doutoramento em engenharia do ambiente · quadro 1 – nÍveis de atendimentquadro 1 – nÍveis de...

Instituto Superior Técnico 2010

11

DOUTORAMENTO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE

UNIDADE CURRICULAR DE

GESTÃO INTEGRADA DE SISTEMAS DE SANEAMENTO

DOUTORAMENTO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE

UNIDADE CURRICULAR DE

GESTÃO INTEGRADA DE SISTEMAS DE SANEAMENTO

José Saldanha Matos

ANO LECTIVO 2009/2010ANO LECTIVO 2009/2010


22

ÍNDICE

1. APRESENTAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR2. CONDIÇÃO DO SANEAMENTO EM PORTUGAL

2.1 Perspectiva histórica geral2.2 Situação em Portugal nos Século XX/XXI2.3 Desafios e Perspectivas

3. RELEVÂNCIA DA MODELAÇÃO E GESTÃO AVANÇADA DE SISTEMAS

4. PRINCÍPIOS GERAIS DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS. COMPONENTES. PROBLEMAS E DISFUNÇÕES


33

PERSPECTIVA HISTÓRICA

ANTES DO SÉC XIX – SISTEMAS PLUVIAISSÉC XIX E INICIO SEC XX – SISTEMAS UNITÁRIOSSÉC XX (2ª METADE) – SISTEMAS SEPARATIVOS

E UNITÁRIOS

REVOLUÇÃO TECNOLÓGICA (Sec. XIX):

• O FERRO FUNDIDO (ÁGUA EM CASA)• O BETÃO (COLECTORES CIRCULARES SEM JUNTAS

TRANSVERSAIS)• OS RAMAIS DE BARRO E GRÉS


44

INÍCIO DO SEC. XX – TRATAMENTO (“LAND TREATMENT” OU “CHAMPS D’EPANDAGE”; DECANTAÇÃO E DESINFECÇÃO COM CLORO; FILTRAÇÃO E DECANTAÇÃO ASSISTIDA COM REAGENTES – CAL)

- Leitos Percoladores (1893)

- Lamas Activadas (1911)

- Biofiltração, Tecnologia de membranas, Desinfecção UV

SÉC XX NA EUROPA – TENDÊNCIA PARA A EXECUÇÃO DE GRANDES SISTEMAS – CENTRALIZAÇÃO.(MEIO URBANO)


55

• Situação em Portugal no Sec. XX/XXISistemas separativos (1900-1970)• Porto (1º quartel do séc. XX), núcleos em Cascais, Estoril - (2º e 3º

quarteis) Barreiro, Viseu, Tomar, Cova da Piedade, Costa da Caparica, Setúbal, Espinho, Beja, Évora, Elvas, …

Últimos 30 anos do Séc. XX

• Grandes investimentos na zona litoral: Lisboa, Costa do Estoril (Cascais, Oeiras, Sintra e Amadora), Loures, Almada, Setúbal, Ria de Aveiro, Grande Porto, Sines, Algarve… com efeito de escala significativo.

Séc. XXI (2000-2007)• Grandes investimentos alargados ao País, sobretudo nos sistemas

em “ALTA”. Consolidação de competências do IRAR.

Séc. XXI (2007- )• Reforço de verbas, sobretudo para os sistemas em “baixa”. Reforço

de competências da ERSAR.


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QUADRO 1 – NÍVEIS DE ATENDIMENTO EM SANEAMENTO EM PORTUGAL.QUADRO 1 – NÍVEIS DE ATENDIMENTO EM SANEAMENTO EM PORTUGAL.

