Desenvolvimento de uma metodologia para a avaliação de intrusão de águas parasitas em sistemas de águas residuais: Sistema Tadim, Braga

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outubro de 2014

Universidade do Minho

Escola de Engenharia

Sara Cristina Vilas Boas Oliveira

UMinho|20

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Desenvolvimento de uma metodologia para

a avaliação de intrusão de águas parasitas

em sistemas de águas residuais

- Sistema Tadim, Braga

Desenvol vimento de uma me todologia para a av aliação de intrusão de águas parasit as em sis temas de águas residuais - Sis tema Tadim, Braga

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Dissertação de Mestrado

Mestrado Integrado em Engenharia Biológica

Ramo de Tecnologia Ambiental

Trabalho efetuado sob a orientação da

Professora Maria Alcina Pereira

outubro de 2014

Universidade do Minho

Escola de Engenharia

Sara Cristina Vilas Boas Oliveira

Desenvolvimento de uma metodologia para

a avaliação de intrusão de águas parasitas

em sistemas de águas residuais

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DECLARAÇÃO

Sara Cristina Vilas Boas Oliveira

Endereço eletrónico: a55507@alunos.uminho.pt

Número do Bilhete de Identidade: 13729887

Título da dissertação: Desenvolvimento de uma metodologia para a avaliação de intrusão de águas parasitas em sistemas de águas residuais – Sistema Tadim, Braga

Orientador: Professora Maria Alcina Pereira

Ano de conclusão: 2014

Designação do Mestrado:

Mestrado Integrado em Engenharia Biológica – Ramo de Tecnologia Ambiental

1. É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA DISSERTAÇÃO APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE COMPROMETE;

Universidade do Minho, ___/___/______

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Desenvolvimento de uma Metodologia para a Avaliação de Intrusão de Águas Parasitas em Sistemas de Águas Residuais - Sistema Tadim, Braga

III

AGRADECIMENTOS

Após a conclusão deste trabalho não podia deixar de agradecer a todas as pessoas que de alguma maneira me ajudaram durante o meu percurso pessoal e académico.

Gostaria de agradecer à AGERE, por me permitir realizar este estágio curricular mas sobretudo a toda equipa da ETAR de Frossos. Um obrigada especial à Engª Ana Meira, minha orientadora neste projeto, e também à Engª Andreia Ferreira pelo tempo disponibilizado e dúvidas tiradas.

À minha orientadora, Professora Alcina Pereira, agradeço a disponibilidade e prontidão nas respostas e satisfação das dúvidas que surgiram ao longo do estágio.

Gostaria de agradecer à minha família, pela paciência demonstrada nas alturas mais críticas e pelo apoio incondicional ao longo de todos estes anos de estudo que foram fundamentais para que os meus objetivos fossem cumpridos.

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V

RESUMO

A intrusão de águas parasitas em redes de águas residuais é um tema conhecido e preocupante para várias entidades gestoras das redes de drenagem de águas residuais. Devido a este fenómeno há aumentos consideráveis nos caudais que afluem às estações de tratamento de águas residuais (ETAR), provocando um aumento no custo de tratamento das águas residuais e menor eficácia deste, levando as entidades responsáveis a preocuparem-se com a implementação de metodologias e técnicas que permitam avaliar e detetar a intrusão de águas parasitas nos seus sistemas.

A presente dissertação foca-se na problemática das intrusões de águas parasitas a que os sistemas de águas residuais se encontram vulneráveis. Em particular, pretende propor uma metodologia que possa ser aplicada e que vá permitir detetar anomalias relacionadas com o fenómeno de intrusão de águas parasitas nos sistemas de águas residuais.

Para uma compreensão mais realista desta problemática será analisado o Sistema Tadim, Braga, a cargo da AGERE- Empresa de Águas, Efluentes e Resíduos de Braga. Proceder-se-á ao seu estudo através da comparação dos caudais afluentes e os esperados para este sistema.

Verificou-se que os caudais afluentes à ETAR de Tadim eram muito superiores, para os meses de maior precipitação, aos teoricamente esperados, revelando assim fortes indícios da presença de intrusão de águas parasitas. No entanto, a falta de dados mais concretos sobre a população servida e a sua localização não permitiu uma análise mais exaustiva da situação real do sistema.

A metodologia proposta foca-se sobretudo na subdivisão e monitorização do sistema através da implementação de caudalímetros portáteis em pontos estratégicos da rede, cujos valores registados poderão ser posteriormente analisados e comparados com valores calculados teoricamente. Os métodos sugeridos para posterior deteção dos locais concretos de intrusão de águas parasitas, são propostos com vista, sobretudo, à minimização do gasto económico associado.

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VII

ABSTRACT

The intrusion of unwanted residual water is a well-known and concerning matter to several entities responsible for the management of sewer systems. Due to this phenomenon there is a considerable increase in the flow rate which arrives at the wastewater treatment plants, consequently causing an increase in the wastewater treatment costs and a decrease in its efficiency. As a result, the management entities become increasingly worried with the implementation of methodologies and technics which allow to evaluate and detect the intrusion of unwanted water in its systems.

The following dissertation focus on the intrusion of unwanted water to which the wastewater systems are vulnerable to. In particular, it aims to suggest a methodology which can be applied and is capable of detecting anomalies related to the intrusion of unwanted waters in sewer systems.

For a more realistic comprehension of this issue it will be analysed the system of Tadim, Braga, of which AGERE – Empresa de Águas, Efluentes e Resíduos de Braga – is responsible for. Its study will be conducted through the comparison of affluent flow rates and the theoretically expected for this system.

It was verified that the affluent flow rates to the Tadim wastewater treatment plant during the months of higher precipitation were superior to the theoretically expected, therefore showing strong signs of intrusion of unwanted waters. However, the lack of more concrete data about the served population and their location didn’t allow a more exhaustive analysis of the system’s real situation.

The methodology suggested is mainly focused on the subdivision and monitorization of the system through the implementation of portable flow meters in strategic places on the network, whose registered values could be later analysed and compared with the theoretically calculated values. The suggested methods for further detection of the concrete locations of the intrusion of unwanted waters are proposed with the intention of minimizing the associated economic expenses.

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ÍNDICE

AGRADECIMENTOS ... III RESUMO ... V ABSTRACT ... VII ÍNDICE DE FIGURAS ... XIII ÍNDICE DE TABELAS ... XV

CAPÍTULO 1- INTRODUÇÃO ... 1

1.1 ÂMBITO E ENQUADRAMENTO GERAL ... 1

1.2 OBJETIVOS ... 2

1.3 ORGANIZAÇÃO DO DOCUMENTO ... 2

CAPÍTULO 2 - CARATERIZAÇÃO DAS REDES DE ÁGUAS RESIDUAIS EM PORTUGAL ... 5

2.1- EVOLUÇÃO HISTÓRICA ... 5

CAPÍTULO 3 - CARATERIZAÇÃO/DEFINIÇÃO DE INFILTRAÇÃO ... 7

3.1- DEFINIÇÃO E ORIGEM DAS INFILTRAÇÕES ... 7

3.1.1 - INFILTRAÇÕES DIRETAS ... 7

3.1.2-INFILTRAÇÕES INDIRETAS ... 8

3.2 - IMPACTOS DAS INFILTRAÇÕES NOS SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS ... 8

