aulas_teoricas

2008/2009Hidráulica Urbana1

HIDRÁULICA URBANA

Engenharia Civil

Isabel BentesProf. Associada


Regras de AvaliaçãoAvaliação Contínua:

– 2 testes (nota mínima de 7.5 valores)– Para serem admitidos à avaliação contínua o nº máximo de faltas às aulas

teóricas e às aulas práticas não pode exceder ¼ das aulas previstas.– Só têm direito a realizar 1 chamada de exame.

Avaliação por exame:– Para que os alunos sejam admitidos a exame o número máximo de faltas

nas aulas práticas não pode exceder ¼ das aulas previstas.– Só têm direito a realizar 1 chamada de exame

Notas entre 8,5 e 10 valores ou superiores a 16 têm que se submeter a um exame oral.

Datas dos exames– 1ª chamada –27/01/2009– 2ª chamada –03/02/2009– Época especial – 21/07/2009


Datas dos testes:1º teste: 26/11/20082º teste: 14/01/2009

Horário de atendimento:– 3ª feira das 16:00 às 18:00 horas


Bibliografia:– José Alfeu Almeida de Sá Marques e Joaquim José de Oliveira

Sousa, Hidráulica Urbana – Sistemas de Abastecimento de Água, Coimbra, Imprensa da Universidade, 2006

– Bentes, I., Fernandes, L., Almeida, S., Hidráulica Aplicada –Exercícios, Série Didáctica da UTAD, Vila Real, 2002.

– Decreto Regulamentar nº23/95, Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e de Drenagem de Águas Residuais e Prediais de Distribuição de Água, Agosto 1995.

– Manual de Saneamento Básico, Ministério do Ambiente e dos Recursos Naturais, Direcção Geral dos Recursos Naturais, 1º e 2º Volumes, Lisboa, Portugal, 1991, ISBN 972-9412-04-9 e 972-9412-05-7.

– McGhee, T., Water Supply and Sewerage, McGraw-Hill International, 6th Edition, 1991, ISBN 0-07-060938-1.


Programa

1. Projecto e construção de sistemas de abastecimento de água

1. Ciclo hidrológico e de utilização da água2. Bases de concepção e dimensionamento3. Captações4. Estações elevatórias5. Adução6. Reservatórios7. Redes de distribuição

Projecto e construção de sistemas de drenagem urbana

1. Redes de drenagem de águas residuais2. Redes de drenagem de águas pluviais


1.1 Generalidades

O desenvolvimento implica disponibilidade de recursos hídricos

Água como bem escasso– 97% água salgada– 3% água doce

75% estado sólido25% no estado líquido

– Distribuição irregular no espaço e no tempo– Condicionalismos administrativos e/ou políticos– Características de potabilidade


Água residual– Auto-depuração do meio receptor– Tratamento

Poluição– Contaminação– Poluição

Hidráulica Sanitária– Proporciona os meios técnicos indispensáveis ao

aproveitamento da água disponível nas reservas naturais para a satisfação das necessidades humanas e posterior rejeição sem que o equilíbrio do meio ambiente venha a ser afectado


1.2 Ciclo Hidrológico


Ciclo de Utilização da Água

Água MatériaPrima

Água nasReservasNaturais

ÁguasResiduais

Utilização

Trata-mento

Trata-mento

Reutilização


1.3. Análise e Gestão de Recursos Hídricos

A análise e gestão dos recursos hídricos visa uma adequada integração dos ciclos de utilização da água , no ciclo hidrológico e a quantificação dos recursos faz-se em termos de equações de balanço hidrológico que englobam:– Caracterização das entradas

– Precipitações– Caudais provenientes de outras bacias

– Caracterização das saídas– Evaporação e evapotranspiração– Caudais que saem a jusante da bacia


– Caracterização dos ciclos de utilizaçãoCaptaçãoTratamentoArmazenamentoDistribuiçãoUtilizaçãoRecolhaNovo tratamentoDevolução ao meio receptor

CAUDAIS AFLUENTES maiores ou iguais que CAUDAIS A CAPTAR

OU CAUDAIS AFLUENTES TEMPORARIAMENTE menores que CAUDAIS A CAPTAR


1.4. Poluição das ÁguasPoluição é uma alteração da qualidade da água que a torna perigosa ou imprópria para ser utilizada.O conceito de contaminação liga-se à presença de microorganismos.Natureza da poluição:

– Orgânica –Esgotos urbanos ou industriais de características idênticas às dos esgotos urbanos

– Química – Efluentes industriais, adubos, pesticidas e substâncias químicas transportadas pela atmosfera

– Física – Presença de detritos– Microbiana – Devido à presença de microrganismos patogénicos– Térmica – Efluentes industriais lançados no meio a elevadas

temperaturas– Radioactiva – Resíduos radioactivos


1.5. Condução da Água no seu Ciclo de Utilização

Abastecimento de Água– Constituído por todos os órgãos a montante da

utilizaçãoSistema de Esgotos– Constituído por todos os órgãos a jusante da

utilização


Sistemas de Abastecimento de Água

Origem– Superficial– Subterrânea

Aquíferos freáticosAquíferos artesianos

Tratamento – Conjunto de processos físicos, químicos e bacteriológicos que transformam a água em matéria

primaTransporte ou Adução

– Gravítica – Sob pressão

Armazenamento– Regularização de caudais– Reserva de combate a incêndios– Reserva em caso de avaria– Homogeneização da água distribuída

Distribuição e Utilização– Quantidade suficiente– Pressão adequada– Qualidade desejável



Sistemas de Drenagem e Tratamento de Águas Residuais

Rede– Constituição– Tipos de Sistemas

UnitáriosSeparativos

– Funcionamento em regime de superfície livre

Emissários ou Interceptores

Tratamento

Exutor


2. Concepção e Dimensionamento de SAA2.1 Generalidades

Necessidade de água:– Usos (doméstico, industrial, agrícola, etc.)– Clima– Hábitos de higiene– Condições socio-económicas– Circunstâncias locais (disponibilidade de água)– Características da água


Período de projecção – período para o qual a obra é projectada para funcionar em boas condições

Horizonte de Projecto – último ano do período de projecção


Período de Projecção (horizonte do projecto):– Vida útil dos materiais, obras e equipamentos– Dificuldade de ampliação– Evolução das quantidades de água disponíveis– Condições de funcionamento dos sistemas nos

primeiros anos de exploração– Poder económico das populações a servir– Condições de crédito, amortização e exploração


30-403030-40Reservatórios e condutas das redes de distribuição

4030-4050-70Condutas principais

10-202020-30Equipamento electromecânico (bombas e equipamento de tratamento)

20-403040-60Edifícios (Estações elevatórias e outros)

4040-6060-80Grandes adutoras realizadas com materiais criteriosamente escolhidos

20-403040-60Captações (furos, poços, tomadas de água em rios)

5050-6080-100Grandes obras (barragens, túneis, reservatórios, torres de pressão)

Período Projecção

Período Amortização

Vida útil

Tipo de instalação


Na fixação do período de projecção deve:– Contabilizar-se o tempo entre a execução do

projecto e da obra– Reduzir o período de projecção em zonas de

grande expansão urbanísticaA E212 do LNEC preconiza períodos de projecção de:– 20 anos para equipamento electromecânico– 40 anos para condutas, reservatórios etc.


2.2. População a Servir

A evolução da população depende:– Natalidade– Mortalidade– Emigração– Imigração


Dados disponíveis:População Permanente (população que reside)

– Estudos de planeamento urbanístico (pólos de desenvolvimento, ocupação do solo, …)

– Censos– Recenseamentos eleitorais– Inquéritos locais

População Flutuante (praias, termas, etc.)– Registo de ocupação turística– Número de camas disponíveis– Elementos ligados ao abastecimento de géneros

alimentares


Recenseamentos gerais da população (censos), registos da população por distrito, concelho, freguesia e por vezes por lugar

1864, 1878, 1890, 1900, 1911, 1920, 1930, 1940, 1950, 1960, 1970, 1981, 1991, 2001

1911/20 – Gripe pneumónica, 1ª Guerra mundial1960 – Emigração1974 – Regresso dos portugueses do ultramar

Todos os censos se referem ao dia 15 de Dezembro àexcepção do de 1981 que se refere ao dia 16 de Março


2.2.2. Métodos de Projecção Demográfica

Analisar o crescimento experimentado por outros aglomerados de características semelhantes mas de maior dimensão

Ter dados sobre a populaçãoAdoptar um modelo matemático para a evolução populacionalVerificar o ajuste dos dados populacionais ao modeloDeterminar os respectivos parâmetrosAplicar o modelo para projecção futura


Modelos de Projecção Demográfica

Deve representar-se graficamente o crescimento verificado pois podem visualizar-se comportamentos irregulares e ter uma ideia do crescimento a adoptar

Método da Regressão LinearMétodo da Regressão ExponencialMétodo LogísticoMétodo das Componentes DemográficasOutros Métodos


