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SANEAMENTOAula 22 - Sumário

AULA 22

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

• Concepção e constituição dos sistemas. Traçado em planta.

• Etapas de dimensionamento: elementos de base, cálculo dos

caudais de projecto, dimensionamento hidráulico dos

colectores.

• Procedimento de cálculo.

• Soluções de controlo na origem.

Saneamento [A22.1]


Origem de águas pluviais em meio urbano

infiltração

no solo

armazenamento

em depressões

intercepção +

evapotranspiração

escoamento

superficial

intercepção +

evaporação

escoamento

em colectores

precipitação

evaporação

ORIGEM E DESTINO DAS ÁGUAS PLUVIAIS

a) Uma fracção não atinge o solo

(interceptada ou evapora-se)

b) Outra fracção atinge o solo, em local

permeável

. parte infiltra-se

. parte evapora-se (após empoçamento)

. parte escoa-se (escoamento directo ou

precipitação útil)

c) Outra fracção cai em área

impermeável (pavimentos e

arruamentos, passeios e coberturas)

DU - 3

Diversos

Tipos de preocupações

• Carácter poluente das águas pluviais

► metais pesados (Fe, Pb, Zn,…)

► hidrocarbonetos

► sólidos em suspensão

► CBO5 (matéria orgânica)

► Sist. unitários efeito de “first flush” (ressuspensão e transporte de poluentes

previamente decantados nos colectores)

• Comportamento unitário dos sistemas domésticos (mesmo quando concebidos como separativos)

• Variabilidade dos caudais

► Caudais de ponta >> caudais domésticos

► Relação entre a ocupação do solo e a grandeza dos caudais escoados

– áreas impermeáveis

– artificialização das linhas de água

► Regime variável de escoamento nos colectores

PROJECTO MAIS COMPLEXO E CUSTO DE OBRAS SUPERIOR

Agravamento

de caudais


Origem de águas pluviais em meio urbano

Saneamento [A22.3]

PRINCÍPIOS DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS

a) Objectivo: Redução de caudal

a1) aumentar a intercepção

a2) aumentar a infiltração

a3) aumentar o armazenamento e a detenção

a4) incrementar o tempo de percurso do escoamento

a5) aplicar técnicas apropriadas de gestão e exploração dos sistemas

b) Objectivo: Controlo da qualidade da água no meio receptor

b1) afastar a descarga do meio receptor sensível

b2) tratar a massa líquida escoamento superficial (“overland flow”)

lagunagem/zonas húmidas construídas (“constructed wetland”)

separadores hidrodinâmicos/físico-químico/desinfecção UV


Concepção e constituição dos sistemas

Saneamento [A22.4]

OBJECTIVO PRINCIPAL: Redução do risco de inundação em meio urbano, i.e.,

controlar o escoamento de superfície.

PROCEDIMENTOS DE CONTROLO (QUANTIDADE E QUALIDADE)



a1) Cobertura vegetal

a2) Intercalar zonas verdes no meio de zonas pavimentadas

• aplicação nos pavimentos materiais incoerentes ou porosos (lajetas furadas,

etc.)

• utilizar drenos em vez de colectores

• utilizar câmaras e esporões drenantes

a3) Usar bacias de retenção e armazenamento

• usar depósitos domiciliários nas coberturas (com uso posterior para

serviço de incêndios, irrigação, etc.)

a4) Reduzir a extensão dos colectores e aumentar o percurso nas cabeceiras (com

limitações)

a5) Proceder à gestão do sistema, por forma a aproveitar as suas potencialidades, em

termos de reserva.

Saneamento [A22.5]

• A concepção deve dar-se numa fase inicial do planeamento urbanístico, especialmente em

áreas críticas

PREOCUPAÇÕES:

• Zonas planas (com pouca disponibilidade de energia gravítica) para garantir o

escoamento

• Zonas junto de linhas de água ou próximo do mar (redes de colectores sujeitos aos

efeitos das cheias e marés)

• Área a infraestruturar localizada a jusante de grande bacia hidrográfica (estudo dos

riscos de inundações, estudo do comportamento de terras)

• Locais de elevado índice de construção



Saneamento [A22.6]

• Redução da extensão das redes de colectores e dos respectivos diâmetros (DR nº 23/95 –

Artigo 118°; alíneas 3 e 4)

– maximizar o percurso superficial da água pluvial (sobretudo nas cabeceiras)

– favorecer a integração de áreas permeáveis (zonas verdes, pavimentos porosos…)

(Extensão menor que a rede doméstica)

• Preocupação com a qualidade da água do meio receptor (devida à poluição veiculada pelos

caudais pluviais após os períodos estivais)

PREOCUPAÇÕES:



Saneamento [A22.7]

DU - 8

• Adopção de soluções de drenagem não convencionais: SOLUÇÕES DE CONTROLO NA ORIGEM

PREOCUPAÇÕES:


Soluções de controlo na origem

Saneamento [A22.8]

Valas revestidas com coberto vegetal Bacia de amortecimento/infiltração

da Regateira, Almada.