3.2.1-IMPACTOS A NÍVEL TÉCNICO ... 8

3.2.2- IMPACTOS A NÍVEL ECONÓMICO-FINANCEIRO ... 9

3.2.3 - IMPACTOS A NÍVEL AMBIENTAL E SOCIAL ... 10

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X

3.3 - CUSTOS ASSOCIADOS ÀS INFILTRAÇÕES ... 11

CAPÍTULO 4 - MÉTODOS DE DETEÇÃO/AVALIAÇÃO DE INTRUSÃO DE ÁGUAS PARASITAS ... 13

4.1 - EQUIPAMENTOS E TÉCNICAS MAIS COMUNS ... 13

4.1.1 - INSPEÇÕES VISUAIS ... 13

4.1.2- INSTALAÇÃO DE CAUDALIMETROS ... 14

4.1.3- INSPEÇÕES CCTV (CLOSED-CIRCUIT TELEVISION) ... 16

4.1.4- TESTES/MÁQUINAS DE FUMOS ... 18

4.1.5 - TESTES COM TRAÇADORES ... 19

4.1.6 - SONAR/ULTRASSONS ... 20

4.1.7 - JETTING/JATOS DE ÁGUA ... 21

4.1.7- LASER (LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION) ... 21

4.1.8 - CÁLCULO DO CAUDAL DE TEMPO SECO ... 23

4.2 - MÉTODOS INOVADORES ... 25

4.2.1- SENSORES DE TEMPERATURA DISTRIBUÍDOS EM FIBRA ÓTICA ... 25

4.2.2- PROJETO APUSS (ASSESSING INFILTRATION AND EXFILTRATION ON THE PERFORMANCE OF URBAN SEWER SYSTEMS) ... 26

CAPÍTULO 5 - CASO DE ESTUDO- CARATERIZAÇÃO ... 29

5.1 – CARATERIZAÇÃO/SITUAÇÃO GLOBAL DO SISTEMA A CARGO DA AGERE ... 29

5.2 – CARATERIZAÇÃO DO SISTEMA TADIM ... 31

5.2.1 - CARATERÍSTICAS DA ETAR DE TADIM ... 32

5.2.2- CARATERÍSTICAS DA ESTAÇÃO ELEVATÓRIA DE VILAÇA ... 37

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XI

CAPÍTULO 6 - METODOLOGIA PROPOSTA ... 43

6.1 - TÉCNICAS/METODOLOGIA A IMPLEMENTAR ... 43

6.1.1- ETAPAS PROPOSTAS ... 43

6.2 INVESTIMENTO ASSOCIADO À METODOLOGIA PROPOSTA. ... 49

CAPÍTULO 7- CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ... 53

BIBLIOGRAFIA ... 55

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XIII

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1-Caixa de visita danificada com entrada de caudais provenientes de um riacho. (imagem

cedida pela AGERE). ... 14

Figura 2- Caudalímetro ultrassónico portátil (Zeben- Sistemas Electrónicos, 2014) ... 16

Figura 3- Caudalímetro ultrassónico de inserção em linha na conduta (Zenzorcontrol, 2014) ... 16

Figura 4- Inserção de um sistema móvel de inspeção numa caixa de visita, apartir do qual inicia a inspeção CCTV (imagem cedida pela AGERE). ... 18

Figura 5- Máquina geradora de fumos easysmoker, mangueira flexível, anéis estanques e fluido de fumos (adaptado de (Camtronics-innovative camera solutions, 2014)). ... 19

Figura 6- robot com tecnologia LASER usado para a inspeção das redes de águas residuais (AET- ROBOTICS AND INSPECTION SERVICES, 2014). ... 22

Figura 7 Representação esquemática da utilização de sensores de temperatura distribuídos em fibra ótica (adaptado de (Hoes, Schilperoort, Luxemburg, & Clemens, 2009)). ... 26

Figura 8-Rede de Saneamento do concelho de Braga (imagem obtida através do SIg) ... 29

Figura 9- Medidor em canal Parshall à saída do tratamento primário da ETAR de Tadim. ... 33

Figura 10- Tanque cilíndrico utilizado para o tratamento biológico por lamas ativadas na ETAR de Tadim... 34

Figura 11- Valores dos caudais de efluente final (EF) medido à saída da ETAR de Tadim do ano 2013 e caudais de projeto. ... 36

Figura 12- Valores de CQO e CBO5 do afluente bruto à ETAR de Tadim, ano 2013. ... 37

Figura 13- Dados referentes aos caudais elevados pela estação elevatória de Vilaça no ano 2013. ... 38

Figura 14- Sistema Tadim, zonas A e B. ... 45

Figura 15- Sistema Tadim dividido em 6 áreas distintas (A1, A2, A3, B1, B2, e B3). ... 47

Figura B.1- Caudais Tratados na ETAR de Tadim desde 2009 até Março de 2014. ... 64

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XIV Figura B.3- Planta da ETAR de Tadim. ... 68

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XV

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1- Dados gerais da AGERE relativos ao ano 2013 30 Tabela 2-Dados gerais do sistema de saneamento da AGERE- (adaptado de relatório de contas

2013) 30

Tabela 3- Caudais tratados no ano 2013 (cedido pela AGERE) 31 Tabela 4-Cobertura do sistema Tadim e população abrangida (dados de 2012) 32 Tabela 5- Dados de projecto da ETAR de Tadim 35 Tabela 6- Valores de projeto para a redução dos parâmetros controlados e valores limite de

emissão previstos pela lei 35

Tabela 7-Caudais reais e teóricos, calculados para a ETAR de Tadim 39 Tabela 8 - Caudais reais e teóricos, calculados para a ETAR de Tadim (continuação) 40 Tabela 9 - Caudais teoricamente esperados para valores de G iguais a 0.07, 0.08 e 0.09 41 Tabela 10- Custos de cada componente inerente ao funcionamento da máquina de fumos do tipo

easysmoker 50

Tabela 11- Preço de aluguer e venda de um caudalímetro portátil ultrassónico do modelo

STINGRAY 50

Tabela 12- Custos de mão de obra 51

Tabela A.1- Caudais tratados no primeiro semestre de 2013 em todas as ETAR’s a cargo da AGERE 61 Tabela A.2 - Caudais tratados no segundo semestre de 2013 em todas as ETAR a cargo da AGERE 62 Tabela B.1- Controlo analítico da ETAR de Tadim no ano 2013 64 Tabela B.2- Controlo analítico da ETAR de Tadim no ano 2013 (continuação) 65 Tabela B.3- Volumes elevados e horas de funcionamento das bombas da EE de Vilaça no ano

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1

CAPÍTULO 1- INTRODUÇÃO

1.1 ÂMBITO E ENQUADRAMENTO GERAL

As redes de águas residuais são estruturas de elevada importância e compreendem todo o processo de recolha, transporte, tratamento e descarga das águas no meio recetor. Estas infraestruturas, a par das redes de águas pluviais, são de maior importância para as populações dos meios urbanos aumentando indiscutivelmente a qualidade de vidas destas (Almeida & Cardoso, 2010). Apesar desta contribuição para o aumento da qualidade de vida das populações, a má monitorização e falta de controlo destas infraestruturas também pode provocar, pelo contrário, danos severos nas suas imediações e consequentemente perturbações para a população abrangida pelas mesmas (Coelho, 2013).

A intrusão de águas parasitas em redes de águas residuais é um tema conhecido e preocupante para várias entidades gestoras das redes de drenagem de águas residuais (Rocha & Marques, 2006). Este fenómeno origina aumentos consideráveis nos caudais afluentes às estações de tratamento de águas residuais (ETAR), traduzindo-se num maior custo e menor eficácia do tratamento, levando assim os responsáveis a preocuparem-se com a implementação de metodologias e técnicas que permitam avaliar e detetar estas águas parasitas. No entanto, a deteção destas afluências indevidas é complexa e por vezes negligenciada. Numa grande parte dos casos não é conhecida ao pormenor toda a rede de águas residuais, apesar deste conhecimento sobre a área a atuar ser da maior importância, e sendo que a intrusão de águas parasitas se dá maioritariamente a nível subterrâneo, a preocupação das entidades gestoras só surge quando há uma falha significativa no sistema (Wirahadikusumah, Abraham, Iseley, & Prasanth, 1998). Para além disso, a importância destas infraestruturas não é evidente para o cidadão comum, sendo que estas se encontram enterradas e a jusante do mesmo, provocando muitas vezes uma atitude pouco recetiva por parte dos utilizadores à sua reabilitação (Almeida & Cardoso, 2010).

