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SANEAMENTOAula 22 - Sumário
AULA 22SISTEMAS 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]
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Origem de águas pluviais em meio urbano
infiltraçãono solo
armazenamentoem depressões
intercepção +evapotranspiração
escoamentosuperficial
intercepção +evaporação
escoamentoem colectores
precipitação
evaporação
ORIGEM E DESTINO DAS ÁGUAS PLUVIAIS
a) Uma fracção não atinge o solo(interceptada ou evapora-se)
b) Outra fracção atinge o solo, em localpermeável
. parte infiltra-se
. parte evapora-se (após empoçamento)
. parte escoa-se (escoamento directo ouprecipitação útil)
c) Outra fracção cai em áreaimpermeável (pavimentos earruamentos, passeios e coberturas)
DU - 3
Diversos
Tipos de preocupações
• Carácter poluente das águas pluviais
► metais pesados (Fe, Pb, Zn,…)► hidrocarbonetos► sólidos em suspensão► CBO5 (matéria orgânica)
► Sist. unitários efeito de “first flush” (ressuspensão e transporte de poluentespreviamente 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
PROJECTO MAIS COMPLEXO E CUSTO DE OBRAS SUPERIOR
Agravamentode caudais
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Origem de águas pluviais em meio urbano
Saneamento [A22.3]
PRINCÍPIOS DA CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS
a) Objectivo: Redução de caudal
a1) aumentar a intercepçãoa2) aumentar a infiltraçãoa3) aumentar o armazenamento e a detençãoa4) incrementar o tempo de percurso do escoamentoa5) aplicar técnicas apropriadas de gestão e exploração dos sistemas
b) Objectivo: Controlo da qualidade da água no meio receptorb1) 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
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Concepção e constituição dos sistemas
Saneamento [A22.4]
OBJECTIVO PRINCIPAL: Redução do risco de inundação em meio urbano, i.e.,controlar o escoamento de superfície.
PROCEDIMENTOS DE CONTROLO (QUANTIDADE E QUALIDADE)
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Concepção e constituição dos sistemas
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 (comlimitações)
a5) Proceder à gestão do sistema, por forma a aproveitar as suas potencialidades, emtermos de reserva.
Saneamento [A22.5]
• A concepção deve dar-se numa fase inicial do planeamento urbanístico, especialmente emáreas críticas
PREOCUPAÇÕES:
• Zonas planas (com pouca disponibilidade de energia gravítica) para garantir oescoamento
• Zonas junto de linhas de água ou próximo do mar (redes de colectores sujeitos aosefeitos das cheias e marés)
• Área a infraestruturar localizada a jusante de grande bacia hidrográfica (estudo dosriscos de inundações, estudo do comportamento de terras)
• Locais de elevado índice de construção
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Concepção e constituição dos sistemas
Saneamento [A22.6]
• 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 peloscaudais pluviais após os períodos estivais)
PREOCUPAÇÕES:
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Concepção e constituição dos sistemas
Saneamento [A22.7]
DU - 8
• Adopção de soluções de drenagem não convencionais: SOLUÇÕES DE CONTROLO NA ORIGEM
PREOCUPAÇÕES:
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Soluções de controlo na origem
Saneamento [A22.8]
Valas revestidas com coberto vegetal Bacia de amortecimento/infiltraçãoda Regateira, Almada.
Trincheiras de infiltração:
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Soluções de controlo na origem
Lagoa com toalha de água permanente Lagoa a seco
Saneamento [A22.9]Pavimentos porosos
OUTROS:•Poços absorventes•…
TRAÇADO DA REDE E DEFINIÇÃO DE BACIAS E SUB-BACIAS EM MEIO URBANO
Implantação de colectores ao eixo dos arruamentos
Definição correcta dos limites da bacia hidrográfica e das sub-bacias afectas acada troço da rede
Bacia de cabeceira
Sub-bacias
Colector pluvial
Meio receptor
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Traçado em planta
Saneamento [A22.10]
OBJECTIVO: Minimização do caudal de ponta(maximização da retenção, infiltração, intercepção, …)
DU - 11
ETAPAS DE DIMENSIONAMENTO DOS COLECTORES
1. Definição dos elementos de base2. Cálculo dos caudais pluviais de projecto3. Dimensionamento hidráulico dos colectores
1. DEFINIÇÃO DE ELEMENTOS DE BASE
• Definição dos limites da bacia de drenagem e das sub-bacias elementarescorrespondentes a cada trecho ou conjunto limitado de trechos
• Definição do período de retorno T (varia, em regra, entre 2 e 10 anos) –
• 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 tc
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Etapas de dimensionamento
Saneamento [A22.11]
(DR nº 23/95 – Artigo 130°)
DU - 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.
