DOUTORAMENTO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE UNIDADE CURRICULAR DE GESTÃO INTEGRADA DE SISTEMAS DE SANEAMENTO ANO LECTIVO 2009/ José Saldanha Matos 1
ÍNDICE 1. APRESENTAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR 2. CONDIÇÃO DO SANEAMENTO EM PORTUGAL 2.1 Perspectiva histórica geral 2.2 Situação em Portugal nos Século XX/XXI 2.3 Desafios e Perspectivas 3. RELEVÂNCIA DA MODELAÇÃO E GESTÃO AVANÇADA DE SISTEMAS 4. PRINCÍPIOS GERAIS DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS. COMPONENTES. PROBLEMAS E DISFUNÇÕES 2
PERSPECTIVA HISTÓRICA ANTES DO SÉC XIX SÉC XIX E INICIO SEC XX SÉC XX (2ª METADE) SISTEMAS PLUVIAIS SISTEMAS UNITÁRIOS SISTEMAS SEPARATIVOS E UNITÁRIOS REVOLUÇÃO TECNOLÓGICA (Sec. XIX): O FERRO FUNDIDO (ÁGUA EM CASA) O BETÃO (COLECTORES CIRCULARES SEM JUNTAS TRANSVERSAIS) OS RAMAIS DE BARRO E GRÉS 3
INÍCIO DO SEC. XX TRATAMENTO ( LAND TREATMENT OU CHAMPS D EPANDAGE ; DECANTAÇÃO E DESINFECÇÃO COM CLORO; FILTRAÇÃO E DECANTAÇÃO ASSISTIDA COM REAGENTES CAL) - Leitos Percoladores (1893) - Lamas Activadas (1911) - Biofiltração, Tecnologia de membranas, Desinfecção UV SÉC XX NA EUROPA TENDÊNCIA PARA A EXECUÇÃO DE GRANDES SISTEMAS CENTRALIZAÇÃO. (MEIO URBANO) 4
Situação em Portugal no Sec. XX/XXI Sistemas separativos (1900-1970) Porto (1º quartel do séc. XX), núcleos em Cascais, Estoril - (2º e 3º quarteis) Barreiro, Viseu, Tomar, Cova da Piedade, Costa da Caparica, Setúbal, Espinho, Beja, Évora, Elvas, Últimos 30 anos do Séc. XX Grandes investimentos na zona litoral: Lisboa, Costa do Estoril (Cascais, Oeiras, Sintra e Amadora), Loures, Almada, Setúbal, Ria de Aveiro, Grande Porto, Sines, Algarve com efeito de escala significativo. Séc. XXI (2000-2007) Grandes investimentos alargados ao País, sobretudo nos sistemas em ALTA. Consolidação de competências do IRAR. Séc. XXI (2007- ) Reforço de verbas, sobretudo para os sistemas em baixa. Reforço de competências da ERSAR. 5
QUADRO 1 NÍVEIS DE ATENDIMENTO EM SANEAMENTO EM PORTUGAL. Níveis de Atendimento/Ano 1993 2002 (INSAAR) 2008 2013 (objectivo) Abastecimento de Água 82% 87% 93% 95% Drenagem de Águas Residuais 64% 68% 89% (80%) 90% (70%) Tratamento de Águas Residuais 32% 58% 89% (80%) 90% (70%) 6
SISTEMAS MULTIMUNICIPAIS SITUAÇÃO PORTUGUESA 7
OBJECTIVOS OPERACIONAIS (PEAASAR 2007-2013) a) Servir cerca de 95% da população total do País com abastecimento de água; b) Servir cerca de 90% da população total do País. Em que cada sistema integrado o nível de atendimento deve ser 70%; c) Cumprir os objectivos de protecção do ambiente e saúde pública; d) Garantir recuperação integral de custos; e) Dinamização do tecido empresarial; f) Reabilitação da baixa e articulação da alta e baixa. (formação de sistemas multimunicipais para baixa - concessões) 8
AINDA EM FASE DE CONSTRUÇÃO/EXECUÇÃO Execução de infra-estruturas no âmbito dos sistemas plurimunicipais (até 2008/9) (PEAASAR II) Tipo de Sistema ETAR (nº) Estações Elevatórias (nº) Interceptores (km) Multimunicipais 858 992 3842 Municipais integrados 177 135 225 TOTAL 1035 1127 4067 FASE DE GESTÃO 9