Níveis de Atendimento/Ano

1993 2002(INSAAR)

2008 2013(objectivo)

Abastecimento de Água 82% 87% 93% 95%

Drenagem de Águas Residuais

64% 68% 89%(80%)

90%(70%)

Tratamento de Águas Residuais

32% 58% 89%(80%)

90%(70%)


77

SISTEMAS MULTIMUNICIPAISSITUAÇÃO PORTUGUESA

SISTEMAS MULTIMUNICIPAISSITUAÇÃO PORTUGUESA


88

OBJECTIVOS OPERACIONAIS (PEAASAR 2007-2013)OBJECTIVOS OPERACIONAIS (PEAASAR 2007-2013)

a) Servir cerca de 95% da população total do País com abastecimento de água;

b) Servir cerca de 90% da população total do País. Em que cada sistema integrado o nível de atendimento deve ser ≥70%;

c) Cumprir os objectivos de protecção do ambiente e saúde pública;

d) Garantir recuperação integral de custos;

e) Dinamização do tecido empresarial;

f) Reabilitação da “baixa” e articulação da “alta” e “baixa”. (formação de sistemas multimunicipais para “baixa”- concessões)


99

Tipo de Sistema ETAR(nº)

Estações Elevatórias

(nº)

Interceptores(km)

Multimunicipais 858 992 3842

Municipais integrados 177 135 225

TOTAL 1035 1127 4067

AINDA EM FASE DE CONSTRUÇÃO/EXECUÇÃOAINDA EM FASE DE CONSTRUÇÃO/EXECUÇÃO

Execução de infra-estruturas no âmbito dos sistemas plurimunicipais

(até 2008/9) (PEAASAR II)

FASE DE GESTÃOFASE DE GESTÃO


1010

SÍNTESE DE DESAFIOS (EM PEQUENOS SISTEMAS: ep < 2000)

1. Investimentos e Encargos compatíveis (Euros per capita)2. Simplicidade e flexibilidade de operação.3. Sustentabilidade integrada: minimização de custos e recursos –

economia de materiais, reagentes e energia.4. Aceitação social e preservação do ambiente e da paisagem.


1111

Rio Côa

Rio Côa


1212

Vistas de ETAR (fossa séptica e leitos de macrófitas) de Fataca e Malavado, Odemira.


1313

Vistas das ETAR de leitos de macrófitas de “Shop Wells” e “Belmont Home”, Reino Unido.


1414

ETAR Sado, Évora


1515

ETAR Sado, Évora


1616

DESAFIOS E DIFICULDADESAGLOMERADOS DE MÉDIA E GRANDE DIMENSÃO

DESAFIOS DIFICULDADES GERAIS1- CONTROLO DE INUNDAÇÕES (“MUDANÇAS

CLIMÁTICAS)2- CONTROLO DE POLUIÇÃO DE LARGA ESCALA

“EVENTOS ACIDENTAIS”, EM TEMPO SECO (EE; ETAR)

3- CONTROLO DE POLUIÇÃO EM TEMPO HÚMIDO (“EXCEDENTES” DE SISTEMAS UNITÁRIOS)

4- CONTROLO DE DIFICULDADES À OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO (ASSOREAMENTO, EROSÃO, CORROSÃO DE MATERIAL, ASSENTAMENTOS, INFILTRAÇÃO, OUTRAS AFLUÊNCIAS INDEVIDAS, EXFILTRAÇÃO, ODORES)

5- GESTÃO INTEGRADA (COLECTOR-ETAR-MEIO RECEPTOR) COM VISTA ÀSUSTENTABILIDADE

6- EXIGÊNCIA DE ECONOMIA E DIMENSÃO ÉTICA DE PROCEDIMENTOS (TRANSPARÊNCIA E PARTICIPAÇÃO PÚBLICA)

1- COEXISTÊNCIA DE VÁRIOS TIPOS DE INFRA-ESTRUTURAS (DIFERENTES IDADES, DIFERENTES SECÇÕES, DIFERENTES MATERIAIS) NA MESMA ZONA

2- COEXISTÊNCIA DE VÁRIOS TIPOS DE REDE (RAMIFICADA, MALHADA, “PSEUDO-SEPARATIVA”, SEPARATIVA E UNITÁRIA) NA MESMA ZONA

3- EFEITOS DE MARÉ OU DE NÍVEL DOS RIOS4- FALTA DE INFORMAÇÃO ESTRUTURADA

(CADASTRO, RESGISTO DE EVENTOS, …)

CHAVE: CONHECIMENTOCHAVE: CONHECIMENTO


1717

TENDÊNCIAS OU PERSPECTIVAS PARA O AMANHÃ(SISTEMAS DO SÉCULO XXI)

