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Saneamento I - 131 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS Constituição dos Sistemas

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Saneamento I - 131

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Constituição dos Sistemas

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Saneamento I - 132

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Evolução Histórica dos Sistemas

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Saneamento I - 133

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Evolução Histórica dos Sistemas

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Saneamento I - 134

Unitários

Constituídos por uma única rede de colectores onde são admitidas conjuntamente as águas residuais domésticas, comerciais e industriais, e águas pluviais; recolhem e drenam a totalidade das águas a afastar dos aglomerados populacionais.

Separativos

Constituídos por duas redes de colectores distintas, uma destinada à drenagem das águas residuais domésticas, comerciais e industriais, e uma outra à drenagem das águas pluviais ou similares.

MistosConstituídos pela conjugação dos dois tipos anteriores, em que parte da rede de colectores funciona como sistema unitário e a restante como sistema separativo.

Separativos parciais ou pseudo-separativos

Em que se admite, em condições excepcionais, a ligação de águas pluviais de pátios interiores ao colector de águas residuais domésticas.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Classificação dos Sistemas

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Saneamento I - 135

VantagensÉ menos oneroso e de mais fácil construção.

DesvantagensOs caudais em excesso quando chove e é ultrapassada a capacidade da ETAR são uma mistura de águas residuais comunitárias e pluviais, pelo que a sua rejeição no meio aquático pode acarretar problemas de poluição e contaminação.

É difícil manter condições hidráulicas de escoamento em tempo seco, (sedimentação de sólidos em suspensão, riscos de formação de gás sulfídrico, odores desagradáveis e corrosão do material dos colectores).

Quando ocorrem as primeiras chuvadas, após uma prolongada estiagem, afluem à ETAR elevadas cargas poluentes.

As sarjetas, os sumidouros e outros órgãos de entrada na rede têm, em geral, de ser sifonados.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Escolha do Tipo de Sistema – Unitário Versus Separativo

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Saneamento I - 136

Desvantagens

O emissário, em sistemas unitários, mesmo de pequena dimensão, pode atingir um diâmetro significativo; nos sistemas separativos de águas pluviais o grande desenvolvimento do emissário pode ser evitado, desde que o caudal pluvial possa ser rejeitado numa linha de água próxima.

Nos sistemas unitários, os colectores têm de ser construídos com materiais resistentes à corrosão, verificando-se nos sistemas separativos de águas pluviais a situação oposta, dado que só transportam água de escoamento superficial, praticamente sem efeitos corrosivos.

Quando existir estação de tratamento a jusante do sistema, a sua capacidade terá de ser superior no caso de um sistema unitário, o que corresponde a um investimento inicial e custos de exploração superiores, mesmo que se recorra a descarregadores de tempestade.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Escolha do Tipo de Sistema – Unitário Versus Separativo

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Saneamento I - 137

A concepção e dimensionamento de um sistema de drenagem requer o desenvolvimento de um conjunto de actividades:

recolha de elementos de base para dimensionamento;

inquérito sobre os condicionalismos locais do projecto e sobre a área urbanizada abrangida;

escolha do tipo de sistema de drenagem mais adequado e do modo como se iráprocessar o tratamento das águas residuais ou o seu destino final, assim como dos componentes do sistema;

análise de soluções alternativas técnico-economicamente viáveis, a fim de encontrar uma situação de compromisso que permita resolver os principais problemas existentes;

dimensionamento de todos os colectores, em diâmetro e inclinação, e, de um modo geral, de todos os outros componentes do sistema correspondentes ao traçado escolhido, para os caudais de projecto.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Concepção e Dimensionamento de Sistemas

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Saneamento I - 138

Caudal médio de dimensionamento:

Qcomunitário = Q pop + Q ind. + Q inf.

sendo:Qcomunitário - caudal total a drenar pelo colector

Q pop - caudal atribuível à população

Q ind. - caudal atribuível à indústria

Q inf. - caudal de infiltração de águas subterrânease de afluências pluviais

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Caudal de Dimensionamento

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Saneamento I - 139

Caudal de dimensionamento:

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

sendo:

Fh - factor de ponta instantâneo (variável com a população);

Kr - coeficiente de redução que varia (normalmente) de 0,70 a 1,0, que resulta de que nem toda a água consumida édrenada (perdas, regas, lavagens, etc.);

população - do ano 0 para verificação de auto-limpeza;

capitação - do ano horizonte para verificação da capacidade.

