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SANEAMENTO / FEVEREIRO DE 2012 1

DISCIPLINA DE SANEAMENTOAULA 18 / SUMÁRIO

AULA 18

SISTEMA DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

�Determinação de caudais de projeto em coletores de águasresiduais | Design flows

�Critérios de dimensionamento e verificação hidráulica de coletores |

Design criteria and hydraulic conditions


SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

ETAPAS DO ESTUDO: SÍNTESE

Main steps

1.Traçado da rede em planta | plant layout of the

drainage system

2.Cálculo de caudais | Determine design flows

3.Dimensionamento hidráulico-sanitário e traçado darede de drenagem em perfil longitudinal | Draw

longitudinal profile and determine hydraulic conditions



CAUDAIS DE PROJECTO | Design flows

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 132º: Caudais de cálculo

1. Nos sistemas de drenagem de águas residuais domésticas e industriais, oscaudais de cálculo correspondem geralmente aos que se prevêm ocorrer no horizontede projecto, ou seja, os caudais médios anuais afectados de um factor de pontainstantâneo, a que se adiciona o caudal de infiltração. | Design flows should consider the

average anual flow and a peak factor, to which the infiltration flow is added.

3. Para o ano de início da exploração do sistema deve ser feita a verificaçãodas condições hidráulico-sanitárias de escoamento (altura e velocidades) | The hydraulic

conditions (height and velocity) must be checked for year 0.

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 123°: Factor de afluência à rede

1. O factor de afluência à rede é o valor pelo qual se deve multiplicar a capitação deconsumo de água para se obter a capitação de afluência à rede de águas residuaisdomésticas | wastewater production per capita results from multiplying the average per

capita water consumption by the inflow coeficient.

2. Os factores de afluência à rede devem ser discriminados por zonas de característicasidênticas, que são função da extensão de zonas verdes ajardinadas ou agrícolas e doshábitos de vida da população, variando geralmente entre 0,70 e 0,90. | Inflow coeficient

values vary usually between 0.7 and 0.9




1.Distribuição da população, por trechos | Determine the population that is connected to

each stretch

2.Cálculo da população acumulada servida por cada trecho | Determine the accumulated

population associated with each stretch

3.Cálculo do caudal de projecto | Determine design flow

Qtotal = Q doméstico + Q industrial + Q infiltração

sendo:

Qtotal - caudal total a drenar pelo coletor (total flow to be transported)

Q doméstico caudal atribuível à população (flow due to population activities)

Q industrial - caudal atribuível à indústria (flow from industries)

Q infiltração - caudal de infiltração de águas subterrâneas

e de afluências pluviais (infiltration form groundwater and stormwater)


SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAISDETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE PROJECTO


4.Cálculo do caudal de infiltração | infiltration flow

Usual considerar: 0 < Qi < Qm (common use)

De acordo com o Artigo 126º do DR 23/95: para D ≤ 300 mm ENTÃO Qi = Qm

5.Cálculo do caudal de ponta | peak flow

Q domestic= Fh x ( ∑ Kr x População x Capitação )

Fh - factor de ponta instantâneo (variável com a população,de acordo com o Artigo 125º do DR 23/95) | instant peak factor

Kr - coeficiente de afluência que varia (normalmente) de0,70 a 1,0, que resulta de que nem toda a água consumida é drenada (perdas, regas, lavagens, etc.) | infiltration coefficient (0.7 to 1)

Pop

601,5Fh +=



CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO-SANITÁRIO

Hydraulic design criteria

� Diâmetro mínimo (Artigo 126º do DR 23/95) | minimum diameter

D min = 200 mm

� Altura máxima do escoamento (Artigo 133º do DR 23/95): | maximum flow height

a) coletores domésticos | domestic wastewater flows

D ≤ 500 mm y máx / D = 0,50

D > 500 mm y máx / D = 0,75

b) coletores unitários e separativos pluviais |

combined wastewater or stormwater flows

y máx / D = 1

� Velocidade máxima de escoamento (Artigo 133º do DR 23/95): | maximum velocity

V máx = 3 ms-1 coletores domésticos (domestic wastewater flows)

V máx = 5 ms-1 coletores unitários ou separativos pluviais (combined

wastewater or stormwater flows)





