AULA 22 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS. SANEAMENTO Aula 22 - Sumário

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1 SANEAMENTO Aula 22 - Sumário AULA 22 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Concepção e constituição dos sistemas. Traçado em planta. Etapas de dimensionamento: elementos de base, cálculo dos caudais de projecto, dimensionamento hidráulico dos colectores. Procedimento de cálculo. Soluções de controlo na origem. Saneamento [A22.1]

2 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Origem de águas pluviais em meio urbano ORIGEM E DESTINO DAS ÁGUAS PLUVIAIS 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-se (escoamento directo ou precipitação útil) precipitação intercepção + evaporação intercepção + evapotranspiração evaporação c) Outra fracção cai em área impermeável (pavimentos e arruamentos, passeios e coberturas) escoamento superficial armazenamento em depressões escoamento em colectores infiltração no solo

3 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Origem de águas pluviais em meio urbano Diversos Tipos de preocupações Carácter poluente das águas pluviais metais pesados (Fe, Pb, Zn, ) hidrocarbonetos sólidos em suspensão CBO 5 (matéria orgânica) Sist. unitários efeito de first flush (ressuspensão e transporte de poluentes previamente decantados nos colectores) Comportamento unitário dos sistemas domésticos (mesmo quando concebidos como separativos) Variabilidade dos caudais Caudais de ponta >> caudais domésticos Relação entre a ocupação do solo e a grandeza dos caudais escoados áreas impermeáveis artificialização das linhas de água Regime variável de escoamento nos colectores Agravamento de caudais PROJECTO MAIS COMPLEXO E CUSTO DE OBRAS SUPERIOR Saneamento [A22.3] DU - 3

4 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Concepção e constituição dos sistemas PRINCÍPIOS DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS OBJECTIVO PRINCIPAL: Redução do risco de inundação em meio urbano, i.e., controlar o escoamento de superfície. a) 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 b) Objectivo: Controlo da qualidade da água no 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 Saneamento [A22.4]

5 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Concepção e constituição dos sistemas 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 (lajetas 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. Saneamento [A22.5]

6 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Concepção e constituição dos sistemas PREOCUPAÇÕES: A concepção deve dar-se numa fase inicial do planeamento urbanístico, especialmente em áreas críticas Zonas planas (com pouca disponibilidade de energia gravítica) para garantir o escoamento Zonas junto de linhas de água ou próximo do mar (redes de colectores sujeitos aos efeitos das cheias e marés) Área a infraestruturar localizada a jusante de grande bacia hidrográfica (estudo dos riscos de inundações, estudo do comportamento de terras) Locais de elevado índice de construção Saneamento [A22.6]

7 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Concepção e constituição dos sistemas PREOCUPAÇÕES: Redução da extensão das redes de colectores e dos respectivos diâmetros (DR nº 23/95 Artigo 118 ; alíneas 3 e 4) maximizar o percurso superficial da água pluvial (sobretudo nas cabeceiras) favorecer a integração de áreas permeáveis (zonas verdes, pavimentos porosos ) (Extensão menor que a rede doméstica) Preocupação com a qualidade da água do meio receptor (devida à poluição veiculada pelos caudais pluviais após os períodos estivais) Saneamento [A22.7]

8 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Soluções de controlo na origem PREOCUPAÇÕES: Adopção de soluções de drenagem não convencionais: SOLUÇÕES DE CONTROLO NA ORIGEM Valas revestidas com coberto vegetal Bacia de amortecimento/infiltração da Regateira, Almada. Trincheiras de infiltração: DU - 8 Saneamento [A22.8]

9 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Soluções de controlo na origem Lagoa com toalha de água permanente Lagoa a seco OUTROS: Poços absorventes Pavimentos porosos Saneamento [A22.9]