Método da Regressão LinearO Método da Regressão Linear admite crescimento da população segundo uma progressão aritmética:

A variação da população com o tempo é constante e igual a cEvoluções deste tipo ocorrem quando existem saldos migratórios anuais constantes, com um volume tal que os saldos fisiológicos são, perante esse volume, praticamente desprezáveis

dP cdt

=


Lei de evolução demográfica:

P0 – População num dado anoP – População t anos depoisc– taxa de crescimento linear ou aritmética

0 (1 )P P ct= +


197019401930 19601950

POPU

LAÇ

ÕES

2000

4000

6000

P

202019901981 20102000 t2030

ANOS


Dados: Incógnitas:Método de determinação de c: Método dos mínimos quadrados

– Equação da recta de regressão

Em que:

P e c

1 1

12

2 1

1

n n

i ini i

ii

n

ini

ii

P tP

nAt

tn

= =

=

=

=

−=

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠−

∑ ∑∑

∑∑

,i iP t

P At B= +


Método da Regressão LinearB - População na origem dos tempos

C - Taxa média de crescimento entre0

0 0

0

0

(1 )P P ctP P P ctP B AtP BP c A

AA Bc cB

= += += +==

= ⇒ =

1 1

n n

i ii i

P tB A

n n= == −∑ ∑

1 nt et


Para avaliar do ajuste da recta de regressão aos dados recorre-se ao coeficiente de determinação

Coeficiente de determinação r 2 (r 2≥0.75)

2

1 1 122 2

2 2

1 1 1 1

1

1 1

n n n

i i i ii i i

n n n n

i i i ii i i i

Pt P tn

r

P P t tn n

= = =

= = = =

⎡ ⎤⎛ ⎞−⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎣ ⎦=⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞

− −⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦

∑ ∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑


A extrapolação dos dados depois de determinados A e B pode ser feita:– Utilizando a lei de regressão obtida– Utilizando a taxa de crescimento c obtida

aplicada:Ao último censoA outro valor que represente melhor a tendência de expansão do aglomerado

Arredondando a taxa média de crescimento obtida de forma a adaptá-la ás condições de crescimento


A extrapolação pode ser feita por via:

– Gráfica – Analítica


Método da Regressão ExponencialAdmite o crescimento da população segundo uma progressão geométrica ou seja, a variação populacional ao longo do tempo é proporcional ao valor da população

Evoluções deste tipo ocorrem quando os saldos migratórios são praticamente desprezáveis em face dos saldos fisiológicos e se mantêm constantes as taxas de mortalidade e de natalidade

dP cPdt

=


A Lei exponencial é uma lei de evolução demográfica traduzida pela Fórmula dos Juros Compostos ou “Lei de Malthus”

Em que:P0 – População num dado anoP – População t anos depoisC – Taxa de crescimento geométrico

0 (1 ) tP P c= +


Considerando:

Tem-se que:

Aplicando logaritmos podemos transformá-la numa relação linear de tratamento igual à regressão linear (escala semi-logarítmica):

0 atP P e=

1ac e= −

0

0

0

ln ln( )

ln ln ln

ln ln

at

at

P P e

P P e

P P at

=

= +

= +


197019401930 19601950

POPU

LAÇ

ÕES

750

1500

2250

P

202019901981 20102000 t2030

ANOS

3000


197019401930 19601950

POPU

LAÇ

ÕES

100

1000

10000ln P

202019901981 20102000 t2030

ANOS


Em que:

População na origem dos tempos P0

( ) ( )1 1

12

2 1

1

ln( ln )

n n

in ii i

i ii

n

ini

ii

P tt P

nat

tn

= =

=

=

=

−=

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠−

∑ ∑∑

∑∑

1 1

ln

0

n n

i ii i

P ta

n n

P e

= =

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

−⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

∑ ∑

=


Para avaliar do ajuste da lei aos dados recorre-se ao coeficiente de determinação:

( )

( )

2n n

i i1 i=1 i=12

2 22 2

1 1 1 1

1ln lnP t

1 1ln ln

n

i ii

n n n n

i i i ii i i i

t Pn

r

P P t tn n

=

= = = =

⎡ ⎤⎛ ⎞⎛ ⎞−⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠⎣ ⎦=

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞− −⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦

∑ ∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑

2 0.75r >


Comentários:

– Método mais utilizado– Quando a taxa de crescimento é negativa deve

considerar-se constância da população do último censo ou uma pequena taxa de crescimento a partir do ultimo censo


Método Logístico

O Método Logístico considera um crescimento limitado da população (até à população de saturação)A população varia entre dois valores assintóticos P0 e PS

A partir do ponto de inflexão PS/2, a taxa de crescimento decresce por resistência do meioA curva é construída a partir do conhecimento de três valores censitários consecutivos (P0,0); (P1,t); (P2,2t)


Curva logística

Ps – População de saturaçãoP – População t anos depoism e α - constantes

St

PP=1+meα

Máximo

Ponto de inflexão

0

Popu

laçã

o

Ps

Ps/2

P

Taxa de crescimentodemográfico

tTempo

Curva logística


Deve verificar-se a relação

0

0

SP PmP−

=

0 1

1 0

( )1 ln( )

S

S

P P Pt P P P

α +=

+2

0 2 1P P <P×

20 1 2 1 0 2

20 2 1

2 - ( )S

P PP P P PPP P P

+=

−


Método das Componentes Demográficas

Baseia-se na obtenção da evolução da população a partir do balanço entre o número de nascimentos e imigrações e o número de óbitos e emigrações.Utiliza períodos de cinco anos, efectivos demográficos por sexos e grupos etáriosTaxas de sobrevivência:

– Esperança de vida– Grau de desenvolvimento da região

Completar o estudo com:– Taxas de natalidade– Previsão da evolução da população ao longo do tempo


Método muito trabalhosoDesproporcionado em relação ao rigor exigidoÉ usado sobretudo em estudos de planeamentoÈ usado no domínio da hidráulica quando os saldos migratórios e fisiológicos não são desprezáveis uns em face dos outros e não se notam dificuldades espaciais ou económicas


Método da Razão e CorrelaçãoAdmite que a taxa de crescimento de uma região se encontra relacionada com a de outra mais vasta

Determinam-se os quocientes:

– Determinam-se Ki para vários censos– Adopta-se Kr que melhor representa os Ki (média

aritmética, valor mais frequente...)

População da comunidadeK=População da região


Método da Previsão de Emprego

A evolução populacional baseia-se na previsão da oferta e da procura de emprego

Projecção a curto prazo


Método da Ocupação do SoloAplica-se a novos loteamentos

Tem em consideração:– Nº de fogos– Tipologia– Produto dá a estimativa

da população global

5 a 6Moradias4 a 5T44 a 5T33 a 4T22 a 3T11 a 2T0

Nº médio de

hab/fogo

Tipo de habitação


50-150Densidade média global

25-75Zonas industriais

50-150Zonas comerciais

150-900Prédios de apartamentos

75-200Casas geminadas

50-100Casas isoladas com lotes médios e pequenos

25-75Áreas periféricas com casas isoladas e lotes grandes

Densidade (hab/ha)Tipo de ocupação


2.3. Consumos Domésticos2.3.1. Previsão dos Consumos

Entende-se por consumo doméstico a água utilizada em:

– Habitações– Escritórios– Estabelecimentos comerciais– Indústrias para fins de higiene dos funcionários e lavagem

dos pavimentos Para além dos consumos domésticos há a considerar:

– Consumos comerciais– Consumos industriais– Consumos públicos (lavagem ruas, rega de jardins,..)– Perdas na adução, nos reservatórios e nas redes– Combate a incêndios


Previsão do consumo doméstico baseia-se:– Previsão da População– Previsão da Capitação

Capitação– Consumo médio diário anual por habitante e por dia

(l/hab/dia)– É constante num dado ano – Pode variar de ano para ano

Capitação doméstica– Quociente entre a totalidade dos consumos domésticos e o

número de habitantesCapitação Global

– Quociente entre a totalidade da água consumida e o número de habitantes


O valor da capitação varia com:– Dimensão e características do aglomerado

populacional;– Nível de vida da população;– Hábitos de higiene;– Condições climáticas locais;– Existência de contadores

Capitações têm tendência a aumentar com o tempo


Portugal as capitações globais variam entre 100 e 400 l/hab/diaNova Iorque - 600 l/hab/diaChicago - 1000 l/hab/dia

Estimativa grosseira da capitação:

– Sanitas 40 litros– Cozinha, bebida, lavagens 25– Chuveiro 50– Total 115– 25% comércio, industria, públicos 29– 10% perdas 12– Total 156 l/hab/dia


Estimativa média do consumo pelos diversos usos– Sanitas 41%– Higiene diária incluindo banhos 37%– Cozinha e bebida 11%– Lavagens de roupa 4%– Limpeza geral casas 3%– Rega jardins 3%– Lavagem automóveis 1%


