Anotações - Critérios de dimensionamento de redes de esgoto

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Critérios de projetos – Rede coletora de Esgoto 
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Critérios de projetos – Rede Coletora de Esgoto 
 
1. As condições hidráulicas exigidas 
 
 O esgoto sanitário além de substâncias orgânicas e minerais dissolvidas, leva também 
substâncias coloidais e sólidos de maior dimensão, em mistura que pode formar depósitos nas 
paredes e no fundo dos condutos, o que não é conveniente para o seu funcionamento 
hidráulico, ou seja, para o escoamento. 
 Assim, no dimensionamento hidráulico deve-se prover condições satisfatórias de fluxo 
que, simultaneamente, devem atender aos seguintes quesitos: 
 
- transportar as vazões esperadas, máximas (caso das vazões de fim de plano Qf), e mínimas 
(que são as de início de plano Qi); 
 
- promover o arraste de sedimentos, garantindo a auto-limpeza dos condutos; 
 
- evitar as condições que favorecem a formação de sulfetos (anaerobiose séptica) e a formação 
e desprendimento do gás sulfídrico (condições ácidas). O gás sulfídrico, em meio úmido, 
origina o ácido sulfúrico. Esse ácido age destruindo alguns materiais de que são feitos os 
condutos (o concreto, por exemplo), além de causar desconforto em razão de seu cheiro 
ofensivo. 
 O dimensionamento hidráulico consiste, pois em se determinar o diâmetro e a 
declividade longitudinal do conduto, tais que satisfaçam essas condições. 
 Outras condições que comparecem no dimensionamento hidráulico decorrem de 
vazões instantâneas devidas às descargas de bacias sanitárias, muitas vezes simultâneas; são 
elas: 
 
- máxima altura da lâmina d’água para garantia do escoamento livre, fixada por norma em 
75% do diâmetro, para as redes coletoras; 
 
- mínima vazão a considerar nos cálculos hidráulicos, fixada em 1,5 L/s ou 0,0015 m3/s. 
 
2. Critérios de projetos das canalizações 
 
a) O cálculo do diâmetro 
 
 Os coletores são projetados para trabalhar, no máximo, com uma lâmina de água igual 
a 0,75do, destinando-se a parte superior dos condutos à ventilação do sistema e às imprevisões 
e flutuações excepcionais de nível. 
 A equação, de Manning com n=0,013 permite o cálculo do diâmetro para satisfazer a 
máxima vazão esperada (Qf) que atende ao limite y = 0,75 do. A expressão para se determinar 
esse diâmetro é a seguinte: 
 
8/3
2/1
3145,0 








o
f
o
I
Q
d 
 
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 Nessa expressão deve-se entrar com a vazão em (m3/s), resultando o diâmetro em (m), 
ajustado para o diâmetro comercial (DN) mais próximo (em geral, adota-se o valor 
imediatamente acima do calculado). 
 
 O diâmetro mínimo dos coletores sanitários é estabelecido de acordo com as condições 
locais. Em São Paulo são utilizados: 
 - Áreas exclusivamente residenciais..............................150 mm (DN 150) 
 - Áreas de ocupação mista e áreas industriais................200 mm (DN 200) 
 
 A NBR 9649 (NB 567) de 1986 da ABNT admite o diâmetro mínimo DN 100. 
 A Tabela 3.2. (a) relaciona os valores de n para diferentes tipos de tubos. 
 
 Tabela 3.2 – Valores de n para diferentes tipos de tubulações 
Tipos de tubulação Valores de n 
Aço galvanizado 0,015 a 0,017 
Aço rebitado 0,015 a 0,017 
Aço soldado 0,011 a 0,014 
Cimento-amianto 0,010 a 0,012 
Cobre e latão 0,009 a 0,012 
Concreto muito liso 0,011 a 0,012 
Concreto bem acabado 0,013 a 0,014 
Concreto ordinário 0,014 a 0,016 
Cerâmica 0,012 a 0,015 
Ferro fundido novo 0,011 a 0,015 
Ferro fundido em uso 0,015 a 0,025 
Ferro ondulado 0,020 a 0,022 
Madeiras em aduelas 0,011 a 0,013 
Plástico 0,009 a 0,010 
Tijolos 0,014 a 0,016 
 