SÍNTESE DE DESAFIOS (EM PEQUENOS SISTEMAS: ep < 2000) 1. Investimentos e Encargos compatíveis (Euros per capita) 2. Simplicidade e flexibilidade de operação. 3. Sustentabilidade integrada: minimização de custos e recursos economia de materiais, reagentes e energia. 4. Aceitação social e preservação do ambiente e da paisagem. 10
Rio Côa Rio Côa 11
Vistas de ETAR (fossa séptica e leitos de macrófitas) de Fataca e Malavado, Odemira. 12
Vistas das ETAR de leitos de macrófitas de Shop Wells e Belmont Home, Reino Unido. 13
ETAR Sado, Évora 14
ETAR Sado, Évora 15
DESAFIOS E DIFICULDADES AGLOMERADOS DE MÉDIA E GRANDE DIMENSÃO DESAFIOS 1- CONTROLO DE INUNDAÇÕES ( MUDANÇAS CLIMÁTICAS) 2- CONTROLO DE POLUIÇÃO DE LARGA ESCALA EVENTOS ACIDENTAIS, EM TEMPO SECO (EE; ETAR) 3- CONTROLO DE POLUIÇÃO EM TEMPO HÚMIDO ( EXCEDENTES DE SISTEMAS UNITÁRIOS) 4- CONTROLO DE DIFICULDADES À OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO (ASSOREAMENTO, EROSÃO, CORROSÃO DE MATERIAL, ASSENTAMENTOS, INFILTRAÇÃO, OUTRAS AFLUÊNCIAS INDEVIDAS, EXFILTRAÇÃO, ODORES) 5- GESTÃO INTEGRADA (COLECTOR-ETAR-MEIO RECEPTOR) COM VISTA À SUSTENTABILIDADE 6- EXIGÊNCIA DE ECONOMIA E DIMENSÃO ÉTICA DE PROCEDIMENTOS (TRANSPARÊNCIA E PARTICIPAÇÃO PÚBLICA) DIFICULDADES GERAIS 1- COEXISTÊNCIA DE VÁRIOS TIPOS DE INFRA- ESTRUTURAS (DIFERENTES IDADES, DIFERENTES SECÇÕES, DIFERENTES MATERIAIS) NA MESMA ZONA 2- COEXISTÊNCIA DE VÁRIOS TIPOS DE REDE (RAMIFICADA, MALHADA, PSEUDO- SEPARATIVA, SEPARATIVA E UNITÁRIA) NA MESMA ZONA 3- EFEITOS DE MARÉ OU DE NÍVEL DOS RIOS 4- FALTA DE INFORMAÇÃO ESTRUTURADA (CADASTRO, RESGISTO DE EVENTOS, ) CHAVE: CONHECIMENTO 16
TENDÊNCIAS OU PERSPECTIVAS PARA O AMANHÃ (SISTEMAS DO SÉCULO XXI) PARA MÉDIOS E GRANDES SISTEMAS 1- CONHECIMENTO FÍSICO DA REDE (detalhe, ) 2- MONITORIZAÇÃO EM CONTÍNUO (TELEMETRIA) (sensores de altura de escoamento e de caudal). MEDIÇÃO (de facturação, de controlo, de investigação, ) 3-MODELAÇÃO COM SIMULAÇÃO (SWWM/MOUSE/HIDROWORKS/EFOR/GPS- X/BIOWIN) 4- GESTÃO AVANÇADA DE SISTEMAS (SIG, MONITORIZAÇÃO, TELEMETRIA,RADAR, MODELAÇÃO, ACTUADORES AUTOMÁTICOS) 5-REABILITAÇÃO(REPARAÇÃO, RENOVAÇÃO SUBSTITUIÇÃO) E MANUTENÇÃO/OPERAÇÃO PROGRAMADA. PALAVRAS-CHAVE A CONTROLO NA ORIGEM (ÁGUAS PLUVIAIS) B SEPARAÇÃO TENDENCIAL C CONTROLO EM TEMPO REAL D SUSTENTABILIDADE OU ECO- SUSTENTABILIDADE. PREOCUPAÇÕES ACRESCIDAS COM ENERGIA, RECUPERAÇÃO DE NUTRIENTES E RECURSOS E AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO E CUSTOS CONTROLADOS 17
RELEVÂNCIA DA MODELAÇÃO E GESTÃO INTEGRADA GESTÃO INTEGRADA INTERACÇÕES infiltração/exfiltração AQUÍFERO interacção c/aquífero MEIO RECEPTOR COLECTORES ETAR ÁGUA DE SUPERFÍCIE overflows entrada de água transporte e reserva transporte e reserva transporte e reserva tratamento tratamento tratamento (alteração da qualidade) (alteração da qualidade) (alteração da qualidade) 18
Quadro 1- Aplicabilidade de métodos de cálculo e simulação de caudais (adaptado de EN 752-4, 2001) Domínio Aplicação Métodos simples/empíricos Métodos Modelo de onda cinemática Modelos dinâmicos Dimensionamento de pequenos sistemas S S NR Dimensionamento de grandes sistemas _ S NR Verificação do desempenho em termos de inundações Verificação do comportamento hidráulico e ambiental de sistemas existentes _ S* S* S* Concepção e dimensionamento de emissários e descarregadores de tempestade _ S* S* Impactes sobre o meio receptor (qualidade) _ S S* Impactes sobre o meio receptor (quantidade) Controlo em tempo real S- Aspectos hidrológicos tratam-se de forma simplificada; S* - Aspectos hidrológicos tratam-se de forma simplificada ou detalhada; NR- Em regra, não recomendável. S S NR NR 19
