Projeto Hidráulico

 

No projeto hidráulico são tomadas as decisões necessárias à garantia do bom desempenho funcional dos condutos, com a definição de suas características geométricas, vazão, declividade, profundidade, locação em planta e cortes e medidas de proteção contra a erosão e entupimentos, levando-se em consideração as ações hidráulicas capazes de agir sobre a estrutura.

No Brasil, os sistemas públicos de esgotos são projetados considerando-se o sistema separador absoluto e tendo acesso a rede coletora os seguintes tipos de líquidos residuais:

» Esgoto doméstico;
» Águas de infiltração;
» Resíduos líquidos industriais.


O conjunto desses líquidos, denominado esgoto sanitário, circula em um sistema de esgotos independente do sistema de drenagem pluvial.

Como os tubos de concreto destinam-se principalmente à condução de fluídos em regime de escoamento livre e são indicados principalmente para a aplicação em sistemas de esgoto sanitário e drenagem pluvial, onde a tubulação opera sem pressão interna, o cálculo das perdas de carga nos condutos pode ser feito com as equações de Chézy, Manning, além da fórmula Universal, que são as mais utilizadas no dimensionamento de coletores de esgoto.

Desta forma, o projeto hidráulico pode ser realizado utilizando-se a fórmula de Manning:

Q = ( A x Rh2/3 x I1/2 ) / n

Onde:
Q = vazão
A = área molhada
I = declividade
Rh = raio hidráulico
n = coeficiente de Manning

O coeficiente de Manning a ser adotado nos cálculos, segundo recomendação da NBR 9649/1986 (Projeto de Redes Coletoras de Esgoto Sanitário), deve ser n=0,013, independente do material.

Embora o coeficiente de rugosidade (n) de Manning dependa do diâmetro, da forma, do material da tubulação, da relação entre a lâmina d’água e o diâmetro (Y/D), e das características do esgoto, o valor de n=0,013 tem sido normalmente utilizado conforme recomenda a NBR 9649/1986, em função dos seguintes fatores:

» Para Metcalf & Eddy (1981) este valor deve ser mantido, mesmo quando se utilizam materiais inicialmente menos rugosos e com comprimentos maiores do que as tubulações tradicionais, devido ao fato de que, em sistemas de esgotos o número de ligações, poços de visita (PV), tubos de inspeção (TL,TIL), e demais singularidades permanece o mesmo, independente do material da tubulação utilizada.

» Segundo a Water Pollution Control Federation – WPCF (1970), no caso de redes de esgoto há a formação de película de limo nas paredes da tubulação, tornando a superfície uniforme e constante ao longo do tempo, portanto a rugosidade em tubulações de esgoto é a mesma e independe do material da tubulação.

Considerações
A American Concrete Pipe Association-ACPA(1970), através de numerosos ensaios de laboratório, utilizando-se tubos de concreto, obteve resultados para o coeficiente de rugosidade (n) de Manning variando de 0,009 até 0,011.

Independente da obtenção, em ensaios de laboratório, de resultados para o coeficiente de rugosidade (n) de Manning, inferiores a n=0,013, para os diversos tipos de materiais, não é recomendada a utilização de valores inferiores a n=0,013 em função dos fatos já expostos e em função de que a situação de laboratório não representa fielmente a situação de campo.

Caso se adotem valores de n< 0,013 haverá um aumento da declividade, para tensão trativa de 1,0 Pa, necessária à autolimpeza do coletor, conforme demonstramos com as equações abaixo:

Tensão trativa: s = g.Rh.I
Fórmula Chézy: Q = C.A.(Rh.I)½
Fórmula de Manning: C = Rh1/6 / n


Substituindo-se a fórmula de Manning na fórmula de Chézy e reagrupando a equação resultante com a equação da tensão trativa obtém-se:

»I = (n.Q / Rh2/3)2 .( g / s )

Com esta equação é possível calcular a declividade com base nas características do escoamento, adotando uma tensão igual ou maior que a tensão trativa mínima de 1,0 Pa, adotando-se o valor do coeficiente de Manning, e utilizando-se o algoritmo de Newton-Raphson para resolver a equação. Portanto teremos:

Coeficiente de Manning
Declividade Mínima
0,009
I = 0,0065 Q -0,49
0,010
I = 0,0061 Q -0,49
0,011
I = 0,0058 Q -0,49
0,012
I = 0,0056 Q -0,48
0,013
I = 0,0055 Q -0,47
0,014
I = 0,0051 Q -0,47
0,015
I = 0,0049 Q -0,47

Substituindo na equação anterior o valor recomendado por norma de vazão mínima de Q = 1,5 l/s teremos:
Se n = 0,013 ® I = 0,00454 m/m ® I = 0,454 m/100m
Se n = 0,012 ® I = 0,00460 m/m ® I = 0,460 m/100m
Se n = 0,011 ® I = 0,00475 m/m ® I = 0,475 m/100m
Se n = 0,010 ® I = 0,00500 m/m ® I = 0,500 m/100m
Se n = 0,009 ® I = 0,00532 m/m ® I = 0,532 m/100m

Em função dos valores anteriores, podemos concluir que se utilizarmos valores do coeficiente de Manning menores que o recomendado por norma de n=0,013, haverá um aumento da declividade e conseqüente aumento no custo de execução da obra em razão dos serviços de escavação, escoramento e reaterro, que representam aproximadamente 60% do custo total de uma obra de esgoto sanitário.