DRENAGEM URBANA

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DRENAGEM URBANA: Principais contedos programticosINTRODUO DRENAGEM URBANA Tipos de sistemas de drenagem urbanos e principais componentes dos sistemas

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS Aspectos quantitativos e qualitativos e principais preocupaes Concepo e constituio dos sistemas Implantao do sistema de drenagem pluvial Clculo de caudais pluviais Dimensionamento hidrulico de colectores Dispositivos interceptores Bacias de reteno Cmaras drenantesDU - 2

DRENAGEM URBANA: Principais contedos programticosMODELAO DO COMPORTAMENTO DINMICO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO Etapas do processo de modelao Princpios de modelao matemtica do comportamento de sistemas de drenagem Caracterizao sumria de modelos existentes Construo do modelo: dados necessrios e resultados obtidos

BENEFICIAO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM UNITRIOS Tendncias actuais na concepo e beneficiao dos sistemas unitrios Dimensionamento de estruturas de armazenamento: o mtodo da precipitao crtica

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INTRODUO

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INTRODUO DRENAGEM URBANATIPOS DE SISTEMASUnitrios Constitudos por uma nica rede de colectores onde so admitidas conjuntamente as guas residuais domsticas, comerciais e industriais, e guas pluviais; recolhem e drenam a totalidade das guas a afastar dos aglomerados populacionais. Separativos Constitudos por duas redes de colectores distintas, uma destinada drenagem das guas residuais domsticas, comerciais e industriais, e uma outra drenagem das guas pluviais ou similares. Mistos Constitudos pela conjugao dos dois tipos anteriores, em que parte da rede de colectores funciona como sistema unitrio e a restante como sistema separativo. Separativos parciais ou pseudo-separativos Em que se admite, em condies excepcionais, a ligao de guas pluviais de ptios interiores ao colector de guas residuais domsticas.DU - 5

INTRODUO DRENAGEM URBANATIPO DE SISTEMA Sistemas convencionais separativos domsticos e pluviais Sistemas convencionais unitrios VANTAGENS Transporte de efluentes de natureza distinta por diferentes colectores diferentes condies de tratamento e de destino final. Economia de primeiro investimento (construo de um nico colector). Simplicidade na ligao de ramais e colectores. INCONVENIENTES Custos elevados de primeiro investimento (necessrio dois tipos de colectores). Necessidade de construo cuidadosa, em termos de ligaes de ramais prediais. Descarga de excedentes poludos em tempo de chuva, com eventuais impactes negativos no Ambiente. Acrscimo de encargos de energia e de explorao em instalaes elevatrias e de tratamento, devido ao excedente de contribuio pluvial em tempo de chuva. Acrscimo em encargos de explorao e, conservao, em relao ao sistema gravtico convencional. No caso do sistema sob vcuo, requere-se um grau de conhecimento e de especializao superior, para a explorao.

Sistemas no convencionais: de colector gravtico de pequeno dimetro ou sob vcuo

Economias significativas de primeiro investimento, nomeadamente em zonas planas ou com elevados nveis freticos, Sistemas sob vcuo reduo do risco da ocorrncia de condies de septicidade e controlo da infiltrao.

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INTRODUO DRENAGEM URBANACOMPONENTES DOS SISTEMAS

Sistemas separativos de drenagem de gua pluvial:redes de colectores (e ramais de ligao) rgos acessrios

dispositivos de entrada (sarjetas de passeio ou sumidouros) cmaras de visitargos especiais e instalaes complementares

desarenadores bacias de reteno(regularizar os caudais pluviais afluentes, restituindo, a jusante, caudais compatveis com a capacidade de transporte da rede de drenagem ou curso de gua)

cmaras drenantes(dispositivos de reteno e infiltrao da gua pluvial)

instalaes elevatrias (a evitar)DU - 7

INTRODUO DRENAGEM URBANACmaras de visitaCORTE:

(Decreto Regulamentar n 23/95 Artigo 155)PLANTA:

Obrigatria a implantao de cmaras de visita a) Na confluncia dos colectores b) Nos pontos de mudana de direco, de inclinao e de dimetro dos colectores c) Nos alinhamentos rectos, com afastamento mximo de 60 m e 100 m, conforme se trate, respectivamente, de colectores no visitveis ou visitveis (D>1.6 m)DU - 8

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

Diversos

ASPECTOS QUANTITATIVOS E QUALITATIVOS E PRINCIPAIS PREOCUPAESEvaporao

Infiltrao

Escoamento superficial

Em zonas urbanas as guas pluviais podem cair:

na cobertura dos edifcios sobre reas pavimentadas em reas permeveisDU - 10

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISTipos de preocupaes Carcter poluente das guas pluviais metais pesados (Fe, Pb, Zn,) hidrocarbonetos slidos em suspenso CBO5 (matria orgnica)

Diversos

Sist. unitrios

efeito de first flush (ressuspenso e transporte de poluentes previamente decantados nos colectores) (mesmo quando concebidos como separativos)

Comportamento unitrio dos sistemas pluviais Variabilidade dos caudais Caudais de ponta >> caudais domsticos

Relao entre a ocupao do solo e a grandeza dos caudais escoados reas impermeveis artificializao das linhas de gua Regime varivel de escoamento nos colectores

Agravamento de caudais

PROJECTO MAIS COMPLEXO E CUSTO DE OBRAS SUPERIOR

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISCONCEPO E CONSTITUIO DOS SISTEMASObjectivo: Reduo de caudal a intercepo a infiltrao o armazenamento e a deteno incrementar o tempo de percurso do escoamento aplicar tcnicas apropriadas de gesto e explorao dos sistemas (gesto em tempo real)

Diversos

aumentar

Objectivo:

Controlo da qualidade da gua no meio receptor

afastar a descarga do meio receptor sensvel tratar a massa lquida

escoamento superficial (overland flow) lagunagem etc

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISPRINCPIOS:

Diversos

A concepo deve dar-se numa fase inicial do planeamento urbanstico, especialmente em reas crticas - zonas planas

- zonas sob efeitos de mar

Reduo da extenso das redes de colectores e dos respectivos dimetros maximizar o percurso superficial da gua pluvial (sobretudo nas cabeceiras) favorecer a integrao de reas permeveis (zonas verdes, pavimentos porosos) (Extenso menor que a rede domstica) Adopo de solues de drenagem no convencionais: bacias de amortecimento cmaras drenantes Preocupao com a qualidade da gua do meio receptor (devida poluio veiculada pelos caudais pluviais aps os perodos estivais) DU - 13

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

Diversos

TRAADO DA REDE E DEFINIO DE BACIAS E SUB-BACIASSub-bacias

Meio receptor Bacia de cabeceira Colector pluvial

Implantao ao eixo dos arruamentos Definio correcta dos limites da bacia hidrogrfica e das sub-bacias afectas a cada troo da rede

Redes separativas - em planta, o traado dos colectores das duas redes deve apresentar sempre a mesma posio relativa (DR n 23/95, artigo 135., ponto 5: para minimizar os riscos de ligaes indevidas de redes ou ramais, deve adoptar-se a regra de implantar o colector domstico direita do colector pluvial, no sentido do escoamento ).DU - 14

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISETAPAS DE DIMENSIONAMENTO

Diversos

No dimensionamento de uma rede de drenagem de guas pluviais podem considerar-se trs etapas fundamentais: 1. 2. 3. Definio dos elementos de base Clculo dos caudais pluviais de projecto Dimensionamento hidrulico dos colectores

1. DEFINIO DE ELEMENTOS DE BASE Definio do perodo de retorno T (varia, em regra, entre dois e dez anos): corresponde ao intervalo de tempo mdio associado ocorrncia de precipitao de intensidade mdia superior a um dado valor. Conhecimento do regime pluviomtrico local curvas IDF Definio dos coeficientes de escoamento para cada sub-bacia Definio dos tempos de concentrao iniciais tc Definio dos condicionalismos, principalmente de natureza hidrulica, associados descarga final das guas pluviais no meio receptor.DU - 15