A intrusão de águas parasitas nas redes de águas residuais tem várias origens, designando-se por água parasita qualquer caudal afluente ao sistema resultante de infiltrações diretas e/ou indiretas. Esta problemática tem grandes repercussões no meio ambiente, sendo muitas vezes causada pelo crescimento populacional que leva à criação de focos de poluição, uma vez que, as redes de águas

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2 residuais podem não ser suficientes para abranger todas as necessidades da população levando à ocorrência de descargas diretas das águas residuais no meio recetor sem que estas tenham qualquer tratamento prévio (ocorrência de bypass).

Para além da problemática ambiental as infiltrações levam também à redução da capacidade de tratamento das ETAR’s, a danos estruturais nas redes de águas residuais e ao aumento do custo de funcionamento e reabilitação das mesmas.

1.2 OBJETIVOS

A presente dissertação foca-se na problemática das intrusões de águas parasitas a que os sistemas de águas residuais se encontram vulneráveis. Neste âmbito, é importante encontrar uma metodologia que possa ser posta em prática e que permita a deteção dos problemas existentes. Assim sendo, um dos aspetos mais importantes prende-se com a escolha de equipamentos e técnicas a utilizar.

Para uma compreensão mais realista desta problemática será analisado o Sistema Tadim, Braga, a cargo da AGERE- Empresa de Águas, Efluentes e Resíduos de Braga. Proceder-se-á ao seu estudo através da comparação dos caudais afluentes e os esperados para este sistema.

1.3 ORGANIZAÇÃO DO DOCUMENTO

A presente dissertação encontra-se dividida em 7 capítulos que por sua vez se encontram subdivididos em diversas partes.

No capítulo 1 encontra-se a introdução, onde é apresentada a temática abordada, os objetivos a atingir e a organização do documento.

O capítulo 2 apresenta uma pequena contextualização histórica ao tema, mais concretamente em Portugal.

O capítulo 3 refere-se a generalidades relativas às infiltrações, quer definição, quer origem. Para além disso, são também referidos os impactos provocados pelas infiltrações de águas residuais,

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3 quer a nível técnico, económico-financeiro, ambiental e social e ainda de saúde e segurança públicas.

O capítulo 4 diz respeito aos métodos de deteção e avaliação de intrusão de águas parasitas mais comuns como também alguns métodos inovadores existentes.

No capítulo 5 há uma descrição do sistema da responsabilidade da AGERE, ou seja, do concelho de Braga e ainda, em mais detalhe, um estudo do Sistema Tadim. Este capítulo foca-se, sobretudo, na caraterização do problema, através da análise dos caudais afluentes às ETAR.

No capítulo 6 é apresentada uma metodologia para ajudar à avaliação e deteção de intrusão de águas parasitas no sistema Tadim. Para além disso, é também apresentada uma análise de custos, relativa ao investimento necessário para implementação da metodologia sugerida.

O capítulo 7 apresenta algumas conclusões e recomendações futuras que permitam a posterior aplicação da metodologia desenvolvida.

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CAPÍTULO 2 - CARATERIZAÇÃO DAS REDES DE ÁGUAS RESIDUAIS EM

PORTUGAL

2.1- EVOLUÇÃO HISTÓRICA

A água, sendo um elemento essencial à existência do ser humano, está diretamente ligada à evolução histórica das redes de águas residuais (Ferreira, 2013). As populações, durante a sua evolução e ocupação de terrenos, concentraram-se junto das margens dos rios e cursos de águas, uma vez que os locais circundantes a estes se mostraram mais férteis. Na tentativa de evitar deslocações a estas fontes de água, existiu desde cedo a tentativa de manipular os cursos de água. (Cosme, 2006) Com o crescimento populacional e a aglomeração de populações nestas áreas, a falta de higiene e sistemas sanitários tornou-se um motivo de preocupação e foi visto como a principal causa de contágio de doenças infeciosas (Pato, 2011).

Os primeiros registos, relativamente as redes de águas residuais em meio urbano, remontam a 5000 anos atrás, no entanto os avanços significativos datam de apenas a 150/200 anos atrás. Neste último período os avanços foram motivados, principalmente, pelos problemas que o crescimento populacional e industrial criaram, pelas concentrações de aglomerados populacionais nas zonas litorais e ainda pelo agravamento da qualidade da água dos meios recetores (Matos, Aspectos históricos a actuais da evolução da drenagem de águas residuais em meio urbano, 2003).

Os primeiros registos históricos de que há referência em Portugal são referentes ao século XV e referem-se a medidas tomadas pelo rei João II, que em consequência da peste que na altura se fez sentir, ordenou uma ação de limpeza aos meios que teriam na altura como função a drenagem das águas pluviais. No entanto nestes sistemas de recolha ocorria a junção de todo o tipo de sujidades e excrementos fazendo com que estes se tornassem um grande foco de epidemias. Nos séculos seguintes e até ao terramoto de 1755 o crescimento populacional que se fez notar na cidade de Lisboa contribuiu para uma capital com grandes problemas relacionados com a limpeza e higiene, devido a inundações que foram ocorrendo com frequência.

A época seguida ao terramoto de 1755 foi marcada pelo progresso na cidade de Lisboa relativamente à reedificação da cidade e ao principio de ”canalização metódica”, com coletores

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6 unitários dispostos em malha e ligados ao estuário do Tejo, e cujos efeitos ainda são sentidos nas zonas mais antigas da cidade (Matos,2013).

Apesar dos avanços postos em prática na cidade de Lisboa é na Cidade do Porto que é criada a primeira rede de saneamento portuguesa. Em 1897 é publicitada no Diário do Governo a abertura de concurso para a “execução das obras de saneamento da cidade do Porto”, sendo portanto esta a primeira rede de saneamento a nível nacional a ser construída de raiz. A obra ficou a cargo da empresa Hughes & Lencaster, sediada em Westminster, tendo sido esta a única a apresentar uma proposta à Câmara Municipal do Porto. A proposta apresentada por esta empresa, considerava a topografia do local e caraterizava o tipo de efluentes, os pontos de recolha destes, o meio de transporte e a sua disposição final (Brandão & Piqueiro, 2011).

No início da década de 90 ainda era bastante deficitária a rede de águas residuais existentes no país. Calcula-se que apenas cerca de 20% da população era servida por estações de tratamento de águas residuais (ETAR’s). A distribuição era muito discrepante ao longo do território português, sendo a zona norte a mais precária com apenas 8% da população abrangida por redes de águas residuais, e a zona do Algarve a mais beneficiada com cerca de 63% da população servida. A discrepância era também existente em relação as condições de operação das estações de tratamento, cerca de 5% destas funcionariam em más condições e 70% em condições satisfatórias. Em relação ao abastecimento de água o panorama existente era bem mais favorável, uma vez que este sistema funcionava em melhores condições (~Matos & Monteiro,2003).

O último relatório do INSAAR (inventário nacional de sistemas de abastecimento de água e águas residuais), de 2010 com dados relativos a 2009, estima que apenas cerca de 81% da população portuguesa seja abrangida por redes de águas residuais, este valor apresenta um crescimento de 3 pontos percentuais face a 2008. No entanto estes valores são ainda inferiores às metas propostas pelo PEARSAAR II que refere valores de 90% para a população servida pelas redes de águas residuais em território nacional para o ano de 2013 (Mendes, 2011).

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CAPÍTULO 3 - CARATERIZAÇÃO/DEFINIÇÃO DE INFILTRAÇÃO

3.1- DEFINIÇÃO E ORIGEM DAS INFILTRAÇÕES

Por águas parasitas ou de infiltração entende-se o caudal excedente que percorre os sistemas de águas residuais proveniente de várias origens, tais como, entrada direta de águas provenientes de lençóis freáticos, ligações das redes de águas pluviais às redes de águas residuais, entre outros.

