SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS

Transcrição

1 Constituição dos Sistemas Saneamento I - 131

2 Evolução Histórica dos Sistemas Saneamento I - 132

3 Evolução Histórica dos Sistemas Saneamento I - 133

4 Classificação dos Sistemas Unitários Separativos 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. 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. Mistos Constituídos 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. Saneamento I - 134

5 Escolha do Tipo de Sistema Unitário Versus Separativo Vantagens É menos oneroso e de mais fácil construção. Desvantagens Os 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. Saneamento I - 135

6 Escolha do Tipo de Sistema Unitário Versus Separativo 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. Saneamento I - 136

7 Concepção e Dimensionamento de Sistemas 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 irá processar 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. Saneamento I - 137

8 Caudal de Dimensionamento Caudal médio de dimensionamento: Q comunitário = Q pop + Q ind. + Q inf. sendo: Q comunitário Q pop Q ind. Q inf. - caudal total a drenar pelo colector - caudal atribuível à população - caudal atribuível à indústria - caudal de infiltração de águas subterrâneas e de afluências pluviais Saneamento I - 138

9 Caudal de Dimensionamento Caudal de dimensionamento: sendo: Q pop = F h x ( K r x População x Capitação ) F h - factor de ponta instantâneo (variável com a população); 60 F h = 1,5 + Pop K r - coeficiente de redução que varia (normalmente) de 0,70 a 1,0, que resulta de que nem toda a água consumida é drenada (perdas, regas, lavagens, etc.); população capitação - do ano 0 para verificação de auto-limpeza; - do ano horizonte para verificação da capacidade. Saneamento I - 139

10 Localização das Caixas de Visita Decreto Regulamentar nº 23/95 Artigo 155º / Câmaras de visita 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. Saneamento I - 140

11 Caixas de visita normalizadas SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS Caixas de Visita Caixas de visita para grandes Diâmetros Saneamento I - 141

12 Localização e Traçado de Colectores Decreto Regulamentar nº 23/95 Artigo 137º 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. Decreto Regulamentar nº 23/95 Artigo 24º 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 159º 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. Saneamento I - 142

13 Localização e Traçado de Colectores Traçado de colectores / planta e perfil longitudinal 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 à direita 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. Saneamento I - 143

14 Critérios de Dimensionamento Hidráulico-Sanitário 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. Saneamento I - 144

15 Critérios de Dimensionamento Hidráulico-Sanitário 4. Diâmetro mínimo (Art. 134) D mín = 200 mm 5. Altura máxima do escoamento: a) colectores domésticos D 500 mm y máx / D = 0,50 D > 500 mm y máx / D = 0,75 b) colectores unitários e separativos pluviais y máx / D = 1 6. Velocidade máxima de escoamento: V máx = 3 ms -1 V máx = 5 ms -1 para colectores domésticos para colectores unitários ou separativos pluviais Saneamento I - 145

16 Critérios de Dimensionamento Hidráulico-Sanitário 7. Inclinações mínimas e máximas por razões construtivas: J mín = 0,3 % Regulamento Nacional (admitem-se inclinações inferiores desde que seja garantido o nivelamento e o poder de transporte); J mín = 1/ D (mm) Norma Europeia; J máx = 15% Regulamento Nacional (salvo dispositivos especiais 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 V ALimpeza = 0,9 ms -1 para colectores domésticos 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. Saneamento I - 146

17 Perfil Longitudinal dos Colectores Saneamento I - 147

18 Selecção da Inclinação dos Colectores 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. Saneamento I - 148

19 Selecção da Inclinação dos Colectores 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. Saneamento I - 149

20 Selecção da Inclinação dos Colectores / Exemplos Trechos com que arrancam com a profundidade mínima i terreno < i mímima i mínimo Regra geral: i ideal < i mínimo i mínimo Saneamento I - 150

21 Selecção da Inclinação dos Colectores / Exemplos 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 Saneamento I - 151