Trincheiras de infiltração:


Soluções de controlo na origem

Lagoa com toalha de água permanente Lagoa a seco

Saneamento [A22.9]Pavimentos porosos

OUTROS:

• Poços absorventes

• …

TRAÇADO DA REDE E DEFINIÇÃO DE BACIAS E SUB-BACIAS EM MEIO URBANO

Implantação de colectores ao eixo dos arruamentos

Definição correcta dos limites da bacia hidrográfica e das sub-bacias afectas a

cada troço da rede

Bacia de cabeceira

Sub-bacias

Colector pluvial

Meio receptor


Traçado em planta

Saneamento [A22.10]

OBJECTIVO: Minimização do caudal de ponta

(maximização da retenção, infiltração, intercepção, …)

DU - 11

ETAPAS DE DIMENSIONAMENTO DOS COLECTORES

1. Definição dos elementos de base

2. Cálculo dos caudais pluviais de projecto

3. Dimensionamento hidráulico dos colectores

1. DEFINIÇÃO DE ELEMENTOS DE BASE

• Definição dos limites da bacia de drenagem e das sub-bacias elementares

correspondentes a cada trecho ou conjunto limitado de trechos

• Definição do período de retorno T (varia, em regra, entre 2 e 10 anos) –

• Conhecimento do regime pluviométrico local curvas IDF

• Caracterização de cada sub-bacia elementar (área, coeficientes de escoamento,

declive, tipo de solo, % de áreas impermeáveis)

• Definição dos tempos de concentração iniciais tc


Etapas de dimensionamento

Saneamento [A22.11]

(DR nº 23/95 – Artigo 130°)

DU - 12



• Definição dos condicionalismos, diversos:

- cotas e níveis de água do meio receptor;

- cotas das zonas baixas a drenar;

- atravessamentos e cruzamentos com outras infra-estruturas.

2. CÁLCULO DE CAUDAIS PLUVIAIS

Método Racional (semi-conceptual; Mulvaney, 1851 e Kuickling, 1889)

Qpluvial = C x I x A

sendo:

Q pluvial - caudal pluvial a drenar pelo colector (m3/s)

C - coeficiente de escoamento (-)

I - intensidade de precipitação (m3/(ha.s))

A - área da bacia a drenar (ha)

Valores Médios do Coeficiente C

(ASCE, MANUAL Nº 37)

(DR nº 23/95 – Artigo 129°)

Intensidade de precipitação

I = a . t b

sendo:

t - tempo de concentração da sub-bacia

a, b - parâmetros da curva IDF



Saneamento [A22.13]

(DR nº 23/95 – Artigo 128°)

Método Racional Generalizado (Costa, 1956)

AICt

t

V

V Q

c

1

2

sendo,

V1 - volume correspondente à parte ascendente

do hidrograma (m3)

V - volume total do hidrograma (m3)

t - duração da precipitação de projecto (h)

tc - tempo de concentração da bacia (h)

- coeficiente de regolfo.



2 V1/V - exprime o efeito de retenção e armazenamento: é mínimo em bacias naturais e

máximo em bacias totalmente impermeáveis (em que iguala a unidade).

t/tc - exprime o desfasamento entre o fim da chuvada e o instante em que se verifica o

caudal de ponta: é mínimo para bacias naturais (onde toma o valor 0,7) e admite-se

que iguale a unidade em bacias totalmente impermeáveis ou altamente canalizadas.