PARA O CUMPRIMENTO DE DIRECTIVAS, JUSTIFICA-SE O ESTUDO COM O RECURSO A MODELOS COMPLEXOS (ONDA CINEMÁTICA OU ONDA DINÂMICA) (EN 752-4): 1. Para a análise do desempenho de sistemas existentes 2. Para a avaliação de impactos no meio receptor 3. Para fundamentar estratégias de beneficiação e reabilitação (MOUSE, SWWM, INFOWORKS, ) RECURSO A MODELAÇÃO INTEGRADA Justifica-se se, a poluição do meio receptor tiver diversas origens; as componentes do sistema interagirem entre si. 20
ÍNDICE PRINCIPIOS GERAIS DE CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS. COMPONENTES. PROBLEMAS E DISFUNÇÕES 1. COMPONENTES DOS SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS 2. TIPOS DE SISTEMAS 3. PRINCIPIOS DE TRAÇADO E CONCEPÇÃO 3.1 Águas residuais domésticas 3.2 Águas residuais pluviais 4. VISÃO INTEGRADA (COLECTOR/ETAR/MEIO RECEPTOR) 5. EXEMPLOS DE CASOS 6. SISTEMAS DE DRENAGEM PROBLEMAS E DISFUNÇÕES 21
- Redes interiores dos edifícios a1) Águas pluviais 1- SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS - COMPONENTES PRINCIPAIS - a2) Águas residuais domésticas, industriais e comerciais - Ramais de ligação à rede geral de drenagem - Rede geral de drenagem incluindo: colectores, câmaras de visita, sarjetas de passeio e/ou sumidouros (em redes unitárias ou separativas de águas pluviais). - Estações elevatórias e condutas de impulsão. Câmaras de parafusos de Arquimedes. - Emissários e interceptores. 22
- Instalações de Pré-tratamento Câmaras de retenção de areia e/ou óleos, gorduras e hidrocarbonetos. - Exutores de lançamento e destino final emissários submarinos. - Descarregadores (de tempestade, de segurança, de transferência ou alívio). - Sifões invertidos. Pontes canal em viadutos. - Obras especiais atravessamentos. - Túneis. - Lagoas ou reservatórios de amortecimento e regularização. - Sistemas de tratamento 23
2- TIPOS DE SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS. UNITÁRIOS Recolhem e drenam a totalidade das águas a afastar das zonas povoadas num único colector.. SEPARATIVOS DE ÁGUAS RESIDUAIS DOMÉSTICAS INDUSTRIAIS E COMERCIAIS Só recolhem e drenam as respectivas águas residuais, sem incluir as águas pluviais.. SEPARATIVOS DE ÁGUAS (RESIDUAIS) PLUVIAIS Recolhem e drenam apenas as águas pluviais (não drenam as águas residuais domésticas, industriais e comerciais).. PSEUDO-SEPARATIVAS DE ÁGUAS RESIDUAIS DOMÉSTICAS INDUSTRIAIS E COMERCIAIS Só recolhem e drenam as respectivas águas residuais incluindo, no entanto, alguma parte das águas pluviais (de pátios, p. e.). MISTOS 24
3.1 - PRINCÍPIOS DE TRAÇADO E CONCEPÇÃO ÁGUAS RESIDUAIS DOMÉSTICAS Colectores e câmaras de visita em arruamentos no núcleo urbano Emissários e interceptores em regra, ao longo de linhas de vale (zonas baixas) PRÍNCIPIOS DO TRAÇADO DE EMISSÁRIOS (condicionado pelo destino final das águas residuais) a) Distância aos Núcleos Urbanos a1) traçado ao longo de vales (rios) a2) traçado ao longo da costa, com Estações Elevatórias (vizinhança do oceano ou estuários) b) Afastamento da rejeição em zonas balneares c) Rejeição em locais com boas condições de diluição e dispersão 25