10 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Traçado em planta TRAÇADO DA REDE E DEFINIÇÃO DE BACIAS E SUB-BACIAS EM MEIO URBANO Sub-bacias Meio receptor Bacia de cabeceira Colector pluvial Implantação de colectores ao eixo dos arruamentos Definição correcta dos limites da bacia hidrográfica e das sub-bacias afectas a cada troço da rede OBJECTIVO: Minimização do caudal de ponta (maximização da retenção, infiltração, intercepção, ) Saneamento [A22.10]

11 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Etapas de dimensionamento ETAPAS DE DIMENSIONAMENTO DOS COLECTORES 1. Definição dos elementos de base 2. Cálculo dos caudais pluviais de projecto 3. Dimensionamento hidráulico dos colectores 1. DEFINIÇÃO DE ELEMENTOS DE BASE Definição dos limites da bacia de drenagem e das sub-bacias elementares correspondentes a cada trecho ou conjunto limitado de trechos Definição do período de retorno T (varia, em regra, entre 2 e 10 anos) (DR nº 23/95 Artigo 130 ) Conhecimento do regime pluviométrico local curvas IDF Caracterização de cada sub-bacia elementar (área, coeficientes de escoamento, declive, tipo de solo, % de áreas impermeáveis) Definição dos tempos de concentração iniciais t c DU - 11 Saneamento [A22.11]

12 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Etapas de dimensionamento Definição dos condicionalismos, diversos: - cotas e níveis de água do meio receptor; - cotas das zonas baixas a drenar; - atravessamentos e cruzamentos com outras infra-estruturas. Valores Médios do Coeficiente C (ASCE, MANUAL Nº 37) 2. CÁLCULO DE CAUDAIS PLUVIAIS Método Racional (semi-conceptual; Mulvaney, 1851 e Kuickling, 1889) Q pluvial = C x I x A sendo: Q pluvial - caudal pluvial a drenar pelo colector (m 3 /s) C - coeficiente de escoamento (-) (DR nº 23/95 Artigo 129 ) I - intensidade de precipitação ( m3 /(ha.s)) A - área da bacia a drenar (ha) DU - 12

13 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Etapas de dimensionamento Intensidade de precipitação (DR nº 23/95 Artigo 128 ) I = a. t b sendo: t - tempo de concentração da sub-bacia a, b - parâmetros da curva IDF Saneamento [A22.13]

14 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Etapas de dimensionamento Método Racional Generalizado (Costa, 1956) Q V1 2 V t t c C I A sendo, V1 - volume correspondente à parte ascendente do hidrograma (m 3 ) V - volume total do hidrograma (m 3 ) t - duração da precipitação de projecto (h) tc - tempo de concentração da bacia (h) - coeficiente de regolfo. 2 V1/V - exprime o efeito de retenção e armazenamento: é mínimo em bacias naturais e máximo em bacias totalmente impermeáveis (em que iguala a unidade). t/tc - exprime o desfasamento entre o fim da chuvada e o instante em que se verifica o caudal de ponta: é mínimo para bacias naturais (onde toma o valor 0,7) e admite-se que iguale a unidade em bacias totalmente impermeáveis ou altamente canalizadas. Saneamento [A22.14]

15 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Etapas de dimensionamento Coeficiente de redução global do método racional generalizado: C1 = C (2 v1/v) (t/tc)

16 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Etapas de dimensionamento 3. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE COLECTORES CRITÉRIOS DE PROJECTO: (DR nº 23/95 Artigo 133 ) Altura máxima do escoamento (h/d) 1 Velocidade máxima de escoamento V máx = 5 m/s Velocidade mínima de escoamento V mín = 0,9 m/s (para colectores unitários ou separativos pluviais) Critério de auto-limpeza 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. Profundidade mínima (Art. 137) Prof. 1 m Diâmetro mínimo (Art. 134) D mín = 200 mm Inclinações mínimas e máximas 0,3% e 15% (por razões construtivas) J mín = 1/ D (mm) Norma Europeia DU - 16 Saneamento [A22.16]