Saneamento [A22.14]

Coeficiente de redução global do método

racional generalizado:

C1 = C (2 v1/v) (t/tc)



DU - 16

3. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE COLECTORES

• Altura máxima do escoamento (h/D) 1

• Velocidade máxima de escoamento Vmáx = 5 m/s (para colectores unitários ou

separativos pluviais)

• Velocidade mínima de escoamento Vmín = 0,9 m/s

Critério de auto-limpeza

• Profundidade mínima (Art. 137) Prof. 1 m

• Diâmetro mínimo (Art. 134) Dmín = 200 mm

• Inclinações mínimas e máximas 0,3% e 15% (por razões construtivas)

CRITÉRIOS DE PROJECTO:

J mín = 1/ D (mm) Norma Europeia

Sendo inviáveis os limites referidos anteriormente,

como sucede nos colectores de cabeceira, devem

estabelecer-se declives que assegurem estes

valores limites para o caudal de secção cheia.



Saneamento [A22.16]

(DR nº 23/95 – Artigo 133°)

PROCEDIMENTO DE CÁLCULO

1 - Análise da área de projecto e traçado da rede em planta.

Caracterização de condicionalismos (cotas e níveis de água no meio receptor,

atravessamentos com outras infra-estruturas…)

2 - Fixação do período de retorno, T.

3 - Selecção da curva IDF para a zona em estudo e para o período de retorno escolhido.

4 - Definição das sub-bacias em cada secção de cálculo área drenante A

5 - Determinação do coeficiente global médio ponderado para a bacia definida em cada secção de

cálculo

C = (∑i CiAi) / ∑i Ai

6 - Determinação do tempo de concentração, t c

pe c t t t tL

Vp

j

j

Inclinação do terreno AI < 50% AI > 50%

(min) (min)

muito inclinado 5.0 5.0

inclinado 10.0 7.5

médio e plano 15.0 10.0


Procedimento de cálculo

Saneamento [A22.17]

Tempos iniciais (para bacias de cabeceira):

I = a . t b

7 - Determinação da intensidade média de precipitação, I, para uma duração igual ao t c(a partir das curvas IDF)

8 - Cálculo do caudal de projecto, por intermédio da seguinte expressão (método racional):

Q p = ∑i C i x A i x I

9 - Fixação do diâmetro e inclinação do colector:

minimizar de custos; profundidade de assentamento mínima; satisfação dos

critérios hidráulicos

10 - Determinação da velocidade, altura do escoamento e tensão de arrastamento no colector

11- Determinação do tempo de percurso, t p, para o troço de colector considerado no passo 10º

12- Adição do t p calculado no passo anterior ao tempo de concentração calculado no passo 6º.

13- Repetição de todos os passos de cálculo, de montante para jusante, a partir do passo 5º, para as

sucessivas secções de cálculo.


Procedimento de cálculo

Saneamento [A22.18]


Órgãos e acessórios

ÓRGÃOS COMUNS

1- Colectores públicos (circulares, em betão ou PVC)

2- Câmaras de visita (para observação, inspecção, exploração e manutenção)

3- Ramais domiciliários

4- Dispositivos interceptores ou de entrada

Sarjetas de passeio Sumidouros Sistema conjunto sarjeta-sumidouro

a) Alinhamentos rectos entre câmaras de visita

b) Implantação no eixo dos arruamentos ( Pimin = 1 m)

c) Extensão menor que a rede doméstica

d) Destino final (meio hídrico natural, rio, …)

Saneamento [A22.19]

Sarjetas de passeioSumidouros





ÓRGÃOS ESPECIAIS

1- Bacias de amortecimento

2- Câmaras drenantes e soluções de controlo na origem

3- Desarenadores

- convencionais (rectangulares)

- não convencionais (circulares, …)

4- Instalações elevatórias

Devem ser evitadas sempre que possível: encargos na construção e de exploração;

magnitude e aleatoriedade dos caudais

(D50 ≥ 0,2 mm), (V = 0,30 m/s)

Saneamento [A22.21]

BACIAS DE RETENÇÃO

Objectivos

• redução dos riscos de inundação

• criação de zonas de lazer (para a pesca e canoagem…)

• criação de reservas de água (agricultura, combate a

incêndios, indústria, limpezas municipais - arruamentos e

parques…)

• protecção do meio ambiente (redução de SST e matéria

orgânica)

Tipos:

- bacias enterradas (reservatórios)

- bacias a céu aberto - a seco

- com nível de água permanente


Bacias de retenção

Saneamento [A22.14]

(DR nº 23/95 – Artigo 176°)

SANEAMENTOAula 23 - Sumário

AULA 23

ÓRGÃOS ESPECIAIS EM SISTEMAS DE

DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

• Sifões invertidos, descarregadores e instalações

elevatórias.

