DFA Gestão e Tecnologia de Águas e Resíduos

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1 DFA Gestão e Tecnologia de Águas e Resíduos GESTÃO INTEGRADA DE SISTEMAS DE SANEAMENTO Sessão Soluções de controlo na origem de águas pluviais Rafaela de Saldanha Matos IST, 14 de Abril de 2008

2 Objectivo da Sessão >Dar uma panorâmica geral das soluções de controlo na origem de águas pluviais e das aplicações > Ilustrar com casos concretos > disponibilizar algumas referências para efeitos de pesquisa bibliográfica na matéria 2

3 Estrutura e Conteúdo da Sessão > Enquadramento geral O que são soluções de controlo na origem? Porquê soluções de controlo na origem? Que vantagens e inconvenientes em geral? > Que tipo de técnicas? > Para cada uma das técnicas: Definição e princípio de funcionamento Vantagens e inconvenientes específicos Concepção e dimensionamento Construção e manutenção Exemplos de aplicação. Ilustração de soluções implementadas > A importância deste tipo de soluções em Portugal > Referências 3

4 Controlo na origem de águas pluviais >Conjunto diversificado de técnicas, de controlo a montante, que permite reduzir caudais e ponta e volumes de escoamento >Promoção da infiltração, da retenção ou de ambas redução dos volumes de escoamento p/ jusante redução dos caudais de ponta p/jusante >Conceito alternativo (ou complementar) à solução tradicional de rede drenagem >Soluções de desconcentração física >instrumento privilegiado de planeamento >aplicação crescente na Europa, nos EUA, no Japão e na Austrália a partir dos anos 80 4

5 Controlo na origem de águas pluviais > Abordagem prioritária > Indissociável de um processo de gestão integrada de águas pluviais em meio urbano > Indissociável das boas práticas de ordenamento do território e do ordenamento do tecido urbano > elementos de desenvolvimento sustentável => mitigação do risco de inundação => redução de descargas poluentes p/ meio receptor 5

6 Tipo de técnicas >bacias de retenção >pavimentos reservatório >poços absorventes >trincheiras de infiltração >valas revestidas com coberto vegetal >(Detenção em coberturas das edificações) 6

7 Vantagens e limitações > Plano técnico > Plano ambiental > Plano social > Plano económico-financeiro 7

8 Plano Técnico >Mitigação do risco de inundações >Minimização de descargas para o meio >Preocupações: concepção global intervenção ao nível de estudos de planeamento articulação com outras disciplinas (arquitectura, geotecnia, hidrogeologia, vias, qualidade e controlo da poluição ) Sensibilização e responsabilidade individual 8

9 Plano ambiental > Eficácia no controlo da poluição > Efeito depurador > Redução sensível da carga poluente - sólidos suspensos, carga orgânica, azoto e metais pesados redução até 80%-90% SS redução até 60%-70% carga orgânica redução até 30%-40% azoto redução de 30%-40% metais pesados > Experiência internacional vasta > Preocupações Articulação especialidades diversas Melhor coordenação e trabalho em equipa 9

10 Plano social > Valorização do espaço: integração paisagística, estética e ambiental > Compatibilização com funções de lazer, desporto, recreio livre, etc. > Ligação cidadão-água-natureza > Responsabilidade individual ganha dimensão acrescida > Preocupação e Exigências: Maior sensibilização para a temática de valorização do espaço Atitude de mudança relativamente à prevalência de critérios de rendibilidade do investimento imobiliário 10

11 Plano económico-financeiro > Redução do custo de investimento relativamente à solução clássica redução (ou eliminação) de rede e acessórios redução (ou eliminação) ramais ligação aumento da capacidade instalada das redes a jusante > Custos directos (empreedimento) + custos/ benefícios indirectos mais valia relativamente à solução clássica > Preocupação Transferência do esforço financeiro da colectividade para o promotor urbanístico deve ser razoável Incentivos à utilização destas soluções pode ser interessante (caso da Alemanha, Suiça, por exemplo) 11