2.3.2. Quantificação das CapitaçõesRGAA (1943) preconizava os seguintes valores da capitação global em l/hab/dia:– Distribuições por fontanários 40– Distribuição domiciliária em povoações

Até 10 000 habitantes 100De 10 000 a 20 000 habitantes 150De 20 000 a 50 000 habitantes 150Acima de 50 000 250

Não propunha qualquer lei de variação ao longo do tempo depreendendo-se que estes valores se referiam ao horizonte do projecto


2.3. Consumos DomésticosCritérios para Fixação das Capitações

E212 LNEC (1968) sugere os seguintes valores para a capitação no início de exploração da obra e para população de 1000 a 100000 habitantes:

Para População Permanente

População Flutuante

0 80 / /C l hab dia=

0 030 0.250 -1000C P= +



Ao fim de 20 anos de exploração da obra:

População Permanente


20 100 / /C l hab dia=

20 2045 0.375 -1000C P= +



Ao fim de 40 anos de exploração da obra:

População Permanente


40 120 / /C l hab dia=

40 4060 0.500 1000C P= + −



Para populações inferiores a 1000 habitantes calcular como se a população fosse igual a 1000

Para populações superiores a 100 000habitantes procurar elementos estatísticos que nos ajudem a fixar os valores



RGSPDARPDA (DR nº23/95) (1995)– Capitações na distribuição exclusivamente domiciliária não

devem ser, qualquer que seja o horizonte de projecto, inferiores a:

Até 1 000 habitantes 80 (l/hab/dia)De 1 000 a 10 000 habitantes 100De 10 000 a 20 000 habitantes 125De 20 000 a 50 000 habitantes 150Acima de 50 000 175

Valores mínimos para início de exploração da obraDeve considerar-se ao longo do período de projecção um acréscimo entre 0.5 e 2 l/hab/dia


17518125060 000

15015220035 000

12511915015 000

100921005 000

8060100500

DR nº23/95E212RGAAPopulação


Os consumos comerciais e de serviços devem ser englobados nos valores da capitação global. Se a zona comercial for relevante considerar 50l/hab/dia ou consumos localizados

Os consumos industriais devem ser analisados caso a caso e somados aos anteriores

Os consumos públicos tais como fontanários, bebedouros, lavagem de arruamentos, rega de zonas verdes e limpeza dos colectores podem englobar-se na capitação global variando entre 5 e 20 l/hab/dia. Os consumos de serviços públicos devem ser avaliados de acordo com as suas características

As fugas e perdas não devem ser inferiores a 10% do volume de água entrado no sistema


2.4 Consumos industriais

Os consumos industriais dependem:– Tipo de indústria e processo de fabrico– Utilização ou não de origens de água privativas– Existência de sistemas de recirculação de água

Impossível sistematizar os procedimentos a adoptar

Utiliza-se geralmente o inquérito caso a caso


2.4 Consumos industriaisComposição do inquérito:

– Nome da firma e localização– Matérias primas utilizadas e quantidades de produtos– Períodos de laboração e períodos de férias– Consumos verificados em anos anteriores e respectiva

proveniência– Existência de reservatórios, períodos de enchimento e

possibilidade de recirculação de água– Variações dos consumos– Previsão da evolução futura dos consumos


2.4 Consumos industriaisQuando não se conhecem as unidades industriais a instalar, caso de novos loteamentos industriais énormal prever-se um consumo por unidade de área.

Podem considerar-se os seguintes consumos:– Ano 0 20 a 50 m3/ha/dia– Ano 20 40 a 70 m3/ha/dia– Ano 40 60 a 90 m3/ha/dia

Factor de ponta instantâneo = 2,4


Consumo diário em hotéis, pensões e hospedarias:

Hotel 500 l/hóspedePensão 350Hospedaria 25 l/m2 de dormitório

Consumo diário em restaurantes:Área (m2) Consumo DiárioAté 40 200 l41-100 50 l/m2mais de 100 40 l/m2


Consumo em bares, cafés e similaresÁrea (m2) Consumo DiárioAté 30 1500 l31-60 60 l/m261-100 50 l/m2mais de 100 40 l/m2

Consumo em estações de serviço e oficinasTipo Consumo Diário

Lavagem automática 12 000 l/unidade de lavagemLavagem não automática 8 000 l/unidade de lavagemBombas de gasolina 300 l/bombaGaragens e estacionamentos cobertos 2 l/m2 de área


Outros Serviços Comerciais e Industriais– Lavandarias (/100Kg roupa/dia) 1000 a 2000– Confeitarias (/dia) 300 a 500– Talhos (/dia) 500 a 800


Consumos PúblicosConsumos públicos englobam os consumos para lavagem das ruas, bebedouros, rega de jardins entre outros e também os consumos em estabelecimentos públicos com elevado número de utilizadoresO DR nº 23/95preconiza para o 1ª caso um acréscimo àcapitação entre 5 e 20 l/hab/diaRelativamente aos estabelecimentos públicos devem ser considerados em separado e de acordo com as suas características

– Escola (/aluno/dia) 2– Hospitais (/hab aglomerado/dia) 5 a 10– Quartéis (/homem/dia) 50– Matadouros (/animal/dia) 200 a 400– Mercados (/m2/dia) 5


Combate a incêndiosA necessidade de água para combate a incêndios são função do grau de risco da sua ocorrência e da sua propagação

Grau 1- zona de risco mínimo de incêndio, devido àfraca implantação de edifícios predominantemente do tipo familiar

…Grau 5 – zona de elevado risco, com construções antigas de ocupação essencialmente comercial e de actividade industrial que armazene , utilize ou produza materiais explosivos ou altamente inflamáveis


Os caudais instantâneos a garantir para combate a incêndios são função do grau de risco e deverão ser:

Grau 1 15 l/hab/diaGrau 2 22.5 l/hab/diaGrau 1 30 l/hab/diaGrau 1 45 l/hab/diaGrau 1 a definir em cada caso

Nas zonas onde não seja técnica ou económicamentepossível assegurar estes caudais através da rede pública,…, deve providenciar-se para que haja reservas de água em locais adequados que assegurem aqueles caudais conjuntamente com a rede pública


Fugas e PerdasÁgua que se perde ao longo do sistema através de juntas deficientes, roturas de condutas, extravasamento de reservatórios, ligações clandestinas, entre outros.Em sistemas novos as fugas e perdas não assumem grande relevânciaSistemas mais antigos pode atingir 50%da água facturadaO regulamento impõe no mínimo um acréscimo de 10%do volume de água entrado no sistema.


Previsão dos consumosA previsão dos consumos deve ter em conta:

– A evolução passada dos consumos, ou a evolução num aglomerado semelhante

– Estimativa da população– Extrapolação para o período de projecção

Se existirem registos pode utilizar-se uma extrapolação para o período de projecção de acordo com:

– E212– Lei de crescimento exponencial– Lei de crescimento linear com taxas de crescimento anual entre 1

l/hab/dia para pequenas povoações e 5 a 6 l/hab/dia nas cidades– Lei de crescimento linear com taxas de crescimento maiores no 2º

e 3º decéniosDeve ter-se em consideração que quando se projectam novas instalações pressupõe-se que as anteriores já não são insuficientes


População Capitação Consumo médio diário anual× =


Variação dos consumos:– Variação média ao longo do tempo– Variações mensais (> no verão)– Variações semanais– Variações diárias– Variações horárias– Variações instantâneas

Aos valores máximos dos consumos dá-se o nome de períodos de ponta


Variações diárias– Consumos são praticamente nulos durante a noite e

atingem dois máximos durante o dia, entre as 7 e as 9 da manhã e outro entre as 18 e as 20 horas. Durante as pontas o consumo horário atinge valores bastante superiores ao médio.