PopFh

605,1 +=

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Caudal de Dimensionamento

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Saneamento I - 140

1 - É obrigatória a implantação de câmaras de visita:

a) Na confluência dos colectores; b) Nos pontos de mudança de direcção, de inclinação e de diâmetro dos colectores; c) Nos alinhamentos rectos, com afastamento máximo de 60 m e 100 m, conforme se

trate, respectivamente, de colectores não visitáveis ou visitáveis.

2 - Os afastamentos máximos referidos na alínea c) do número anterior podem ser aumentados em função dos meios de limpeza, no primeiro caso, e em situações excepcionais, no segundo.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Localização das Caixas de Visita

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 155º / Câmaras de visita

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Saneamento I - 141

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Caixas de Visita

Caixas de visita normalizadas

Caixas de visita para grandes Diâmetros

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Saneamento I - 142

1 - A profundidade de assentamento dos colectores não deve ser inferior a 1 m, medida entre o seu extradorso e o pavimento da via pública.

2 - O valor referido no número anterior pode ser aumentado em função de exigências do trânsito, da inserção dos ramais de ligação ou da instalação de outras infra-estruturas.

3 - Em condições excepcionais, pode aceitar-se uma profundidade inferior à mínima desde que os colectores sejam convenientemente protegidos para resistir a sobrecargas.

3 - A implantação das condutas [de distribuição de água] deve ser feita num plano superior ao dos colectores de águas residuais e a uma distância não inferior a 1 m, de forma a garantir protecção eficaz contra possível contaminação, devendo ser adoptadas protecções especiais em caso de impossibilidade daquela disposição.

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 137º

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 24º

2 - Nas alterações de diâmetro [dos colectores] deve haver sempre a concordância da geratriz superior interior dos colectores, de modo a garantir a continuidade da veia líquida.

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 159º

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Localização e Traçado de Colectores

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Saneamento I - 143

em planta, o traçado dos colectores das duas redes deve apresentar sempre a mesma posição relativa, ou seja, o colector de águas residuais comunitárias sempre àdireita ou à esquerda do pluvial (refere-se que o Decreto Regulamentar nº 23/95, estipula, no ponto 5 do seu artigo 135.º, que “… para minimizar os riscos de ligações indevidas de redes ou ramais, deve adoptar-se a regra de implantar o colector doméstico à direita do colector pluvial, no sentido do escoamento …”);

em perfil longitudinal, a soleira do colector pluvial deve ser localizada a uma cota superior à do extradorso do colector de águas residuais comunitárias;

em perfil transversal, devem ser fixadas distâncias mínimas, na horizontal e na vertical, entre os extradorsos dos colectores pluvial e de águas residuais comunitárias;

nas confluências, nos cruzamentos e nas mudanças de direcção, as caixas de visita devem ser implantadas com a disposição que se apresenta na Figura.

Traçado de colectores / planta e perfil longitudinal

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Localização e Traçado de Colectores

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Saneamento I - 144

1. Deverão ser observadas as características dos caudais a escoar, a sua variação, os seus valores extremos e as características dos sólidos transportados;

2. Caudais característicos de dimensionamento:

a) de ponta no início de exploração da rede, para a verificação das condições de auto-limpeza;

b) de ponta no ano horizonte de projecto, para avaliar da capacidade máxima do escoamento.

3. Auto-limpeza: 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.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Critérios de Dimensionamento Hidráulico-Sanitário

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Saneamento I - 145

4. Diâmetro mínimo (Art. 134)D mín = 200 mm

5. Altura máxima do escoamento:a) colectores domésticos

D ≤ 500 mm y máx / D = 0,50D > 500 mm y máx / D = 0,75

b) colectores unitários e separativos pluviaisy máx / D = 1

6. Velocidade máxima de escoamento:V máx = 3 ms-1 para colectores domésticosV máx = 5 ms-1 para colectores unitários ou separativos

pluviais

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Critérios de Dimensionamento Hidráulico-Sanitário

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Saneamento I - 146

7. Inclinações mínimas e máximas por razões construtivas:

J mín = 0,3 % Regulamento Nacional (admitem-se inclinaçõesinferiores desde que seja garantido o nivelamento e o

poder de transporte);