12 Concepção e critérios de selecção aspectos gerais a ter em conta > Identificação dos problemas potenciais de escoamento pluvial numa fase precoce de planeamento (Planos Directores Municipais) > Definição ao nível do projecto de urbanização dos objectivos e funcional pretendidas e consequente escolha das opções > Discussão e concertação pontos de vista com outras especialidades Multiplicidade de critérios susceptíveis de influenciar a decisão > Consideração do Ciclo de vida das técnicas elegíveis (sua evolução concepção /execução / exploração) > Eventual impacte negativo perante ocorrência de risco agravado análise de vulnerabilidade 12

13 Metododologia de abordagem > Análise sequencial de 2 tipos de critérios (Azzout 1996)/: Critérios de viabilidade técnica (técnica ou técnicas elegíveis) Critérios de apoio à decisão final (análise comparativa de soluções, aspectos técnicos e outros) > Aspectos de viabilidade técnica: Tipo e funcionalidade da área a drenar Disponibilidade de espaço físico Solo e seu comportamento perante a presença de água Vulnerabilidade à poluição das águas subterrâneas 13

14 Metododologia de abordagem (cont.) >Aspectos de viabilidade técnica (cont.) Transporte de poluentes finos pelas águas pluviais Níveis freáticos de verão e de inverno Capacidade de suporte do solo de fundação Declive da área Existência ou não de meio receptor permanente Afluência ou não de água em permanência à área de estudo 14

15 Metododologia de abordagem (cont.) > Critérios de apoio à decisão final: Integração paisagística natural e urbana: Impacte na paisagem, constrangimentos induzidos nas soluções paisagísticas, possibilidades de utilização lazer Custo: preliminares (geotécnicos e hidrogeológicos, investimento, figura jurídica e financiamento associado, valorização do espaço) Comportamento hidráulico: desempenho previsível face a ocorrência excepcional e impactes em caso inundação Influência sobre a população: alteração de comportamentos, gestão de infra-estruturas de fins múltiplos, inconvenientes e riscos para pessoas e bens 15

16 Metododologia de abordagem (cont.) > Critérios de apoio à decisão final (cont.) Influência no ambiente: potencial de redução da poluição de natureza permamente Construção: facilidade de construção e seu controlo Manutenção e operação: frequência de manutenção corrente, facilidade e controlo das operações de manutenção; remoção e reutilização de resíduos provenientes; consumos de energia, riscos potenciais para o pessoal exploração, degradação previsível das soluções Comportamento a longo prazo: duração de vida ou tempo previsível para a substituição da infra-estrutura, reutilização dos materiais resultantes da sua desactivação 16

17 > Bacias de retenção 17

18 Definição e Princípio de funcionamento >Função de regularização do escoamento - Estruturas de armazenamento que se destinam a regularizar caudais afluentes, permitindo a restituição, a jusante, de caudais de ponta compatíveis com determinado limite fixado (colector a jusante ou meio receptor) > Função paisagística, recreativa, desportiva ou de lazer (condições de integração) > Função de redução da poluição relevante em bacias de decantação (tempos de retenção elevados) >Contribui para a maior robustez geral do sistema a situações de risco 18

19 Classificação e usos típicos >Posicionamento relativamente à superfície A céu aberto Enterradas >Comportamento hidráulico Bacias secas Bacias com nível de água permanente > Localização relativamente ao colector ou canal de drenagem principal Bacias em série Bacias em paralelo 19

20 Concepção e dimensionamento > Estudo hidrológico e hidráulico e caracterização dos condicionamentos a jusante Previsão de caudais e volumes afluentes para cenários de probabilidade de ocorrência identificação dos constrangimentos a jusante destino final (colector ou meio hídrico) > Identificação preliminar de locais de implantação: conciliação de vários aspectos (técnicos, ambientais, sócioeconómicos) > Recolha e análise de dados complementares Viabilidade de execução e precisão sobre o tipo de bacia Levantamentos topográficos, dados geológicos e geotécnicos e hidrogeológicos, proteçcões e restrições ambientais, patrimoniais, etc. > Dimensionamento hidráulico Cálculo do volume necessário + detalhes de funcionamento dispositivos de entrada / corpo da bacia/ dispositivos de saída 20