Variação ao longo do dia dos caudais médios horários

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

250

300

350

400

450

500

550

600

HORAS

CA

UD

AIS

MÉD

IOS

HO

RÁ

RIO

S (l/

s)

CAUDAL MÉDIO DIÁRIO 459 l/s


Variações anuais– Consumos superiores nos meses mais quentes (Julho e

Agosto)

Variação do consumo mensal numa cidade com 850000 habitantes

106 m

3

5

Jane

iro

Dez

embr

o

Nov

embr

o

Out

ubro

4

6

7

Junh

o

Mar

ço

Feve

reiro

Avr

il

Mai

o

Sete

mbr

o

Ago

sto

Julh

o


0.700.851.151.251.301.301.251.100.900.800.700.70

DNOSAJJMAMFJ

Relação entre CmdmCmda


Se se realizar a razão para vários aglomerados verifica-

se que a oscilação mensal é pequena mesmo que existam apreciáveis diferenças na dimensão dos aglomeradosPara estudos de planeamento de sistemas de abastecimento de água tem maior interesse o consumo médio diário do mês de maior consumo (Cmdmmc)

1,3 – Factor de Ponta Mensal ou seja é o maior valor obtido pelo quociente entre o consumo médio diário mensal e o consumo médio diário anual

1,3 ( )Cmdmmc Cmda Consumo médio diário anual= ×

CmdmCmda


Variação dos consumos diários ao longo do ano

Factor de Ponta Diário=1,5

Consumo do dia de maior consumoFactor de Ponta DiárioConsumo médio diário anual

=

1.5Cdmc Cmda= ×


Designa-se por caudal o consumo respeitante a períodos iguais ou inferiores a uma hora

Caudal de ponta horárioFactor de Ponta HorárioCaudal médio horário anual

=

C tan tan tan tan

audal de ponta ins eoFactor de Ponta Ins eoCaudal médio anual

=


Valores para os factores de ponta instantâneos:

– A E212 LNEC preconiza:Aglomerados rurais com P<2000 4,0Pequenos núcleos urbanos com P<10 000 3,0Médios núcleos urbanos 10 000<P<100 000 2,4Grandes núcleos urbanos com P>100 000 2,0


Têm sido propostas várias expressões para a fixação do caudal de ponta instantâneo sendo, geralmente, função da população ou do consumo médio diário anual

Decreto Lei nº23/95 - Art.19

1) “ Na falta de elementos que permitam estabelecer os factores de ponta instantâneos, devem usar-se,… ”

702 fpiP

= +


2.3.3. Consumos DomésticosConsumos relativos à PP

Comparação entre o factor de ponta horário preconizado pelo LNEC e o factor de ponta instantâneo preconizado pelo DR 23/95

3.03.05 0002.32.450 000

5.14.0500

2.12.0500 000

4.24.01000

9.04.0100DR23/95E212 LNECPopulação


2.5 Consumos Totais

Consumos Totais = C. domésticos (Pop. permanente e Pop. Flutuante) + C. comerciais+ C. industriais+C. Públicos + Fugas e Perdas

Exercício:– Determinação caudais de cálculo para diferentes

componentes dos sistemas de abastecimento de água


3. Tubos e Acessórios3.1. Generalidades

A escolha do material resulta da análise de factores de ordem técnica, sanitária e económica, nomeadamente:– Durabilidade– Resistência às pressões internas e externas– Resistência à corrosão interior e exterior– Rugosidade– Disponibilidade no mercado– Experiência na sua aplicação– Facilidade de transporte, manuseamento e

montagem


3. Tubos e Acessórios3.1. Generalidades

Classificação dos tubos de acordo com os materiais:– Fibrocimento– PVC– Polietileno– Poliéster reforçado com fibra de vidro– Betão armado e pré-esforçado– Ferro fundido– Aço


3. Tubos e Acessórios3.2. Tubos de Fibrocimento

Composição– Cimento Portland+ Fibras de amianto+água

Processo de Fabrico– Enrolamento e compressão de camadas de pasta sobre

mandril metálico sendo imersos em água após fabrico para que a presa e o endurecimento se processem em boas condições

Diâmetros Nominais =Diâmetros interiores-NP52150; 60; 80; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000 (mm)Comprimento : 5m



Pressões de serviço– 3, 6, 9, 12 e 15 Kgf/cm2

Classes de pressão correspondentes– 6, 12, 18, 24, 30

Coeficiente de segurança: 2



Propriedades físicas e mecânicas:– Massa volúmica 1900 a 2200Kg/m3– Módulo de elasticidade

Compressão axial 230 Kg/cm22Flexão longitudinal 205 a 240 kg/cm2Esmagamento 255 Kg/cm2Pressão interior 330 Kg/cm22

– Módulo de Poisson 5 a 6– Tensão de rotura por tracção devida à pressão interior 200

Kg/cm2– Tensão de rotura por tracção devida à compressão diametral

(esmagamento) 450 Kg/cm2– Tensão de rotura por tracção devida à flexão longitudinal 250

Kg/cm2



Tipos de juntas– Ferro fundido – Tipo Gibaut– Fibrocimento – Tipo Comet

Acessórios– Ferro fundido

Juntas cegas; tês; curvas; cruzetas; forquilhas; reduções; etc.




3. Tubos e Acessórios3.3. Tubos de PVC

Composição– Policloreto de vinilo + aditivos lubrificantes +

estabilizadores + pigmentos - plastificantesProcesso de Fabrico– Extrusão da mistura

Diâmetros Nominais =Diâmetros exteriores-NP25350; 63; 75; 90; 110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 710; 800 (mm)Comprimento : 6m



Pressões de serviço/ pressões nominais– 1, 2.5, 4, 6, 10 e 16 Kgf/cm2

Classes de pressão correspondentes– 2, 5, 8, 12, 20, 32 Kgf/cm2

Coeficiente de segurança: 2Propriedades físicas e mecânicas:

– Massa volúmica 1400Kg/m3– Módulo de elasticidade à tracção 30 000 Kg/cm2– Resistência à tracção 200 Kg/cm2– Resistência à compressão 800 Kg/cm2– Resistência à flexão 150 Kg/cm2



Tipos de juntas– Juntas do tipo integral– Flanges

Acessórios:– Acessórios de PVC– Acessórios de PVC envolvidos exteriormente por poliéster

e fibra de vidro– Acessórios de ferro fundido mas dotados de juntas de

transição adequadas à ligação a tubos de PVC


Junta autoblocante



Ligação Flangeada


3. Tubos e Acessórios3.4. Tubos de Polietileno

Composição– Resina termoplástica

Processo de Fabrico– Extrusão da resina

Diâmetros Nominais =Diâmetros exteriores-NP25325; 32; 40; 50; 63; 75; 90; 110; 125; 140; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 710; 800; 900; 1000; 1200 (mm)



Comprimento : – Rolos de 50 ou 100 m até um diâmetro de 90 mm– Rolos de 50 m até um diâmetro de 110 mm– Varas de 12 m a partir do diâmetro de 63 mm

Pressões de serviço/ pressões nominais– 3.2, 4, 6, 8, 10, 12.5, 16, 20, 25 Kgf/cm2

Propriedades físicas e mecânicas:– Massa volúmica 955 Kg/m3– Resistência à tracção 220 Kg/cm2– Resistência à rotura 320 Kg/cm2– Módulo de deformação 8000 Kg/cm2– Alongamento por tracção 15%– Alongamento de rotura >800%



Tipos de juntas– União soldada topo a topo– Ligações electrosoldadas– Ferro fundido – Tipo Gibaut– Flanges metálicas

Acessórios– Ferro fundido

Juntas cegas; tês; curvas; cruzetas; forquilhas; reduções; etc.– Polietileno



Junta electrosoldada


3. Tubos e Acessórios3.5. Tubos de Poliéster Reforçado com Fibra de Vidro

Composição– Fios de vidro + Poliéster

Processo de Fabrico– Enrolamento em espiral dos fios de vidro saturados em

poliéster sobre um mandril. Os tubos são retirados do mandril depois de se ter dado uma reacção de polimerização.

– A camada interior é rica em resina tornando-a estanque, de pequena rugosidade e resistente quimicamente.

– A camada intermédia é constituída predominantemente por fios de vidro enrolados para conferir resistência ao tubo

– 3ª camada é de protecção exterior



Diâmetros Nominais80; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1200; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700 e superiores (mm)Comprimento : Varas 4, 6, 9 e 12 mPressões de serviço/ pressões nominais

– 6, 9, 12, 18 e 24 Kgf/cm2Propriedades físicas e mecânicas:

– Massa volúmica 1800 Kg/m3– Resistência à tracção 1000 Kg/cm2– Resistência à flexão 1500 a 10000

Kg/cm2– Resistência à compressão 1400 a 4000

Kg/cm2– Módulo de elasticidade 68000 a 250000 Kg/cm2



Tipos de juntas– Soldaduras exteriores tipo soldadura topo a topo co

envolvimento exterior por fibras de vidro e resinas tirando partido das reacções de polimerização

– Soldadura com encaixe– Junta abocardada– Ferro fundido – Tipo Gibaut– Flanges

Acessórios– Poliéster reforçado com fibra de vidro ou ferro fundido

(para pequenos diâmetros)– Aço (maiores diâmetros)


3. Tubos e Acessórios3.6. Tubos de Betão

Composição– Betão pré-esforçado longitudinalmente cintado

com arame de aço de alta resistência– Estanquicidade é garantida pela compacidade da

paredeDiâmetros Nominais300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000; 1250; 1600; 1700 (mm)



Comprimento : – Varas de 5 m

Pressões de serviço/ pressões nominais– Variam com o diâmetro dos tubos podendo ser de 10, 11,

12, 14, 18 e 20 Kgf/cm2Propriedades físicas e mecânicas:

– Resistência à compressão simplesLongitudinal 350 Kg/cm2Transversal 450 Kg/cm2Aos 28 dias 500 Kg/cm2

– Esforço transverso simples 30000 Kg/cm2



Tipos de juntas– Juntas de boca tipo macho- fêmea com interposição de

borracha– Juntas metálicas Viking-Johnson – Tipo Gibaut– Flanges

Acessórios– Betão pré-esforçado– Aço

Protecção catódica– Em terrenos muito agressivos devem ter protecção

catódica com uma cobertura de amianto exterior por exemplo




3. Tubos e Acessórios3.7. Tubos de Ferro Fundido Dúctil

Composição– Ferro fundido revestido interiormente com um produto

betuminoso ou com argamassa de cimento.– O metal em fusão é submetido a uma elevada velocidade de

rotação e, devido à força centrífuga, é lançado contra as paredes de um molde para formar o tubo desejado. Éposteriormente submetido a tratamento térmica para tornar o metal homogéneo e resistente ao corte e ao choque.