Saneamento [A23.1]

ÓRGÃOS ESPECIAIS EM SISTEMAS DE DRENAGEM

Concepção e dimensionamento

SIFÕES INVERTIDOS (Artº 151 a 183)

OBJECTIVO: Transposição de obstáculos (outras infra-estruturas enterradas) ou depressões

(vales e linhas de água) sem perdas de carga relevantes.

FUNCIONAMENTO: Em gravidade, sob pressão.

câmaras – entrada e saída

Constituição: ramos descendentes

ramos ascendentes

Exemplos:

- Funchal (sifão sob as ribeiras de S. João e Sta Luzia)

- Caparica (sifão sob as tubagens da Nato)

Saneamento [A23.2]



PROBLEMAS FUNDAMENTAIS EM SIFÕES INVERTIDOS:

variabilidade diária de caudais

1. Auto-limpeza magnitude do caudal noturno

escoamento sob pressão

2. Controlo de septicidade (anaerobiose, formação de sulfuretos)

CRITÉRIOS E DISPOSIÇÕES DE DIMENSIONAMENTO:

• Diâmetro mínimo 200 mm, domésticos (300 mm - pluviais)

• Critério de auto-limpeza: 0,7 a 1 m/s (1 vez/dia)

• Velocidade máxima de escoamento Vmáx = 3 m/s

Saneamento [A23.3]



• Controlo de septicidade: injecção de ar, O2, Cl2 ou adição de H2O2, quando necessário

• Assegurar a ventilação

• Verificar perdas de carga: localizadas e contínuas (n = 0,015 m1/3/s)

• Verificar as condições de resistência de pressão interior

• Prever adufas em cada ramo

• Prever dispositivos de descarga de fundo

Saneamento [A23.4]



EXEMPLO DE SIFÃO DE RAMOS MÚLTIPLOS (em regra são dois ou três ramos, com descarregadores)

Câmara de entrada Câmara de saída

Saneamento [A23.5]



TRANSPORTE DE CAUDAIS:

Nº de ordem dos

trechos

Caudal transportado

sequencialmente

1º Trecho - Caudal mínimoMáximo de

estiagem

2º TrechoCaudal máximo

de cheia

3º Trecho

Saneamento [A23.6]



DESCARREGADORES (Artº 167 e 168)

OBJECTIVO: Regular e repartir o escoamento (Artº 167)

Utilização em: - Sistemas unitários

- Pseudo-separativos

- Separativos (descarregadores de segurança)

CLASSIFICAÇÃO:

Quanto à FINALIDADE: a) Descarregadores de Tempestade

b) Descarregadores de Transferência

c) Descarregadores de Segurança

Quanto à FORMA: a) Descarregadores de Superfície – Laterais ou Frontais

b) Descarregadores por orifício

Saneamento [A23.7]



DISPOSIÇÕES DE CONCEPÇÃO E DE DIMENSIONAMENTO

DE DESCARREGADORES

1. Cuidados para minimização da turbulência na câmara descarregadora e dos riscos

de obstrução dos colectores a jusante.

2. Assegurar a auto-limpeza.

3. Entrada em funcionamento, apenas para caudais superiores a um certo limite, pré-

fixado, em regra 3 a 6 vezes o caudal médio de tempo seco (Qm), para assegurar a

necessidade de diluição, em função do meio receptor.

4. Acréscimo do caudal descarregado, em função do caudal afluente, de modo a

permanecer constante o caudal efluente a tratar.

5. Minimização da poluição causada pelos caudais descarregados, nomeadamente em

termos de sobrenadantes e sólidos em suspensão.

Saneamento [A23.8]



3 Controlo por posicionamento da crista do descarregador.

p ≥ h (Q = Qp) (cota da crista do descarregador superior ou igual à altura do

escoamento do caudal de ponta a tratar na ETAR, 3 a 6 Qm).

4 Controlo de caudal por tubo curto e válvula monitorizada ou por

descarregadores em série (primário e secundário).