PARA MÉDIOS E GRANDES SISTEMAS

1- CONHECIMENTO FÍSICO DA REDE (detalhe, …)

2- MONITORIZAÇÃO EM CONTÍNUO

(TELEMETRIA) (sensores de altura de escoamento e de caudal). MEDIÇÃO (de facturação, de controlo, de investigação, …)

3-MODELAÇÃO COM SIMULAÇÃO (SWWM/MOUSE/HIDROWORKS/EFOR/GPS-X/BIOWIN)

4- GESTÃO AVANÇADA DE SISTEMAS (SIG, MONITORIZAÇÃO, TELEMETRIA,RADAR, MODELAÇÃO, ACTUADORES AUTOMÁTICOS)

5-REABILITAÇÃO(REPARAÇÃO, RENOVAÇÃO SUBSTITUIÇÃO) E MANUTENÇÃO/OPERAÇÃO PROGRAMADA.

PALAVRAS-CHAVE

A – “CONTROLO NA ORIGEM” (ÁGUAS PLUVIAIS)

B – SEPARAÇÃO TENDENCIAL

C – “CONTROLO EM TEMPO REAL”

D – “SUSTENTABILIDADE” OU “ECO-SUSTENTABILIDADE”. PREOCUPAÇÕES ACRESCIDAS COM ENERGIA, RECUPERAÇÃO DE NUTRIENTES E RECURSOS

E – AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO E CUSTOS CONTROLADOS


1818

RELEVÂNCIA DA MODELAÇÃO E GESTÃO INTEGRADA

GESTÃO INTEGRADA – INTERACÇÕES

“infiltração/exfiltração” “interacção c/aquífero”AQUÍFERO

MEIO RECEPTORCOLECTORES ETAR ÁGUA DE SUPERFÍCIE

““entrada de entrada de ááguagua””““overflowsoverflows””

transporte e reserva transporte e reserva transporte e reservatratamento tratamento tratamento

(alteração da qualidade) (alteração da qualidade) (alteração da qualidade)


1919

Quadro 1- Aplicabilidade de métodos de cálculo e simulação de caudais (adaptado de EN 752-4, 2001)

Domínio AplicaçãoMétodos

Métodossimples/empíricos

Modelo deonda

cinemática

Modelosdinâmicos

Dimensionamento de pequenos sistemas

Dimensionamento de grandes sistemas

Verificação do desempenho em termos de inundações

Verificação do comportamento hidráulico e ambiental de sistemas existentes

Concepção e dimensionamento de emissários e descarregadores de tempestade

Impactes sobre o meio receptor (qualidade)

Impactes sobre o meio receptor (quantidade)

Controlo em tempo real

S

_

_

_

_

_

_

_

S

S

_

S*

S*

S

S

S

NR

NR

S*

S*

S*

S*

NR

NR

S- Aspectos hidrológicos tratam-se de forma simplificada; S* - Aspectos hidrológicos tratam-se de forma simplificada ou detalhada; NR- Em regra, não recomendável.


2020

• PARA O CUMPRIMENTO DE DIRECTIVAS, JUSTIFICA-SE O ESTUDO COM ORECURSO A MODELOS COMPLEXOS (ONDA CINEMÁTICA OU ONDA DINÂMICA) (EN 752-4):

1. Para a análise do desempenho de sistemas existentes2. Para a avaliação de impactos no meio receptor3. Para fundamentar estratégias de beneficiação e reabilitação

(MOUSE, SWWM, INFOWORKS, …)

• RECURSO A MODELAÇÃO INTEGRADA

Justifica-se se,

• a poluição do meio receptor tiver diversas origens;• as componentes do sistema interagirem entre si.


21

ÍNDICE

1. COMPONENTES DOS SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS2. TIPOS DE SISTEMAS3. PRINCIPIOS DE TRAÇADO E CONCEPÇÃO

3.1 Águas residuais domésticas3.2 Águas residuais pluviais

4. VISÃO INTEGRADA (COLECTOR/ETAR/MEIO RECEPTOR)5. EXEMPLOS DE CASOS6. SISTEMAS DE DRENAGEM – PROBLEMAS E DISFUNÇÕES

PRINCIPIOS GERAIS DE CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS. COMPONENTES.