Diâmetros Nominais60, 80, 100, 125, 150, 200, ..., 450, 500, 600, ...,1200, 1400, 1500, 1600 (mm)


3. Tubos e Acessórios3.7. Tubos de Ferro Fundido

Comprimento : – Varas de 6 m até 600mm– Varas de 7 ou 8,25m para diâmetros superiores

Pressões de serviço/ pressões nominais– Variam com o diâmetro dos tubos entre 6.5 a 2.5 Kgf/cm2

Tipos de juntas– Juntas elásticas– Juntas de flanges– Juntas Gibaut– Juntas mecânicas

Acessórios– Ferro fundido dúctil



3. Tubos e Acessórios3.8. Tubos de Aço

Composição– Aço– Os tubos são fabricados por laminagem a quente

sem soldadura ou por enrolamento e soldadura de chapas de aço

Diâmetros Nominais60, ..., 100, 125, ..., 350, 400, 500, 600, ..., 1800, 2000 (mm)



Comprimento : Para tubos fabricados por laminagem:

– Varas de 7 m para tubos de 60mm– Varas de 10 m para diâmetros entre 70 e 100 mm– Varas de 12 m para diâmetros entre 125 e 300 mm– Varas de 9 m para os restantes diâmetros

Para tubos realizados em chapa de aço soldada:– Comprimentos múltiplos de 3 m

Pressões de serviço/ pressões nominais– Variam com a espessura e com o processo de fabrico entre

5 e 52 Kgf/cm2



Tipos de juntas– Juntas rebitadas– Juntas roscadas (pequenos diâmetros)– Juntas soldadas (mais usadas)– Juntas flangeadas (muito usadas)

Acessórios– Aço

Protecção exterior– Em terrenos muito agressivos devem ter protecção

catódica e contra a corrosão que pode ser feita por imersão em asfalto quente até ao envolvimento em telas e pinturas apropriadas.


3. Tubos e Acessórios3.9. Assentamento dos Tubos

Assentamento:– Estruturas apropriadas– Enterradas

ProfundidadesLarguras mínimasEnvolvimento do tubo Resistência à acção de cargas rolantes e de terras sobrejacentes

Ver artigos 24 a 29 do Regulamento





3. Tubos e Acessórios3.10. Vantagens e Inconvenientes de cada

Tipo de Tubo

Critérios de selecção dos tubos1 - Pressões– Grandes pressões de serviço (15-20 Kg/cm2)

utilizam-se tubagens de aço ou de ferro fundido dúctil.

– Para pressões inferiores, se não forem grandes diâmetros, não se utilizam estes materiais por critérios económicos.



Tipo de Tubo

2 – Diâmetros– Diâmetros > 500mm utiliza-se o aço, o ferro fundido dúctil,

o betão pré-esforçado e, eventualmente o poliéster reforçado com fibra de vidro e o polietileno de alta densidade.

– Diâmetros <= 500mm PVC rígido, polietileno de alta densidade e fibrocimento.

3 – Acção corrosiva do meio– Protecção catódica para condutas de aço, condutas de

betão pré esforçado e de ferro fundido– Protecção anti-corrosiva para condutas de aço, condutas

de betão pré esforçado, ferro fundido e fibrocimento



Tipo de Tubo

4 - Garantia da qualidade de fabrico– Homologação dos materiais

5 - Custos – Consultas de preços de tubos e acessórios

Conclusão: Artigos 30 e 31 do regulamento


4. CaptaçõesTipos de Águas para Captações

PluviaisSuperficiais– Rios– Lagos– Albufeiras

Subterrâneas (resistividade eléctrica dá-nos indicação dos locais mais favoráveis, profundidades a atingir e o tipo de captação mais adequado)– Fontes naturais– Lençóis subterrâneos– Fissuras dos terrenos


4. CaptaçõesVantagens das captações superficiais – Possibilidade de captar maiores caudais– Garantia da caudais mais constantes– Maior facilidade de captação

Vantagens das captações subterrâneas– Temperatura mais constante ao longo do ano– Composição química mais constante– Menor contaminação ⇒Menor custo de

tratamento– Água filtrada pelo terreno e de sabor mais

agradável


Finalidade das albufeiras:– Abastecimento de água– Hidroagrícola– Hidroeléctrica– Piscícola– Regularização de caudais

Problemas de eutrofização (existência de nutrientes)


As captações de águas subterrâneas dependem do processo de circulação da água subterrânea:– Meios porosos– Rochas compactas fracturadas


Estratificação da água em albufeiras ou lagoas

Numa massa de água armazenada existe um gradiente vertical de temperatura responsável pela estratificação da água.No verão, a temperatura da água da água àsuperfície é bastante elevada, mantendo-se praticamente constante nos primeiros metros abaixo da superfície (epilímnio) caindo acentuadamente na camada adjacente à 1ª(metalímnio) abaixo da qual a variação volta a ser muito menos acentuada (hipolímnio)


Estratificação da água em albufeiras ou lagoas


Epilímnio é caracterizado por água de boa e uniforme qualidade dado:– Rearejamento– Estabilização da matéria orgânica– Sedimentação das partículas em suspensão– Pouca cor– Pouca carga bacteriana devido à presença de luz– Existência de algas e protozoários na camada

superior


Metalímnio é caracterizado por acentuado gradiente térmico que provoca redução da velocidade de sedimentação das partículas logo, mais bactérias e matéria orgânicaHipolímnio não tem condições de rearejar e a decomposição da matéria orgânica suspensa e bentalconsomem todo o oxigénio disponívelEm resumo, a parte inferior da camada superior, onde a proliferação de algas não se faz sentir e que éiluminada e oxigenada, com temperaturas mais constantes e portanto mais transparente é a mais indicada para abastecimento.


No Inverno, a água superficial pode ser bastante fria podendo ocorrer em toda a massa líquida uma temperatura uniforme O Outono e a Primavera são as estações do ano mais críticas onde os equilíbrios existentes podem ser alterados sobrevindo a desestratificação capaz de libertar nutrientes depositados no fundo, nomeadamente azoto e fósforo podendo ocorrer a proliferação de algas


Captação de Águas Superficiais


4. Captações

Tipos de Captações de Águas Superficiais

1. Por torre2. Por poço3. Flutuante4. Adossada ao corpo da barragem5. Através do corpo da barragem6. Em canal lateral7. Tipos simplificados


1. Captação por Torre


2. Captação por Poço


2. Captação por Poço


3. Flutuante

Plataforma flutuante em que os grupos elevatórios assentam ou ficam suspensos da plataforma que é amarrada à margem. Tem a vantagem de acompanhar as flutuações de nível da água.


4. Adossada ao corpo da barragem


5. Através do corpo da barragem


6. Em canal lateral


7. Tipos simplificados


4. Captações

Tipos de Captações de Águas Subterrâneas

1. Câmaras de toma de água2. Galerias de mina ou furos horizontais3. Drenos4. Poços em terrenos permeáveis por poros5. Poços em terrenos permeáveis por fracturas6. Furos


1. Câmaras de toma de água

São pequenas caixas de alvenaria ou betão destinadas a isolar determinada nascente e das quais parte a adutora. Pode recorrer-se a este tipo de captação desde que o caudal de estiagem justifique o seu aproveitamento.



2. Galerias de mina ou furos horizontais

Visam a captação de água em terrenos rochosos fracturados. São cortes horizontais no terreno destinados a intersectar a cota baixa diferentes fracturas da rocha onde circula água.Designam-se por galerias se têm larguras entre 0,90 a 1,20m e altura entre 1,80 a 2,0m.Os furos têm geralmente entre 100 e 200mm de diâmetro.


3. Drenos

Têm lugar em terrenos pouco coerentes de permeabilidade por poros localizando-se em terrenos planos abaixo do nível freático.É um órgão horizontal destinado a receber a água do terreno e conduzi-la para a adução. A conduta de drenagem é constituída por tubos simplesmente emboquilhados ou furados para entrada da água.A conduta é envolta em camada de brita ou seixo para reter a entrada dos finos



4. Poços em terrenos permeáveis por poros

Para profundidades superiores às dos drenos utilizam-se poços.