TRAÇADO DE SISTEMAS 26
ASPECTOS A OBSERVAR NO TRAÇADO EM PLANTA DOS COLECTORES 1- Cartografia adequada: levantamento topográfico à escala 1/1000 ou 1/2000 da zona já urbanizada e da zona da futura expansão, onde figura toda a informação adequada (linhas de água, etc.). 2- O traçado é feito em função da topografia da zona (o escoamento é por gravidade), natureza do terreno, interferência com outros serviços existentes (água, luz, telefones, ) Consulta de cadastro. 3- Depois do primeiro traçado em gabinete, deslocação ao local para recolher informações mais detalhadas, entre elas: 27
a) Melhor localização dos ramais de ligação (fachada versus retaguarda) b) Natureza do terreno (areia, terra ou rocha dura ou branda). c) Tipo de acabamento dos pavimentos. d) Modo de atravessamento de linhas de água (pontes, viadutos, etc.) e) Traçado do emissário, ou emissários. f) Níveis freáticos (problemas na execução da obra e cálculo dos caudais de infiltração). g) Se estiverem previstas estações elevatórias analisar se existe energia eléctrica e estudar a localização do colector de recurso. h) Mesmo que o projecto não inclua o estudo da estação de tratamento, analisar a sua possível localização. 28
3.2 - PRINCÍPIOS DE TRAÇADO E CONCEPÇÃO ÁGUAS RESIDUAIS PLUVIAIS 1- TIPOS DE PREOCUPAÇÕES a) Carácter poluente das águas pluviais (mesmo em sistemas separativos puros) b) Comportamento unitário dos sistemas pluviais (mesmo quando concebidos como sistemas separativos) c) Carácter aleatórios do valor dos caudais 2- NATUREZA DAS ÁGUAS PLUVIAIS a) Poluição de águas pluviais em zonas urbanas Metais pesados (Fe, Pb,.. Zn, ) Hidrocarbonetos Sólidos em suspensão CBO 5 (matéria orgânica) 29
Sistemas unitários: Efeitos do flush flow na ressuspensão e descarga posterior de sólidos em suspenssão e matéria orgânica. b) Aspectos quantitativos Magnitude de distribuição de caudais (o regime de escoamento nos colectores é variável) Magnitude dos caudais de ponta (muito superiores, por bacia drenada, aos caudais domésticos) (o projecto das infra-estruturas é mais complexo e o custo das obras superior) Relação entre a evolução de ocupação do solo e a grandeza dos caudais escoados. Aumento das áreas impermeáveis Artificialização das linhas de água (regularização, canalização, ) agravamento de caudais 30
3- PRINCIPIOS DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS 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 ( gestão em tempo real ) b) Objectivo: Controlo da qualidade da água do 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 31
4- 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 (lagetas 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. 32
4 SISTEMAS DE DRENAGEM PROBLEMAS E DISFUNÇÕES ASSOREAMENTO (ENTUPIMENTOS E OBSTRUÇÕES); INCRUSTAÇÕES; ACUMULAÇÃO DE GORDURA E FILME BIOLÓGICO NAS PAREDES; INTRUSÃO DE RAÍZES; INFILTRAÇÕES; AFLUÊNCIAS INDEVIDAS DE ÁGUAS PLUVAIS; EXFILTRAÇÕES; OCORRÊNCIA DE SEPTICIDADE; COLAPSO TOTAL OU PARCIAL; ENTRADA DE ÁGUA DO MEIO RECEPTOR. 33