PROBLEMAS E DISFUNÇÕES


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1- SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS- COMPONENTES PRINCIPAIS -

- Redes interiores dos edifícios

a1) Águas pluviais

a2) Águas residuais domésticas, industriais e comerciais

- Ramais de ligação à rede geral de drenagem

- Rede geral de drenagem incluindo: colectores, câmaras de visita, sarjetas de passeio e/ou sumidouros (em redes unitárias ou separativas de águas pluviais).

- Estações elevatórias e condutas de impulsão. Câmaras de parafusos de Arquimedes.

- Emissários e interceptores.


23

- Instalações de Pré-tratamento – Câmaras de retenção de areia e/ou

óleos, gorduras e hidrocarbonetos.

- Exutores de lançamento e destino final – emissários submarinos.

- Descarregadores (de tempestade, de segurança, de transferência ou

alívio).

- Sifões invertidos. Pontes – canal em viadutos.

- Obras especiais – atravessamentos.

- Túneis.

- Lagoas ou reservatórios de amortecimento e regularização.

- Sistemas de tratamento


24

2- TIPOS DE SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS

. UNITÁRIOS – Recolhem e drenam a totalidade das águas a afastar das zonas povoadas num único colector.

. SEPARATIVOS DE ÁGUAS RESIDUAIS DOMÉSTICAS INDUSTRIAIS E COMERCIAIS – Só recolhem e drenam as respectivas águas residuais, sem incluir as águas pluviais.

. SEPARATIVOS DE ÁGUAS (RESIDUAIS) PLUVIAIS – Recolhem e drenam apenas as águas pluviais (não drenam as águas residuais domésticas, industriais e comerciais).

. PSEUDO-SEPARATIVAS DE ÁGUAS RESIDUAIS DOMÉSTICAS INDUSTRIAIS E COMERCIAIS – Só recolhem e drenam as respectivas águas residuais incluindo, no entanto, alguma parte das águas pluviais (de pátios, p. e.)

. MISTOS


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3.1 - PRINCÍPIOS DE TRAÇADO E CONCEPÇÃO

Colectores e câmaras de visita em arruamentos no núcleo urbanoEmissários e interceptores em regra, ao longo de linhas de vale

(zonas baixas)

PRÍNCIPIOS DO TRAÇADO DE EMISSÁRIOS (condicionado pelo destino final das águas residuais)

a) Distância aos Núcleos Urbanos

a1) traçado ao longo de vales (rios)a2) traçado ao longo da costa, com Estações Elevatórias

(vizinhança do oceano ou estuários)b) Afastamento da rejeição em zonas balnearesc) Rejeição em locais com boas condições de diluição e dispersão

ÁÁGUAS RESIDUAIS DOMGUAS RESIDUAIS DOMÉÉSTICASSTICAS


26

TRAÇADO DE SISTEMAS


27

ASPECTOS A OBSERVAR NO TRAÇADO EM PLANTA DOS COLECTORES

1- Cartografia adequada: levantamento topográfico à escala 1/1000 ou 1/2000 da zona já urbanizada e da zona da futura expansão, onde figura toda a informação adequada (linhas de água, etc.).

2- O traçado é feito em função da topografia da zona (o escoamento é por gravidade), natureza do terreno, interferência com outros serviços existentes (água, luz, telefones, …) – Consulta de cadastro.

3- Depois do primeiro traçado em gabinete, deslocação ao local para recolher informações mais detalhadas, entre elas:


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a) Melhor localização dos ramais de ligação (fachada versus retaguarda)

b) Natureza do terreno (areia, terra ou rocha dura ou branda).

c) Tipo de acabamento dos pavimentos.

d) Modo de atravessamento de linhas de água (pontes, viadutos, …etc.)

e) Traçado do emissário, ou emissários.

f) Níveis freáticos (problemas na execução da obra e cálculo dos caudais de infiltração).

g) Se estiverem previstas estações elevatórias analisar se existe energia eléctrica e estudar a localização do colector de recurso.

h) Mesmo que o projecto não inclua o estudo da estação de tratamento, analisar a sua possível localização.


