Dimensionamento de sistema de drenagem de aguas residuais domesticas

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Dimensionamento de sistema de drenagem de aguas residuais domesticas
INSTITUTO SUPERIOR POLITECNICO DE GAZA
FACULDADE DE AGRICULTURA
CURSO DE ENGENHARIA HIDRAULICA AGRICOLA E AGUA RURAL
4° Ano, I SEMESTRE
DIMENSIONAMENTO DE OBRAS HIDRAULICAS II
RELATÓRIO:
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE DRENAGEM DE AGUAS RESIDUAIS DOMESTICAS
Discentes: Código:
Euler Joao Pedro Marapusse 2017535
Danildo Vasco Nhacumangue						 2017533	
Cliton de Sousa Meque						 2016523
Docente:		
Eng. Fernando Brazão Tembe, MSc	
Lionde, Novembro de 2020
Índice
1	INTRODUÇÃO	3
1.1	OBJECTIVOS:	4
1.1.1	Geral:	4
1.1.2	Específicos:	4
2	ESPECIFICAÇÕES DO SISTEMA	5
2.1	Condições do dimensionamento para os colectores domésticos	5
2.2	Layout do Sistema de Drenagem	6
3	DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DOS COLECTORES	7
3.1	Caudais populacionais e industriais do projecto	7
3.2	Cálculo dos Diâmetros	8
3.3	Cálculo das Inclinações	8
3.4	Implantação dos Colectores	9
4	CONCLUSÃO	12
Índice de Tabelas
Tabela 1: Características dos elementos da rede doméstica para Câmaras de visita....................5	
Tabela 2: Dados para dimensionamento do sistema.....................................................................5
Tabela 3: Diâmetros e espessuras para os colectores...................................................................6
Tabela 4: Caudais populacionais..................................................................................................7
Tabela 5: Caudais Industriais........................................................................................................7
Tabela 6: Diâmetro mínimo para satisfazer a velocidade máxima e inclinação máxima.............8
Tabela 7: Inclinações....................................................................................................................8
Tabela8: Seleção da inclinação segundo os critérios....................................................................9
Índice de Figuras
Figura 1: Disposição do sistema de drenagem...........................................................................6
ii
1 INTRODUÇÃO
Drenagem é o termo empregado na designação das instalações destinadas a escoar o excesso de água, seja em rodovias, na zona rural ou na malha urbana. A drenagem urbana não se restringe aos aspectos puramente técnicos impostos pelos limites restritos à engenharia, pois compreende o conjunto de todas as medidas a serem tomadas que visem à atenuação dos riscos e dos prejuízos decorrentes da falta de um sistema e/ou de um mau funcionamento do sistema de drenagem.
O sistema de drenagem é de extrema importância pois contribui sobretudo para o bem-estar da população. A falta de planeamento e a integridade no gerenciamento dos sistemas de drenagem, ocasionam inundações.
Este trabalho tem por finalidade a exibição dos conhecimentos adquiridos na cadeira de opcional em obras hidráulicas concretamente no dimensionamento de sistemas de drenagem de aguas residuais domesticas, trabalho esse que conta como avaliação da cadeira mencionada.
O dimensionamento do sistema de drenagem compreende a determinação da população servida pelo sistema durante o horizonte do projecto no início e no fim, dos diâmetros mínimo para satisfazer a velocidade máxima e a inclinação máxima regulamentada, de cada câmara de visita do sistema, dos caudais de ponta, industriais, médio e de infiltração transportadas nos colectores, e de todas condições para a implantação do sistema cumprindo com as questões regulamentares para a implantação de um sistema de drenagem urbana.
OBJECTIVOS:
Geral:
· Proceder com o dimensionamento de sistema de drenagem de águas residuais domesticas em simultâneo com um sistema de drenagem pluvial, inserido num sistema já existente para um horizonte de 40 anos.
Específicos: 
· Estimar o número da população que cada troço e câmaras de visita vai abranger no início e no fim do horizonte do projecto;
· Estimar os factores de ponta, assim como os caudais de ponta e industriais;
· Estimar o diâmetro mínimo, a inclinação mínima e máxima para satisfazer a velocidade máxima e inclinação máxima, por meio dos critérios da altura máxima, velocidade mínima e máxima e regulamentada; e 
· Determinar as condições (critérios) necessárias para a implantação dos colectores;
 
