DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITECTURA E GEORECURSOS

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1 1ª DATA DO ANO LECTIVO 2010/ /06/2011 DURAÇÃO: 2h 00m QUESTÕES TEÓRICAS (máximo 45 minutos) (1,5) 1- Indique três factores que influenciam a definição da capitação de projecto em obras de saneamento básico e justifique de que forma esses factores a podem afectar. (1,5) 2- Explique porque razão numa conduta adutora por bombagem o menor diâmetro tecnicamente viável, nem sempre corresponde à solução mais económica. (1,5) 3- Para uma conduta adutora gravítica são escolhidos o traçado e um diâmetro de projecto, mas verifica-se que a linha piezométrica intersecta a conduta num ponto alto. Indique uma possível solução para resolver o problema de forma viável e mantendo o abastecimento como gravítico. (1,5) 4- Quais as pressões mínimas e máximas regulamentares numa rede de distribuição de água? Justifique a razão desses limites. (1,5) 5- Se uma rede de distribuição de água for constituída por 6 malhas naturais e alimentada por 2 reservatórios elevados, quantas equações de conservação da energia são necessárias para formular as condições de equilíbrio hidráulico através das equações das malhas. (1,5) 6- Em que é que consiste as perdas reais e as perdas aparentes num sistema de distribuição de água. Indique e justifique duas acções que podem ser desenvolvidas para reduzir as perdas físicas. (1,5) 7- Enumere, justificando, três razões que justifiquem o facto dos projectos de redes de drenagem separativos pluviais serem mais complexos e as obras mais onerosas. (1,5) 8- Como varia, num trecho de uma linha de água natural em condições aeróbias, a concentração de oxigénio dissolvido a jusante de uma descarga de efluentes? Com que fenómeno está relacionada essa variação? 1

2 Problema I (4,0 valores) 260,00 2 B 90,00 Captação EE A 1 FF L A-1 =1200 m PVC, PN 10 L 1-2 =1800 m PVC, PN6 L 2-B =1200 m Considere o sistema adutor [AB] representado na figura, que capta água numa linha de água localizada em A e abastece o reservatório localizado em B por bombagem. A conduta adutora apresenta um diâmetro nominal de 200 mm e nos pontos 1 e 2 muda de material/classe de pressão. O caudal de dimensionamento relativo ao ano 20 é de 33 l/s, sendo de 36 l/s relativo ao ano 40. (1,0) a) Verifique se os diâmetros seleccionados permitem cumprir o critério de velocidades. (1,5) b) Determine a potência da bomba a instalar no ano 0. Considere um rendimento de 80%. (1,5) c) Faça um desenho esquemático com a localização de todos os órgãos e acessórios necessários e trace qualitativamente as linhas de energia do ano 20 e 40. NOTA: Espessuras para PVC DN 200: PN6 1 cm; PN10 2,3 cm. K s PVC =100 m 1/3 s -1 K s FF = 90 m 1/3 s -1 2

3 Problema II (4,0 valores) 100 hab. A Ct = 35,0 m B Ct = 35,0 m 500 hab. E C Ct = 33,0 m D O colector de águas residuais domésticas representado na figura, em PVC (K s =90 m 1/3 s -1 ), corresponde a um troço de rede que serve 100 habitantes a montante da câmara de visita A. À câmara de visita C aflui um segundo trecho, que serve uma população de 500 habitantes. O trecho B-C-D apresenta o diâmetro mínimo, está implantado à profundidade de 3 m (medida relativamente à soleira do colector) e apresenta declive constante. Os comprimentos de cada trecho correspondem ao valor máximo regulamentar. a) Determine o caudal de dimensionamento do trecho A-B.(1,0 val.) b) Dimensione o troço A-B em termos de diâmetro, inclinação e profundidade de assentamento, por forma a respeitar as disposições regulamentares (velocidade e altura do escoamento) e a minimizar movimentos de terras. (1,5 val.) c) Determine qual o caudal máximo que o troço B-C poderá drenar. Indique, justificando, quais os valores máximo e mínimo da cota do extradorso do colector E-C, na câmara de visita de jusante. (1,5 val.) Pressupostos: - a capitação assume o valor de 180 l/(hab.dia); - o factor de ponta é 60 fp = 1,5 + ; Pop - o caudal de infiltração é igual ao caudal médio de águas residuais; - o factor de afluência à rede é de 0,80; - a gama de diâmetros nominais é a seguinte: 63, 80, 90, 110, 140, 160, 180, 200, 250, 315, 400 e 500 mm (considerando que estes diâmetros correspondem a diâmetros interiores). 3

4 FORMULÁRIO E ELEMENTOS DE APOIO À RESOLUÇÃO DOS PROBLEMAS Fórmula de Manning-Strickler Q = K S s R 2 3 J 1 2 Q θ n+ 1 senθ n 6,063 = + K i γ H Q P = η 0,6 D 1,6 0,4 θ n 4

