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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
GESTÃO PATRIMONIAL DE REDES DE DRENAGEM URBANA
Orientando: Gustavo Heinen Strauss Orientador: Daniel Gustavo Allasia Piccilli
Santa Maria, RS
2016
Gustavo Heinen Strauss
GESTÃO PATRIMONIAL DE REDES DE DRENAGEM URBANA
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Daniel Gustavo Allasia Piccilli (UFSM)
Santa Maria, RS, Brasil
2016
Gustavo Heinen Strauss
GESTÃO PATRIMONIAL DE REDES DE DRENAGEM URBANA
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Aprovado em
Prof. Dr. Daniel Gustavo Allasia Piccilli (Presidente/Orientador)
Prof. Jean Favaretto
Prof. Lucas Lamberti
Santa Maria, RS
2016
DEDICATÓRIA
Aos meus familiares pelo apoio recebido e aos amigos pelo suporte enquanto estava longe de casa.
RESUMO
GESTÃO PATRIMONIAL DE REDES DE DRENAGEM URBANA
AUTOR: Gustavo Heinen Strauss ORIENTADOR: Prof. Dr. Daniel Gustavo Allasia Piccilli
Com o passar dos anos os sistemas de drenagem urbana começam a degradar-se, seja por uso inadequado ou processo natural decorrente das condições de uso. A manutenção e correto funcionamento desses sistemas, dependem de planos de gestão para monitoramento e manutenção sistemáticos, evitando, dessa forma, a simples manutenção corretiva que gera um gasto financeiro e social muito maior do que a manutenção preventiva. Este trabalho tem como objetivo fazer uma revisão bibliográfica dos tipos de patologias, métodos de monitoramento de sistemas de drenagem urbana e a avaliação de métodos de gestão que permitam uma avaliação qualitativa dos diversos trechos de uma rede de drenagem para que se possa fazer a priorização de inspeção e reabilitação. Constatou-se que cada tipo de método de inspeção possui limitações quanto ao tipo de patologia que pode identificar e que o método de gestão escolhido irá depender das possibilidade de monitoramento da rede. Além disso há uma diferença entre o tipo de avaliação entre cada método, sendo alguns mais objetivo e outros mais subjetivos. Palavras-chave: Drenagem Urbana, Patologias em Redes de Drenagem, Gestão
Patrimonial.
ABSTRACT
ASSET MANAGEMENT OF URBAN DRENAIGE SYSTEMS
AUTHOR: Gustavo Heinen Strauss
ADVISOR: Prof. Dr. Daniel Gustavo Allasia Piccilli
Over the years, the urban drainage systems begin to deteriorate, due to its inadequate use or natural degradation process due to usage. The maintenance and correct working of these systems depends of management planning, for systematic monitoring and repairs, avoiding the emergencies works, which have a much bigger social and economic cost then preventive rehabilitation. This works objective is to make a bibliographic review of pathologies ant methods for inspection of urban drainage systems, presenting asset management methods which allow the qualitative evaluation of the many segments from a urban drainage network, so the inspection and rehabilitation can be prioritize to those more depredated. It was noticed that every inspections method has limitation on which kind of pathologies it can identify and that that choice of which asset management method will be used depends on the inspections capability of obtaining data. There is also a difference on the kind of evaluation of each method, being some more objective and others more subjective.
Keyword: Urban Drainage, Pathologies in Urban Drainage, Asset Management.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Processo de degradação decorrente de reacao alcali-agregado. .......... 13
Figura 2 – Deterioração do concreto devido a corrosão de armaduras .................. 14
Figura 3 - Armaduras corroídas em galeria de drenagem pluvial na cidade de Belo
Horizonte. ............................................................................................................... 15
Figura 4 – Colapso de tubulacao de drenagem ...................................................... 15
Figura 5 - Os três estágios da deterioração estrutural de tubulações. .................... 17
Figura 6 – Principais locais que sofrem corrosao por acido sulfúrico em uma
tubulação. ................................................................................................................ 19
Figura 7 - Erosão por abrasão em galeria pluvial na cidade de Belo Horizonte ...... 20
Figura 8 – Localização do dano por cavitação em relação à irregularidades
superficiais. ............................................................................................................. 21
Figura 9 – Dano por cavitação em superficie de concreto. ..................................... 22
Figura 10 – Infiltração em tubulação de esgoto pela junção entre dois segmentos.