Estes caudais indesejados que afluem aos sistemas de águas residuais têm um impacto negativo a vários níveis, quer para as entidades gestoras quer para a população abrangida, fazendo-se sentir nos campos económico, ambiental, social e estrutural.

A entrada de águas parasitas nos sistemas de águas residuais pode depender de fatores como a pluviosidade, a existência de aquíferos próximos dos coletores, a existências de ligações ilegais à rede e o próprio estado de conservação do sistema (Amorim, 2007).

Tendo em conta a origem das águas parasitas é habitual a classificação destas em infiltrações diretas ou águas parasitas de infiltração e infiltrações indiretas ou águas parasitas de captação, terminologias estas que variam consoante a entidade gestora. No presente documento optou-se por usar as terminologias infiltrações diretas e indiretas para classificar a origem dos caudais excedentes às redes de águas residuais.

3.1.1 - INFILTRAÇÕES DIRETAS

Por infiltrações diretas entendem-se as que resultam da contribuição direta de eventos de pluviosidade. Este tipo de infiltrações, e por estarem ligados a eventos de precipitação, são geralmente rápidas e abundantes. As infiltrações diretas têm caráter menos complexo que as infiltrações indiretas, e resultam principalmente de ligações indevidas de ramais de descarga de águas pluviais à rede separativa de águas residuais (Almeida & Monteiro, 2004). No entanto, existem outros fatores que contribuem para o caudal excedente às redes de águas residuais e que são resultado da pluviosidade. A topografia do terreno e as condições geológicas do local são alguns destes fatores, mas também o estado do sistema coletor e a sua capacidade de transporte. Os locais de entrada na rede destes caudais excedentes, para além das ligações indevidas ao

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8 sistema, são também as caixas de visita danificadas, juntas e fissuras ao longo da rede e caixas de visita enterradas mal seladas (Amorim, 2007).

3.1.2-INFILTRAÇÕES INDIRETAS

Por infiltrações indiretas entendem-se as não associadas diretamente a eventos de pluviosidade e que provêm de várias fontes distintas, estas estão normalmente associadas à proximidade da rede de drenagem a lençóis freáticos, cursos de água, zonas estuarias e marítimas. Normalmente os caudais resultantes deste tipo de infiltrações, contrariamente aos resultantes de infiltrações diretas, que são geralmente abundantes e rápidos, apresentam normalmente uma variação pequena (Cardoso, Almeida, & Coelho, 2002).

Os fatores que contribuem para os caudais excedentes resultantes de infiltrações indiretas, para além da proximidade a cursos de água já referido anteriormente, são geralmente associados ao estado físico da rede. O seu estado de deterioração, tipo de tubagens e construção, o tipo de material utilizado para o assentamento das tubagens, a qualidade de manutenção do sistema, os movimentos de terras resultado da construção e perda de solo junto às tubagens são alguns desses fatores.

3.2 - IMPACTOS DAS INFILTRAÇÕES NOS SISTEMAS DE ÁGUAS RESIDUAIS

A afluência de águas parasitas aos sistemas de águas residuais, ou seja, o funcionamento indevido destes sistemas tem consequências negativas a vários níveis podendo distinguir-se as dimensões económico-financeira, técnica, ambiental, social e saúde e segurança públicas (Almeida & Cardoso, 2010).

3.2.1-IMPACTOS A NÍVEL TÉCNICO

As caraterísticas das redes de águas residuais são um fator de máxima importância e determinam a qualidade dos materiais que compõem as tubagens. O estado de preservação destas é um dos motivos para o crescente volume afluente aos sistemas, uma vez que estes apresentam um tempo de vida útil que pode vir a ser ultrapassado (Almeida & Monteiro, 2004). A nível técnico estão

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9 associados aspetos como o funcionamento do sistema e consequências na operação e manutenção deste, e podem ter natureza hidráulica, ambiental e estrutural.

As consequências estruturais mais comuns são a ocorrência de anomalias, que vão permitir o desgaste das estruturas, a deformação dos elementos, e ainda a diminuição da resistência dos componentes dos sistemas que podem levar a falhas totais ou parciais destes. Os impactos hidráulicos prendem-se com a falta de capacidade de transporte dos sistemas, o condicionamento do escoamento e a sua velocidade inadequada e ainda a deformação dos materiais que têm influência na capacidade de transporte dos coletores. E por último, a nível técnico ambiental, as principais consequências relacionam-se com a poluição dos meios hídricos e solo envolvente ao sistema, incluindo ainda a ocorrência de inundações resultantes da extravasão de águas residuais do sistema, a ocorrência de fugas, descargas de águas não tratadas nos meios recetores, diminuição da capacidade e eficiência de tratamento das ETAR, entre outras (Almeida & Cardoso, 2010).

3.2.2- IMPACTOS A NÍVEL ECONÓMICO-FINANCEIRO

As entidades gestoras são responsáveis pelo funcionamento estrutural das redes de águas residuais e é da responsabilidade destas a sua manutenção e exploração. No entanto, não são apenas estas que sentem as repercussões resultantes de anomalias e reparações existentes (Cardoso, Almeida, & Coelho, 2002).

A nível económico-financeiro os principais impactos compreendem o agravamento dos custos decorrentes das atividades de operação e manutenção, o aumento dos custos de reabilitação dos componentes, os custos para terceiros (tanto pessoas como bens alheios) resultantes de falhas de desempenho e coimas resultantes do incumprimento de obrigações legais, regulamentares ou contratuais. Para além destas consequências existem ainda as repercussões sociais e ambientais decorrentes da tomada de decisão das entidades gestoras, que compreendem, perturbações de tráfego de veículos e pessoas, ruido resultante de obras e perda económica das atividades comerciais, a nível social, e o efeito da poluição devido a descargas nos meios hídricos, a nível ambiental (Almeida & Cardoso, 2010); (Amorim, 2007).

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10 3.2.3 - IMPACTOS A NÍVEL AMBIENTAL E SOCIAL

As consequências ambientais e sociais resultantes da existência de águas parasitas estão presentes em todas as dimensões do problema e dependem de fatores como a precipitação sentida no local, a sensibilidade do meio, a topografia do terreno, entre outros.

Destacam-se como principais impactos ambientais e sociais resultantes das infiltrações a poluição resultante de descargas no meio hídrico de caudais não tratados e da ocorrência de inundações, o aumento do consumo de energia e consequente aumento de emissões de carbono e ainda a utilização desnecessária de recursos como água, reagentes, energia, entre outros (Almeida & Cardoso, 2010).

3.2.4- IMPACTOS A NÍVEL DE SAÚDE E SEGURANÇA PÚBLICAS

A presença de águas parasitas nos sistemas de águas residuais provoca o aumento do caudal que percorre os sistemas, que por sua vez pode provocar uma alteração no regime de escoamento destes. Como consequência deste fenómeno, dá-se o desgaste do material que pode permitir o extravasamento de águas residuais para os solos e cursos de água próximos, provocando a sua contaminação (Cardoso, Almeida, & Coelho, 2002). O risco para a saúde pública aumenta com a ocorrência destes eventos, uma vez que o contacto com águas poluídas se torna mais provável (Almeida & Cardoso, 2010).

Do ponto de vista da segurança pública os impactos são normalmente consequência do aumento de acidentes associados ao desgaste e consequente mau estado de conservação de materiais que se encontram na via pública, como por exemplo caixas de visita danificadas, e ainda abatimentos de terreno, consequência do colapso de coletores, entre outros (Almeida & Cardoso, 2010).

