DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA

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1 ANO LECTIVO 2009/2010 2º EXAME 2010/07/15 17 h, salas V1.08, V1.09, V1.14, V1.15, V1.16 e V1.17 DURAÇÃO: 2h00 m QUESTÕES TEÓRICAS (máximo 45 minutos) 1. Classifique os reservatórios de sistemas de abastecimento de água, consoante a respectiva função. (1,5 val) 2. Discuta como varia, qualitativamente, o volume de um reservatório de regularização, com o factor de ponta e factor de duração de transporte da adutora que o alimenta. (1,5 val) 3. Indique três acessórios de redes de distribuição de água. (1,5 val) 4. Desenhe, esquematicamente, uma câmara de visita de sistemas de águas residuais com queda brusca (ou guiada). (1,5 val) 5. Diga o que entende por solução de controlo na origem de águas pluviais e dê dois exemplos de tipos de solução. (1,5 val) 6. Indique um dos dois problemas mais frequentes, do comportamento de sifões invertidos em redes de drenagem de águas residuais. (1,5 val) 7. Indique dois órgãos ou componentes fundamentais de estações elevatórias de águas residuais. (1,5 val) 8. EXAME DE SANEAMENTO 1

2 Problema I (4,0 valores) Considere o sistema adutor [ABCD] representado na figura, que capta água num rio (localizado em A) e abastece uma população (localizada em D) por bombagem através da estação elevatória EE. A população a abastecer tem os seguintes dados de base: Ano Capitação (l/hab/dia) População em D (hab) a) Calcule os caudais de dimensionamento do sistema adutor de forma a minimizar o volume do reservatório localizado em D e indique o diâmetro da conduta adutora de forma a minimizar os encargos energéticos. Considere o tempo máximo de funcionamento da estação elevatória (EE) igual a 16 horas, nulas as perdas no sistema adutor e a seguinte gama de diâmetros nominais (DN): 63, 75, 90, 110, 125, 140, 160, 200, 250, 315, 400 e 500 mm. Admita que estes diâmetros correspondem aos diâmetros interiores e que não variam com a classe de pressão. (1,5 val) b) Faça uma distribuição qualitativa mas cuidadosa de materiais e das classes de pressão na conduta adutora atendendo ao perfil longitudinal e tendo em conta que: o custo das condutas aumenta com a classe de pressão, que existem três classes distintas de PEAD (PN6, PN10 e PN16) e que, só se utiliza aço, para pressões acima de 1,6 MPa. Considere o K S =100 m 1/3 s -1 e que o diâmetro interior da conduta é o mesmo para ambos os materiais. (Se não resolveu a alínea anterior considere D= 250 mm e Qdim = 45 l/s). (1,5 val) d) Faça um desenho esquemático com a localização de todos os órgãos e acessórios necessários. (1,0 val) EXAME DE SANEAMENTO 2

3 Problema II (4,0 valores) O colector de águas residuais domésticas representado na figura, constituído por PVC (K s =100 m 1/3 s -1 ), corresponde a um troço de rede que serve, a montante, 20 habitantes. A este troço aflui, na caixa 2, um colector que serve 50 habitantes, e na caixa 3 um terceiro colector. O caudal de projecto dos troços Cx.3-Cx.4 e Cx.4-Cx.5 é de 23 L/s. O troço Cx.1-Cx.2 apresenta declive de 1%, enquanto o troço Cx.4-Cx.5 apresenta declive mínimo e 200 mm de diâmetro. Admita que: a população e a capitação se mantêm constantes ao longo do horizonte de projecto; a capitação de águas residuais assume o valor de 160 L/(hab.dia); o factor de ponta é 60 fp = 1,5 + ; Pop o caudal de infiltração é igual a metade do caudal médio; a gama de diâmetros nominais é a seguinte: 110, 140, 160, 200, 250, 315, 400 e 500 mm (considerando que estes diâmetros correspondem a diâmetros interiores). EXAME DE SANEAMENTO 3

4 Nestas condições: a) Calcule o caudal de dimensionamento do troço Cx.2-Cx.3. (1,0 val.) b) Dimensione os troços Cx.2-Cx.3 e Cx.3-Cx.4 em termos de diâmetro, inclinação e profundidades de assentamento, por forma a respeitar as disposições regulamentares e a minimizar movimentos de terras. Complete o perfil longitudinal do colector. (3,0 val.) EXAME DE SANEAMENTO 4

5 FORMULÁRIO E ELEMENTOS DE APOIO À RESOLUÇÃO DOS PROBLEMAS Q = K θ s S R 2 3 J 1 2 = senθ + 6,063 Q n+ 1 n K i 0,6 D 1,6 0,4 θ n EXAME DE SANEAMENTO 5

6 40 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA 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 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; c) A pressão máxima, estática ou de serviço, em qualquer ponto de utilização não deve ultrapassar os 600 kpa medida ao nível do solo; d) Não é aceitável grande flutuação de pressões em cada nó do sistema, impondo-se uma variação máxima ao longo do dia de 300 kpa; e) A pressão de serviço em qualquer dispositivo de utilização predial para o caudal de ponta não deve ser, em regra, inferior a 100 kpa o que, na rede pública e ao nível do arruamento, corresponde aproximadamente a: H = n onde H é a pressão mínima (kpa) e n o número de pisos acima do solo, incluindo o piso térreo; em casos especiais, é aceitável uma redução daquela pressão mínima, a definir, caso a caso, em função das características do equipamento. Artigo 133.º Dimensionamento hidráulico-sanitário 1. No dimensionamento hidráulico-sanitário devem ser adoptados as seguintes regras: a) 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; b) 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; c) 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; d) 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; e) 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; f) A inclinação dos colectores não deve ser, em geral, inferior a 0,3% nem superior a 15%; g) Admitem-se inclinações inferiores a 0,3% desde que seja garantido o rigor do nivelamento, a estabilidade do assentamento e o poder de transporte; h) Quando houver necessidade de inclinações superiores a 15%, devem prever-se dispositivos especiais de ancoragem dos colectores; EXAME DE SANEAMENTO 6