................................................................................................................................ 23
Figura 11 – Infiltração de agua de vazamento do esgoto sanitário em tubulação de
drenagem pluvial. ................................................................................................... 24
Figura 12 – Ciclo hidrossedimentológico. ............................................................... 25
Figura 13 – Acumulo de sedimento em canal de drenagem pluvial da cidade de
Belo Horizonte. ....................................................................................................... 26
Figura 14 – Acumulo de gordura em tubulação de esgoto. .................................... 26
Figura 15 – Raízes que penetraram pela junta macho-femea de uma tubulação. .. 27
Figura 16 – Ficha cadastral de canal de drenagem pluvial da cidade de Belo
Horizonte. ................................................................................................................ 31
Figura 17– Equipamento de segurança para inspeção visual de galerias de
drenagem urbana. ................................................................................................... 32
Figura 18 – Sistema móvel de inspeção CCTV. ...................................................... 33
Figura 19 – Exemplo de imagem produzida por SSET ........................................... 34
Figura 20 – Imagem produzida por sonar ............................................................... 35
Figura 21 – Imagem produzida por infra vermelho .................................................. 36
Figura 22 – Fumaça saindo de meio-fio durante teste de fumaça .......................... 37
Figura 23 – Sensor instalado em tubulação de drenagem ...................................... 38
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Intervalo entre inspeções regulares, levando-se em conta classe de
declividade e FS. ..................................................................................................... 43
Tabela 2 – Patologias a serem observadas na avaliação de cada uma das classes.
................................................................................................................................ 44
Tabela 3 – Valores de conversão. ........................................................................... 48
Tabela 4 – Critérios e pontuação para a avaliação dos fatores ambientais. ........... 48
Tabela 5 – Valores de conversão. ........................................................................... 49
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 10
1.2 OBJETIVOS ........................................................................................................ 11
1.2.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 11
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................... 11
2 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NA INFRAESTRUTURA DE DRENAGEM
URBANA ................................................................................................................. 12
2.1 FISSURAÇÃO ..................................................................................................... 12
2.1.1 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO .............................................................................. 12
2.1.2 CORROSÃO DE ARMADURAS .............................................................................. 13
2.1.3 DEFICIÊNCIA ESTRUTURAL ................................................................................. 15
2.2 DESAGREGAÇÃO .............................................................................................. 17
2.2.1 ATAQUE POR SULFATOS .................................................................................... 17
2.3 DESGASTE ......................................................................................................... 19
2.3.1 ABRASÃO......................................................................................................... 19
2.3.2 CAVITAÇÃO ...................................................................................................... 20
2.4 INFILTRAÇÃO E VAZAMENTO........................................................................... 22
2.5 ASSOREAMENTO .............................................................................................. 24
2.6 INVASÃO POR RAÍZES ...................................................................................... 27
3 LEVANTAMENTO DO BANCO DE DADOS ....................................................... 29
3.1 LEVANTAMENTO DE DADOS CADASTRAIS .................................................... 29
3.2 MAPEAMENTO ................................................................................................... 30
3.3 INSPEÇÃO VISUAL ............................................................................................ 31
3.4 CIRCUITO FECHADO DE TELEVISÃO (CCTV) .................................................. 32
3.5 SONAR ................................................................................................................ 34
3.6 INFRA VERMELHO ............................................................................................. 35
3.7 TESTE DE FUMAÇA ........................................................................................... 36
3.8 MEDIÇÃO DE FLUXO ......................................................................................... 37
4 MÉTODOS DE GESTÃO PATRIMONIAL DA DRENAGEM URBANA ............... 40
4.1 MÉTODO PROPOSTO POR AGUIAR ................................................................. 40
4.2 ATV-MERKBLATTES 143-2 ................................................................................ 43
4.3 APUSS ................................................................................................................ 49
4.4 CONSIDERACÕES FINAIS ................................................................................. 53
5 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 55
6 REFERÊNCIAS.................................................................................................... 56
10
1 INTRODUÇÃO
Os sistemas de drenagem pluvial urbana têm um alto custo de construção e
tendem a se deteriorar naturalmente com a passagem do tempo. Como,
normalmente, a rede de drenagem é subterrânea e de difícil acesso, as patologias
em seu interior tendem a aparecer e se propagar sem que sejam notadas, podendo
chegar a causar o colapso da estrutura e, inclusive, acidentes.
Outro problema destas patologias é a redução do desempenho da rede de
drenagem, o que pode contribuir para inundações, em caso de obstrução de
trechos da rede ou poluição do solo e lençol freático quando ocorrem vazamentos.