5 Controlo de descarga de sobrenadantes para o meio receptor, por anteparas.

PROCEDIMENTOS PARA RESPONDER AOS REQUISITOS 3), 4) e 5):

Corte de câmara descarregadora Saneamento [A23.9]



CÁLCULO DO REGOLFO:

Curvas de regolfo em descarregadores (regime lento e regime rápido)

CONDIÇÃO PARA O CÁLCULO DO REGOLFO:

a) Condição H (h + v2/2g + z) = Constante

b) Lei de vazão do descarregador

c) Condições na fronteira (secção de controlo)

- regime rápido – difícil de respeitar a condição 4, de controlo de caudal

- regime lento – mais adequado, para controlo do caudal

Saneamento [A23.10]



ALGUNS PERFIS POSSÍVEIS DA SUPERFÍCIE LIVRE EM DESCARREGADORES

Saneamento [A23.11]



INSTALAÇÕES ELEVATÓRIAS (Artº 170 a 175)

PARÂMETROS OU VARIÁVEIS RELEVANTES:

. Caudais afluentes

. Tempos de retenção na câmara de aspiração

. Caudal de elevação ou bombado.

ALGUNS PROBLEMAS OU RISCOS:

1. Septicidade (no poço e na conduta elevatória)

2. Choque hidráulico

3. Problemas ambientais (ex, por corte de energia), com riscos de descarga nos meios receptores

CUIDADOS A TER NA LOCALIZAÇÃO DE IE (Instalações Elevatórias)

1. disponibilidade de energia

2. disponibilidade de meio receptor (descarga de recurso)

3. enquadramento urbano (se possível, longe de habitações)

Saneamento [A23.12]



CONSTITUIÇÃO:

ÓRGÃOS FUNDAMENTAIS

. Câmara de bombagem

. Grupos elevatórios e condutas associadas

EQUIPAMENTO DE PROTECÇÃO, COMANDO E CONTROLO

. Válvulas (Seccionado – Retenção)

. Medidores (caudal, níveis)

. Reguladores de nível (bóias ou sensores)

ÓRGÃOS COMPLEMENTARES

. Grades (manuais ou mecânicas)/tamisadores

. Desarenador

. Ventiladores e filtro para controlo de odores

. Equipamento de colecta e empilhamento de resíduos

. Equipamentos para controlo de septicidade

. Equipamentos para controlo do choque hidráulico (Ex: RAC)

Saneamento [A23.13]



GRUPOS ELECTROBOMBA:

. Bomba e motor submersíveis

. Bomba submersível e eixo vertical

Saneamento [A23.14]



GRUPOS ELECTROBOMBA (cont.):

. Bomba a seco e eixo vertical

. Bomba a seco e eixo horizontal

Saneamento [A23.15]



FORMA: Condicionada pela necessidade de limitar a acumulação de sedimentos e cotas

de entrada docolector afluente, e do colector de descarga de emergência ou de

recurso.

VOLUME (u) : - Caudal bombado (Q) Qp (caudal de ponta)

- número máximo de arranques do grupo permitido por hora (Nmáx)

- tempo máximo de retenção no poço (TM) (10 minutos a Qm – Artº 173)

CÂMARA DE ASPIRAÇÃO OU POÇO DE BOMBAGEM

Volume útil (1 Grupo):

u 900 Q / Nmáx t =

(m3) (m3/s) (n/hora)Nmáx

60

Saneamento [A23.16]



Entrada:

Poço de bombagem

Parafuso de Arquimedes:



Exemplo – Sistema elevatório do Torrão (Caparica)

Saneamento [A23.18]



Exemplo – Estação Elevatória do Torrão (Caparica)

Saneamento [A23.19]



ASPECTOS A CONSIDERAR NO DIMENSIONAMENTO DA CONDUTA ELEVATÓRIA

VELOCIDADE MÍNIMA = 0,7 m/s (Artº 175)

DIÂMETRO mim = 100 mm (Artº 175)

• Verificação de efeitos do choque hidráulico

• Perfil longitudinal preferencialmente ascendente, evitar ventosas e descargas de fundo.

• Prever maciços de amarração, quando adequado.

• Evitar-se condutas longas (por causa da formação de sulfuretos)

• Previsão de local para, em condições excepcionais, ter lugar a descarga de recurso

• Cuidados de protecção da câmara de descarga, no caso do líquido pode apresentar-se

séptico.

Saneamento [A23.20]



Planta de implantação de uma IE (2 grupos electrobomba; Q<10 L/s):

Saneamento [A23.21]



Plantas:

Saneamento [A23.22]



Corte:

Saneamento [A23.23]



Planta de implantação de uma IE (3 grupos electrobomba; 10<Q<50 L/s):

Saneamento [A23.24]



Plantas:



Corte:

Saneamento [A23.25]

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