EVENTUAIS IMPACTOS DAS DISFUNÇÕES INUNDAÇÕES DE ESPAÇOS INTERIORES (CAVES); INUNDAÇÕES DE ESPAÇOS EXTERIORES; LIBERTAÇÃO DE ODORES; CRIAÇÃO DE ATMOSFERAS TÓXICAS E/OU EXPLOSIVAS; CORROSÃO; EROSÃO/DETERIORAÇÃO; INTERRUPÇÃO DE TRÁFEGO; MANUSEAMENTO DE SEDIMENTOS CONTAMINADOS E TRANSPORTE A DESTINO FINAL; IMPACTO NO FUNCIONAMENTO DAS ETAR (EX: ENTRADA DE ÁGUA DO MAR OU DURANTE PRECIPITAÇÕES). 34
a) COLAPSO b) FRACTURA 35
c) CONEXÃO d) DESLOCAÇÃO DE JUNTA 36
e) RAÍZES f) RAÍZES (através de junta) 37
g) SEDIMENTOS h) OBSTÁCULOS - TIJOLO 38
i) INFILTRAÇÃO (Aquíferos) 39
Processo de avaliação de desempenho (Adaptado de EN 752, 2009) 40
Processo de gestão integrada do sistema (Adaptado de EN 752, 2009) 41
4- VISÃO TRADICIONAL VISÃO HOLÍSTICA DO AMANHÃ. REDES DE COLECTORES TRANSPORTE. TRANSPORTE + REACTOR. ETAR REACTOR. TRANSPORTE/RESERVA + REACTOR. MEIO RECEPTOR DESTINO FINAL. TRANSPORTE + REACTOR. ELEVADO CAUDAL RESIDUAL E O EFLUENTE É UM RESÍDUO. REDUZIDO CAUDAL RESIDUAL E O EFLUENTE É UM RECURSO (NUTRIENTES E ENERGIA). CONTROLO DE FIM DE LINHA. CONTROLO NA ORIGEM/SEPARAÇÃO TENDENCIAL/REUTILIZAÇÃO ECO-SUSTENTABILIDADE. SISTEMA UNITÁRIO/PSEUDO SEPARATIVO CENTRALIZAÇÃO. SISTEMA SEPARATIVO DESCENTRALIZAÇÃO (PEQUENOS SISTEMAS EM MEIO RURAL). GESTÃO PARCELAR. GESTÃO INTEGRADA CONJUNTO: AR - SÓLIDO LÍQUIDO - FAUNA GASES LAMAS EFLUENTE 42
5- EXEMPLOS DE CASOS 43
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Bacia de dissipação/infiltração, na Costa, Almada. Bacia de amortecimento/infiltração da Regateira, Almada. 49
Meia Serra Tratamento Terciário. 50
Leito de macrófitas para águas pluviais Vala revestida com coberto vegetal 51
Pavimento poroso Lagoa com toalha de água permanente 52
Lagoa com toalha de água permanente Lagoa a seco 53
Soluções de controlo de poluição em Portugal (auto-estradas) 54
SÍNTESE DE IDEIAS CHAVE - IMPORTÂNCIA DO CONHECIMENTO E MONITORIZAÇÃO PARA A GESTÃO (CADASTRO, INSPECÇÃO, MEDIÇÃO, MODELAÇÃO E CONTROLO AUTOMÁTICO). - REPARAÇÃO/RENOVAÇÃO (EM VEZ DE SUBSTITUIÇÃO). - GESTÃO INTEGRADA (E NÃO GESTÃO PARCELAR). - GESTÃO AVANÇADA (RADAR, MONITORIZAÇÃO, MODELAÇÃO, CONTROLO EM TEMPO REAL). - SUSTENTABILIDADE DAS SOLUÇÕES (ECONÓMICA, AMBIENTAL E SOCIAL). O DESAFIO DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS ENERGIA E MERCADO DE TRABALHO. - PARTICIPAÇÃO DOS AGENTES E TRANSPARÊNCIA NAS DECISÕES. 55
CONCEPÇÃO DE SISTEMAS E ESTIMATIVA DE CAUDAIS EM MEIO URBANO. QUALIDADE DE ÁGUAS RESIDUAIS E PLUVIAIS. ÓRGÃOS E EXEMPLOS DE CÁLCULO. 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 (escoamento directo ou precipitação útil) c) Outra fracção cai em área impermeável pavimentos (arruamentos) passeios Coberturas Tubos de queda Valeta Ramais disp. Interceptor colector público 56
CONSTITUIÇÃO DE SISTEMAS PLUVIAIS - SÍNTESE Colectores, câmaras de visita, 57
Rede de Colectores 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, ) 58
ÓRGÃOS COMUNS (PÚBLICOS) 1- Colectores (circulares, em betão ou pvc) Públicos ø 200 mm até ø 300 mm (ex: C.M. Lisboa) 2- Dispositivos Interceptores ou de entrada (sarjetas de passeio ou sumidouros de grades) 59
3- CÂMARAS DE VISITA (para observação, inspecção, exploração e manutenção) 60