Há também o problema de ligações ilegais de esgoto sanitário em galerias pluviais,
que levam a poluição da água e aceleram o processo de degradação das destas,
ao introduzir produtos que corroem as redes.
Para que se possam evitar acidentes ou perda de desempenho no sistema
de drenagem, faz-se necessário a inspeção e manutenção sistemática e constante
deste. No entanto, mesmo que isso seja economicamente mais vantajoso que a
manutenção corretiva normalmente aplicada no Brasil, a manutenção constante de
toda a rede demoraria muito tempo e seria economicamente inviável no atual
quadro das Prefeituras brasileiras.
Este trabalho tem como foco apresentar planos de gestão para a
manutenção de redes de drenagem, que elencam trechos mais problemáticos, para
que se possam fazer planos de intervenções emergenciais e de rotina. Estes
tendem a levar a uma melhora global do sistema de drenagem. Para a elaboração
destes planos de gestão são necessários dados sobre a patologias presentes da
rede de drenagem urbana que devem ser coletadas por meio de inspeções in loco.
Este trabalho não irá tratar dos métodos de recuperação ou limpeza da rede
de drenagem urbana. Sendo o foco em patologias presentes em redes de
drenagem pluviais de concreto, embora muitas destas também sejam encontradas
em redes de esgoto.
11
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Apresentar métodos de gestão patrimonial de sistemas existentes de
drenagem pluvial urbano a partir da avaliação estrutural e/ou hidráulica da rede.
1.2.2 Objetivos específicos
Analisar as principais patologias encontradas em redes de drenagem pluvial;
analisar métodos de levantamento de dados de galerias de drenagem pluvial
e tubulações de esgoto sanitário;
apresentar métodos de avaliação para redes de drenagem pluvial e de
esgoto;
apresentar métodos de gestão patrimonial das redes de drenagem pluviais e
de esgoto.
12
2 MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NA INFRAESTRUTURA DE DRENAGEM
URBANA
O material mais utilizado em estruturas para drenagem urbana é o cimento
Portland, que é capaz de conferir durabilidade, estabilidade e condições
operacionais ao sistema (AGUIAR, 2012). Com o passar do tempo estas estruturas
se deterioram, diminuindo o desempenho do sistema de drenagem, podendo
causar alagamentos e/ou colapso, o que pode afetar a infraestrutura superficial
urbana.
As manifestações patológicas em redes de drenagem são a fissuração,
desagregação, desgaste, infiltração, vazamento, assoreamento e invasão por
raízes. Em geral estas não acontecem sozinhas, pois a ocorrência de uma tende a
facilitar a aparição de outra. Por exemplo a infiltração, que normalmente só ocorre
quando há a deterioração da tubulação.
Neste capitulo haverá um foco maior em estruturas de drenagem urbana
pluvial de concreto, porém muitas da manifestações patológicas que serão
apresentadas também podem aparecer em outros materiais e sistemas de
drenagem, como esgoto sanitário.
2.1 FISSURAÇÃO
Estruturas de concreto tendem a fissurar normalmente devido a sua baixa
resistência a tração. O problema ocorre quando as fissuras se tornam muito
grandes e passam a expor a armadura, e comprometer a resistência da estrutura.
Em estruturas de drenagem isto pode ocorrer devido a reações internas do
concreto, corrosão ou atuação de ações maiores do que as previstas, sendo a
evolução desta manifestação patológica uma das causadoras da desagregação do
concreto.
2.1.1 Reação álcali-agregado
Segundo Ripper e Souza (1998), esta é uma reação interna do concreto, que
ocorre devido a reação de minerais presentes em agregados utilizados no concreto
13
e íons álcali, que podem vir do cimento ou penetrar pelos poros do concreto. A
umidade do ar e um alto fator agua cimento tendem a aumentar estas reações.
Ela gera a expansão dos agregados reativos, levando a fissuração da
superfície. Estas fissuras tem um formato de mosaico na superfície e cônico
conforme entram no concreto (Figura 1).
Figura 1 – Processo de degradação decorrente de reacao alcali-agregado.
Fonte: Ripper e Souza (1998)
2.1.2 Corrosão de armaduras
Outro agente causador de fissuras é a corrosão das armaduras, que
segundo Ripper e Souza (1998), ocorre devido a oxidação da barra de aço da
armadura, que aumenta de volume e causa a fissuração.
As armaduras são protegidas por uma camada passivadora, decorrente da
solução aquosa em contato com as barras, que é alcalina. Conforme ocorre a
14
redução do pH do meio (por ataque de cloretos, sulfatos e carbonatação), esta
película protetora se dissipa, deixando as barras de aço sujeitas a corrosão.