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS2. CLCULO DE CAUDAIS PLUVIAIS Mtodos - empricos - semi-empricos - conceptual - semi-conceptual

Caudais

Mtodo Racional

(semi-conceptual)

Mulvaney, 1851 e Kuickling, 1889 (posteriormente divulgada em Inglaterra por Lloyd-Davis)

Qpluvial = C x I x Asendo: Q pluvial C I A - caudal pluvial a drenar pelo colector (m3/s) - coeficiente de escoamento (-) - intensidade de precipitao (m3/(ha.s)) - rea da bacia a drenar (ha)DU - 16

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISHIPTESES DE BASE: Linearidade entre a precipitao til (C x I) e o caudal de ponta (Q)

Caudais

ocorrncia do caudal de ponta coincide com o instante em que a totalidade da bacia est a contribuir para o escoamento, ou seja, ao fim de um intervalo de tempo igual ao tempo de concentrao, tc

O nico parmetro representativo da relao precipitao-escoamento o coeficiente C O coeficiente C engloba vrios factores: relao entre o volume de gua escoada e a precipitao efeitos de reteno no solo efeitos de regolfo e atraso do escoamento superficial no terreno, linhas de gua naturais e colectores que dependem das caractersticas fsicas e de ocupao da bacia do estado de humidade do solo da durao e distribuio da precipitao antecedente

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

Caudais

Estudos de Horner e Flynt (3 bacias de drenagem de guas pluviais da cidade de St. Louis, EUA) estudaram precipitaes e caudais como fenmenos independentes. Foi verificada uma certa constncia, por bacia, entre precipitaes e caudais da mesma frequncia. A frmula racional tem um significado estatstico (e no determinstico) no sendo legtimo adopt-la para o clculo do caudal de ponta pluvial correspondente a um determinado hietograma tpico, no uniforme. Neste caso, deve-se recorrer a mtodos mais sofisticados que considerem o caudal como um resduo da precipitao. Estes mtodos so tambm aconselhveis quando se pretenda gerar um hidrograma a partir de um determinado hietograma. A intensidade de precipitao I deve ser avaliada para condies crticas (para t = tc) Para duraes inferiores, nem toda a bacia contribui para o caudal de ponta mximo; para duraes superiores, menor a intensidade de precipitao logo menor o caudal correspondente. Aplicao: bacias com A > 200 a 2000 ha no vocacionado para bacias rurais ou semi-rurais

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

Caudais

Valores mdios do coeficiente C do Mtodo Racional (ASCE, Manual n 37):

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISIntensidade de precipitao

Caudais

I=a.tbsendo: t a, b - tempo de concentrao da sub-bacia - parmetros da curva IDF

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISMtodo Racional Generalizado Costa, 1956

Caudais

Q = 2sendo, V1 V t tc

V1 t C I A V tc

- volume correspondente parte ascendente do hidrograma (m3) - volume total do hidrograma (m3) - durao da precipitao de projecto (h) - tempo de concentrao da bacia (h) - coeficiente de regolfo.

2 V1/V - exprime o efeito de reteno e armazenamento: mnimo em bacias naturais e mximo em bacias totalmente impermeveis (em que iguala a unidade). t/tc - exprime o desfasamento entre o fim da chuvada e o instante em que se verifica o caudal de ponta: mnimo para bacias naturais (onde toma o valor 0,7) e admite-se que iguale a unidade em bacias totalmente impermeveis ou altamente canalizadas.DU - 21

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

Caudais

Coeficiente de reduo global do mtodo racional generalizado

C1 = C (2 v1/v) (t/tc)

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS3. DIMENSIONAMENTO HIDRULICO DE COLECTORES CRITRIOS DE PROJECTO Altura mxima do escoamento (h/D) 1 Velocidade mxima de escoamento Vmx = 5 m/s Velocidade mnima de escoamento Vmn = 0,9 m/s

Colectores

(para colectores unitrios ou separativos pluviais)

Critrio de auto-limpeza

Sendo inviveis os limites referidos anteriormente, como sucede nos colectores de cabeceira, devem estabelecer-se declives que assegurem estes valores limites para o caudal de seco cheia.1m

Profundidade mnima (Art. 137) Prof.