4- RAMAIS DOMICILIÁRIOS ÓRGÃOS ESPECIAIS a) BACIAS DE AMORTECIMENTO b) CÂMARAS DRENANTES E SOLUÇÕES DE CONTROLO NA ORIGEM c) DESARENADORES convencionais (rectangulares) não convencionais (circulares, ) d) INSTALAÇÕES ELEVATÓRIAS (D 50 0,2 mm), (V = 0,30 m/s) Devem ser evitadas sempre que possível, encargos na construção e de exploração magnitude e aleatoriedade dos caudais 61
CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS PLUVIAIS TRAÇADO EM PLANTA E PERFIS DE CÂMARAS DE VISITA (VER SANEAMENTO AMBIENTAL ) ASPECTOS PARTICULATES DE REDES PLUVIAIS VERSUS REDES DOMÉSTICAS. Dimensão dos colectores. Formato das câmaras de visita. Elevado custo das infra-estruturas, devido à dimensão Objectivo: Minimização do caudal de ponta (maximização da retenção, infiltração, intercepção, ) 62
Como princípio, a concepção deve dar-se na fase inicial do Planeamento Urbanístico, nomeadamente, em áreas críticas do ponto de vista de drenagem: 1- Zonas planas (com pouca disponibilidade de energia gravítica) para garantir o escoamento 2- Zonas junto de linhas de água ou próximo do mar (redes de colectores sujeitos aos efeitos das cheias e marés) 3- Área a infraestruturar localizada a jusante de grande bacia hidrográfica (estudo dos riscos de inundações, estudo do comportamento de terras) 4- Locais de elevado índice de construção 63
DIMENSIONAMENTO DE COLECTORES -ETAPAS - 1- Definição dos elementos base 2- Determinação dos caudais de ponta pluviais 3- dimensionamento hidráulico dos colectores (ø, i) ELEMENTOS BASE a) definição dos limites da bacia de drenagem e das sub-bacias elementares correspondentes a cada trecho ou conjunto limitado de trechos. Cada sub- -bacia deve ser aproximadamente homogénea em termos de tipo de solo e ocupação. b) Definição do período de retorno da precipitação de projecto (intervalo de tempo médio associado a ocorrência de uma precipitação à prec. de projecto) (em regra T = 2 a 10 anos) Análise custo-benefício. c) Determinação (ou prévio conhecimento) da curva I, D, F 64
i = a t b a, b constantes t duração da precipitação i intensidade média da precipitação da duração t. d) Caracterização de casa sub-bacia elementar (área, valor de C, declive, tipo de solo, % de precipitação. 65
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MÉTODO RACIONAL (C I A) TIPO DE OCUPAÇÃO C (-) Comercial centro urbano 0,70 0,90 arredores 0,50 0,70 Residencial habitações unif. 0,30 0,50 prédios isolados 0,40 0,50 prédios germinados 0,50 0,70 sub-urbano 0,25 0,40 Industrial pouco denso 0,50 0,80 muito denso 0,60 0,90 parques e cemitérios 0,10 0,25 campos de golfe 0,20 0,40 67
TIPO DE SUPERFÍCIE C (-) Pavimento asfáltico 0,70 0,95 betão 0,80 0,95 Passeios 0,85 Coberturas 0,75 0,95 Relvado em solo per. plano (< 2%) 0,05 0,10 médio 0,10 0,15 inclinado (> 7%) 0,15 0,20 Relvado em solo imp. plano 0,13 0,17 médio 0,18 0,22 incl. 0,25 0,35 68
e) Definição dos tempos de concentração das bacias de cabeceira (tempos iniciais), para aplicação do método racional. Zonas urbanas 5 a 15 minutos (função de % Áreas Impermeáveis; tamanho, inclinação) (rios) 0,5 a 1 m/s (valetas) 1 a 2 m/s (colectores) 1 a 5 m/s f) Caracterização dos condicionalismos diversos com interesse para o projecto. Cotas e níveis de água do meio receptor Cotas das zonas baixas a drenar Atravessamentos e cruzamentos com outras infraestruturas M to inclinadas ---- 5 mim A.I > 50% Inclinadas ---- 7,5 mim Tempos iniciais A.I 50% Médias e planas ---- 10 min M to inclinadas ---- 5 mim Inclinadas ---- 10 mim Médias e planas ---- 15 min 69