2. CÁLCULO DE CAUDAIS PLUVIAIS
Método Racional (semi-conceptual; Mulvaney, 1851 e Kuickling, 1889)
Qpluvial = C x I x A
sendo:Q pluvial - caudal pluvial a drenar pelo colector (m3/s)C - coeficiente de escoamento (-) I - intensidade de precipitação (m3/(ha.s))A - área da bacia a drenar (ha)
Valores Médios do Coeficiente C(ASCE, MANUAL Nº 37)
(DR nº 23/95 – Artigo 129°)
Intensidade de precipitação
I = a . t b
sendo:t - tempo de concentração da sub-bacia
a, b - parâmetros da curva IDF
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Etapas de dimensionamento
Saneamento [A22.13]
(DR nº 23/95 – Artigo 128°)
Método Racional Generalizado (Costa, 1956)
AICtt
VVQ
c
12
sendo,V1 - volume correspondente à parte ascendente
do hidrograma (m3)V - volume total do hidrograma (m3)t - duração da precipitação de projecto (h)tc - tempo de concentração da bacia (h)- coeficiente de regolfo.
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Etapas de dimensionamento
2 V1/V - exprime o efeito de retenção e armazenamento: é mínimo em bacias naturais emáximo 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 ocaudal de ponta: é mínimo para bacias naturais (onde toma o valor 0,7) e admite-seque iguale a unidade em bacias totalmente impermeáveis ou altamente canalizadas.
Saneamento [A22.14]
Coeficiente de redução global do métodoracional generalizado:
C1 = C (2 v1/v) (t/tc)
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Etapas de dimensionamento
DU - 16
3. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DE COLECTORES
• Altura máxima do escoamento (h/D) 1
• Velocidade máxima de escoamento Vmáx = 5 m/s (para colectores unitários ouseparativos pluviais)
• Velocidade mínima de escoamento Vmín = 0,9 m/s
Critério de auto-limpeza
• Profundidade mínima (Art. 137) Prof. 1 m
• Diâmetro mínimo (Art. 134) Dmín = 200 mm
• Inclinações mínimas e máximas 0,3% e 15% (por razões construtivas)
CRITÉRIOS DE PROJECTO:
J mín = 1/ D (mm) Norma Europeia
Sendo inviáveis os limites referidos anteriormente,como sucede nos colectores de cabeceira, devemestabelecer-se declives que assegurem estesvalores limites para o caudal de secção cheia.
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Etapas de dimensionamento
Saneamento [A22.16]
(DR nº 23/95 – Artigo 133°)
PROCEDIMENTO DE CÁLCULO
1 - Análise da área de projecto e traçado da rede em planta.Caracterização de condicionalismos (cotas e níveis de água no meio receptor,
atravessamentos com outras infra-estruturas…)
2 - Fixação do período de retorno, T.
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 decálculo
C = (∑i CiAi) / ∑i Ai
6 - Determinação do tempo de concentração, t c
pec t tt tL
Vp
j
j
Inclinação do terreno AI < 50% AI > 50%(min) (min)
muito inclinado 5.0 5.0inclinado 10.0 7.5médio e plano 15.0 10.0
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Procedimento de cálculo
Saneamento [A22.17]
Tempos iniciais (para bacias de cabeceira):
I = a . t b
7 - Determinação da intensidade média de precipitação, I, para uma duração igual ao t c(a partir das curvas IDF)
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 doscritérios hidráulicos
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 assucessivas secções de cálculo.
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Procedimento de cálculo
Saneamento [A22.18]
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Órgãos e acessórios
ÓRGÃOS COMUNS
1- Colectores públicos (circulares, em betão ou PVC)
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
a) Alinhamentos rectos entre câmaras de visita
b) Implantação no eixo dos arruamentos ( Pimin = 1 m)
c) Extensão menor que a rede doméstica
d) Destino final (meio hídrico natural, rio, …)
Saneamento [A22.19]
Sarjetas de passeioSumidouros
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Órgãos e acessórios
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, …)
4- Instalações elevatórias
Devem ser evitadas sempre que possível: encargos na construção e de exploração;
magnitude e aleatoriedade dos caudais
(D50 ≥ 0,2 mm), (V = 0,30 m/s)
Saneamento [A22.21]
BACIAS DE RETENÇÃO
Objectivos
• 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 eparques…)
• protecção do meio ambiente (redução de SST e matériaorgânica)
Tipos:
- bacias enterradas (reservatórios)
- bacias a céu aberto - a seco
- com nível de água permanente
SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
Bacias de retenção
Saneamento [A22.14]
(DR nº 23/95 – Artigo 176°)
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