5 EXTRACTO DO DECRETO REGULAMENTAR Nº 23/95, DE 23 DE AGOSTO REGULAMENTO GERAL DOS SISTEMAS PÚBLICOS E PREDIAIS DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA E DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS Artigo 18º Volumes de água para combate a incêndios 1. O caudal instantâneo a garantir para o combate a incêndios, em função do grau de risco, é de: a) 15 l/s - grau 1; b) 22,5 l/s - grau 2; c) 30 l/s - grau 3; d) 45 l/s - grau 4; e) A definir caso a caso - grau Nas zonas onde não seja técnica ou economicamente possível assegurar os referidos caudais instantâneos através da rede pública, dimensionada para consumos normais, nomeadamente em pequenos aglomerados, deve providenciar-se para que haja reservas de água em locais adequados, que assegurem aqueles caudais conjuntamente com os caudais disponíveis na rede de distribuição existente. Artigo 21º Dimensionamento hidráulico 1. No dimensionamento hidráulico deve ter-se em conta a minimização dos custos, que deve ser conseguida através de uma combinação criteriosa de diâmetros, observando-se as seguintes regras: a) A velocidade de escoamento para o caudal de ponta no horizonte de projecto não deve exceder o valor calculado pela expressão: V = 0,127 D 0,4, onde V é a velocidade limite (m/s) e D o diâmetro interno da tubagem (mm); b) A velocidade de escoamento para o caudal de ponta no ano de início de exploração do sistema não deve ser inferior a 0,30 m/s e nas condutas onde não seja possível verificar este limite devem prever-se dispositivos adequados para descarga periódica; Artigo 70º Dimensionamento hidráulico 1. O dimensionamento hidráulico dos reservatórios com funções de regularização consiste na determinação da sua capacidade de armazenamento, que deve ser o somatório das necessidades para regularização e reserva de emergência. 2. A capacidade para regularização depende das flutuações de consumo que se devem regularizar por forma a minimizar os investimentos do sistema adutor e do reservatório. 3. O sistema adutor é geralmente dimensionado para o caudal do dia de maior consumo, devendo a capacidade do reservatório ser calculada para cobrir as flutuações horárias, ao longo do dia. 4. Pode ainda o sistema adutor ser dimensionado para o caudal diário médio do mês de maior consumo, devendo a capacidade do reservatório ser então calculada para cobrir também as flutuações diárias ao longo desse mês. 5

6 5. Definidas as flutuações de consumo a regularizar, a capacidade do reservatório é determinada em função da variação, no tempo, dos caudais de entrada e de saída, através de métodos gráficos ou numéricos. 6. A capacidade para reserva de emergência deve ser o maior dos valores necessários para incêndio ou avaria. 7. Para reserva de água para incêndio é função do grau de risco da zona e não deve ser inferior aos valores seguintes: 75 m 3 - grau 1; 125 m 3 - grau 2; 200 m 3 - grau 3; 300 m 3 - grau 4; A definir caso a caso grau A reserva de água para avarias deve ser fixada admitindo que: a) A avaria se dá no período mais desfavorável, mas não simultaneamente em mais de uma conduta alimentadora; b) A sua localização demora entre uma e duas horas quando a conduta é acessível por estrada ou caminho transitável, ou ainda em pontos afastados de não mais de 1 km e demora mais meia hora para cada quilómetro de conduta não acessível por veículos motorizados; c) A reparação demora entre quatro e seis horas, incluindo-se neste tempo o necessário para o esvaziamento da conduta, reparação propriamente dita, reenchimento e desinfecção. 9. Em reservatórios apenas com a função de equilíbrio de pressões, a capacidade da torre de pressão de pressão deve corresponder no mínimo ao volume consumido durante quinze minutos em caudal de ponta. 10. Independentemente das condições de alimentação do reservatório, a capacidade de armazenamento do sistema deve ser: V K Qmd onde Q md é o caudal médio diário anual (metros cúbicos) do aglomerado e K um coeficiente que toma os seguintes valores mínimos: K = 1,0 para aglomerados populacionais superiores a habitantes; K = 1,25 para aglomerados populacionais compreendidos entre e habitantes; K = 1,5 para aglomerados populacionais compreendidas entre e habitantes; K = 2,0 para aglomerados populacionais inferiores a habitantes e para zonas de maior risco, nomeadamente aerogares, estabelecimentos hospitalares e quartéis. [...] Artigo 133º Dimensionamento hidráulico-sanitário 3. No dimensionamento hidráulico-sanitário devem ser adoptados as seguintes regras: f) A velocidade máxima de escoamento para o caudal de ponta no horizonte de projecto não deve exceder 3m/s nos colectores domésticos e 5 m/s nos colectores unitários e separativos pluviais; g) A velocidade de escoamento para o caudal de ponta no início de exploração não deve ser inferior a 0,6m/s para colectores domésticos e a 0,9 m/s para colectores unitários e separativos pluviais; h) Sendo inviáveis os limites referidos na alínea b), como sucede nos colectores de cabeceira, devem estabelecer-se declives que assegurem estes valores limites para o caudal de secção cheia; i) Nos colectores unitários e separativos pluviais, a altura da lâmina líquida para a velocidade máxima referida na alínea a) deve ser igual à altura total; j) Nos colectores domésticos, a altura da lâmina líquida não deve exceder 0,5 da altura total para diâmetros iguais ou inferiores a 500 mm e 0,75 para diâmetros superiores a este valor; k) A inclinação dos colectores não deve ser, em geral, inferior a 0,3% nem superior a 15%; l) Admitem-se inclinações inferiores a 0,3% desde que seja garantido o rigor do nivelamento, a estabilidade do assentamento e o poder de transporte; m) Quando houver necessidade de inclinações superiores a 15%, devem prever-se dispositivos especiais de ancoragem dos colectores; 6