de acordo com a norma brasileira, deverá ser igual ao diâmetro
externo D da tubulação acrescido de 15 cm para cada lado, conforme pode ser visto na
figura acima. Logo : m,Db 300+= .
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O reaterro das valas deverá ser executado conforme a figura 59 a seguir :
Figura 59 – Reaterro das valas
Para proteção da tubulação, em locais de cargas e tráfego pesado, podem ser
construídas lajes ou canaletas e tubos de concreto, sendo que as tubulações deverão
estar desvinculadas destas proteções e serem envolvidas com material granular ou pó de
pedra, conforme a figura 60 a seguir.
Figura 60 – Proteção sobre as tubulações
No caso de travessias de linhas férreas, devem ser estudadas as profundidades e as
proteções ideais para as tubulações, sedo que para as profundidades, devem ser
acrescidas no mínimo 30 cm em relação às profundidades do trânsito pesado.
3.8.9 – Dimensionamento das Adutoras
A vazão de projeto Q para dimensionamento de uma adutora depende da concepção
do sistema de abastecimento, ou seja, se a adução for ou não contínua e se houver ou
não reservação, conforme as fórmulas seguir :
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§ Adução contínua sem reservatório : 
40086
21
.
Pqkk
Q
×××
=
§ Adução contínua com reservatório :
40086
1
.
Pqk
Q
××
=
§ Adução descontínua com reservatório :
n.
Pqk
Q
×
××
=
6003
1
onde : Q = vazão (l/s)
P = população abastecida ou de projeto (número de habitantes)
q = consumo diário “per capita” (l/hab.dia)
k1 = coeficiente do dia de maior consumo;
k2 = coeficiente da hora de maior consumo do dia de maior consumo;
n = número de horas de funcionamento da adução por dia (horas)
O dimensionamento hidráulico das adutoras é realizado empregando as fórmulas
para escoamento livre e escoamento forçado apresentadas na disciplina de Hidráulica
Básica.
Adutoras por Gravidade
Nas adutoras por gravidade, devem ser conhecidos, além da vazão de projeto, o
comprimento da tubulação e o material do conduto, que determina sua rugosidade. O
comprimento do trecho e a diferença entre os níveis de água são quase sempre dados
físicos previamente fixados. Os coeficientes que estabelecem relação com a rugosidade
do material são estudados e tabelados nos compêndios de hidráulica.
No caso de condutos forçados, utilizam-se geralmente as fórmulas de Hazen-
Williams (para diâmetros de 50 a 3500 mm) e Universal. Para o caso de condutos livres
podem ser empregadas as fórmulas de Bazin, Chezy, Manning e Ganguillet-Kutter.
Entre os problemas hidráulicos, há ainda aqueles que dizem respeito à verificação
das condições de operação de uma adutora existentes, para conhecimento da vazão
aduzida, ou para estudar a substituição ou duplicação de trechos de canalização, visando
aumentar o escoamento.
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Adutoras por Recalque
Procura-se, nos problemas de adução por recalque, determinar o diâmetro
necessário D da linha e a potência P das bombas, que vão gerar a pressão necessária
para vencer o desnível requerido, para a vazão desejada. Para um pré-dimensionamento
do diâmetro, algumas expressões foram desenvolvidas baseadas em uma série de
hipóteses simplificadoras.
§ Para adução contínua (24 horas) pode-se empregar a fórmula de Bresse :
QkD ×=
onde :
D = diâmetro da tubulação (m);
Q = vazão de adução (m3/s);
k = coeficiente com dimensão de velocidade elevado a ½ . (o valor de k depende do
peso específico da água, do regime de trabalho e rendimento do conjunto
elevatório, da natureza do material da tubulação entre outros. De um modo geral,
poderá ser tomado como 1,2, principalmente quando se utilizam tubos de ferro
fundido.
§ Para adução descontínua (< 24 h) pode-se empregar a fórmula de Forchheimer :
21412431 // Q)/X(,D ××=
onde :
D = diâmetro da tubulação (m);
Q = vazão de adução (m3/s);
X = ( número de horas de bombeamento / 24 ).
Aspectos a serem considerados no projeto de adutoras
Alguns aspectos devem ser considerados no dimensionamento de linhas adutoras,
conforme descrição a seguir :
§ A rigor, no dimensionamento de linhas adutoras deveriam também ser
computadas as perdas de carga localizadas na entrada e na saída das tubulações,
nas mudanças bruscas de direção e nas peças especiais que possam existir no
seu trajeto. Contudo, em adutoras longas, tais perdas localizadas atingem na
maioria dos casos um valor desprezível, comparativamente às perdas por atrito
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ao longo da tubulação. Por este motivo, são geralmente desprezadas nos
cálculos mais comuns as perdas de carga localizadas;
§ A velocidade máxima de escoamento nas adutoras por recalque deve ser de
2,50 m/s. Geralmente as velocidades em adutoras devem estar entre 0,75 e 2,50
m/s. O limite máximo de velocidade nas adutoras tem por finalidade evitar
possibilidade de efeitos dinâmicos nocivos, desgaste das tubulações e peças
acessórias e controle da corrosão. A velocidade mínima evita deposições nas
canalizações, porém é estabelecida principalmente para os sistema de adução de
água bruta que contêm material em suspensão, e fica em torno de 0,25 a 0,40
m/s. A tabela a seguir, extraída de Azevedo Netto, permite um pré-
dimensionamento das linhas adutoras.
Tabela 17 – Pré-dimensionamento das adutoras e linhas de recalque
§ Na verificação da pressão interna, considera-se a pressão interna na adutora,
considera-se a pressão de serviço, ou pressão dinâmica, equivalente à distância
compreendida entre a tubulação e a linha piezométrica (figura 61). Se adutora
for dotada de dispositivo de fechamento na extremidade de jusante ou em ponto
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intermediário, reinará a montante deste ponto uma pressão estática superior à
pressão de serviço , quando o registro estiver completamente fechado, ou seja,
sem escoamento (figura 61).
Figura 61 – Pressão máximadinâmica e máxima estática - representação
§ Se houver a ocorrência de pressões dinâmicas ou estática excessivas, a adutora
poderá ser dividida em trechos, intercalando-se reservatórios ou caixas
intermediárias de quebra de pressão, em que o nível de água se encontra a
pressão atmosférica. No trecho subseqüente à caixa, as pressões serão contadas
a partir desse último nível. (figura 62);
Figura 62 – Adutora de Gravidade com Caixas de Quebra-Pressão
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§ No traçado de uma adutora em conduto forçado, deve-se fazer com que a linha
piezométrica fique sempre acima da tubulação. Caso contrário, o trecho situado
na referida linha terá pressão inferior à atmosférica, situação que deverá sempre
ser evitada. Os livros e manuais de hidráulica mostram os diferentes casos de
tubulações situadas acima da linha piezométrica e apontam os danos que podem
causar ao funcionamento da adutora. Lembra-se que há casos em que o
escoamento poderá tornar-se muito irregular ou mesmo deixar de existir.