ESPECIFICAÇÕES DO SISTEMA 
O sistema de drenagem a ser dimensionado integra-se num sistema já existente e é dimensionado em simultâneo com um sistema de drenagem pluvial. Devido as condições naturais do solo e pelo facto deste integrar-se num outro sistema, tem como profundidade máxima de 4 m e as mínimas de 1,4, excepto nas câmaras de visita D3 e D4 que são 2.1 e 2.5 respectivamente.
Tabela 1: Características dos elementos da rede doméstica para Câmaras de visita			
	N°
	CT (m)
	Recobrimento (m)
	Profundidade max (m)
	D1
	100
	1.4
	4
	D2
	99
	1.4
	4
	D3
	99
	2.1
	4
	D4
	98
	2.1
	4
	D5
	94
	1.4
	4
As câmaras de visita D1 e D2 afluem nos caudais de 5 e 6 l/s respectivamente no início (ano 0) e no fim do horizonte do projecto (ano 40). Admite-se no dimensionamento utilizar colector PVC de classe 0.6Mpa. A população servida no início e no fim do horizonte do projecto é de 80 a 100 excepto no colector CD4 que é 30 e 40. Admite-se ainda como captação (l/hab./dia) no horizonte do projecto 120 e 150 (l/hab./dia) e o factor de afluência de 0.8. Admite-se que o valor da infiltração tome o valor do Qmed. Qmin de autolimpeza regulamentar é 1.5l/s.
Condições do dimensionamento para os colectores domésticos 
Tabela 2: Dados para dimensionamento do sistema.
	Vmin (m/s)
	0.6
	 Vmax (m/s)
	3
	I min (%)
	0.3
	I max (%)
	15
	Dmin (mm)
	200
	Captação Ano (0)
	120
	 Captação Ano (40)
	150
	Factor de afluência
	0.8
	Peso especifico da agua (N/m^3)
	9800
Tabela 3: Diâmetros e espessuras para os colectores.
	Tubulação (PVC)(mm)
	D. nominal
	D. inter.
	Espessura
	200
	188.2
	5.9
	250
	235.4
	5.3
	314
	296.6
	9.2
Layout do Sistema de Drenagem
Figura 1: Disposição do sistema de drenagem.
DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DOS COLECTORES
Caudais populacionais e industriais do projecto
Os caudais foram calculados usando a s formulas para dimensionamento de sistema de drenagem urbana para aguas residuais domesticas.
Tabela 4: Caudais populacionais.
	Colectores
	População
	Caudal médio diário
	Troço
	Desig.
	CV
	L(m)
	Inicial (0)
	Final(40)
	Ano(0)
	Ano(40)
	
	
	Mont.
	Jus.
	
	P. mont.
	Perc.
	Totais
	P. mont.
	Perc.
	Totais
	
	
	1
	CD1
	D2
	D3
	50
	0
	80
	80
	0
	100
	100
	0.09
	0.139
	2
	CD2
	D1
	D3
	50
	0
	80
	80
	0
	100
	100
	0.09
	0.139
	3
	CD3
	D3
	D4
	50
	160
	80
	240
	200
	100
	300
	0.27
	0.417
	4
	CD4
	D4
	D5
	20
	240
	30
	270
	300
	40
	340
	0.3
	0.47
Tabela 5: Caudais Industriais.
	Colector
	Factor de ponta
	Caudal de ponta
	Caudais Industriais
	Q. total calculado
	
	
	
	Iniciais(0)
	Finais(40)
	
	Troço
	Design.
	Ano(0)
	Ano(40)
	Ano(0)
	Ano(40)
	Q. mont.
	Q. perc.
	Total
	Q. mont.
	Q. perc.
	Total
	Q.min(0)
	Q.max(40)
	1
	CD1
	8.2082
	7.5
	0.73874
	1.0425
	5
	0
	5
	6
	0
	6
	3.69369
	6.255
	2
	CD2
	8.2082
	7.5
	0.73874
	1.0425
	5
	0
	5
	6
	0
	6
	3.69369
	6.255
	3
	CD3
	5.37298
	4.9641
	1.45071
	2.07003
	0
	10
	10
	0
	12
	12
	14.5071
	24.84036
	4
	CD4
	5.15148
	4.75396
	1.54545
	2.23436
	0
	10
	10
	0
	12
	12
	15.4545
	26.81232
Cálculo dos Diâmetros 
Os diâmetros foram calculados pelos critérios das velocidade máxima e inclinação máxima regulamentada, para satisfazer a velocidade máxima recomendada e a inclinação máxima regulamentar para a implantação das componentes do sistema de drenagem de aguas residuais domesticas.
Tabela 6: Diâmetro mínimo para satisfazer a velocidade máxima e inclinação máxima.
	Nº
	Caudais (m3/s)
	Diâmetro mínimo
	Situacao
	
	Qmin(0)
	Qmax(40)
	V,máx(3m/s)
	i,máx(15%)
	