5. Poços em terrenos permeáveis por fracturas

Objectivo de intersectar as fendas das rochas onde hácirculação de água. Podem ser complementados por furos horizontais


6. Furos

Substituem os poços para profundidades superiores a 20 ou 30m.


5. Adução

A adução pode ser feita:– Superfície livre

CanaisAquedutos

– PressãoCondutas

– Adutoras gravíticas– Adutoras elevatórias


A utilização de canais apresenta os seguintes problemas:

– Utilização fortemente condicionada pela topografia– Exigência de tratamento após transporte– Evaporação da água transportada– Possibilidade de crescimento de vegetação– Dificuldade em travessia de vias de comunicação, linhas de

água, etc.– Possibilidade de assentamento dos terrenos

A utilização de aquedutos beneficia de melhor protecção, especialmente se forem enterrados, podendo haver contaminação por águas exteriores


5. Adução

Os principais problemas a considerar no projecto das condutas adutoras são:– Traçado em planta e em perfil– Fixação dos caudais de cálculo– Materiais a considerar– Dimensionamento hidráulico– Protecção das condutas– Órgãos acessórios de manobra e segurança– Instalação e ensaio


5. Adução

Traçado em planta:

– Comprimento mínimo– Localização ao longo de vias de comunicação o que evita

pagamento de indemnizações aos proprietários dos terrenos particulares, facilita a execução, observação, manutenção e o atravessamento de acidentes topográficos

– Desviar de zonas pantanosas, rochosas, terrenos agressivos, áreas com árvores de raiz fasciculada

– Utilização de longos troços rectos ligados por curvas de grandes raios para evitar acessórios

– Reduzir o choque hidráulico– Condicionalismos do traçado em perfil


5. Adução

Traçado em perfil:

– Evitar pressões elevadas que implicam materiais mais resistentes

– Evitar grandes inclinações efectuando-se amarração da tubagem a maciços desde que a inclinação seja superior a 20%

– Evitar traçados em que a piezométrica tenha valores inferiores a 10mca em condições normais e 5mca em condições excepcionais


5. Adução

Caudais de cálculo

O dimensionamento de uma conduta assenta em duas questões fundamentais:– Fixação do caudal de cálculo– Determinação da secção mais económica


A fixação do caudal de cálculo exige uma análise conjunta das características da adução e das correspondentes necessidades de armazenamento com vista à obtenção da solução de menor custo global

– Segundo a NP 837, O volume diário a transportar deve ser tal que, conjuntamente com a água armazenada faça face ao consumo máximo no horizonte do projecto

– Existe uma grande liberdade na definição do caudal que vai desde o caudal de ponta ao caudal médio diário anual

– Normalmente considera-se o consumo médio do dia de maior consumo (1.5*cmda) ou o consumo médio diário do mês de maior consumo(1.3*cmda) com os seguintes períodos:

24 horas se a adução é gravítica 16 horas se a adução é por bombagem

– Considerar + 10% para perdas na adução


5. AduçãoDimensionamento Hidráulico

Consiste na determinação da secção mais económicaSe a adutora é gravítica a secção mais económica corresponde ao diâmetro mínimo que satisfaz as condições de velocidade máxima e mínima e de pressões.Se a adutora é elevatória esta análise não é linear pois a adopção de diâmetros mais reduzidos implica para o mesmo caudal maiores perdas de carga e consequentemente bombas de maior potência que implica maior investimento inicial e maior consumo energético assim, é necessário contabilizar:

– Custo da conduta e do equipamento de elevação (custos do investimento)

– Despesas de funcionamento e manutenção desse equipamento (custos de exploração)

O diâmetro a considerar deverá ser o que torna mínimo a soma dos custos de investimento e de exploração (diâmetro económico)



Fórmula de Bresse

Dá valores afastados da realidade. Considera que o custo da conduta é proporcional ao diâmetro e o custo do equipamento proporcional à potência, não entra com despesas de energia e utiliza fórmulas de resistência simplificadasFórmula de Dacach

Em Portugal o coeficiente 0.9 deve ser substituído por 1 ou 1.1Fórmula de Lencastre

1.5D Q=

0.45 3( ) 0.9 ( / )D m Q m s=

0.43 3( ) 0.95 ( / )D m Q m s=


Quantificação das perdas de carga (Fórmula de Colebrook-White ou suas especificações)

Limites para as velocidades mínimas e máximas (0.3 e 1.5 m/s)

É obrigatório, nas elevatórias, o estudo do choque hidráulico e a definição, eventual, de dispositivos de protecção


Tubagem a utilizar

Para pressões até 30kgf/cm2

– Pequenos diâmetros (D<400mm): PVC rígido, PAD, fibrocimento

– Diâmetros médios (400≤D <800mm): ferro fundido dúctil, poliéster reforçado com fibras de vidro

– Grandes diâmetros (D≥800mm):betão pré-esforçado, ferro fundido dúctil

Pressões muito elevadas: ferro fundido dúctil ou aço


Protecção das condutas

Corrosão (química e electroquímica)Baixas temperaturasSolicitações em singularidadesDeformaçõesEfeitos resultantes da ocorrência de choque hidráulico


5. AduçãoÓrgãos Acessórios das Condutas

Válvulas de seccionamentoDescargas de fundoVentosasVálvulas de retençãoDispositivos redutores de pressão


Prova e desinfecção das condutasTodas as canalizações antes de entrarem em serviço têm que ser sujeitas a provas para verificação da realização do trabalho de assentamentoConsistem em encher a conduta e elevar a pressão a 1,5 a 2 vezesa pressão de serviço.Considera-se satisfatório quando o manómetro não acuse em ½hora uma descida superior a (p/5)1/2

As condutas devem ser purgadas de todo o ar Devem ser verificadas as pressões depois de aterradas as valasDeve decorrer pelo menos 24 horas entre o enchimento e o início dos ensaios para saturação dos tubosDepois do ensaio deve lavar-se a conduta e desinfectar-se com cloro que deve permanecer na conduta durante um período mínimo de 24 horas com uma concentração não inferior a 10ppm.Seguidamente a conduta é de novo cheia com água limpa e comprovada a sua qualidade com análises laboratoriais durante um período da ordem dos 2 dias


6. ArmazenamentoReservatórios

A necessidade de armazenamento nos sistemas de abastecimento de água resulta de:

– Ser economicamente inviável as adutoras serem projectadas para garantirem o abastecimento nas situações mais desfavoráveis (regularização dos caudais)

– Haver necessidade salvaguardar situações de avarias na adução e situações de incêndio

Constituição dos reservatórios:– Células– Câmara de manobras


ReservatóriosClassificação

Função– Distribuição– Regularização



Disposição altimétrica no terreno (topografia, garantia de pressões)

– Enterrados, Semi-enterrados, Apoiados, Elevados





Localização dos reservatórios:

– Distribuição escalonada por andares

– OrigemNa povoaçãoSobre a captação intermédio

– Extremidade




ReservatóriosClassificação (cont.)

Forma (razões estruturais e arquitectónicas)– Circular- elíptico– Quadrado- rectangular

Número de célulasCapacidade– Pequenos<500m3– Médios entre 500 e 5000 m3– Grandes>5000m3

Materiais construtivos utilizados– Inferiores a 75 m3: Alvenaria de pedra ou tijolo– Superiores a 75m3: Betão armado,Betão pré-

esforçado


ReservatóriosCapacidade de Armazenamento

Reservatórios de regularização– Capacidade=capacidade de regularização entre os caudais

afluentes e cedidos

Reservatórios de distribuição– Capacidade=capacidade de regularização entre os caudais

afluentes e cedidos + capacidade de reserva (avaria ou incêndio)


Capacidade de Regularização em Reservatórios de Regularização de Transporte

O reservatório deve regularizar um volume de água correspondente à maior diferença entre o volume aduzido, a montante, e o volume cedido, a jusante, no mesmo período.