29

1- TIPOS DE PREOCUPAÇÕES

2- NATUREZA DAS ÁGUAS PLUVIAIS

a) Carácter poluente das águas pluviais (mesmo em sistemas separativos puros)

b) Comportamento unitário dos sistemas pluviais (mesmo quando concebidos como sistemas separativos)

c) Carácter aleatórios do valor dos caudais

a) Poluição de águas pluviais em zonas urbanas• Metais pesados (Fe, Pb, .. Zn, …)• Hidrocarbonetos• Sólidos em suspensão• CBO5 (matéria orgânica)

3.2 - PRINCÍPIOS DE TRAÇADO E CONCEPÇÃOÁÁGUAS RESIDUAIS PLUVIAISGUAS RESIDUAIS PLUVIAIS


30

Sistemas unitários: Efeitos do “flush flow” na ressuspensão e descarga posterior de sólidos em suspenssão e matéria orgânica.

b) Aspectos quantitativos

• Magnitude de distribuição de caudais (o regime de escoamento nos colectores é variável)

• Magnitude dos caudais de ponta (muito superiores, por bacia drenada, aos caudais domésticos) (o projecto das infra-estruturas é mais complexo e o custo das obras superior)

• Relação entre a evolução de ocupação do solo e a grandeza dos caudais escoados.

Aumento das áreas impermeáveis

Artificialização das linhas de água (regularização,

canalização, …)

agravamento de caudais


31

3- PRINCIPIOS DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMASa) 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 (“gestão em tempo real”)

b) Objectivo: Controlo da qualidade da água do 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


32

4- 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 (lagetas 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.


33

4 – SISTEMAS DE DRENAGEM – PROBLEMAS E DISFUNÇÕES

• ASSOREAMENTO (ENTUPIMENTOS E OBSTRUÇÕES);

• INCRUSTAÇÕES;

• ACUMULAÇÃO DE GORDURA E FILME BIOLÓGICO NAS PAREDES;

• INTRUSÃO DE RAÍZES;

• INFILTRAÇÕES;

• AFLUÊNCIAS INDEVIDAS DE ÁGUAS PLUVAIS;

• EXFILTRAÇÕES;

• OCORRÊNCIA DE SEPTICIDADE;

• COLAPSO TOTAL OU PARCIAL;

• ENTRADA DE ÁGUA DO MEIO RECEPTOR.


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• INUNDAÇÕES DE “ESPAÇOS INTERIORES” (CAVES);

• INUNDAÇÕES DE ESPAÇOS EXTERIORES;

• LIBERTAÇÃO DE ODORES;

• CRIAÇÃO DE ATMOSFERAS TÓXICAS E/OU EXPLOSIVAS;

• CORROSÃO;

• EROSÃO/DETERIORAÇÃO;

• INTERRUPÇÃO DE TRÁFEGO;

• MANUSEAMENTO DE SEDIMENTOS CONTAMINADOS E TRANSPORTE A DESTINO FINAL;

• IMPACTO NO FUNCIONAMENTO DAS ETAR (EX: ENTRADA DE ÁGUA DO MAR OU DURANTE PRECIPITAÇÕES).

EVENTUAIS IMPACTOS DAS DISFUNÇÕES


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a) COLAPSO b) FRACTURA


36

d) DESLOCAÇÃO DE JUNTAc) CONEXÃO


37

f) RAÍZES (através de junta)e) RAÍZES


38g) SEDIMENTOS h) OBSTÁCULOS - TIJOLO


39

i) INFILTRAÇÃO (Aquíferos)


40

Processo de avaliação de desempenho(Adaptado de EN 752, 2009)


41

Processo de gestão integrada do sistema(Adaptado de EN 752, 2009)