� Inclinações mínimas e máximas por razões construtivas [Artigo 133º do DR 23/95] | minimum

and maximum slope

J mín = 0,3%

J máx = 15%

admitem-se inclinações inferiores à mínima desde que seja garantido o nivelamento e o poder de transporte e caso seja necessário inclinações superiores à máxima devem prever dispositivos especiais de ancoragem do coletor

� J mín = 1/ D (mm) Norma Europeia | European guidelines





Autolimpeza

condições de escoamento para o caudal de ponta (início de exploração da rede), tais que os

sólidos depositados nas horas mortas possam ser arrastadas em horas de ponta. | Self-cleaning

conditions must be maintained in order that the solids settleded during low flow hours are dragged

during peak hours.

� Critério de auto-limpeza (Artigo 133º do DR 23/95): Velocidade do escoamento para o caudal

de ponta no início de exploração: | self-cleaning criteria (velocity in year 0)

V Auto-limpeza = 0,6 ms-1 coletores domésticos (domestic wastewater flows)

V Alimpeza = 0,9 ms-1 coletores unitários / separativos pluviais (combined

wastewater or stormwater flows)

Sendo inviáveis os limites de velocidade mínima, como sucede nos coletores de cabeceira,

devem estabelecer-se declives que assegurem estes valores limites para o caudal de secção

cheia. | When these limits are not achieved it is enough to meet them for full section flow.



1º cada troço entre duas caixas de visita deve ser dimensionado iniciando-se oscálculos por uma das caixas de visita de cabeceira, caminhando de montante parajusante e não se passando a qualquer troço de jusante sem ter concluído odimensionamento de todos os troços a montante | start from upstream to downstream

2º a determinação do diâmetro e da inclinação dos coletores deve ser feita em estreitaligação com o perfil longitudinal do terreno, de forma a minimizar o volume de terras |diameter and slope should be selected according to the longitudinal profile, in order tominimize land movement;

3º as inclinações dos coletores devem estar compreendidas entre limites mínimos emáximos por razões construtivas | slopes must respect maximum and minimumvaluesdue to constructive reasons

4º a altura e a velocidade de escoamento devem ser inferiores ou iguais às máximasadmissíveis, para o caudal de ponta no ano horizonte de projecto | Hydraulicconditions must be checked for design year regarding transport capacity (h/D andVmax)

5º a velocidade ou o poder de transporte devem ser superiores ou iguais aos mínimosexigidos (autolimpeza), para o caudal de ponta no início de exploração da rede |Hydraulic conditions must be checked for year 0 regarding self-cleaning conditions(Vmin or transport capacity)

PROCEDIMENTO E METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO

Hydraulic design steps



DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE CADA COLETOR | Hydraulic design

MÉTODO ANALÍTICO | Analitic method

Conhecidos I colector , D e Q dim :

a) calcular θ (iterativamente);

b) determinar y, S e V (pela equação da continuidade).

Q = Ks x S x R 2/3 x J 1/2

Q = 2 -13/3 x Ks x θ -2/3 ( θ – sin θ ) 5/3 x D 8/3 x J 1/2 4,06,1

6,0

1 063,6 n

s

nn DJK

Qsen θθθ

−

+

+=



Conhecidos I colector , D e Q dim :

a) calcular Q f e V f

b) determinar a relação Q dim / Q f

c)utilizar o ábaco das propriedadeshidráulicas das secções circulares:

curva de Q

Q dim / Q f y / D y

curva de V

y / D V / V f V

DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE CADA COLETOR | Hydraulic design

MÉTODO GRÁFICO | Graphical method



Trecho População [hab] Q m f p Q inf Q dim D I y/D V real τreal Q sc V sc

[-] Afluente Acumulada [L/s] [-] [L/s] [L/s] [mm] [m/m] [-] [m/s][N/m2

] [L/s] [m/s]

1-2

2-3

...

CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS DO ESCOAMENTO | Hydraulic conditions

�1 Quadro para dimensionamento com Qponta do Ano 40

�1 Quadro para verificação para Qponta do Ano 0

1 table for Year 40 and 1 table for year 0



ASPECTOS A OBSERVAR NO TRAÇADO EM PERFIL LONGITUDINAL

Issues to consider when designing the longitudinal profile

1.Sempre que possível, adotar inclinações que minimizem o volume de escavação

(chegar a jusante com a profundidade mínima) | minimize depth of excavation (use

minimum depth in the downstream mainhole when possible)

2.Respeitar inclinações máximas e mínimas (a discutir no dimensionamento hidráulico) |

comply with minimum and maximum slope

3.Profundidade de assentamento mínima, medida sobre o extradorso dos coletores, de

1,00 m (poderá ser menor, em casos excecionais) | minimum depth of 1,0 m, measured

to the top of the pipe (can be lower in special circumstances)



ASPECTOS A OBSERVAR NO TRAÇADO EM PERFIL LONGITUDINAL

Issues to consider when designing the longitudinal profile

5. Alinhamento dos coletores em perfil longitudinal: (pipe alignment)

a) Alinhar os coletores pelas geratrizes interiores superiores | align pipes by the

upper part

b) Cota da linha de energia específica a montante da caixa de visita igual à cota

da linha de energia específica a jusante mais uma dada queda na caixa de

visita | drops in the manholes must be accounted for when analysing the

specific energy line

c) Progressão crescente dos diâmetros de montante para jusante da rede

(Regulamento) | diameter size must not decrease from upstream to

downstream

6. Diâmetro mínimo regulamentar (estipulado pelo Regulamento em 200 mm) |

minimum diameter of 200 mm.



Se (if) i ideal < i mín ⇒ i mín(*)

Se (if) i mín < i ideal < i máx ⇒ i ideal

(*) I ideal - inclinação que se obtém unindo a cota de soleira da caixa de visita de montantecom a cota da caixa de visita de jusante a que corresponde a profundidademínima | slope obtained by linking the bottom of the upstream manhole to thebottom of the downstream manhole defined with the minimum depth

SELECÇÃO DA INCLINAÇÃO DOS COLECTORES

Selecting the slope of the pipesiground < imin

i = imin

imin < iground < imáx

i = iground

Min.

depth

Min.

depth



Se i ideal > i máx ⇒ i máx

recorrer a uma câmara de visita com queda.

Install a manhole with a drop.

Se coletor a montante estiver a uma

profundidade superior à mínima, adotar um

declive que traga o coletor, a jusante, para a

profundidade mínima regulamentar ou a

exequível, face ao i mínimo aceitável.

If the upstream manehole has depth higher

that the minimum, choose a slope that installs

the downstream manhole at the minimum

depth.

SELECÇÃO DA INCLINAÇÃO DOS COLECTORES

Selecting the slope of the pipes

iground > imáx

i = imáx

i = icalculated

> Min.depth

Min.depth

Min.depth



Trechos que se iniciam com a profundidade mínima | streches that begin with minimum depth

i terreno < i mínima ⇒ i mínimo

i ground< i mín ⇒ i mín

Regra geral | common rule

i ideal < i mín ⇒ i mín

SELECÇÃO DA INCLINAÇÃO DOS COLECTORES / EXEMPLOS

Examples



Trechos que se iniciam com profundidade mínima e(streches that begin with minimum depth and)

i mínima < i terreno < i máxima

i mín < i ground < i máx

Nestes casos, adotar (choose) ⇒ i terreno (iground)

Regra geral (common rule): i mín < i ideal < i máx Adotar (choose)⇒ i ideal




Adotar (choose) ⇒ i mín

Adotar (choose) ⇒ i máx




PERFIL LONGITUDINAL DOS COLECTORES



1. Nas redes separativas domésticas, a secção de um coletor nunca pode ser reduzidapara jusante | diameter size in wastewater separate systems must not decrease from

upstream to downstream

2. Nas redes unitárias e separativas pluviais, pode aceitar-se a redução de secção parajusante, desde que se mantenha a capacidade de transporte | diameter size in

combined wastewater systems must not decrease from upstream to downstream

[Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 159º]

� inserção de um coletor noutro deve ser efetuado no sentido do escoamento | the

insertion of one pipe into another must be done folloing the flow direction;

� nas alterações de diâmetro [dos coletores] deve haver sempre a concordância dageratriz superior interior dos coletores (evitar regolfos e entupimentos e garantir acontinuidade da veia líquida) | pipes with different diameter must be alligned by the

upper part (to avoid hydraulic jump and clogging)

� quedas simples (se desnível ≤ 0,50 m) ou guiadas (se > 0,50 m) | soft drops (≤0,5 m)

ou guided drops (>0,5 m)

� se a profundidade da câmara de visita exceder os 5 m, construir um patamar desegurança a meio, com passagens não coincidentes | if the depth of a manhole is

>5m a platform must be built halfway, with non matching passings.