17 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Procedimento de cálculo PROCEDIMENTO DE CÁLCULO 1 - Análise da área de projecto e traçado da rede em planta. Caracterização de condicionalismos 2 - Fixação do período de retorno, T. (cotas e níveis de água no meio receptor, atravessamentos com outras infra-estruturas ) 3 - Selecção da curva IDF para a zona em estudo e para o período de retorno escolhido. 4 - Definição das sub-bacias em cada secção de cálculo área drenante A 5 - Determinação do coeficiente global médio ponderado para a bacia definida em cada secção de cálculo C = ( i C i A i ) / i A i 6 - Determinação do tempo de concentração, t c t c te t p t p L V j j Inclinação do terreno AI < 50% AI > 50% (min) (min) muito inclinado inclinado médio e plano Saneamento [A22.17]

18 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Procedimento de cálculo 7 - Determinação da intensidade média de precipitação, I, para uma duração igual ao t c (a partir das curvas IDF) I = a. t b 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: minimizar de custos; profundidade de assentamento mínima; satisfação dos critérios hidráulicos Tempos iniciais (para bacias de cabeceira): 10 - Determinação da velocidade, altura do escoamento e tensão de arrastamento no colector 11- Determinação do tempo de percurso, t p, para o troço de colector considerado no passo 10º 12- Adição do t p calculado no passo anterior ao tempo de concentração calculado no passo 6º. 13- Repetição de todos os passos de cálculo, de montante para jusante, a partir do passo 5º, para as sucessivas secções de cálculo. Saneamento [A22.18]

19 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Órgãos e acessórios ÓRGÃOS COMUNS 1- Colectores públicos (circulares, em betão ou PVC) a) Alinhamentos rectos entre câmaras de visita b) Implantação no eixo dos arruamentos ( P imin = 1 m) c) Extensão menor que a rede doméstica d) Destino final (meio hídrico natural, rio, ) 2- Câmaras de visita (para observação, inspecção, exploração e manutenção) 3- Ramais domiciliários 4- Dispositivos interceptores ou de entrada Sarjetas de passeio Sumidouros Sistema conjunto sarjeta-sumidouro Saneamento [A22.19]

20 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Órgãos e acessórios Sumidouros Sarjetas de passeio

21 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Órgãos e acessórios ÓRGÃOS ESPECIAIS 1- Bacias de amortecimento 2- Câmaras drenantes e soluções de controlo na origem 3- Desarenadores - convencionais (rectangulares) - não convencionais (circulares, ) (D50 0,2 mm), (V = 0,30 m/s) 4- Instalações elevatórias Devem ser evitadas sempre que possível: encargos na construção e de exploração; magnitude e aleatoriedade dos caudais Saneamento [A22.21]

22 Objectivos Tipos: SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS BACIAS DE RETENÇÃO (DR nº 23/95 Artigo 176 ) redução dos riscos de inundação criação de zonas de lazer (para a pesca e canoagem ) criação de reservas de água (agricultura, combate a incêndios, indústria, limpezas municipais - arruamentos e parques ) protecção do meio ambiente (redução de SST e matéria orgânica) - bacias enterradas (reservatórios) - bacias a céu aberto - a seco Bacias de retenção - com nível de água permanente Saneamento [A22.14]

23 SANEAMENTO Aula 23 - Sumário AULA 23 ÓRGÃOS ESPECIAIS EM SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS Sifões invertidos, descarregadores e instalações elevatórias. Saneamento [A23.1]

24 SIFÕES INVERTIDOS (Artº 151 a 183) OBJECTIVO: Transposição de obstáculos (outras infra-estruturas enterradas) ou depressões (vales e linhas de água) sem perdas de carga relevantes. FUNCIONAMENTO: Em gravidade, sob pressão. câmaras entrada e saída Constituição: ramos descendentes ramos ascendentes Exemplos: - Funchal (sifão sob as ribeiras de S. João e Sta Luzia) - Caparica (sifão sob as tubagens da Nato) Saneamento [A23.2]