42

4- VISÃO TRADICIONAL VISÃO HOLÍSTICA DO AMANHÃ

. REDES DE COLECTORES– TRANSPORTE . TRANSPORTE + REACTOR

. ETAR – REACTOR . TRANSPORTE/RESERVA + REACTOR

. MEIO RECEPTOR – DESTINO FINAL . TRANSPORTE + REACTOR

. ELEVADO CAUDAL RESIDUAL E O EFLUENTE ÉUM RESÍDUO

. REDUZIDO CAUDAL RESIDUAL E O EFLUENTE ÉUM RECURSO (NUTRIENTES E ENERGIA)

. CONTROLO DE FIM DE LINHA . CONTROLO NA ORIGEM/SEPARAÇÃO TENDENCIAL/REUTILIZAÇÃO

ECO-SUSTENTABILIDADE

. SISTEMA UNITÁRIO/PSEUDO SEPARATIVO

CENTRALIZAÇÃO

. SISTEMA SEPARATIVO

DESCENTRALIZAÇÃO (PEQUENOS SISTEMAS EM MEIO RURAL)

. GESTÃO PARCELAR . GESTÃO INTEGRADA

CONJUNTO: AR - SÓLIDO – LÍQUIDO - FAUNA

GASES – LAMAS – EFLUENTE


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5- EXEMPLOS DE CASOS


44


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48


49

Bacia de dissipação/infiltração, na Costa, Almada.

Bacia de amortecimento/infiltração da Regateira, Almada.


50

Meia Serra – Tratamento Terciário.


51

Leito de macrófitas para águas pluviais Vala revestida com coberto vegetal


52

Pavimento poroso

Lagoa com toalha de água permanente


53

Lagoa com toalha de água permanente

Lagoa a seco


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Soluções de controlo de poluição em Portugal (auto-estradas)


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SÍNTESE DE IDEIAS CHAVE

- IMPORTÂNCIA DO CONHECIMENTO E MONITORIZAÇÃO PARA A GESTÃO (CADASTRO, INSPECÇÃO, MEDIÇÃO, MODELAÇÃO E CONTROLO AUTOMÁTICO).

- REPARAÇÃO/RENOVAÇÃO (EM VEZ DE SUBSTITUIÇÃO).

- GESTÃO INTEGRADA (E NÃO GESTÃO PARCELAR).

- GESTÃO AVANÇADA (RADAR, MONITORIZAÇÃO, MODELAÇÃO, CONTROLO EM TEMPO REAL).

- SUSTENTABILIDADE DAS SOLUÇÕES (ECONÓMICA, AMBIENTAL E SOCIAL). O DESAFIO DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS – ENERGIA E MERCADO DE TRABALHO.

- PARTICIPAÇÃO DOS AGENTES E TRANSPARÊNCIA NAS DECISÕES.


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CONCEPÇÃO DE SISTEMAS E ESTIMATIVA DE CAUDAIS EM MEIO URBANO. QUALIDADE DE ÁGUAS RESIDUAIS E PLUVIAIS. ÓRGÃOS E EXEMPLOS DE CÁLCULO.

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 (escoamento directo ou precipitação útil)

c) Outra fracção cai em área impermeávelpavimentos (arruamentos)

passeiosCoberturas

Tubos de queda Valeta

Ramais disp. Interceptor

colector público

ORIGEM E DESTINO DAS ÁGUAS PLUVIAIS


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CONSTITUIÇÃO DE SISTEMAS PLUVIAIS - SÍNTESE

Colectores, câmaras de visita, …


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Rede de Colectores

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, …)


59

ÓRGÃOS COMUNS (PÚBLICOS)

1- Colectores (circulares, em betão ou pvc) Públicos≥ ø 200 mm até …

≥ ø 300 mm (ex: C.M. Lisboa)

2- Dispositivos Interceptores ou de entrada (sarjetas de passeio ou sumidouros de grades)


60

3- CÂMARAS DE VISITA

(para observação, inspecção, exploração e manutenção)


61

b) CÂMARAS DRENANTES E SOLUÇÕES DE CONTROLO NA ORIGEM

c) DESARENADORES

convencionais (rectangulares) (D50 ≥ 0,2 mm), (V = 0,30 m/s)

não convencionais (circulares, …)d) INSTALAÇÕES ELEVATÓRIAS

Devem ser evitadas sempre que possível, encargos na construção e de exploração – magnitude e aleatoriedade dos caudais