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3.3 - CUSTOS ASSOCIADOS ÀS INFILTRAÇÕES

A existência de águas parasitas nos sistemas de águas residuais provoca um aumento de custos associados ao seu funcionamento. Esta problemática é de crescente preocupação para as entidades gestoras, que visam a diminuição e otimização destes custos. Não existem sistemas perfeitos, e como tal a construção de um sistema estanque é de extrema complexidade, não sendo possível assumir todos os cenários possíveis e ter em conta todos os parâmetros que afetam as redes de águas residuais. Como tal, é inevitável a ocorrência de infiltrações, sendo possível, no entanto, a sua minimização (Coelho, 2013). Uma análise eficiente dos custos associados a cada parcela de infiltração, direta e indireta, e a quantificação dos seus volumes permite atuar de forma independente em cada uma.

Existem diferentes custos associados direta ou indiretamente à presença de águas parasitas, tais como, custos de tratamento, custos de elevação, custos de rede, custos de devolução ao meio hídrico, entre outros. É importante ter em conta que alguns destes custos são de difícil quantificação, uma vez que os efeitos são sentidos a longo prazo. Usualmente dividem-se os custos diretamente associados às infiltrações em custos de operação, investimento e manutenção (Coelho, 2013).

Por custos de operação entendem-se principalmente os custos de bombagem e de tratamento. Os custos de bombagem são sentidos principalmente nas estações elevatórias, uma vez que, maiores caudais traduzem-se em mais horas de funcionamento das bombas e mais energia consumida. Os custos de tratamento estão associados aos reagentes consumidos, ao arejamento necessário e mais uma vez aos caudais bombeados.

Os custos de manutenção, por terem um caráter aleatório, são os mais difíceis de quantificar. Estes incluem todos os custos associados às ações de reparação da rede, à substituição de materiais, reabilitação de tubagens, entre outros.

Os custos de investimento associados às infiltrações são os custos iniciais inerentes à prevenção de ocorrência de intrusão de águas parasitas nos sistemas de águas residuais. Na perspetiva de diminuir estes custos de investimento, diretamente associados às infiltrações, é de extrema importância a determinação dos caudais que irão afluir ao sistema durante o seu tempo de vida,

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12 relativos a infiltrações diretas e indiretas. Neste campo devem ser contabilizados custos associados à investigação, à medição de caudais e pluviosidade in-situ, à deteção de fontes de infiltração, à modelação das redes, à substituição destas e ainda a testes e vistorias com fim de detetar ligações indevidas.

As metodologias a aplicar com vista à redução dos caudais excedentes aos sistemas de águas residuais devem visar a minimização de todos os custos inerentes a estes. Após a sua aplicação é de extrema importância a sua monitorização, permitindo otimizar a metodologia a adotar (Coelho, 2013); (Amorim, 2007).

(30)

13

CAPÍTULO 4 - MÉTODOS DE DETEÇÃO/AVALIAÇÃO DE INTRUSÃO DE

ÁGUAS PARASITAS

4.1 - EQUIPAMENTOS E TÉCNICAS MAIS COMUNS

A deteção de afluências indevidas aos sistemas de águas residuais é uma prática complexa e pouco comum. No entanto, existem cada vez mais estudos no sentido de descobrir técnicas e metodologias eficazes nesse sentido. A irradicação total do problema é pouco viável, uma vez que, existe uma parcela relativa a infiltrações admissível e que seria irreal tentar eliminar, sendo no entanto recomendável atuar perante situações mais evidentes e que têm consequências óbvias da sua existência (Almeida & Cardoso, 2010).

Existem hoje em dia diversos métodos que podem ser aplicados e que permitem avaliar e detetar a presença de infiltrações diretas e indiretas, todos estes apresentam vantagens e desvantagens, uns revelam-se mais económicos mas pouco eficazes outros são eficientes neste sentido mas representam um investimento muito avultado. A escolha da técnica ou método a aplicar é dependente da complexidade do sistema (Coelho, 2013).

4.1.1 - INSPEÇÕES VISUAIS

As inspeções visuais consistem num método simples e pouco dispendioso. Este método consiste na inspeção visual das caixas de visita das redes de águas residuais, que podem permitir detetar a entrada de águas parasitas no sistema, uma vez que podem ser observados aumentos significativos do caudal, por danos nestas ou até mesmo ligações diretas às caixas de visita (figura 1).

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Figura 1-Caixa de visita danificada com entrada de caudais provenientes de um riacho. (imagem cedida pela AGERE).

Apesar da aplicabilidade deste método, este permite apenas a deteção de situações muito evidentes, não permitindo, numa generalidade dos casos, identificar o local e causa concreta do problema, sendo que as caixas de visita são uma pequena parte das redes de águas residuais.

4.1.2- INSTALAÇÃO DE CAUDALÍMETROS

A instalação de caudalímetros é amplamente referida como método de monitorização e avaliação dos sistemas de águas residuais (Henriques, Palma, & Ribeiro, 2006). Esta prática não permite identificar concretamente o problema mas sim perceber se este existe ou não.

Os caudalímetros, como medidores e registadores dos caudais afluentes ao sistema, são requisito legal para o funcionamento das redes de águas residuais. Segundo o artigo 186º- localização (medidores e registadores), do Decreto Regulamentar nº23/95 de 23 de agosto, a colocação de caudalímetros e monitorização dos caudais nos sistemas de drenagem pública de águas residuais, deve abranger os seguintes locais:

a) À entrada das estações de tratamento; b) Na descarga final no meio recetor; c) Nas estações elevatórias;

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15 d) Imediatamente a jusante de zonas ou instalações industriais;

e) Em pontos estratégicos da rede de coletores.

A utilização de caudalímetros, fixos ou portáteis, ao longo de um sistema de drenagem de águas residuais permite a monitorização dos caudais que afluem a estes. Esta monitorização é de extrema importância e surge como técnica de avaliação da situação em estudo. A instalação de caudalímetros em pontos de referência da rede permite caraterizar o desempenho do sistema e perceber se existem caudais de infiltração. A colocação destes aparelhos deve ser faseada e permitir identificar locais com contribuição mais significativa para o caudal do sistema.

Existem os mais variados tipos de caudalímetros no mercado e a sua escolha deve compreender vários fatores. É importante conhecer as propriedades das águas residuais do sistema e as caraterísticas das condutas destes. A pressão, velocidade média, o tipo e regime de escoamento, a temperatura, o diâmetro das condutas e muitos outros parâmetros devem ter sidos em conta aquando a escolha de um caudalímetro (Henriques, Palma, & Ribeiro, 2006).

Existem no mercado caudalímetros ultrassónicos, eletromagnéticos, de turbina, calorimétricos, entre outros. As caraterísticas de cada um devem ser tidas em conta em consonância com o local a instalar. Para além de todas as caraterísticas a ter em conta é também possível definir se os caudalímetros a instalar têm caráter fixo ou portátil. A diferença, tal como o nome indica, consiste na possibilidade de transportar para outros locais do sistema os caudalímetros portáteis ao contrário dos fixos. Cabe à entidade gestora a escolha do mais adequado para a situação pretendida, uma vez que o investimento parte desta.

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16 Nas figuras 2 e 3 são apresentados, um caudalímetro ultrassónico portátil para canais abertos e condutas semicheias este, para além de outras caraterísticas, pode funcionar com velocidades na gama 0.03 a 3.05 m/seg, e um caudalímetro fixo ultrassónico de inserção em linha na conduta, respetivamente.

4.1.3- INSPEÇÕES CCTV (CLOSED-CIRCUIT TELEVISION)

As inspeções CCTV (closed circuit television) têm sido amplamente aplicadas na inspeção de coletores de sistemas de águas residuais. Esta técnica, a par das inspeções visuais referidas em 3.4.1.1, é das mais utilizadas (Koo & Ariaratnam, 2006). Este método permite identificar anomalias nos coletores de águas residuais através da introdução de câmaras CCTV que se fazem deslocar ao longo dos coletores. As imagens recolhidas por estas são posteriormente analisadas por um técnico especializado e permitem detetar vários tipos de anomalias (Koo & Ariaratnam, 2006).