21 Contrução e manutenção > Construção influenciada pelo local de implantação e suas condicionantes >Frequência de manutenção - dependente tipo de bacia e especificidades > Tarefas típicas Verificação e controlo da afluência à bacia de águas não pluviais Recolha de corpos flutuantes Limpeza de dispositivos (desarenadores, câmaras de grades, retentores de óleos, etc.) Protecção, tratamento e limpeza de fundo, das bermas e taludes Controlo qualidade da água armazenada 21

22 Bacia de retenção seca 22

23 Bacias Bacias de Infiltração Figura 8. Representação Esquemática de Bacia de Infiltração a Seco. Figura 7. Bacia de Infiltração a Seco. 23

24 Bacias de retenção água permanente Bacia de Retenção com nível n permanente. 24

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29 Resultados de estudos experimentais (DK e EUA) 29

30 > Pavimentos reservatório 30

31 Definição / Princípio de funcionamento > pavimento reservatório pavimento que se distingue do pavimento clássico, por dispor de uma camada de base com capacidade de armazenamento (nº de vazios) > pavimento poroso (camada de desgaste permeável) e pavimento reservatório > pavimento reservatório função hidráulica de armazenamento através da constituição da sua camada base 31

32 Pavimento-reservatório: o que é? 32

33 Pavimento-reservatório: entradas e saídas 33

34 Construção /materiais a utilizar Preocupações adicionais em particular : > materiais da camada de base granulometrias, porosidade, arraste de finos > outros componentes geomembranas, geotêxteis e drenos >Camada de desgaste betões porosos, misturas betuminosas porosas, elem.préfabricados de betão (blocos e lajetas) > Camada de base materiais granulares, alveolares, betões porosos, materiais reciclados (ex. pneus usados) 34

35 Vantagens e inconvenientes específicos > Vantagens regularização de caudais e volumes de escoamento potenciais (20 a 50% Qp e 15 a 30 % volumes) Efeito depurador redução carga poluente SST (50 a 90%) Carga orgânica (50 a 70%) Metais pesados, designadamente chumbo (75 a 95%) Efeito de recarga de aquíferos Segurança condução, redução riscos aquaplanagem, conforto, redução ruído rolamento (se camada de desgaste porosa) > Inconvenientes Maior vulnerabilidade à efeitos de colmatagem por finos Manutenção mais exigente (frequência, formação especializada, custos) 35

36 Concepção e dimensionamento > Condições geotécnicas e hidrogeológicas Tipo de terreno, capacidade de suporte, níveis freáticos > Solicitações (passeio, tráfego, etc..) Tipo de veículos e frequência de circulação Peões e nível de movimento > Condições topográficas Declive > Ocupação do sub-solo outras infra-estruturas > Outros aspectos específicos Exigências de protecção da qualidade águas subterrâneas que podem interditar a utilização de infiltração através do solo de fundação > Dimensionamento estrutural idêntico aos dos pavimentos tradicionais > Dimensionamento hidráulico idêntico ao de bacias de retenção, através de modelo empírico simplificado ou método numérico (modelo de reservatório) 36

37 Manutenção > Preocupações adicionais em relação aos pavimentos tradicionais, em particular : manutenção preventiva - evitar a colmatagem da camada de desgaste porosa limpeza de sumidouros e drenos controlo da capacidade hidráulica 37

38 Domínios de aplicação >áreas de expansão urbana e periurbana (ocupação residencial/comercial/mista, espaços públicos, utilização recreativa e de lazer) >áreas integradas no tecido urbano (estacionamentos, espaços de circulação, de recreio, conjuntos urbanos de preenchimento) /desconecção de ligações pluviais à rede pública 38

39 Pavimentos Porosos e com Estrutura Reservatório rio Diferença a entre o Comportamento de um Pavimento Poroso e de um Tradicional. al. 39