Dimetro mnimo (Art. 134) Dmn = 200 mm Inclinaes mnimas e mximas 0,3% e 15% (por razes construtivas) J mn = 1/ D (mm) Norma EuropeiaDU - 23

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISPROCEDIMENTO DE CLCULODimensionamento de montante para jusante

Colectores

as reas A crescem sucessivamente as intensidades I decrescem sucessivamente os caudais Qp crescem em regra sucessivamente

1 - Anlise da rea de projecto e traado da rede em planta. Caracterizao de condicionalismos (cotas e nveis de gua no meio receptor, atravessamentos com outras infra-estruturas) 2 - Fixao do perodo de retorno, T. 3 - Seleco da curva IDF para a zona em estudo e para o perodo de retorno escolhido. 4 - Definio das sub-bacias em cada seco de clculo rea drenante A

5 - Determinao do coeficiente global mdio ponderado para a bacia definida em cada seco de clculo C = (i CiAi) / i AiDU - 24

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS6 - Determinao do tempo de concentrao, tc

Caudais

tc = te + t p

tp =

Lj Vj

Tempos iniciais (para bacias de cabeceira):Inclinao do terreno muito inclinado inclinado mdio e plano AI < 50% AI > 50% (min) 5.0 10.0 15.0 (min) 5.0 7.5 10.0

7 - Determinao da intensidade mdia de precipitao I para uma durao igual ao t c (a partir das curvas IDF)

I=a.tbDU - 25

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAIS

Colectores

8 - Clculo do caudal de projecto, por intermdio da seguinte expresso (mtodo racional): Q p = i C i x A i x I 9 - Fixao do dimetro e inclinao do colector, tendo em conta: a minimizao de custos condicionalismos tcnicos e regulamentares de implantao do colector (profundidade de assentamento mnima) satisfao dos critrios hidrulicos (capacidade de escoamento, velocidade mxima e poder de transporte) 10 - Determinao da velocidade, altura do escoamento e tenso de arrastamento no colector definido (D, i), em funo do caudal de ponta 11- Determinao do tempo de percurso, t p, ao longo do troo de colector considerado no passo 10 12- Adio do tempo de percurso calculado no passo anterior ao tempo de concentrao calculado no passo 6. 13- Repetio de todos os passos de clculo, de montante para jusante, a partir do passo 5, para as sucessivas seces de clculo.DU - 26

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISCaractersticas Hidrulicas do Escoamento

Colectores

Conhecidos icolector , D e Q dim : Q n +1 = sen n + 6,063 K J s D 1,6 n 0,4 0, 6

a) calcular Q f e V f b) determinar a relao Q dim / Q f c) utilizar o baco das propriedades hidrulicas das seces circulares: curva de Q Q dim / Q f curva de V y/D y/Dy V/VfV

d) utilizar o baco das propriedades hidrulicas das seces circulares:

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISQUADROS DE CLCULO - ExemplosQuadro 1 Clculo do coeficiente C para cada sub-bacia.Sub-bacia [-] B1 B2 B3 B4 A [ha] 0.038 0.081 0.051 0.307 ib [%] 6.27% 6.27% 8.32% 1.80% TT [-] SA SA C SA

Colectores

1[-] 0.40 0.40 0.70 0.40

AI [%] 20% 50% 20% 90%

C1 [-] 0.26 0.56 0.38 0.86

Quadro 2 Parmetros das curvas I-D-F.Smbolo T a b Unidades anos Valor 10 290.68 -0.549