	D1
	0.00574
	0.007040.0773558
	0.075628
	OK!
	D2
	0.00574
	0.00704
	0.0773558
	0.075628
	OK!
	D3
	0.01145
	0.01407
	0.1093395
	0.151095
	OK!
	D4
	0.01155
	0.01423
	0.1099762
	0.15286
	OK!
Cálculo das Inclinações 
As inclinações mínimas e máximas foram calculadas de modo a cumprir com o critério da velocidade mínima e máxima, para a implantação dos colectores. Também se usou o critério da altura máxima de agua para o cálculo da inclinação mínima. 
Tabela 7: Inclinações. 
	Critérios de Seleção da inclinação
	Inclinação selecionada
	imin,Vmin = MÁX(i,min,H; i,minV; imin,R.)
	0.009746925
	imáx,Vmáx = MIN(i,máx,H; i,máxV; imáx,R.)
	0.15
	imin,Hmin = MÁX(i,min,H; i,minV; imin,R.)
	0.009746925
	imáx,Hmáx = MIN(i,máx,H; i,máxV; imáx,R.)
	0.15
Tabela8: Seleção da inclinação segundo os critérios.
	Nº
	Caudais (m3/s)
	Critério de Inclinação (min, máx, altura e velocidade)
	
	Qmin(0)
	Qmax(40)
	i,min,H(0.3%,D=0.5)
	i,máx,H(15%,D=0.5)
	i,min, Vmin(0.6, Dint=188.2)
	i,máx, Vmáx(3, Dint=188.2)
	D1
	0.00574
	0.00704
	0.004844772
	0.004714317
	0.001520162
	0.001432251
	D2
	0.00574
	0.00704
	0.004844772
	0.004714317
	0.001520162
	0.001432251
	D3
	0.01145
	0.01407
	0.009666944
	0.009418612
	0.003033233
	0.002861457
	D4
	0.01155
	0.01423
	0.009746925
	0.009528616
	0.003058329
	0.002894878
Implantação dos Colectores
A implantação dos colectores segue três situações que surgem para a sua implantação.
SITUAÇÃO 1: não atinge o recobrimento mínimo a jusante.
Rmin,Mont.+L(i,min-i,terreno)> Rmin, Jus.
Rmont.=Rmin,mont.
Rjus.=Rmin,mont+L*(i,min-i,terreno)
Critério: (i,colector=i,min)
SITUAÇÃO 2: atinge-se o recobrimento mínimo a jusante
Rmin,Mont.+L(i,min-i,terreno) ≤ Rmin, Jus.
Rmin,Mont.+L(i,min-i,terreno) ≥ Rmin, Jus.
Rmont.=Rmin,mont.
Rjus.=Rmin,mont+L*(i,min-i,terreno)
Critério: (i,min ≤ i,colector ≤ i,máx)	
SITUAÇÃO 3: queda a montante
Rmin,Mont.+L(i,máx-i,terreno) < Rmin, Jus.
Δy=Rmin,jus-Rmin,Jus+L(i,terreno-i,máx)
R,mont.=Rmin,mont.+Δy
Rjus.=Rmin,Jus.
Critério: (i,colector = i,máx)	
· Situacao 1	
 Recobr. Mont = 1.4 Imin ≤ Icol ≤ Imax		
 Recobr. Jusnt = 2.1		 0.006 ≤ Ical ≤ 0.3
 Rmin,mont + L(Imin - Iterreno) > Rmin, jusnt		
 1.4 +	50*(0.006 -0)	> 2.1
	1.7 > 2.1 → KO!	
· Situacao 2
 I colector =( Rmin, just - Rmin, Mont/L) + I terreno			
 I colector = 2.1 - 1.4/50 + 0
 I colector = 0.7/50
 I colector = 0.014
 
 Rmin,mont + L(Imin - Iterreno) ≤ Rmin, jusnt
 1.4 + 50*(0.006 - 0)≤ 2.1
 1.7 ≤ 2.1 → OK!
 
 Rmin,mont + L(Imax - Iterreno) ≥ Rmin, jusnt		
 1.4 +	50*(0.3 - 0)	≥ 2.1
 16.4 ≥ 2.1 → OK!
CONCLUSÃO
O dimensionamento de sistemas de drenagem, são de grande importância para a sociedade. Pois este são essenciais para o escoamento de aguas alagadas na urbe, e no escoamento de aguas residuais sendo estas domesticas ou industriais.
Com este trabalho da cadeira de opcional de obras hidráulicas, foi possível adquirir algum conhecimento sobre os sistemas de drenagem e o seu dimensionamento.
				
19 de novembro de 2020
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