40 Pavimento poroso 40

41 Pavimentos Porosos e com Estrutura Reservatório rio Figura 13. Secção Transversal de Pavimento com Estrutura Reservatório rio Figura 12. Pavimento Poroso num Parque de Estacionamento de Lisboa. 41

42 42

43 Pavimento reservatório aplicável a passeio 43

44 Pavimento reservatório aplicável a vias de comunicação 44

45 Pavimento reservatório aplicável a estacionamento residencial 45

46 Pavimento reservatório aplicável a espaços verdes 46

47 O projecto europeu Craft /Brite- Euram >Utilização inovadora de elementos pré-fabricados de betão perfurado >Parceiros: CERIB e LNEC (I&DT) + industriais de betão (CIB, LIB, Cavan, Pavicentro) >Objectivo: estudar alternativa competitiva : granulares típicos brita (eficiência hidráulica) alveolares em plástico (custos) >Brita: 30-35% vazios / 140 (Euro /m 3 ág.arm.) >Nidaplast: >95% vazios / 250 Euro/ m3 ág.arm. >Projecto: 65% vazios / Custo: 160 Euro/ m3 ág.arm. 47

48 O projecto europeu Craft /Brite- Euram >Utilização inovadora de elementos pré-fabricados de betão perfurado >alternativa competitiva relativamente a: granulares típicos brita (eficiência hidráulica) alveolares em plástico (custos) >Brita: 30-35% vazios / 140 Euro /m 3 ág.arm. >Nidaplast: >95% / 250 Euro/ m 3 ág.arm. >Cilindros de betão: 65% vazios / Custo: 160 Euro/ m 3 ág.arm. 48

49 Actividade do LNEC > Aplicação do modelo Pore (LCPC, Nantes) simulação do comportamento da nova estrutura reservatório 49

50 Actividade do LNEC validação da permeabilidade do material 50

51 > Poços absorventes 51

52 Definição e Princípio de funcionamento > Poços absorventes (ou poços de infiltração) são infra-estruturas que permitem a infiltração directa de águas pluviais no solo a certa profundidade > Têm a vantagem de poder ser aplicados em locais onde a camada superficial é pouco permeável mas que dispõe de capacidade de infiltração na camada mais profunda >Distinguem-se: poços de infiltração e poços de injecção (consoante nível freático em relação à cota de fundo) 52

53 Poço de infiltração e Poço de injecção esquema 53

54 Poços de infiltração (com e sem material de enchimento) 54

55 Poços absorventes tipo de alimentação 55

56 Vantagens e inconvenientes específicos > Facilidade de integração no tecido urbanizado > economia de utilização do espaço > Resposta interessante, em termos de drenagem, se o meio receptor se encontrar distante da origem, permitindo economias de dimensão da rede para jusante >Fácil associação com outras técnicas de controlo na origem 56

57 Vantagens e inconvenientes específicos (cont.) > escala reduzida dos efeitos de armazenamento > tipologia dispersa da solução > necessidade de manutenção regular frequente para evitar fenómenos de colmatagem > Risco de contaminação de águas subterrâneas 57

58 Poços de infiltração tipos de utilização em meio urbano 58

59 Poços de Infiltração Tipos de Poços os de Infiltração com Enchimento. Anel Perfurado Pré-Fabricado. 59

60 Concepção e dimensionamento Condições prévias a ponderar: zona em estudo não está condicionada por restrições a infiltração (ex: protecção qualidade água aquíferos) > águas de escorrência pluvial são pouco poluídas (evitar a utilização em áreas de utilização agrícola, industrial urbano incluindo estações de serviço, áreas expostas a produtos químicos ou com riscos de contaminação associados > camada permeável a grande profundidade limitação dos poços em geral a 20 metros >Subsolo muito propício infiltração zonas cársicas (vulnerabilidade) ou gipsíferas (dissolução) 60