 
b) Profundidade 
 
Recomenda-se como profundidade mínima 1,5 m (em relação à geratriz inferior dos 
tubos), para possibilitar as ligações prediais e proteger os tubos contra cargas externas. 
Todavia esse valor deve ser considerado apenas nos trechos de situação desfavorável. 
A profundidade ótima, geralmente, está compreendida entre 1,8 e 2,5 m para facilitar o 
esgotamento dos prédios e evitar interferências dos coletores prediais com outras 
canalizações. 
A NBR 09649 (NB 567)/ 1986 permite, para situações excepcionais, por exemplo ruas 
periféricas com baixo trânsito de veículos, recobrimento mínimo (em relação à geratriz 
superior dos tubos) de 0,90m, para assentamento no leito da via e de 0,65 m, quando no 
passeio. 
 
c) Velocidade crítica e velocidade máxima 
 
A norma brasileira citada acima estabelece que quando a velocidade final (vf), 
verificada no alcance do plano, é superior a velocidade crítica (vc), a lâmina de água máxima 
deve ser reduzida para 0,5do, sendo vc = 6(gRH)
1/2, onde g = aceleração da gravidade e RH = 
raio hidráulico de final do plano. Isso decorre da possibilidade de emulsão de ar no líquido, 
aumentando a área molhada no conduto. 
A norma estabelece também que a declividade máxima admissível é aquela que 
corresponde à velocidade final (vf) de 5 m/s. A razão disso é evitar a erosão da tubulação, que 
no entanto não tem sido observada em instalações em que ocorrem velocidades bem maiores. 
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d) Tensão trativa 
 
A disposição normativa é que cada trecho de canalização deve ser verificado, para que 
a tensão trativa média t seja igual ou superior a 1Pa, para coeficiente de Manning n = 0,013. 
A declividade mínima que satisfaz essa condição é expressa por 47,00055,0  imín QIo , onde Qi 
é vazão de jusante do trecho no início do plano, em L/s e mínIo em m/m. 
 
e) Vazão mínima 
 
A norma recomenda que, em qualquer trecho, o menor valor de vazão a ser utilizado 
nos cálculos é 1,5 L/s. 
 
f) Materiais 
 
As manilhas cerâmicas podem ser consideradas o material usual para redes de esgoto 
sanitário. 
Outros materiais comumente empregados são: tubo de concreto, de cimento amianto, 
de ferro fundido, de PVC, de fibra de vidro, etc. 
Os materiais à base de cimento são menos resistentes aos despejos agressivos (resíduos 
industriais e líquidos em estado séptico). 
Os tubos de ferro fundido somente são aplicados em situações especiais (trechos de 
pequeno recobrimento, trechos de velocidade excessiva, travessias, etc.) 
Os tubos de PVC são os mais recomendáveis quando o nível de lençol freático é alto 
(beira-mar). 
 
g) A auto-limpeza dos condutos. Tensão trativa 
 
 Tradicionalmente utiliza-se a associação de uma velocidade mínima com a mínima 
relação de enchimento da seção do tubo (y/do), para assegurar a capacidade do fluxo de 
transportar material sedimentável nas horas de menor contribuição, ou seja, a garantia de 
auto-limpeza das tubulações. 
 Por exemplo, a normalização brasileira de várias entidades previa limites mínimos, tais 
como y/do = 0,2 e vmin = 0,5m/s. 
 Na realidade, tratava-se de um controle indireto, pois a grandeza física que promove o 
arraste da matéria sedimentável é a tensão trativa que atua junto à parede da tubulação na 
parede da tubulação na parcela correspondente ao perímetro molhado. 
 A tensão trativa, ou tensão de arraste, nada mais é do que a componente tangencial do 
peso do líquido sobre a unidade de área da parede do coletor e que atua portanto sobre o 
material aí sedimentado, promovendo o seu arraste, vide Figura 3.2 (a). 
 
 
 
 
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 Figura 3.2 (a) – Desenho esquemático para cálculo da tensão trativa 
 
 
 )..( LApesoF  
  = peso específico (N/m3) 
 T = componente tangencial 
 senFT . 
 A = área molhada 
 t tensão trativa 
 
 

 senR
LP
senLA
LP
Fsen
LP
T
Ht ..
.
..
..
 