25 PROBLEMAS FUNDAMENTAIS EM SIFÕES INVERTIDOS: variabilidade diária de caudais 1. Auto-limpeza magnitude do caudal noturno escoamento sob pressão 2. Controlo de septicidade (anaerobiose, formação de sulfuretos) CRITÉRIOS E DISPOSIÇÕES DE DIMENSIONAMENTO: Diâmetro mínimo 200 mm, domésticos (300 mm - pluviais) Critério de auto-limpeza: 0,7 a 1 m/s (1 vez/dia) Velocidade máxima de escoamento V máx = 3 m/s Saneamento [A23.3]

26 Controlo de septicidade: injecção de ar, O 2, Cl 2 ou adição de H 2 O 2, quando necessário Assegurar a ventilação Verificar perdas de carga: localizadas e contínuas (n = 0,015 m 1/3 /s) Verificar as condições de resistência de pressão interior Prever adufas em cada ramo Prever dispositivos de descarga de fundo Saneamento [A23.4]

27 EXEMPLO DE SIFÃO DE RAMOS MÚLTIPLOS (em regra são dois ou três ramos, com descarregadores) Saneamento [A23.5] Câmara de entrada Câmara de saída

28 TRANSPORTE DE CAUDAIS: Nº de ordem dos trechos 1º Trecho - Caudal mínimo 2º Trecho Caudal transportado sequencialmente Máximo de estiagem Caudal máximo de cheia 3º Trecho Saneamento [A23.6]

29 DESCARREGADORES (Artº 167 e 168) OBJECTIVO: Regular e repartir o escoamento (Artº 167) Utilização em: - Sistemas unitários - Pseudo-separativos - Separativos (descarregadores de segurança) CLASSIFICAÇÃO: Quanto à FINALIDADE: a) Descarregadores de Tempestade b) Descarregadores de Transferência c) Descarregadores de Segurança Quanto à FORMA: a) Descarregadores de Superfície Laterais ou Frontais b) Descarregadores por orifício Saneamento [A23.7]

30 DISPOSIÇÕES DE CONCEPÇÃO E DE DIMENSIONAMENTO DE DESCARREGADORES 1. Cuidados para minimização da turbulência na câmara descarregadora e dos riscos de obstrução dos colectores a jusante. 2. Assegurar a auto-limpeza. 3. Entrada em funcionamento, apenas para caudais superiores a um certo limite, préfixado, em regra 3 a 6 vezes o caudal médio de tempo seco (Q m ), para assegurar a necessidade de diluição, em função do meio receptor. 4. Acréscimo do caudal descarregado, em função do caudal afluente, de modo a permanecer constante o caudal efluente a tratar. 5. Minimização da poluição causada pelos caudais descarregados, nomeadamente em termos de sobrenadantes e sólidos em suspensão. Saneamento [A23.8]

31 PROCEDIMENTOS PARA RESPONDER AOS REQUISITOS 3), 4) e 5): 3 Controlo por posicionamento da crista do descarregador. p h (Q = Q p ) (cota da crista do descarregador superior ou igual à altura do escoamento do caudal de ponta a tratar na ETAR, 3 a 6 Q m ). 4 Controlo de caudal por tubo curto e válvula monitorizada ou por descarregadores em série (primário e secundário). 5 Controlo de descarga de sobrenadantes para o meio receptor, por anteparas. Corte de câmara descarregadora Saneamento [A23.9]

32 CÁLCULO DO REGOLFO: Curvas de regolfo em descarregadores (regime lento e regime rápido) CONDIÇÃO PARA O CÁLCULO DO REGOLFO: a) Condição H (h + v 2 /2g + z) = Constante b) Lei de vazão do descarregador c) Condições na fronteira (secção de controlo) - regime rápido difícil de respeitar a condição 4, de controlo de caudal - regime lento mais adequado, para controlo do caudal Saneamento [A23.10]