61 Concepção e dimensionamento > Dimensionamento em 2 etapas > Pré-definição de dimensões iniciais (profundidade e diâmetro) com base nos elementos disponíveis preliminarmente > estimativa do caudal de infiltração com base nas características hidrodinâmicas das formações geológicas, designada/ permeabilidade e condições de fronteira (geometria, fronteiras impermeáveis..) >Cálculo expedito: Áreas de infiltração x permeabilidade hidráulica do meio, ao qual é aplicado coeficiente de segurança (entre 0.35 e 0.75) 61

62 Construção e manutenção > Técnica bem conhecida > Execução manual ou mecânica > Precauções controlo de afluência de material fino na fase de abertura controlo dimensional da abertura qualidade dos materiais, no caso de enchimento (propriedades e granulometria) verificação (ensaios in situ da permeabilidade do meio) 62

63 Construção e manutenção > Manutenção regular indispensável > Fase inicial e na sequência de eventos pluviosos mais intensos > Manutenção de rotina: Limpeza dos dispositivos de entrada, grelhas, sumidouros Limpeza das câmaras de visita (incluindo eventuais retentores de areias) > Organização e responsabilidades variáveis proprietário ou entidade gestora (Ex. da Suíça e da França) 63

64 >Trincheiras de infiltração 64

65 Definição e Princípio de funcionamento > Trincheiras de infiltração são dispositivos pouco profundos (profundidade em geral não superior a 1m), de desenvolvimento longitudinal, que drenam as afluências no sentido perpendicular ao seu desenvolvimento > infiltração, retenção e transporte > Funcionamento hidráulico: condições de entrada, retenção ou armazenamento temporário, e condições de saída 65

66 Trincheiras de infiltração 66

67 Trincheiras de infiltração e trincheiras de retenção 67

68 Trincheiras de Infiltração Representação Esquemática de Trincheira de Infiltração Descoberta. Trincheira de Infiltração Descoberta. 68

69 Trincheiras de Infiltração Representação Esquemática de Trincheira de Infiltração Coberta. Trincheira de Infiltração Coberta. 69

70 Associação trincheira + poço de infiltração 70

71 Vantagens e inconvenientes específicos > Fácil integração no tecido urbano > Potencialidades na harmonização da paisagem urbana e na valorização do espaço > Relativa facilidade de execução e custo acessível > Interessante, em termos de drenagem, se o meio receptor não existe próximo >Técnica de maior implantação na Europa, EUA, Japão e Austrália (algumas soluções patenteadas) >Exposição Hannover 2000 (várias soluções construídas deste tipo) > Inconvenientes similares ao referido para poços 71

72 Combinação bacia de infiltração e trincheira de infiltração (Mulden-rigolen System) 72

73 Vantagens e inconvenientes específicos (cont.) > necessidade de manutenção regular frequente para evitar fenómenos de colmatagem > Risco de contaminação de águas subterrâneas, designadamente de poluição acidental 73

74 Concepção e dimensionamento Condições prévias a ponderar: > zona em estudo não está condicionada por restrições a infiltração (ex: áreas delimitadas de protecção de captações de água p/ consumo humano) > existe uma distância mínima adequada entre o nível freático de inverno e a base da trincheira (não inferior a 1m) > Os níveis superiores do solo são suficientemente permeáveis (ensaiso in situ para o conhecimento da permeabilidade de pequena profundidade) > O solo de fundação é propício à infiltração da água conhecimento da natureza do solo de fundação e o seu comportamento em presença de água é relevante para se poder optar por esta solução (a existência de zonas instáveis na proximidade pode constituir factor de exclusão) > As águas de escorrência não representam riscos de poluição elevada (idem poços absorventes, desaconselhável em áreas potencialmente causadoras de níveis de poluição elevados) 74

75 Concepção e dimensionamento > Abordagem, para efeitos de dimensionamento hidráulico, similar á utilizada em pavimentos reservatório > Método simplificado cálculo do volume necessário para o armazenamento de uma afluência de projecto, compatível com um caudal de saída, admitido como constante e não excedendo um limite pré-fixado Caudal de saída estimado de forma simplificada: Superfície activa de infiltração x capacidade de absorção do solo Capacidade de absorção =~ permeabilidade ter em conta o efeito de colmatagem através de um coeficiente de segurança (entre 0.35 e 0.75) > Simulação numérica Lei de armazenamento (volume armazenado vs altura de água) Geometria da secção e lei de descarga (caudal saída vs volume) Lei de descarga variável consoante as condições hidráulicas de saída (predominantemente infiltração lei de Darcy) ou escoamento controlado por oríficio a jusante (lei de vazão em orifício) 75