 
 Para  pequeno, oItgsen   (declividade). Então: 
 
 oHoHt IRIR ..10..
4  em N/m2 ou Pa (pascal). 
 
 Essa tensão é um valor médio das tensões trativas no perímetro molhado da seção 
transversal considerada. 
 O estudo e a conceituação da tensão trativavem se desenvolvendo desde o século XIX, 
para a solução de problemas de hidráulica fluvial e de canais sem revestimento. Muitos 
pesquisadores se aprofundaram na quantificação de valores levando em conta as muitas 
variáveis envolvidas, apoiando-se em numerosos resultados experimentais, buscando definir 
as fronteiras entre as regiões de repouso e de movimento das partículas. As pesquisas 
realizadas indicam em sua maioria que, no caso de coletores de esgoto, os valores da tensão 
trativa crítica para promover a auto-limpeza , se situam entre 1Pa e 2Pa. 
 Em São Paulo, a Sabesp, responsável estadual pelo saneamento básico, desenvolveu 
estudos e experiências desde 1980 e, através de norma interna de 1983, passou a utilizar o 
critério da tração trativa para a determinação da declividade mínima, adotando o valor de 
Pat 1 . Estudos posteriores constataram que esse limite é desfavorável à formação de 
sulfetos em canalizações com diâmetros maiores que DN 300, sulfetos esses responsáveis 
pela formação de ácido sulfúrico junto à geratriz superior dos tubos, causando a deterioração 
de materiais não imunes à ação desse ácido. 
 O eng. Miguel Zwi traçou em papel bi-logarítmico as curvas “lugar geométrico” de 
Pat 1 no plano vazão X declividade, a partir de relações geométricas e trigonométricas 
simples, associadas às fórmulas de Manning e da continuidade. O resultado foi um feixe de 
curvas de fraca curvatura, relativas aos diâmetros usuais, que substituídas por uma única reta, 
resultou na seguinte equação, para n = 0,013; 
 
 47,0.0055,0  QIo com Q em L/s e Io em m/m 
 
 Os pontos correspondentes aos diâmetros DN 100 a DN 400 e a reta resultante são 
mostrados na Figura 3.2. (b), onde t > 1Pa na região acima da reta. 
 
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 Figura 3.2. (b) – Declividade mínima Iomín em função da vazão para tensão trativa  =1,0 Pa. 
 
Observa-se que a declividade que promove a auto-limpeza é inversamente 
proporcional à vazão e conseqüentemente ao diâmetro, o que possibilita maiores valores da 
tensão trativa para os grandes condutos, com resultados favoráveis para evitar a formação de 
sulfetos (vide “Tensão trativa: critério econômico para dimensionamento”Tsutiya e Machado 
Neto – Revista DAE 140, março 1985). 
 Posteriormente a norma brasileira NBR 09649/1986 adotou esse procedimento no 
dimensionamento de redes coletoras de esgoto sanitário. 
 
 h) Velocidade crítica 
 
 A norma NBR 09649 (NB 567) da ABNT traz a seguinte disposição: 
 
 “5.1.5.1 – Quando a velocidade final vf é superior à velocidade crítica, a maior lâmina 
admissível deve ser 50% do diâmetro do coletor, assegurando-se a ventilação do trecho; a 
velocidade crítica é definida por 2/1)(6 Hc gRv  , onde g = aceleração da gravidade”. 
 A preocupação é devida ao fato de que escoamentos muito turbulentos propiciam a 
entrada de bolhas de ar na superfície do líquido, resultando numa mistura ar-água (não é ar 
dissolvido), que ocasiona um aumento da altura da lâmina líquida. Caso o conduto venha a 
funcionar como conduto forçado em razão desse gerar pressões que levam à destruição da 
tubulação (cavitação). Para condutos de elevada declividade e maior essa possibilidade se 
torna certeza de ser evitada. Duas medidas são necessárias: 
 
- garantir o escoamento em conduto livre; 
- estabelecer a fronteira da entrada de ar no escoamento. 
 