CÁLCULO DE CAUDAIS PLUVIAIS MÉTODOS. empíricos. semi-empíricos. conceptuais MÉTODO RACIONAL MULVANEY (1851) KUCHLING (1889) Lloyd Davis HIPÓTESES DE BASE Q p = C I A (l/s) (l/s.ha) (ha) 1. Linearidade entre a precipitação e o caudal de ponta 2. O único parâmetro representativo da relação precipitação- -escoamento (Q p /(IA)) é o coeficiente C 70
O coeficiente C engloba vários factores a) Relação entre o volume de água escoada e a precipitação b) Efeitos de retenção no solo c) Efeitos de regolfo e atraso no terreno, linhas de água e colectores Aplicação A < 200 a 1200 ha não vocacionado para zonas rurais ou semi-rurais MÉTODO RACIONAL GENERALIZADO COSTA 1956 Q V1 = 2 V t tc γ C I A 71
V 1 parte ascendente do hidrograma (m 3 ) V totalidade do hidrograma (m 3 ) Área totalmente impermeável Área 100% rural V1 V 1 237 = 0,32 V 1 = 0,5 V V 2 1 V - Exprime o efeito de retenção e armazenamento (é mínimo em bacias naturais e máxima em bacias completamente impermeabilizadas) t tc - Exprime o desfasamento entre o fim da chuvada e o instante em que se verifica o caudal de ponta. Este quociente é mínimo em bacias naturais (0,7) estes factores dependem,. das características físicas da bacia. da ocupação do solo. estado da humidade do solo, precipitação antecedente, duração e distribuição da precipitação, época do ano, ets. 72
ESTUDOS DE HORNER E FLYNT (3 bacias da cidade de St Louis, Estados Unidos da América) Estudaram precipitações e caudais como fenómenos independentes P 1 Q 1 P 2 Q 2 P 3 Q 3 P 4 Q 4 P 5 Q 5 Foi verificada certa relação constante (por bacia), não entre a precipitação e o caudal correspondente, mas entre a máxima precipitação e o máximo caudal verificado num certo período Método racional significado estatístico (e não determinístico) A intensidade da precipitação deve ser avaliada para condições críticas i (t = tc) 73
γ - coeficiente de regolfo (depende da inclinação do terreno, em regra considera-se γ = 1) 74 Ábaco do Método Racional Generalizado
CRITÉRIOS DE PROJECTO (COLECTORES) a) (H/D max ) = 1 b) V max = 5 m/s c) δ min = 3 a 4 N/m 2 (secção cheia); V min 0,9 m/s (sessão cheia) d) Prof. 1 m PROCEDIMENTOS DE CÁLCULO 1- Análise da área de projecto (reconhecimento local: tipo de solo, ocupação, desnível topográfico, traçado da rede em planta). 2- Escolha do período de retorno (T). 3- Selecção da curva I.D.F. 4- Cálculo da A para cada secção de cálculo. 5- Determinação do coeficiente C para cada bacia elementar e cada sub-conjunto de bacias. C = i c1ai Ai 75
6- t c = t i + t p t p = L/V Vinicial - arbitrado 7- determinação da intensidade de precipitação de projecto I (t c ; T) 8- Cálculo do caudal de ponta Q p = C I A 9- Escolha do diâmetro e declive de cada trecho 10- Para cada trecho, determinação da velocidade (V) e correcção do valor do tempo de percurso (etapa 6 ) O dimensionamento desenvolve-se de montante para jusante As áreas A crescem sucessivamente para jusante. As intensidades I decrescem sucessivamente para jusante. Os valores de caudal Q p crescem, em regra, sucessivamente para jusante. 76