J mín = 1/ D (mm) Norma Europeia;

J máx = 15% Regulamento Nacional (salvo dispositivosespeciais de ancoragem do colector)

8. Critério de auto-limpeza: Velocidade do escoamento para o caudal de ponta no início de exploração:

V ALimpeza = 0,6 ms-1 para colectores domésticosV ALimpeza = 0,9 ms-1 para colectores unitários ou

separativos pluviais

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.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Critérios de Dimensionamento Hidráulico-Sanitário

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Saneamento I - 147

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Perfil Longitudinal dos Colectores

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Saneamento I - 148

Se i ideal < i mínimo ⇒ i mínimo(*)

Se i mínimo < i ideal < i máximo ⇒ i ideal

(*) I ideal - inclinação que se obtém unindo a cota de soleira da caixa de visita de montante, com a cota da caixa de visita de jusante a que corresponde a profundidade mínima.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Selecção da Inclinação dos Colectores

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Saneamento I - 149

Se i ideal > i máximo ⇒ i máximo

e recorrer a uma câmara de visita com queda.

Se colector a montante estiver a uma profundidade superior à mínima, adoptar um declive que traga o colector, a jusante, para a profundidade mínima regulamentar ou a exequível, face ao i mínimo aceitável.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Selecção da Inclinação dos Colectores

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Saneamento I - 150

Trechos com que arrancam com a profundidade mínima

i terreno < i mímima ⇒ i mínimo

Regra geral:

i ideal < i mínimo ⇒ i mínimo

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Selecção da Inclinação dos Colectores / Exemplos

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Saneamento I - 151

Trechos com que arrancam com a profundidade mínima e

i mímima < i terreno < i máxima

Adoptar ⇒ i terreno

Regra geral:i mínimo < i ideal < i máximo Adoptar ⇒ i ideal

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Selecção da Inclinação dos Colectores / Exemplos

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Saneamento I - 152

Adoptar ⇒ i mínimo

Adoptar ⇒ i máximo

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Selecção da Inclinação dos Colectores / Exemplos

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Saneamento I - 153

inserção de um colector noutro deve ser efectuado no sentido do escoamento;alinhar geratrizes interiores superiores (evitar regolfose entupimentos e garantir a continuidade da veia líquida);quedas simples (se desnível ≤ 0,50 m) ou guiadas (se > 0,50 m);se a profundidade da câmara de visita exceder os 5 m, construir um patamar de segurança a meio, com passagens não coincidentes.

1 - Nas redes separativas domésticas, a secção de um colector nunca pode ser reduzida para jusante.

2 - Nas redes unitárias e separativas pluviais, pode aceitar-se a redução de secção para jusante, desde que se mantenha a capacidade de transporte.

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 135º

Decreto Regulamentar nº 23/95 – Artigo 159º

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Diâmetro e Outras Regras do Perfil Longitudinal

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Saneamento I - 154

1º cada troço entre duas caixas de visita deve ser dimensionado iniciando-se os cálculos por uma das caixas de visita de cabeceira, caminhando de montante para jusante e não se passando a qualquer troço de jusante sem ter concluído o dimensionamento de todos os troços a montante;

2º a determinação do diâmetro e da inclinação dos colectores deve ser feita em estreita ligação com o perfil longitudinal do terreno, em função das regras práticas enunciadas;

Critério não Imperativo

3º a altura e a velocidade de escoamento devem ser inferiores ou iguais às máximas admissíveis, para o caudal de ponta no ano horizonte de projecto (Q fi);

4º a velocidade ou o poder de transporte devem ser superiores ou iguais aos mínimos exigidos (auto-limpeza), para o caudal de ponta no início de exploração da rede (Q in);

5º as inclinações dos colectores devem estar compreendidas entre limites mínimos e máximos por razões construtivas.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Procedimento e Metodologia de Dimensionamento

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Saneamento I - 155

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 propriedades hidráulicas das secções circulares:

curva de QQ dim / Q f y / D ⇒ y

curva de Vy / D V / V f ⇒ V

d) utilizar o ábaco das propriedades hidráulicas das secções circulares:

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Dimensionamento Hidráulico de cada Trecho de Colector

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Saneamento I - 156

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Características Hidráulicas do Escoamento

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Saneamento I - 157

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 ns

nn DJK

Qsen θθθ −+ ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Características Hidráulicas do Escoamento

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Saneamento I - 158

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Características Hidráulicas do Escoamento

...