33 ALGUNS PERFIS POSSÍVEIS DA SUPERFÍCIE LIVRE EM DESCARREGADORES Saneamento [A23.11]

34 INSTALAÇÕES ELEVATÓRIAS (Artº 170 a 175) PARÂMETROS OU VARIÁVEIS RELEVANTES:. Caudais afluentes. Tempos de retenção na câmara de aspiração. Caudal de elevação ou bombado. ALGUNS PROBLEMAS OU RISCOS: 1. Septicidade (no poço e na conduta elevatória) 2. Choque hidráulico 3. Problemas ambientais (ex, por corte de energia), com riscos de descarga nos meios receptores CUIDADOS A TER NA LOCALIZAÇÃO DE IE (Instalações Elevatórias) 1. disponibilidade de energia 2. disponibilidade de meio receptor (descarga de recurso) 3. enquadramento urbano (se possível, longe de habitações) Saneamento [A23.12]

35 CONSTITUIÇÃO: ÓRGÃOS FUNDAMENTAIS. Câmara de bombagem. Grupos elevatórios e condutas associadas EQUIPAMENTO DE PROTECÇÃO, COMANDO E CONTROLO. Válvulas (Seccionado Retenção). Medidores (caudal, níveis). Reguladores de nível (bóias ou sensores) ÓRGÃOS COMPLEMENTARES. Grades (manuais ou mecânicas)/tamisadores. Desarenador. Ventiladores e filtro para controlo de odores. Equipamento de colecta e empilhamento de resíduos. Equipamentos para controlo de septicidade. Equipamentos para controlo do choque hidráulico (Ex: RAC) Saneamento [A23.13]

36 GRUPOS ELECTROBOMBA:. Bomba e motor submersíveis. Bomba submersível e eixo vertical Saneamento [A23.14]

37 GRUPOS ELECTROBOMBA (cont.):. Bomba a seco e eixo vertical. Bomba a seco e eixo horizontal Saneamento [A23.15]

38 CÂMARA DE ASPIRAÇÃO OU POÇO DE BOMBAGEM FORMA: Condicionada pela necessidade de limitar a acumulação de sedimentos e cotas de entrada docolector afluente, e do colector de descarga de emergência ou de recurso. VOLUME ( u) : - Caudal bombado (Q) Q p (caudal de ponta) - número máximo de arranques do grupo permitido por hora (Nmáx) - tempo máximo de retenção no poço (T M ) (10 minutos a Qm Artº 173) Volume útil (1 Grupo): u 900 Q / Nmáx t = (m 3 ) (m 3 /s) (n/hora) 60 Nmáx Saneamento [A23.16]

39 Entrada: Parafuso de Arquimedes: Poço de bombagem

40 Exemplo Sistema elevatório do Torrão (Caparica) Saneamento [A23.18]

41 Exemplo Estação Elevatória do Torrão (Caparica) Saneamento [A23.19]

42 ASPECTOS A CONSIDERAR NO DIMENSIONAMENTO DA CONDUTA ELEVATÓRIA VELOCIDADE MÍNIMA = 0,7 m/s (Artº 175) DIÂMETRO mim = 100 mm (Artº 175) Verificação de efeitos do choque hidráulico Perfil longitudinal preferencialmente ascendente, evitar ventosas e descargas de fundo. Prever maciços de amarração, quando adequado. Evitar-se condutas longas (por causa da formação de sulfuretos) Previsão de local para, em condições excepcionais, ter lugar a descarga de recurso Cuidados de protecção da câmara de descarga, no caso do líquido pode apresentar-se séptico. Saneamento [A23.20]

43 Planta de implantação de uma IE (2 grupos electrobomba; Q<10 L/s): Saneamento [A23.21]

44 Plantas: Saneamento [A23.22]

45 Corte: Saneamento [A23.23]

46 Planta de implantação de uma IE (3 grupos electrobomba; 10<Q<50 L/s): Saneamento [A23.24]

47 Plantas:

48 Corte: Saneamento [A23.25]

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