22 Selecção da Inclinação dos Colectores / Exemplos Adoptar i mínimo Adoptar i máximo Saneamento I - 152

23 Diâmetro e Outras Regras do Perfil Longitudinal Decreto Regulamentar nº 23/95 Artigo 135º 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 159º inserção de um colector noutro deve ser efectuado no sentido do escoamento; alinhar geratrizes interiores superiores (evitar regolfos e 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. Saneamento I - 153

24 Procedimento e Metodologia de Dimensionamento 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; 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 ); Critério não Imperativo 5º as inclinações dos colectores devem estar compreendidas entre limites mínimos e máximos por razões construtivas. Saneamento I - 154

25 Dimensionamento Hidráulico de cada Trecho de Colector 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: Q dim / Q f y / D curva de Q curva de V y / D y V / V f V d) utilizar o ábaco das propriedades hidráulicas das secções circulares: Saneamento I - 155

26 Características Hidráulicas do Escoamento Saneamento I - 156

27 Características Hidráulicas do Escoamento Q = K s x S x R 2/3 x J 1/2 Q = 2-13/3 x K s x θ -2/3 ( θ sinθ ) 5/3 xd 8/3 x J 1/2 Q θn+ 1 senθn 063 Ks J = + 0,6 1,6 0,4 6, D θn Saneamento I - 157

28 Características Hidráulicas do Escoamento Um Quadro para Dimensionamento com Q ponta do Ano 40; Um Quadro para Verificação para Q ponta do Ano 0. Trecho População [hab] Q m f p Q inf Q pt D I h/d V real τ Real Q sc V sc [-] Afluente Acumulada [L/s] [-] [L/s] [L/s] [mm] [m/m] [-] [m/s] [N/m 2 ] [L/s] [m/s] Saneamento I - 158

29 Caixas de Visita / Corpo e Coberturas Câmaras com diâmetro interior (D i ) função da profundidade (H): H < 2,5 m H > 2,5 m D i = 1,00 m D i = 1,25 m Saneamento I - 159

30 Caixas de Visita / Soleiras, Quedas Suaves e Quedas Bruscas Saneamento I - 160

31 Caixas de Visita / Soleiras, Quedas Suaves e Quedas Bruscas Saneamento I - 161

32 Caixas de Visita / Dispositivos de Fecho e Degraus Normalizados Saneamento I - 162

33 Câmaras de Corrente de Varrer Saneamento I - 163

34 Ramais Domiciliários Saneamento I - 164

35 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Metodologia e Etapas de Dimensionamento 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. Saneamento I - 165

36 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Definição dos Elementos de Base Definição correcta dos limites da bacia hidrográfica e das subbacias 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 à ocorrência 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-bacia elementar. Definição dos tempos de concentração iniciais t c. Definição dos condicionalismos, principalmente de natureza hidráulica, associados à descarga final das águas pluviais no meio receptor. Saneamento I - 166

37 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Caudais Pluviais de Dimensionamento Caudal de dimensionamento: Q pluvial = C x I x A sendo: Q pluvial caudal pluvial a drenar pelo colector (L 3 T -1 ) C coeficiente de escoamento ( - ) I intensidade de precipitação (L T -1 ) A área da bacia a drenar (L 2 ) Saneamento I - 167

38 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Caudais Pluviais de Dimensionamento Q pluvial = C x I x A Intensidade de precipitação I = a t b Saneamento I - 168

39 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Caudais Pluviais de Dimensionamento Q pluvial = C x I x A Valores médios do coeficiente C do Método Racional (ASCE, Manual nº 37) Saneamento I - 169

40 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Procedimento e Metodologia de Dimensionamento 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 C i A i ; 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). Saneamento I - 170

41 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Procedimento e Metodologia de Dimensionamento 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. Saneamento I - 171

42 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Sarjetas e Sumidouros Saneamento I - 172

46 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS Saneamento I - 176