2-3

1-2

[m/s][L/s][N/m2][m/s][-][m/m][mm][L/s][L/s][-][L/s]AcumuladaAfluente[-]

V scQ scτRealV realh/DIDQ ptQ inff pQ mPopulação [hab]Trecho

• Um Quadro para Dimensionamento com Qponta do Ano 40;

• Um Quadro para Verificação para Qponta do Ano 0.

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Saneamento I - 159

Câmaras com diâmetro interior (D i) função da profundidade (H):

H < 2,5 m D i = 1,00 m

H > 2,5 m D i = 1,25 m

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Caixas de Visita / Corpo e Coberturas

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Saneamento I - 160

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Caixas de Visita / Soleiras, Quedas Suaves e Quedas Bruscas

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Saneamento I - 161

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Caixas de Visita / Soleiras, Quedas Suaves e Quedas Bruscas

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Saneamento I - 162

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Caixas de Visita / Dispositivos de Fecho e Degraus Normalizados

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Saneamento I - 163

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Câmaras de Corrente de Varrer

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Saneamento I - 164

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Ramais Domiciliários

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Saneamento I - 165

No dimensionamento de uma rede de drenagem de águas pluviais podem considerar-se três etapas fundamentais:

definição dos elementos de base;

cálculo dos caudais pluviais de projecto;

dimensionamento hidráulico dos colectores.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Metodologia e Etapas de Dimensionamento

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Saneamento I - 166

Definição correcta dos limites da bacia hidrográfica e das sub-bacias afectas a cada troço da rede.

Definição do período de retorno T (varia, em regra, entre dois e dez anos): corresponde ao intervalo de tempo médio associado àocorrência de precipitação de intensidade média superior a um dado valor.

Conhecimento do regime pluviométrico local (curvas de intensidade – duração - frequência).

Definição dos coeficientes de escoamento afectos a cada sub-baciaelementar.

Definição dos tempos de concentração iniciais tc.

Definição dos condicionalismos, principalmente de natureza hidráulica, associados à descarga final das águas pluviais no meio receptor.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Definição dos Elementos de Base

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Saneamento I - 167

Caudal de dimensionamento:

Q pluvial = C x I x A

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Caudais Pluviais de Dimensionamento

sendo:Q pluvial caudal pluvial a drenar pelo colector (L3 T-1)C coeficiente de escoamento ( - )I intensidade de precipitação (L T-1)

A área da bacia a drenar (L2)

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Saneamento I - 168

Intensidade de precipitação

I = a t b

Q pluvial = C x I x A

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Caudais Pluviais de Dimensionamento

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Saneamento I - 169

Valores médios do coeficiente Cdo Método Racional(ASCE, Manual nº 37)

Q pluvial = C x I x A

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Caudais Pluviais de Dimensionamento

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Saneamento I - 170

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

2 - Fixação do período de retorno, T.

3 - Escolha da curva de I-D-F para a zona em estudo e para o período de retorno T escolhido.

4 - Definição da área drenante A e coeficiente de escoamento C da secção de cálculo de jusante.

5 - Determinação da área drenante reduzida total, em cada secção de cálculo ∑i Ci Ai ;

6 - Determinação do tempo de concentração, t c;.

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

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Procedimento e Metodologia de Dimensionamento

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Saneamento I - 171

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, tendo em conta:

a minimização de custos;condicionalismos técnicos e regulamentares de implantação do colector (profundidade de assentamento mínima), e;satisfação dos critérios hidráulicos (capacidade de escoamento, velocidade máxima e poder de transporte).

10- Determinação do tempo de percurso, t p, ao longo do troço de colector considerado no passo 9º (L colector , V médio).

11- Adição do tempo de percurso, t p, calculado no passo anterior, ao tempo de concentração, t c, calculado no passo 6º.

12- Repetição de todos os passos de cálculo, de montante para jusante, a partir do passo 5, para as sucessivas secções de cálculo.

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Procedimento e Metodologia de Dimensionamento

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Saneamento I - 172

SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS

Sarjetas e Sumidouros

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Saneamento I - 173

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