Quadro 3 Dimensionamento hidrulico-sanitrio de colectores.Trecho Sub-bacias L [-] [-] [m] B1 32.85 P12-P11 B1-B2 22.98 P11-P10 B1-B3 62.23 P10-P9 B4 22.07 P9.4-P9.3 B4-B5 15.64 P9.3-P9.2 B4-B5' 22.23 P9.2-P9.1 B6 40.71 P9.1.2-P9.1.1 B6 28.64 P9.1.1-P9.1 B7 22.45 P9.1.1.2-P9.1.1.1 B7-B8 33.58 P9.1.1.1-P9.1

A i L i . A i C 1p[ha] 0.038 3.619 3.670 0.307 0.430 0.542 0.034 0.034 0.936 0.984 [m.ha] [-] 0.26 0.59 0.59 0.86 0.86 0.86 0.70 0.70 0.83 0.83

Vinic [m/s] 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00

ti [min] 10.00 15.00 15.19 7.50 7.68 7.81 7.50 7.84 7.50 7.69

tp [min] 0.27 0.19 0.52 0.18 0.13 0.19 0.34 0.24 0.19 0.28

tc I Q Daprox [min] [l/(ha.s)] [l/s] [mm] 10.27 224.74 2.23 15.19 181.31 387.85 15.71 178.00 384.24 7.68 263.59 69.56 7.81 261.17 96.78 8.00 257.83 120.23 7.84 260.71 6.23 8.08 256.45 6.13 7.69 263.53 204.78 7.97 258.41 211.42

Dcom Dint i Qsc Vsc Vreal sc 2 [mm] [mm] [%] [l/s] [m/s] [N/m ] [m/s] 300 1.065% 97.32 1.38 7.83 0.57 800 1.132% 1371.50 2.73 22.18 2.35 800 1.475% 1565.92 3.12 28.91 2.58 400 0.306% 112.34 0.89 3.00 0.94 400 0.306% 112.34 0.89 3.00 1.01 500 0.245% 182.19 0.93 3.00 0.99 300 0.983% 93.46 1.32 7.22 0.75 300 1.743% 124.49 1.76 12.81 0.91 600 0.204% 270.45 0.96 3.00 1.05 600 0.204% 270.45 0.96 3.00 1.06

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISIMPLANTAO EM PERFIL LONGITUDINAL

Colectores

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISTrechos com que arrancam com a profundidade mnima: Regra geral: i ideal < i mnimo i mnimo i mnimo < i ideal < i mximo i ideali ideal

Colectores

i terreno < i mmima i mnimo

- inclinao que se obtm unindo a cota de soleira da caixa de visita de montante, com a cota da caixa de visita de jusante a que corresponde a profundidade mnima.

Se i ideal > i mximo i mximo e recorrer a uma cmara de visita com queda.

Se colector a montante estiver a uma profundidade superior mnima, adoptar um declive que traga o colector, a jusante, para a profundidade mnima regulamentar ou a exequvel, face ao i mnimo aceitvel.DU - 30

SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISDimetro e outras regras do perfil longitudinal ART. 135

Colectores

Nas redes unitrias e separativas pluviais, pode aceitar-se a reduo de seco para jusante, desde que se mantenha a capacidade de transporte. ART. 159 insero de um colector noutro deve ser efectuado no sentido do escoamento alinhar geratrizes interiores superiores (evitar regolfos e entupimentos e garantir a continuidade da veia lquida) quedas simples (se desnvel 0,50 m) ou guiadas (se > 0,50 m) se a profundidade da cmara de visita exceder os 5 m, construir um patamar de segurana a meio, com passagens no coincidentes. ART. 26 a 28 Vala tipo:

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SISTEMAS DE DRENAGEM DE GUAS PLUVIAISDISPOSITIVOS INTERCEPTORESTipos de dispositivos Sarjetas de passeio Sumidouros Sistema conjunto sarjeta-sumidouro

Disp. Intercep.

Cabeceira Percurso

Colocao de forma a: Serem cumpridos os critrios de escoamento de superfcie: No transbordamento (h < hmx) Limitao da velocidade (v