 Para a primeira, estudou-se a grandeza do acréscimo de altura da lâmina no 
escoamento aerado. Considerando a situação mais desfavorável da lâmina máxima 
admissível, no caso de esgoto sanitário 75% do diâmetro para lâmina sem mistura, conclui-se 
ser inviável a manutenção desse limite, reduzindo-o portanto para 50% do diâmetro quando a 
fronteira fosse atingida. Isso permite um acréscimo de até metade da lâmina para atingir o 
limite anterior (condição segura de operação), restando ainda 25% de altura livre. Não resolve 
todos os casos, mas é suficiente para as situações mais comuns. Nos casos extremos, os 
acréscimos de lâmina devem ser calculados e adotados dutos de ventilação para evitar os 
transientes hidráulicos. 
 
 Quanto à segunda medida, a análise dimensional, pesquisas e medições concluíram 
que entre os adimensionais relacionados ao escoamento, números de Reynolds, Weber, 
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Froude e Boussinesq, este último, 2/1)(  HgRvB , é o mais importante para retratar o 
fenômeno da entrada de ar no escoamento. Pesquisas efetuadas por Volkart (1980) 
concluíram que a mistura ar-água se inicia quando o número de Boussinesq é igual a 6, 
definindo-se assim uma velocidade crítica (vc) para o início do fenômeno: 
 
 6)( 2/1  Hc gRvB 
 2/1)(6 Hc gRv  
 cv = velocidade crítica em m/s 
 HR = raio hidráulico em m 
 g = aceleração da gravidade (9,8 m/s2) 
 
 
3. Grandezas e notações 
 
 Conforme NBR 09649/1986 da ABNT, as grandezas se encontram relacionadas na 
Tabela 3.3.(a). 
 
Tabela 3.3 (a) – Grandezas e notações 
1. População e correlatos Notação Unidade 
1.1 Densidade populacional inicial 
id hahab / 
1.2 Densidade populacional final 
fd hahab / 
1.3 População inicial Pi hab 
1.4 População final Pf hab 
 
 
2. Coeficientes ligados à determinação de vazões Notação Unidade 
2.1 Coeficiente de retorno C - 
2.2 Coeficiente de máxima vazão diária 
1k 
- 
2.3 Coeficiente de máxima vazão horária 
2k 
- 
2.4 Coeficiente de mínima vazão horária 
3k 
- 
2.5 Consumo de água efetivo per-capita (não inclui perdas do 
sistema de abastecimento): 
 
2.5.1 Consumo efetivo inicial 
iq diahabL ./ 
2.5.2 Consumo efetivo final 
fq diahabL ./ 
 
 
Continuação da Tabela 3.3 (a) 
3. Áreas e comprimentos Notação Unidade 
3.1 Área esgotada inicial para um trecho da rede 
ia ha 
3.2 Área esgotada final para um trecho da rede 
fa ha 
3.3 Comprimento de ruas L Km 
3.4 Área edificada inicial Aei 2m 
3.5 Área edificada final Aef 2m 
 
 
4. Contribuições e vazões Notação Unidade 
4.1 Contribuição de infiltração I L/s 
4.2 Contribuição média inicial de esgoto doméstico 
iQ

 
L/s 
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4.3 Contribuição média final de esgoto doméstico 
f
Q

 
L/s 
4.4 Contribuição singular inicial 
ciQ 
L/s 
4.5 Contribuição singular final 
cfQ 
L/s 
4.6 Vazão inicial de um trecho de rede: 
4.6.1 Inexistindo medições de vazão utilizáveis no projeto, Qi = 


cif
QIQk ).( 2 (não inclui 1k ) 
Qi L/s 
4.6.2 Existindo hidrogramas utilizáveis no projeto, 
Qi=  cimáx QQi ( máxQi = vazão máxima do 
hidrograma, composto com ordenadas proporcionais às do 
hidrograma medido) 
Qi L/s 
4.7 Vazão final de um trecho de rede: 
4.7.1 Inexistindo medições de vazão utilizáveis no projeto, 


cfff
QIQkkQ )..( 21 
Qf L/s 
4.7.2 
 
Existindo hidrogramas utilizáveis no projeto, 
 cfmáxf QQfQ . ( máxQf = vazão máxima do 
hidrograma, composto com ordenadas proporcionais ao 
hidrograma medido) 
Qf L/s 
 
 
5. Taxas de cálculo Notação Unidade 
5.1 Taxa de contribuição inicial de superfície esgotada 
a
QQi
T
ci
ai

 
Tai L/s.ha 
5.2 Taxa de contribuição final por superfície esgotada 
f
cf
af
a
QQf
T