DIÂMETROS E OUTRAS REGRAS DO PERFIL LONGITUDINAL

Diameters and other rules




1. A profundidade de assentamento dos coletores não deve serinferior a 1 m, medida entre o seu extradorso e o pavimento davia pública | minimum depth of 1m, relative to the top of the pipe


3. A implantação das condutas [de distribuição de água] deve ser feita num plano superior ao doscoletores de águas residuais e a uma distância não inferior a 1 m, de forma a garantir proteçãoeficaz contra possível contaminação, devendo ser adotadas proteções especiais em caso deimpossibilidade daquela disposição | water distribution pipes must be placed at least 1 m above

wastewater drainage pipes, in order to prevent contamination. If this is not possible, adequate

protection must be ensured.

LOCALIZAÇÃO E TRAÇADO DE COLECTORES

Location and layout of pipes


O valor referido no número anterior pode ser aumentado em função de exigências do trânsito, dainserção dos ramais de ligação ou da instalação de outras infraestruturas | the minimum depth

can be incresed depending on traficc demands or due to the connection to households or other

infrastructures

Em condições excecionais, pode aceitar-se uma profundidade inferior à mínima desde que oscoletores sejam convenientemente protegidos para resistir a sobrecargas | depths lower than the

minimum may be allowed as long as the protection of the pipes is guaranteed



� em planta, o traçado dos coletores das duas redes deve apresentar

sempre a mesma posição relativa, ou seja, o coletor de águas residuais

sempre à direita ou à esquerda do pluvial | on top view, the wastewater

pipe and the stormwater must must maintain the same relative

position(wastewater pipe to the right or to the left of the stormwater pipe)

� em perfil longitudinal, a soleira do coletor pluvial deve ser localizada a

uma cota superior à do extradorso do coletor de águas residuais | in the

longitudinal profile the lower part of the stormwater pipe must be placed at

a higher elevation than the upper part of the wastewater pipe.

� em perfil transversal, devem ser fixadas distâncias mínimas, na horizontal

e na vertical, entre os extradorsos dos coletores pluvial e de águas

residuais | in the cross-sectional profile minimum distances must be set

between the wastewater pipe and the stormwater pipe, both horizontally

and vertically.

� nas confluências, nos cruzamentos e nas mudanças de direção, as caixas

de visita devem ser implantadas com a disposição que se apresenta na

Figura | in crossings, junctions and direction changes the manholes

should be placed according to the Figure.

LOCALIZAÇÃO E TRAÇADO DE COLECTORES (PLANTA E PERFIL LONGITUDINAL)

Location and layout of pipes



Câmaras de visita normalizadasNormalized manholes

Câmaras de visita para grandes diâmetros

Manholes for large diameters

CÂMARAS DE VISITA | Manholes

[Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigos 155º a 160º]



Câmaras com diâmetro interior (D i) função da

profundidade (H) | inner diameter (D i) depending

on the dept (H)

H < 2,5 m D i = 1,00 mH > 2,5 m D i = 1,25 m

CÂMARAS DE VISITA / CORPO E COBERTURAS

Manholes: body and opening



CÂMARAS DE VISITA / SOLEIRAS, QUEDAS SUAVES E QUEDAS BRUSCAS

Manholes: bottom, soft drops and guided drops



CÂMARAS DE VISITA / SOLEIRAS, QUEDAS SUAVES E QUEDAS BRUSCAS




CÂMARAS DE VISITA / DISPOSITIVOS DE FECHO E DEGRAUS NORMALIZADOS

Manholes: closing mechanism and normalized steps



CÂMARAS DE CORRENTE DE VARRER

Manhole with a sweping chain




RAMAIS DE LIGAÇÃO / PORMENORES CONSTRUTIVOS


[Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigos146º a 154º]

determinação de caudais de projeto em coletores de águas ... · 2.cálculo da população...

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