76 > Valas revestidas 76

77 Definição e Princípio de funcionamento > Valas revestidas com coberto vegetal são dispositivos de desenvolvimento longitudinal, a céu aberto, geralmente de pequena profundidade, de secção variável (triangular, trapezoidal, de pequena curvatura) e revestidas com coberto vegetal > Recolha de águas pluviais com tempos de percurso elevados, permitindo algum armazenamento e infiltração ao longo do percurso > Funcionamento hidráulico típico: infiltração prioritariamente (vala de infiltração) ou retenção principalmente (vala de retenção) > Aplicação junto a arruamentos mas também como soluções bem integradas nos espaços verdes ou em áreas de utilização pública 77

78 Vala de infiltração e vala de retenção 78

79 Valas revestidas 79

80 Vala revestida com coberto vegetal 80

81 Valas Revestidas de Coberto Vegetal Vala Relvada com Seccionamento transversal em Madeira Vala Revestida com Coberto Vegetal 81

82 Vantagens e inconvenientes específicos > Servem de meio receptor às águas de escorrência superficial, assegurando a condução gravítica para os pontos baixos > Fácil integração no tecido urbano > Potencialidades na harmonização da paisagem urbana e na valorização do espaço > Relativa facilidade de execução e custo acessível > Exigente manutenção (evitar a colmatagem) > Risco de contaminação de águas subterrâneas por poluição acidental (pode ser necessário prever dispositivos de intercepção e tratamento) 82

83 Concepção e dimensionamento > Grande paralelismo com a com a concepção e dimensionamento de trincheiras de infiltração > Há que assegurar de forma idêntica condições de solo e de nível freático adequadas > articulação indispensável com a concepção paisagística pela sua forte intervenção na estruturação e organização do espaço > A diferença ao nível do dimensionamento reside essencialmente na secção transversal (ao contrário da situação clássica de secção rectangular) a vala pode apresentar secções diferenciadas pelo que a secção útil pode não ser função linear da altura de água > Cálculo expedito superfície de infiltração pode ser considerada igual à projecção em planta da superfície real (corresponde na prática à utilização de coeficiente segurança) 83

84 Construção e manutenção > Paralelismo com os trabalhos clássicos de obras de espaços públicos e equipamentos colectivos > Observação de regras construtivas de boa prática Verificação dimensional (secção transversal e declive) Minimização de arraste de finos, em fase de execução > Observação de manutenção adequada Limpeza e remoção de resíduos Manutenção do coberto vegetal 84

85 Construção de bacia de retenção (I) 85

86 Elemento alveolares (material plástico) 86

87 Construção de bacia de retenção (II) 87

88 Construção de bacia de retenção (III) 88

89 Estádio em Berlim (drenagem pista atletismo - pavimento reservatório) 89

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91 91

92 A importância para Portugal 92

93 Considerações finais >Importante implementar a utilização deste tipo de soluções em Portugal >Observar e aprender com a vasta experiência internacional >Enquadramento legislativo (Dec.Reg. 23/95 e Dec-lei 364/98) >Situação oportuna: revisão dos PDM, Programa Polis e requalificação urbana, Peasar II ( ) >Mudança de atitude indispensável (técnicos e decisores) 93

94 Investimentos (milhões de contos) Precipitação anual média Concelhos com zonas sensíveis

95 Referências bibligráficas >Pesquisas relevantes utilizando as palavras chave SUDS Sustainable Urban Drainage Systems (UK) BMPs Best Management Practices (USA) WSUD Urban Sensitive Water Design (Australia e Nova Zelândia) 95

96 Sites específicos dee?OpenDocument 96