4- RAMAIS DOMICILIÁRIOSÓRGÃOS ESPECIAIS

a) BACIAS DE AMORTECIMENTO


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CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS PLUVIAIS

TRAÇADO EM PLANTA E PERFIS DE CÂMARAS DE VISITA (VER “SANEAMENTO AMBIENTAL”)

ASPECTOS PARTICULATES DE REDES PLUVIAIS VERSUS REDES DOMÉSTICAS. Dimensão dos colectores. Formato das câmaras de visita. Elevado custo das infra-estruturas, devido à dimensão

Objectivo: Minimização do caudal de ponta(maximização da retenção, infiltração, intercepção, …)


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1- Zonas planas (com pouca disponibilidade de energia gravítica) para garantir o escoamento

2- Zonas junto de linhas de água ou próximo do mar (redes de colectores sujeitos aos efeitos das cheias e marés)

Como princípio, a concepção deve dar-se na fase inicial do Planeamento Urbanístico, nomeadamente, em áreas críticas do ponto

de vista de drenagem:

3- Área a infraestruturar localizada a jusante de grande bacia hidrográfica (estudo dos riscos de inundações, estudo do comportamento de terras)

4- Locais de elevado índice de construção


64

DIMENSIONAMENTO DE COLECTORES

- ETAPAS -

1- Definição dos elementos base

2- Determinação dos caudais de ponta pluviais

3- dimensionamento hidráulico dos colectores (ø, i)

ELEMENTOS BASE

a) definição dos limites da bacia de drenagem e das sub-bacias elementares correspondentes a cada trecho ou conjunto limitado de trechos. Cada sub--bacia deve ser aproximadamente homogénea em termos de tipo de solo e ocupação.

b) Definição do período de retorno da precipitação de projecto (intervalo de tempo médio associado a ocorrência de uma precipitação ≥ à prec. de projecto) (em regra T = 2 a 10 anos) – Análise custo-benefício.

c) Determinação (ou prévio conhecimento) da curva I, D, F


65

i = a tb a, b – constantes

t – duração da precipitação

i – intensidade média da precipitação da duração t.

d) Caracterização de casa sub-bacia elementar (área, valor de “C”, declive, tipo de solo, % de precipitação.


66


67

MÉTODO RACIONAL (C I A)

TIPO DE OCUPAÇÃO C (-)

Comercialcentro urbano 0,70 – 0,90arredores 0,50 – 0,70

Residencialhabitações unif. 0,30 – 0,50prédios isolados 0,40 – 0,50prédios germinados 0,50 – 0,70sub-urbano 0,25 – 0,40

Industrialpouco denso 0,50 – 0,80muito denso 0,60 – 0,90parques e cemitérios 0,10 – 0,25campos de golfe 0,20 – 0,40


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TIPO DE SUPERFÍCIE C (-)

Pavimentoasfáltico 0,70 – 0,95betão 0,80 – 0,95

Passeios 0,85Coberturas 0,75 – 0,95Relvado em solo per.

plano (< 2%) 0,05 – 0,10médio 0,10 – 0,15inclinado (> 7%) 0,15 – 0,20

Relvado em solo imp.plano 0,13 – 0,17

médio 0,18 – 0,22incl. 0,25 – 0,35


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e) Definição dos tempos de concentração das bacias de cabeceira (tempos iniciais), para aplicação do método racional.

Zonas urbanas – 5 a 15 minutos (função de % Áreas Impermeáveis; tamanho, inclinação)

f) Caracterização dos condicionalismos diversos com interesse para o projecto.