 
Taf L/s.ha 
5.3 Taxa de contribuição linear inicial para uma área esgotada 
de ocupação homogênea 
L
QQi
T
ci
xi

 
Txi L/s.km 
5.4 Taxa de contribuição linear final para uma área esgotada de 
ocupação homogênea 
L
QQf
T
cf
xf

 
Txf L/s.km 
5.5 Taxa de contribuição de infiltração TI L/s.km 
 
Continuação da Tabela 3.3 (a) 
6. Grandezas geométricas da seção Notação Unidade 
6.1 Diâmetro do m 
6.2 Área molhada de escoamento, inicial Ai 2m 
6.3 Área molhada de escoamento, final Af 2m 
6.4 Perímetro molhado P m 
 
 
7. Grandezas utilizadasno dimensionamento hidráulico Notação Unidade 
7.1 Raio hidráulico 
HR 
M 
7.2 Declividade 
oI 
m/m 
7.3 Altura da lâmina de água inicial yi m 
7.4 Altura da lâmina de água final yf M 
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7.5 Declividade mínima admissível 
minIo 
m/m 
7.6 Declividade máxima admissível 
máxIo 
m/m 
7.7 
Velocidade inicial 
i
i
i
A
Q
v  
vi m/s 
7.8 
Velocidade final 
f
f
f
A
Q
v  
vf m/s 
7.9 Tensão trativa média oHt IR ..  , sendo  = peso 
específico da água = 104 N/m3 
t 
Pa 
 
 
8. Valores de coeficientes e grandezas Notação Unidade 
 Inexistindo dados locais comprovados oriundos de 
pesquisas, podem ser adotados os seguintes: 
 
8.1 C, coeficiente de retorno 0,8 
8.2 
1k , coeficiente de máxima vazão diária 
1,2 
8.2 
2k , coeficiente de máxima vazão horária 
1,5 
8.3 
3k , coeficiente de mínima vazão horária 
0,5 
8.4 TI, taxa de contribuição de infiltração; depende de 
condições locais tais como: NA do lençol freático, natureza 
do subsolo, qualidade da execução da rede, material da 
tubulação e tipo de junta utilizada. O valor adotado deve 
ser justificado 
0,05 a 1,0 L/s.km 
 
 
 
4. Rede coletora. Traçado 
 
 A planta topográfica em escala convencional (1:2000, por exemplo) deve indicar ao 
menos o arruamento, as curvas de nível, as cotas de pontos característicos (cruzamento de 
ruas), os talvegues, a rede existente eventual, os cursos d’água ou outros locais de descarga do 
esgoto coletado e as interferências ao caminhamento dos coletores, porventura existentes 
(adutoras, galerias, etc.). 
 Sobre essa planta devem ser indicadas a área a ser esgotada e as áreas de expansão 
futura, identificando os pontos dessas futuras contribuições, bem como os pontos de 
contribuições singulares significativas (indústrias ou hospitais). 
 Seguindo o traçado das ruas e as declividades naturais do terreno, indicam-se os 
trechos de coletores e seu sentido de escoamento, limitando-os com os órgãos acessórios 
(PV’s PI’s ou Tl’s) adequados a cada situação, respeitando a distância máxima entre eles (100 
m, por exemplo). 
 Em cada PV ou PI representado, indicam-se as canaletas de fundo necessárias para o 
escoamento, podendo ter várias entradas, mas uma única saída. Essa indicação das canaletas é 
que define o traçado decidido do projeto. 
 Em seguida devem ser identificados os coletores e seus respectivos trechos, recebendo 
o número 1 o coletor principal, o de maior extensão da bacia. Os outros coletores recebem 
números seqüenciais na mesma ordem em que chegam ao coletor principal. Dessa forma ter-
se-á sempre números maiores contribuindo para números menores. Os trechos dos coletores 
também recebem numeração seqüencial crescente de montante para jusante. 
 Entre os tipos de traçados, releva-se o tipo distrital ou radial, específico para regiões 
planas (litorâneas), que divide a área em distritos de coleta onde, para evitar aprofundamento, 
se concentra o esgoto em um único ponto e daí afasta-se-o por uma elevatória.