Existem vários tipos de equipamentos CCTV, que diferem em tamanho, mobilidade, resolução, entre outras caraterísticas. Tendo em conta a mobilidade existem equipamentos estacionários ou móveis (WRc, 2001).

Figura 3- Caudalímetro ultrassónico de inserção em linha na conduta (Zenzorcontrol, 2014) Figura 2- Caudalímetro ultrassónico portátil (Zeben-

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17 No caso de equipamentos estacionários, a câmara de inspeção é colocada numa câmara de visita onde capta e armazena dados que são posteriormente analisados. Estes equipamentos estacionários apresentam limitações, uma vez que não permitem a deteção de anomalias que se encontrem submersas nos coletores, para além de que só permitem detetar as que são visíveis a partir do local onde estão instaladas (Feeney, Thayer, Bonomo, & Martel, 2009). Dadas estas limitações, na prática, a utilização de sistemas fixos de CCTV é mais implementada como inspeção complementar de infraestruturas prioritárias.

Os equipamentos de CCTV móveis são os mais utilizados na inspeção dos coletores de sistemas de águas residuais, pois permitem a inspeção de uma maior extensão dos coletores. Normalmente são utilizados robôs comandados à distância que percorrem os coletores e captam imagens das anomalias existentes ao longo da sua passagem (Gomes, 2013). Esta técnica é recomendada para inspeção de coletores com diâmetros até 1200 mm, uma vez que, quanto maior o diâmetro do coletor maior a distância entre a câmara de inspeção e as paredes do mesmo e consequentemente menor a capacidade de deteção de anomalias. No caso de diâmetros superiores as camaras a utilizar devem compreender uma maior resolução da imagem e devem ainda ser dotadas de sistemas de iluminação mais potentes (WRc, 2001); (Feeney, Thayer, Bonomo, & Martel, 2009). Na figura 4, é apresentado um sistema móvel de inspeção que é introduzido nas caixas de visita e que a partir daí vai ser comandado ao longo do coletor a inspecionar.

Para além das câmaras robotizadas existem ainda outras que permitem inspecionar condutas com diâmetros muito pequenos. Normalmente estas encontram-se na ponta de um cabo que é feito deslizar ao longo dos coletores, permitindo, mais uma vez, a deteção de anomalias que possam existir.

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18

Figura 4- Inserção de um sistema móvel de inspeção numa caixa de visita, apartir do qual inicia a inspeção CCTV (imagem cedida pela AGERE).

Apesar de ser uma das técnicas mais utilizadas esta apresenta várias limitações para além das já referidas. O facto de este método depender amplamente da qualidade das imagens obtidas e da visualização destas, torna-o demorado e ainda subjetivo, uma vez que, é também dependente da experiência do técnico inspetor. Outra limitação é ainda a impossibilidade de detetar anomalias existentes quando os coletores se encontram parcialmente ou totalmente bloqueados, ou ainda sob regime de escoamento (Koo & Ariaratnam, 2006); (Gomez, 2004).

No entanto, este método tem vindo a evoluir com o melhoramento contínuo da resolução, ampliação e armazenamento da imagem, que têm permitido a visualização com mais detalhe da superfície dos coletores, para além da diminuição das suas dimensões que possibilitam a visualização de mais componentes pertencentes aos sistemas de águas residuais (WRc, 2001).

4.1.4- TESTES/MÁQUINAS DE FUMOS

Este método, tal como o nome indica, recorre à injeção de fumo na rede de águas residuais e observação dos locais onde este emerge à superfície. O fumo a empregar não deve ter odores, óleos ou partículas e não deve ser de maneira alguma prejudicial para a saúde pública. Os troços a inspecionar devem ser isolados com balões, sacos de areia ou insufláveis e não devem ser superiores a 300 metros. O fumo, gerado por bombas de fumo, é introduzido em grandes

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19 quantidades nas caixas de visita durante 3 a 5 minutos e é feita a observação exterior para detetar locais de saída deste, tendo normalmente duração total entre 10 a 30 minutos (Almeida & Cardoso, 2010). Esta técnica é eficiente e amplamente utilizada para a deteção de ligações indevidas à rede, mas pode também permitir detetar anomalias nos coletores, como fissuras, no entanto, estas são de deteção mais difícil, uma vez que têm que apresentar dimensões significativas. Este método de inspeção apresenta algumas vantagens em relação a outros referidos, sendo que revela a localização exata do problema, é de baixo custo e aplicação simples. No entanto possui a desvantagem de ser suscetível às condições climatéricas existentes, como vento e chuva (Almeida & Cardoso, 2010); ( Inflow Infiltration and Exfiltration, 2005).

Tal como outros equipamentos, as máquinas geradoras de fumos necessitam de vários componentes para o seu funcionamento (figura 5). Normalmente estas compreendem as mangueiras, que permitem a introdução do fumo nos coletores, o próprio líquido que vai gerar o fumo, entre outros.

Figura 5- Máquina geradora de fumos easysmoker, mangueira flexível, anéis estanques e fluido de fumos

(adaptado de (Camtronics-innovative camera solutions, 2014)).

4.1.5 - TESTES COM TRAÇADORES

Este método consiste na colocação do traçador em pontos estratégicos da rede, a montante de onde se suspeita a existência de um caudal indevido afluente à rede ou em locais mais propícios à infiltração de águas pluviais, e verificação do local onde este aflui (Almeida & Cardoso, 2010).

A seleção do traçador a utilizar deve ser cuidada e ter em conta as especificidades do local, sendo que existem diferentes tipos de traçadores, com caraterísticas químicas, radioativas e físicas

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20 diferentes (Almeida & Cardoso, 2010); ( Inflow Infiltration and Exfiltration, 2005). É comum a utilização de traçadores fluorescentes, uma vez que a quantidade necessária para o seu uso é pequena. Alguns traçadores deste tipo podem ser detetados, com recurso a equipamentos específicos, em concentrações inferiores a 1ug/l. Pode ainda ser introduzido sal diluído nas condutas, que não pode ser detetado visualmente, como os traçadores fluorescentes, mas pode ser detetado com o auxílio de um condutivímetro, que deteta a passagem do pico de concentração.

Este método é simples, apresenta um custo baixo e permite detetar locais exatos de infiltração de águas parasitas nas redes de águas residuais, para além disto, possui ainda a vantagem de não precisar de um técnico especializado na sua utilização.

4.1.6 - SONAR/ULTRASSONS

A tecnologia acústica recorre a dispositivos de medição que permitem detetar ondas e vibrações de som. Os sensores acústicos detetam os sinais emitidos por defeitos, avaliando assim a condição dos coletores do sistema de águas residuais.

A utilização de ultrassons é uma técnica que recorre a ondas de frequência elevada. Para a utilização deste método é fundamental conhecer as caraterísticas do material a inspecionar, como a sua elasticidade, densidade, entre outras. As ondas emitidas pelo equipamento propagam-se através do material em análise e, sendo as caraterísticas deste conhecidas, é possível determinar a velocidade de propagação do som no meio. Este método permite detetar fissuras, ruturas, vazios, deformações e corrosão nas paredes dos coletores. Isto acontece quando há uma alteração da densidade, provocada por estas anomalias, em que parte da energia continua a propagar-se e uma outra parte da energia sonora, que incide na anomalia, é refletida e posteriormente detetada pelo sensor ultrassónico (Gomes, 2013).