Capacidade de Regularização em Reservatórios de Distribuição

Segundo a NP-839 o dimensionamento deve ser feito para maior consumo mensal anual ou diário anual É necessário conhecer a lei mensal ou diária de consumos do mês ou do dia de maior consumoQuando não se conhece essa lei pode considerar-se:

– O volume diário máximo distribuído uniformemente num período ao longo do dia ou parte do dia

– Distribuição por curvas idealizadas que se aproximam dos consumos reais



Face à discrepância encontrada entre a capacidade estimada com base numa curva de caudais distribuídos de forma constante e a distribuição real leva a considerar-se curvas idealizadas que se aproximam mais da realidade.Essas curvas podem resultar do conhecimento dos caudais cronológicos diários em zonas de características semelhantes, dependo de:

– Dimensão da população servida pelo reservatório– Características urbanas dos aglomerados– Hábitos da população– Tipo e número de indústrias



Normalmente consideram-se diagramas cronológicos do consumo diferentes de acordo com o factor de ponta instantâneo considerado tendo sido admitido em todos os seguintes condicionalismos:– Existência de um período nocturno de caudal

constante e mínimo– Existência de pontas – Relação constante entre o factor de ponta e o

caudal máximo







Cálculo das CapacidadesConclusões

Considerando os diagramas as capacidades de regularização são menores do que considerando o consumo constanteOs diagramas teóricos dão capacidades majoradas relativamente à realidade pois as pontas no caso real são praticamente pontuaisSe o diagrama de adução se adaptar ao consumo a capacidade do reservatório vem reduzida


Capacidade de ReservaCapacidade de reserva (maior dos 2 valores)

– Avarias – Incêndios

Reserva para avarias depende:– Caudal transportado– Diâmetro da conduta disponibilidade de pessoal e

equipamento– Acessos à zona da avaria– Duplicação ou não da adutora

Capacidade para avarias=Caudal de adução x tempo de reparação (art 70)


Capacidade de ReservaReserva para incêndios Duração do incêndio– Meios de combate– Possibilidade de existência de mais do que um

incêndio– Grau de risco da zona

Capacidade para incêndios=Volume de água necessário para garantir num incêndio de média duração o bom funcionamento das bombas utilizadas na sua extinção (Art 70 e 18)


Disposições ConstrutivasUtilização de materiais estanques e duradourosRevestimentos interiores não devem provocar na água gostos, maus cheiros ou contaminaçõesDeve ser dividido em 2 ou mais célulasÁgua deve ser protegida da luz para evitar variações de temperatura (enterrado ou coberto de betão leve proliferação de algas Ventilado por pelo menos 2 aberturasPequena altura de água para que não permaneça muito tempo parada (2<h<4), evitar grandes variações de pressão na redeAssentes sobre brita evitar infiltrações pela soleira e impulsões hidrostáticas.Soleira inclinada para a descarga de fundoTomada de água deve ser colocada acima da soleira para evitar a entrada de lamas na redeEntrada de água realizada superiormente


AcessóriosVálvula de flutuador na aduçãoRalo na tubagem de distribuiçãoVálvulas de retenção na entrada/saída dos reservatórios de extremidadeDescargas de fundo e de superfícieVálvulas de seccionamentoContadores totalizadores à saída do reservatórioIndicadores do nível da água no reservatório

Sobre reservatórios ver Secção III-Artigos 67 a 72 do Regulamento



7. Redes de DistribuiçãoLocalização– Ao longo dos arruamentos marginados por

construções– Sob os passeios– Acompanhando o terreno, a uma profundidade

mínima de 0.80me acima dos colectores de esgoto, uma distância mínima de 1 m destes, de 0.5m das condutas de gás e 0,20m dos cabos eléctricos

– Deve ser duplicada quando a largura do arruamento for grande, a distância >ou = a 0.8 m dos limites das propriedades


7. Redes de DistribuiçãoTipos de redes

– Ramificadas– Emalhadas– Mista

Vantagens e Inconvenientes das redes:– Ramificadas

Economia relativamente ao investimento inicialCaso de avaria toda a rede a jusante fica fora de serviçoAparecimento de zonas de água praticamente estagnada


DimensionamentoCaudais

Caudal de cálculo – caudal de ponta instantâneo + caudais de fugas e perdasDistribuição deste caudal ao longo da rede édefinida mediante o recurso a um modelo de cálculo em que os tubos têm distribuição de percursoCaudal unitário de percurso nos diferentes trechos da rede está relacionado com os tipos de urbanização da zona a servir



Se o tipo de urbanização for uniforme

Se não for uniforme são considerados caudais unitários de percurso diferentes de zona para zona relacionados com a densidade populacional e relacionados entre si

∑=

ii

p

LQ

q

q5=5q0q4=4q0q3=3q0q2=2q0q1=q0Caudais uni. percurso

>300150-30050-15015-50 <15Densidades ocupação (hab/ha)



Sendo L1,..., L5 os comprimentos totais da rede com funções distribuidoras correspondentes aos c. u. p. q1,..., q5, o valor de referência qo é dado por:

Caudais > 1l/s devem ser considerados localizados e portanto excluídos dos c.u.p.

543210 5432 LLLLL

Qq p

++++=


DimensionamentoPressões

Pressão máxima = 600KPa medido a nível do soloA pressão mínima = 100+40n KPa medida a nível do solo ⇒ qualquer dispositivo de utilização tem uma pressão mínima de 100 KPa(n – nº de pisos acima do solo)As flutuações de pressão em cada nó ao longo do dia não devem ser superiores a 300 KPa


DimensionamentoVelocidades e Diâmetros

Velocidade máxima para caudal de ponta no horizonte de projecto V=0.127 D 0.4

Velocidade mínima para caudal de ponta no início de exploração do sistema = 0.3 m/sDiâmetros mínimos:– Se P<20 000 hab então o Dmin=60mm– Se P>20 000 hab então o Dmin=80mm


DimensionamentoCálculo Hidráulico

O cálculo hidráulico tem por finalidade demonstrar que os caudais de dimensionamento estão distribuídos pela rede com pressões adequadas, se assim não for tem que se proceder à alteração dos diâmetros, e baseia-se nos seguintes princípios:

– Em qualquer nó, a soma algébrica dos caudais que a ele chegam é igual à soma dos caudais que dele saem

– Em qualquer nó as cotas das linhas de energia nas extremidades dos diferentes troços aí concorrentes é a mesma

– Ao longo de um percurso orientado e fechado (malha), a soma algébrica das perdas de carga é nula

Método de Hardy-Cross conduz de uma forma convergente à solução pretendida


Acessórios da RedeVálvulas de seccionamentoVálvulas de retençãoRedutores de pressão

– Válvulas redutoras de pressão– Câmaras de perda de carga

VentosasDescargas de fundoMedidores de caudalBocas de rega e de lavagemHidrantes


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisIntrodução

Águas residuais compreendem as a. r. – Domésticas– Industriais– Pluviais

Finalidade das redes de drenagem de a. r.– Recolha– Transporte– Devolução ao meio receptor em condições

adequadas



Tipos de Redes:– Unitário– Separativo– Misto

Vantagens do Sistema Separativo:– Melhor funcionamento hidráulico das redes– Redução das dimensões das estações de

tratamento– Possibilidade subdividir a rede pluvial o que

implica uma redução do diâmetro



– Utilização de sarjetas não sifonadas– Redução da capacidade das elevatórias– Resistência à corrosão das tubagens– Inexistência de descargas poluentes de caudais

em excesso– Menor risco de deposição de materiais sólidos e

maior risco de libertação de gás sulfídrico


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisTraçado das Redes

O traçado das redes de a.r. depende fundamentalmente das condições topográficas

– Regime de superfície livre– Colectores descendentes no sentido do escoamento

Estudo do traçado:– Planta à escala 1/2000 ou 1/1000– Pendentes dos arruamentos– Vertentes– Bacias de drenagem– Locais de desembaraçamento das águas residuais

drenadasReconhecimento local para esclarecimento de dúvidas e omissões das plantas


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisConstituição

Ramais de ligação– Câmara de ramal de ligação– Tubagem com diâmetro mínimo de 125mm– Declive mínimo de 1% (valores aconselháveis entre 2% e

4%)Colectores

– Câmaras de visita– Tubagem com diâmetro mínimo de 200mm– Declive mínimo de 0.3%– Declive máximo de 15%– Não podem sofrer diminuição de diâmetro à medida que se

caminha para jusante


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisConstituição

– Recobrimento mínimo de 1 metro– Materiais

PVCGrés Cerâmico

Emissário é um colector com funções exclusivas de transporte resultante do entroncamento em árvore dos vários colectores de montanteIntersector é um emissário periférico


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisÓrgãos acessórios das redes

Câmaras de visita com as seguintes funções:– Ventilação– Operações de desobstrução e limpeza– Confluência de vários colectores, mudança de

diâmetro, de direcção e de inclinação do colector– Variação brusca de cotas dos colectores

Câmaras de corrente de varrer com a função de limpeza dos colectores


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisÓrgãos acessórios das redes

Tubos de ventilação para:– Reduzir o risco de septicidade do esgoto– Garantir o regime de superfície livre

Devem ser ligados a prédios altos e colocados nas junções das elevatórias com os colectores e em zonas de apreciável libertação de gases


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisDimensionamento

Caudais de ProjectoA previsão dos caudais utiliza os mesmos critérios dos sistemas de abastecimento tendo por base a evolução demográfica, das capitações e a adopção de factores de ponta adequados.Coeficiente de afluência = (caudal colectado) / (caudal distribuído)



Caudais de infiltração (art 126) dependem:– Características geológicas e topográficas– Posição do nível freático– Qualidade da rede, idade, licenciamento e

fiscalizaçãoCaudal de projecto = Caudal doméstico + Caudal industrial + Caudal de infiltraçãoConsiderar no projecto o caudal unitário de percurso



Se o tipo de urbanização for sensivelmente uniforme considera-se uma distribuição uniforme do caudal

Se o tipo de urbanização não é uniforme relaciona-se os caudais com a densidade populacional estimada e a relacionam-se ainda os caudais unitários entre si


Valor de referência q0


q5=5q0q4=4q0q3=3q0q2=2q0q1=q0q

Superior a 300

150 a 30050 a 15015 a 50 <15Densidade (hab/ha)



Caudais localizados ou concentrados correspondem aos grandes consumidores com consumos superiores a 1l/s e são excluídos dos caudais unitários de percursoCaudais críticos– Caudais máximos– Caudais mínimos



Caudais máximos são os caudais de ponta instantâneos e servem de base ao dimensionamento dos colectores a nível de diâmetros sendo referidos à secção de jusante e admitindo o escoamento uniforme em todo o colectorCaudais mínimos podem ser muito reduzidos ou nulos especialmente nos colectores de cabeceira e estão relacionados com a deposição de detritos.