(rios) … 0,5 a 1 m/s

(valetas) … 1 a 2 m/s

(colectores) … 1 a 5 m/s

Cotas e níveis de água do meio receptor

Cotas das zonas baixas a drenar

Atravessamentos e cruzamentos com outras infraestruturas

…

Mto inclinadas ---- 5 mim

A.I > 50% Inclinadas ---- 7,5 mim

Médias e planas ---- 10 min

Tempos iniciaisMto inclinadas ---- 5 mim

A.I ≤ 50% Inclinadas ---- 10 mimMédias e planas ---- 15 min


70

CÁLCULO DE CAUDAIS PLUVIAIS

MÉTODOS . empíricos. semi-empíricos. conceptuais

HIPÓTESES DE BASE

MÉTODO RACIONAL

MULVANEY (1851) Lloyd – DavisKUCHLING (1889)

Qp = C I A(l/s) (l/s.ha) (ha)

1. Linearidade entre a precipitação e o caudal de ponta2. O único parâmetro representativo da relação precipitação-

-escoamento (Qp/(IA)) é o coeficiente C


71

O coeficiente C engloba vários factores

a) Relação entre o volume de água escoada e a precipitaçãob) Efeitos de retenção no soloc) Efeitos de regolfo e atraso no terreno, linhas de água e colectores

Aplicação – A < 200 a 1200 ha– não vocacionado para zonas rurais ou semi-rurais

MÉTODO RACIONAL GENERALIZADO

COSTA 1956

AICtct

VVQ γ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

12


72

- Exprime o efeito de retenção e armazenamento(é mínimo em bacias naturais e máxima em bacias completamente impermeabilizadas)

Área totalmente impermeável

Área 100% rural

5,01 =VV

32,023711 =≅

VV

VV12

tct

V1 – parte ascendente do hidrograma (m3)V – totalidade do hidrograma (m3)

- Exprime o desfasamento entre o fim da chuvada e o instante em que se verifica o caudal de ponta.Este quociente é mínimo em bacias naturais (0,7)

estes factores dependem,

. das características físicas da bacia

. da ocupação do solo. estado da humidade do solo …, precipitação antecedente, duração e distribuição

da precipitação, época do ano, ets.


73

ESTUDOS DE HORNER E FLYNT (3 bacias da cidade de St Louis, Estados Unidos da América)

Estudaram precipitações e caudais como fenómenos independentesP1 – Q1

P2 – Q2

P3 – Q3

P4 – Q4

P5 – Q5

Foi verificada certa relação constante (por bacia), não entre a precipitação e o caudal correspondente, mas entre a máxima precipitação e o máximo caudal verificado num certo período

Método racional – significado estatístico (e não determinístico)

A intensidade da precipitação deve ser avaliada para condições críticas

i (t = tc)


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γ - coeficiente de regolfo (depende da inclinação do terreno, em regra considera-se γ = 1)

Ábaco do Método Racional Generalizado


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CRITÉRIOS DE PROJECTO (COLECTORES)

a) (H/Dmax) = 1

b) Vmax = 5 m/s

c) δmin = 3 a 4 N/m2 (secção cheia); Vmin ≈ 0,9 m/s (sessão cheia)

d) Prof. ≥ 1 m

PROCEDIMENTOS DE CÁLCULO

1- Análise da área de projecto (reconhecimento local: tipo de solo, ocupação, desnível topográfico, traçado da rede em planta).

2- Escolha do período de retorno (T).3- Selecção da curva I.D.F.4- Cálculo da “A” para cada secção de cálculo.5- Determinação do coeficiente “C” para cada bacia elementar e cada

sub-conjunto de bacias.

∑∑=

iAiAic

C1


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6- tc = ti + tp tp = L/V Vinicial - arbitrado7- determinação da intensidade de precipitação de projecto I (tc; T)8- Cálculo do caudal de ponta

Qp = C I A9- Escolha do diâmetro e declive de cada trecho10- Para cada trecho, determinação da velocidade (V) e correcção do

valor do tempo de percurso (etapa 6 …)

O dimensionamento desenvolve-se de montante para jusante

As áreas “A” crescem sucessivamente para jusante.As intensidades “I” decrescem sucessivamente para jusante.Os valores de caudal “Qp” crescem, em regra, sucessivamente para jusante.

doutoramento em engenharia do ambiente · quadro 1 – nÍveis de atendimentquadro 1 – nÍveis de...

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