Este método é bastante preciso, podendo mesmo detetar fissuras no interior dos coletores de 5 mm de dimensão. Apesar desta vantagem, o método pode revelar-se desfavorável, uma vez que, pode detetar gorduras, lodos e detritos que camuflam anomalias existentes. Esta técnica é muitas vezes utilizada em conjunto com inspeções CCTV, sendo que desta maneira podem ser realizadas, em simultâneo, inspeções acima e abaixo da linha de água (Feeney, Thayer, Bonomo, & Martel,

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21 2009). Outra das grandes vantagens que esta técnica apresenta é o facto de o coletor a inspecionar não necessitar de limpeza prévia, podendo mesmo ser realizada a inspeção com o coletor em funcionamento.

Tal como no caso das inspeções CCTV, também os resultados obtidos por esta técnica estão dependentes da interpretação de um técnico especializado.

4.1.7 - JETTING/JATOS DE ÁGUA

Esta técnica é de utilização simples e a sua aplicação é usualmente direcionada para ações de desobstrução e remoção de detritos, depósitos sedimentados e aderentes que perturbam o bom funcionamento dos sistemas de saneamento. No entanto, este método pode também ser utilizado para identificar ligações indesejáveis às redes de águas residuais. Um jato de água é introduzido numa caixa de visita, após a seleção de um troço específico, e posteriormente, é verificado o percurso que esta efetua. Se a água não efetuar o percurso esperado, pode concluir-se que existe algum tipo de anomalia, como ruturas, que vão forçar o desvio do curso normal da água. Também neste método é importante ter em conta as caraterísticas e condições dos coletores (Almeida & Cardoso, 2010). Usualmente é indicada para coletores com diâmetros pequenos e com caudais baixos.

4.1.7- LASER (LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION)

Os sistemas de LASER (light amplification by stimulated emission of radiation) possibilitam a obtenção de imagens digitalizadas com elevado grau de detalhe do interior dos coletores de águas residuais. Neste método é feita a projeção, na superfície interior dos coletores de feixes de luz sob forma de LASER (figura 6), que permite obter uma imagem bi ou tri-dimensional do perfil do coletor em análise. Que por sua vez permite determinar com exatidão a forma da secção transversal, identificando e quantificando eventuais deformações existentes (Koo & Ariaratnam, 2006) (Almeida & Cardoso, 2010). No entanto a deteção de anomalias e a qualidade das imagens obtidas depende do grau com que o feixe de luz emitido é refletido, sendo que superfícies lisas refletem o

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22 máximo de luz incidente, ao contrário das secções em falta ou fissuras que não refletem a luz que incide.

Este método apresenta uma vasta gama de aplicação, com capacidade para ser utilizado em coletores com diâmetros entre os 225 mm e os 1500 mm, com uma precisão de 0.1 mm na medição da geometria do coletor, o que o torna muito eficaz na deteção de anomalias.

A utilização da tecnologia LASER, com vista à deteção de anomalias e águas parasitas que afetam os sistemas de águas residuais, é mais eficaz que os sistemas de inspeção CCTV, uma vez que, a iluminação não é um entrave ao seu funcionamento e não apresenta limitações consequentes da distância da câmara à superfície dos coletores. No entanto, e tal como as inspeções CCTV, também esta técnica não é aplicável nas superfícies imersas dos coletores (Feeney, Thayer, Bonomo, & Martel, 2009).

Do ponto de vista financeiro, o custo de investimento deste tipo de equipamentos é elevado, sendo superior ao investimento inicial requerido para os equipamentos CCTV. Apesar disso, a inspeção LASER apresenta normalmente custos de operação inferiores, visto que, a inspeção e informação são processadas de forma mais rápida. Esta técnica é frequentemente utilizado em combinação com outros métodos de inspeção, de forma a colmatar limitações inerentes a outras técnicas (Feeney, Thayer, Bonomo, & Martel, 2009).

Figura 6- robot com tecnologia LASER usado para a inspeção das redes de águas residuais (AET- ROBOTICS AND INSPECTION SERVICES, 2014).

(40)

23 4.1.8 - CÁLCULO DO CAUDAL DE TEMPO SECO

A infiltração gerada por águas parasitas afluentes às redes de águas residuais é difícil de estimar. As metodologias aplicadas para a determinação do volume de caudal de infiltração é pouco exata, sendo que, é difícil detetar todas as ligações indevidas e anomalias do sistema.

É também importante referir que existem ainda em Portugal moradias, que para além de usufruírem de sistemas de recolha de águas residuais, possuem também fossas sépticas, dificultando ainda mais a determinação dos caudais circulantes nos sistemas e consequentemente os de infiltração (Cardoso, Almeida, & Coelho, 2002).

A constante monitorização do caudal que percorre os sistemas e da precipitação, nos locais mais preocupantes, tem vindo a ser estudada para permitir estimar qual a componente de infiltração no caudal transportado (Amorim, 2007).

Entende-se por caudal de tempo seco o caudal que é escoado numa rede de drenagem com exceção do caudal proveniente diretamente da precipitação (Amorim, 2007). O caudal de tempo seco, designado na terminologia anglo-saxónica por “dry weather flow” pode ser estimado pela seguinte fórmula: (White, Aderson, & Misstear, 1996)

𝐷𝑊𝐹 = 𝑃𝐺 + 𝐼 + 𝐸 (1) Onde, 𝐷𝑊𝐹 − 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑒𝑚 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (𝑚3⁄_𝑑𝑖𝑎) 𝑃 − 𝑃𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 (ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠) 𝐺 − 𝐶𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎çã𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑖𝑠 (𝑚3⁄_{ℎ𝑎𝑏. 𝑑𝑖𝑎}) 𝐼 − 𝐼𝑛𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎çã𝑜 (𝑚3⁄_𝑑𝑖𝑎) 𝐸 − 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑑𝑢𝑠𝑡𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑚 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 (𝑚3⁄_𝑑𝑖𝑎)

Sabe-se que o caudal afluente às redes de águas residuais varia durante o dia, no entanto, a fórmula anteriormente apresentada permite calcular o caudal médio diário de um sistema, sendo

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24 que, dependendo do tipo de sistema (urbano, misto ou comercial) existe uma componente de descargas comerciais que pode ou não ser considerada (Amorim, 2007).

Teoricamente, e na ausência de registos, pode considerar-se a capitação de águas residuais num intervalo de 70% a 90% da água consumida, que por sua vez é regulada pelo decreto regulamentar nº23/95 de 23 de agosto, designado por Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais. Segundo o artigo 13º “Consumos domésticos”, do título I, capítulo 2 desse mesmo decreto:

“As capitações na distribuição exclusivamente domiciliária não devem, qualquer que seja o horizonte de projecto, ser inferiores aos seguintes valores:

a) 80 l/habitante/dia até 1000 habitantes;

b) 100 l/habitante/dia de 1000 a 10 000 habitantes; c) 125 l/habitante/dia de 10 000 a 20 000 habitantes; d) 150 l/habitante/dia de 20 000 a 50 000 habitantes; e) 175 l/habitante/dia acima de 50 000 habitantes. “

O cálculo da parcela de infiltração, mais uma vez na ausência de registos, pode ser considerado: (White, Aderson, & Misstear, 1996)

𝐼 = 0.45 × (𝑃𝐺 + 𝐼 + 𝐸) (2)

Podendo ainda considerar-se a Infiltração (I) em função de PG e E, obtendo-se:

𝐼 = 0.8(𝑃𝐺 + 𝐸) (3) Este método é utilizado como método indicador da presença de caudais de infiltração, não permitindo identificar a origem do problema. Deve ser aplicado numa fase de diagnóstico, em paralelo com a utilização de caudalímetros de monitorização, permitindo restringir locais problemáticos. Sabendo quais os caudais esperados teoricamente e os obtidos na realidade pode concluir-se a existência, ou não, de águas parasitas no sistema.

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25 A tarefa seria facilitada na presença de informação detalhada do sistema, cadastro completo, população servida, água consumida, entre outras, permitindo maior rigor no cálculo do caudal de tempo seco.