– Novais Barbosa considera o caudal mínimo igual ao caudal diário médio previsivel e no caso das zonas de



montante da rede que seja multiplicado por um factor de ponta

– O nosso regulamento considera para a verificação das condições hidráulico-sanitárias o caudal de ponta no início de exploração do sistema

Dimensionamento hidráulicoOs condicionamentos gerais a respeitar no dimensionamento prendem-se com:

– Dimensões mínimas– Alturas máximas da lâmina líquida – Velocidades mínimas e máximas– Declives mínimos e máximos



Dimensionamento da secçãoFaz-se para caudal máximo e atribuindo-se sempre que possível um declive igual ao do arruamentoCaracterísticas geométricas das secções

circulares em função de X (em radianos)Largura superficial do escoamento– b=D sen X

Altura de água na secção– Y=(D/2)(1-cosX)



Área da secção de escoamento– S=(D2/8)(2X-sen(2X))

Perímetro molhado– χ=DX

Raio hidráulico– R=D(2X-sen(2X))/(8X)

Fórmula de resistência de Manning-Strickler– Q=K S R 2/3 senθ– Q – Caudal; K – Coef. De Strickler; θ Ângulo de declive do

colector com a horizontal– i=tg θ



Sequência de cálculoPara caudal máximoTroço – Comprimento – Q de montante – Q de percurso – Q afluente – Q jusante – Declive do colector – Diâmetro secção meia cheia – Ângulo X –Altura da lâmina líquida – Raio hidráulico –VelocidadeFazer igual para caudal mínimo para verificação da velocidade de auto-limpeza



Quando os declives são muito reduzidos podem obter-se diâmetros exagerados revelando-se mais económico um acréscimo de inclinação.A adopção de declives diferentes dos dos arruamentos envolve considerações de optimizaçãoDeclives dos colectores inferiores aos do terreno implicam regra geral a utilização de câmaras de queda



Verificação das condições de auto-limpezaCritério da força tractivaCritério da velocidade mínimaCritério da produção de gás sulfídrico

Critério da força tractivaFt=γ R senθFt min=2 N/m2



Critério da velocidade mínima-Velocidade ≥ 0.3 m/s-y ≥(1/5)D

Critério da produção de gás sulfídricoZ= (CBOe x χ)/(i ½ x Qmin 1/3 x b)Se: Z>10 000 - Há condições para a produção de gás

sulfídricoZ>10 000 –Não há condições para a produção de gás

sulfídrico



Comparando os 3 critérios verifica-se que o critério da força tractiva é o mais severo, seguido do da produção de gás sulfídrico

Referência ao Regulamento relativamente àauto limpeza dos colectores



Implicações da ocorrência de regimes não uniformes, medidas a tomar:– Limitar a altura da lâmina líquida– Nenhum colector desembocar noutro de menor

diâmetro– Adopção de pequenos desníveis nas câmaras de

visita para a criação de regolfos de abaixamento


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisApresentação do Projecto

Peças escritas– Condições técnicas especiais– Memória descritiva e justificativa– Cálculo da rede incluindo quadro de resultados indicando

caudais de projecto, diâmetros dos colectores alturas normais, velocidades de escoamento, verificação das condições de auto-limpezae outros elementos que se mostrem convenientes

– Cálculo de volumes de terra movimentado– Medições– Orçamento


Redes de Drenagem de Águas ResiduaisApresentação do Projecto

Peças desenhadas:– Traçado em planta à escala 1/1000 ou 1/2000 e implantação

do sistema de tratamento– Perfis longitudinais da rede com as cotas do terreno, da

soleira e de trabalho, nº das caixas, distâncias entre caixas, entre perfis e à origem, inclinações e diâmetros

– Outros elementos convenientes à boa definição do projectoPeças desenhadas tipo, exemplos

– Câmara de junção– Câmara de visita com queda


Redes de Drenagem de Águas PluviaisPrincipais Componentes dos Sistemas

Redes de colectores que é o conjunto das canalizações que assegura o transporte dos caudais pluviais afluentes, geralmente de betão e de secção circular.Órgãos acessórios– Dispositivos de entrada (sarjetas e sumidouros)– Câmaras ou caixas de visita (afastamento

máximo de 100m)


Redes de Drenagem de Águas PluviaisDimensionamento Hidráulico dos Colectores

Finalidade: Determinação dos diâmetros e declives dos colectores por forma a assegurar o transporte dos caudais de calculo previstos, de acordo com critérios hidráulicos pré-estabelecidos.Na transformação da precipitação em escoamento é geralmente utilizada a fórmula racional Q=CIA



No dimensionamento devem considerar-se 3 etapas fundamentais:Definição dos elementos de baseCálculo dos caudais de projectoCritérios de projecto e procedimentos de dimensionamento

Definição dos elementos de base– Limites da bacia hidrográfica e das sub-bacias afectas a

cada troço– Definição do período de retorno que corresponde ao

intervalo de tempo associado à ocorrência de



precipitação de intensidade média superior a um determinado valor, regra geral entre 2 e 10 anos

– Conhecimento do regime pluviométrico local (curvas I-D-F)

– Definição dos coeficientes de escoamento afectos a cada bacia. Coeficiente de escoamento é a razão entre o volume de água que contribui para o escoamento e o volume de água efectivamente precipitado sobre a área em estudo.

– Definição dos tempos de concentração iniciais (tempos despendidos no percurso da água precipitada, desde o ponto hidraulicamente mais afastado da bacia até àsecção em estudo)



Cálculo dos caudais de projecto– Q=CIA (para bacias com áreas inferiores a 1300 ha)

Q – Caudal de ponta (l/s)C – Coeficiente do método racional (adimensional)I – Intensidade de precipitação (l/(s.ha))A – Área da bacia de drenagem (ha)

– Existe uma relação linear entre o caudal de ponta e a precipitação útil (C.I)

– O caudal de ponta ocorre com o instante em que a totalidade da bacia está a contribuir para o escoamento ou seja, um intervalo de tempo igual ao tempo de concentração



– O valor da intensidade de precipitação é o valor da intensidade média máxima para uma duração igual ao tempo de concentração

– A este valor está sempre associado uma frequência de ocorrência (ou período de retorno T)

– C é o parâmetro representativo da transformação da precipitação em escoamento

Tempo de concentração = tempo de entrada + tempo de percurso



Em bacias urbanas em que as áreas de drenagem dos colectores de cabeceira são bastante impermeáveis recomenda-se, para Portugal, valores do tempo de entrada de:5 min i>8%7.5 a 10 min 1.5%<i<8%10 a 15 min i<1.5%O tempo de percurso na rede é calculado a partir da expressão de Manning-Strickler, por exemplo.A situação simplificada, mas usual, de cálculo corresponde a admitir o regime permanente e uniforme e considerar as velocidades de escoamento a secção cheia



Critérios de projecto e procedimentos de dimensionamento• Idênticos às águas residuais domésticas excepto:

• Velocidade máxima 5 m/s porque se considera que a ocorrência do caudal máximo é muito pequena

• Altura máxima do escoamento corresponde à secção cheia• Poder de transporte mínimo entre 3 a 4 N/m2, para secção

cheia• Velocidade mínima 0.9 m/s\\\



Procedimentos de dimensionamento:Análise da área de projecto e traçado da rede em plantaFixação do período de retorno TEscolha da curva I-D-F para a zona em estudo e para o tempo de retorno T escolhidoDefinição das áreas drenantes em cada secção de cálculoDeterminação do coeficiente de escoamento médio, C, ponderado para a área drenante total



Determinação do tempo de concentração, tcDeterminação da intensidade média do escoamento a partir das curvas I-D-FCálculo do caudal de projecto pelo Método RacionalFixação do diâmetro e inclinação dos colectoresDeterminação do tempo de percurso, tpAdição de tp a tcRepetição do processo sucessivamente para cada troço

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