4.2 - MÉTODOS INOVADORES

Apesar de a deteção de águas parasitas em sistemas de águas residuais ser ainda uma temática pouco desenvolvida, existem métodos, como os mencionados anteriormente, que têm aplicação mais frequente neste campo. Existem, no entanto, uma série de técnicas inovadoras, desenvolvidas na sua grande maioria à escala piloto, e que podem vir a ser implementadas com eficácia na deteção de águas parasitas.

4.2.1- SENSORES DE TEMPERATURA DISTRIBUÍDOS EM FIBRA ÓTICA

Foi desenvolvida na Holanda uma nova técnica para detetar ligações ilegais de águas residuais aos sistemas de recolha de águas, que usa sensores de temperatura distribuídos em fibra ótica. As águas residuais e pluviais têm diferentes temperaturas, assim sendo, através das medições destas temperaturas é possível detetar diferenças significativas que vão indicar a presença de águas parasitas neste local (Hoes, Schilperoort, Luxemburg, & Clemens, 2009).

Este método utiliza um cabo de fibra ótica standard em conjunto com um laser, sensores optoeletrónicos e um computador. Estes permitem a medição da temperatura ao longo do cabo que é colocado no fundo dos coletores em estudo. O cabo é ligado numa das extremidades ao computador, que vai armazenar a informação recolhida. Este equipamento, colocado externamente ao coletor é normalmente armazenado de maneira a estar protegido do meio ambiente e de roubos (Hoes, Schilperoort, Luxemburg, & Clemens, 2009). (figura 7)

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Figura 7 Representação esquemática da utilização de sensores de temperatura distribuídos em fibra ótica (adaptado de (Hoes, Schilperoort, Luxemburg, & Clemens, 2009)).

Este método, comparado com outros métodos com este propósito, é relativamente eficaz e apresenta a vantagem de utilizar monitorização praticamente continua ao longo do espaço e tempo. Apresenta ainda, relativamente a outras técnicas, a vantagem de não necessitar de acesso a propriedade privada.

4.2.2- PROJETO APUSS (ASSESSING INFILTRATION AND EXFILTRATION ON THE PERFORMANCE OF URBAN SEWER SYSTEMS)

Entre 2001 e 2004 foi desenvolvido na Europa o projeto APUSS (Assessing infiltration and exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems) que se debruçou em questões relacionadas com o problema das intrusões de águas parasitas em sistemas de águas residuais. Este projeto, financiado pela comissão europeia, foi desenvolvido entre universidades, pequenas e médias empresas e municípios de sete países europeus, um dos quais Portugal (Bertrand-Krajewski, et al., 2005).

Foram desenvolvidos dois métodos para identificar e quantificar a intrusão de águas parasitas em redes de águas residuais. O método dos isótopos naturais e o método das séries temporais poluentes. Embora em alguns aspetos semelhantes, estas técnicas diferem nos parâmetros

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27 utilizados (naturais e artificiais) para identificar os troços de coletor mais críticos, com um risco para o meio ambiente mínimo.

É importante ter em conta que a integração de cada método difere de acordo com a rede em estudo, sendo importante ter em conta que as infiltrações não ocorrem uniformemente ao logo dos sistemas mas sim em locais mais vulneráveis e com anomalias.

4.2.2.1 - MÉTODO DOS ISÓTOPOS NATURAIS

Este primeiro método consiste na medição de isótopos de oxigénio, mais precisamente nos isótopos 16O e 18O. Assumindo que a água presente nos aquíferos é resultante de infiltração e a água de consumo doméstico origina água residual doméstica, e que estas apresentam valores distintos para o isótopo 18O, é possível, através da determinação deste isótopo associado a um balanço de massa, estimar-se a taxa de infiltração existente.

Este método, apesar de barato e de simples aplicação, só pode ser utilizado se a água de consumo público e a dos aquíferos apresentarem isótopos de oxigénio homogéneos e se houver interação entre as componentes de água para consumo doméstico e a fonte de água provenientes dos aquíferos. Estas limitações são a maior desvantagem desta técnica, que foi posto em prática em vários locais durante o projeto APUSS (Bertrand-Krajewski, et al., 2005).

4.2.2.2- MÉTODO DAS SÉRIES TEMPORAIS POLUENTES

Este segundo método, não apresenta as mesmas limitações que o anterior, sendo que pode ser aplicado em qualquer rede de águas residuais, desde que estas sejam maioritariamente de origem doméstica. Este método consiste na medição em simultâneo e em contínuo dos caudais e concentrações de CQO (carência química em oxigénio). A medição dos caudais é feita através de caudalímetros adequados ao local em análise e a medição da concentração de CQO é conseguida com recurso a medições óticas por espectrofotometria ultravioleta (Bertrand-Krajewski, et al., 2005).

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28 Por norma as águas de infiltração têm valores de CQO significativamente mais baixos que as águas residuais de origem doméstica, assim sendo, o balanço de massa entre os caudais e concentrações de CQO, permitem calcular a taxa de infiltração que afeta a rede em estudo, utilizando modelação diária do caudal e da concentração em CQO.

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CAPÍTULO 5 - CASO DE ESTUDO- CARATERIZAÇÃO

5.1 – CARATERIZAÇÃO/SITUAÇÃO GLOBAL DO SISTEMA A CARGO DA AGERE

A AGERE- Empresa de Águas, Efluentes e Resíduos de Braga, EM é uma empresa pública municipal, constituída a 1 de janeiro de 1999, responsável pela rede pública de abastecimento de águas (captação, tratamento e adução de água e a sua distribuição para consumo), saneamento (condução, depuração e transformação dos efluentes) (figura 8), recolha e depósito de resíduos sólidos e ainda a limpeza e higiene do concelho de Braga.

Figura 8-Rede de Saneamento do concelho de Braga (imagem obtida através do SIg)

O concelho de Braga, após reorganização administrativa das suas freguesias, é hoje composto por 37 freguesias com um total populacional de 181 494 habitantes (dados dos Censos 2011) distribuídos por 183 km2. A tabela 1 apresenta alguns dados gerais relevantes relativos a 2013.

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Tabela 1- Dados gerais da AGERE relativos ao ano 2013

Dados gerais

Freguesias Servidas pela empresa 62 (37 após reorganização) População (censos 2011) 181.474 Habitantes

Área (km2) 183

Densidade Populacional (hab/km2) 989 Acessibilidade física do serviço de abastecimento de água 99% Taxa de população abrangida pela rede e tratamento de águas

residuais 99%

Água fornecida em 2013 (faturada) (m3) 9.037.699 Total de efluente tratado (m3) 15.886.706

O concelho de Braga está dividido, a nível de águas residuais, por 15 sistemas distintos, sendo estes de responsabilidade de exploração da AGERE. Num total, nestes sistemas, existem 16 ETAR com diferentes regimes de funcionamento e 36 estações elevatórias. Os dados apresentados na tabela 2 referem-se ao ano 2013, e estimam uma percentagem de população servida de 99%, equivalente a 179 000 habitantes e com uma extensão de 919,2 km. (tabela 2)

Tabela 2-Dados gerais do sistema de saneamento da AGERE- (adaptado de relatório de contas 2013)

Ano 2013

População Servida (estimativa) 179 Mil habitantes Taxa de população abrangida pela rede em serviço 99%

Número de sistemas 15

Número de ETAR 16

Número de estações elevatórias 36 Extensão da rede (estimativa) 919,2 km

No ano 2013 a AGERE e os seus sistemas de águas residuais foram responsáveis pelo tratamento de aproximadamente 16 milhões de metros cúbicos de água. A ETAR de Frossos assume especial relevo, uma vez que, representa aproximadamente 72.9% da quantidade total de efluente tratado e sendo que as restantes foram responsáveis por apenas 27,1% do caudal total. (tabela 3)