A corrosão se dá por um processo eletroquímico, onde uma diferença de
potencial entre duas barras, ou regiões da mesma barra, funcionam como os
terminais de uma bateria. Isto ocorre porque os cátions ferro reagem com íons
agressivos, como os cloretos, que penetram a estrutura de concreto, deixando a
superfície do aço com uma carga negativa, o que gera uma diferença de potencial.
Dois fatores determinantes para a ocorrência deste fenômeno são a
penetração de substancias nocivas pelo concreto e a presença de agua e oxigênio.
Por isso estruturas que não obedecem critérios de cobrimento de armadura e que
estejam em regiões de molhagem e secagem estão mais sujeitas a esta
manifestação patológica.
Quando ocorre a corrosão da armadura, esta tende a aumentar de volume,
devido aos óxidos na superfície das barras, e a perder seção resistente. Enquanto
o primeiro causa fissuração na superfície da estrutura (Figura 2), no mesmo sentido
da armadura (Figura 3), a segunda leva a perda de resistência e possível colapso
da estrutura (Cánovas, 1998).
Figura 2 – Deterioração do concreto devido a corrosão de armaduras
Fonte: Ripper e Souza (1998)
15
Figura 3 - Armaduras corroídas em galeria de drenagem pluvial na cidade de Belo Horizonte.
Fonte: Aguiar (2012)
2.1.3 Deficiência estrutural
Quando a estrutura é submetida a esforços maiores do que aqueles aos
quais foi projetada, ou que por questões construtivas ou de utilização não
consegue suportar, ela tende a fissurar. No caso de tubulações de canais de
drenagem, estas fissuras normalmente ocorrem longitudinalmente, nas laterais e
extremidade superior e inferior, podendo levar a estrutura ao colapso (Figura 4).
Figura 4 – Colapso de tubulacao de drenagem
Fonte: Davies et al (2001)
16
Segundo Davies et al (2001) são vários os fatores que influenciam neste
processo, são eles: métodos de instalação, mão de obra, características do
material dos canos e solo, uso do solo e da superfície no local da construção,
presença de raízes, nível d’agua, presença de sedimentos e idade da rede. Estes
levam principalmente ao surgimento de rachaduras, que podem ser em sentido
longitudinal, mas também transversal ou diagonal à seção do canal, ou ainda
canais quebrados ou deformados.
No caso dos materiais, a não adequação a NBR 8890, sobretudo nos itens
referentes a cargas mínimas para fissuração e ruptura, faz com que a resistência
de projeto não seja alcançada. O mesmo acontece quando a execução não segue
a NBR 15645, o que também pode levar a recalques diferenciais.
De acordo com Butler e Davies (2000), a perda de suporte do solo que
incentiva o processo de deterioração ocorre pela erosão deste para o interior do
canal através das fissuras, criando vazios junto à estrutura.
O processo de deterioração, se dá em três estágios (Figura 5), começando
pela aparição de um pequeno defeito, que é seguido de perda do suporte lateral e
por fim se dá o colapso. Sendo assim, é difícil prever quando ocorrera o colapso da
estrutura, mas através da observação das fissuras podemos prever aonde ele
ocorrerá (DAVIES et al, 2001).
17
Figura 5 - Os três estágios da deterioração estrutural de tubulações.
Fonte: Davies et al (2001)
2.2 DESAGREGAÇÃO
A desagregação do concreto é a perda de massa devido à perda de placas
ou fatias da estrutura. Ela ocasiona a perda de seção transversal, que pode
comprometer a capacidade estrutural do da rede de drenagem e ainda deixa a
armadura e o próprio concreto mais expostos a processos corrosivos. Esta pode
ocorrer devido a evolução de fissuras, cujos agentes causadores foram vistos no
capítulo anterior, ou ataques por sulfatos.
2.2.1 Ataque por sulfatos
Os sulfatos presentes na agua e no ar tendem a corroer estruturas de
concreto, o que leva a desagregação deste. Os processos corrosivos uma vez
instaurados, tendem a progredir, já que a desagregação da superfície de concreto
aumenta a área de exposição aos sulfatos e a porosidade do material.
18
A entrada de sulfatos em redes de drenagem pluvial se dá pela lavagem das
ruas, calçadas e telhados nas áreas urbanas, o first flush tende a carregar consigo
vários agentes nocivos que haviam se acumulado na superfície urbana. Outra fonte
são esgotos domésticos e industriais, que muitas vezes são jogados ilegalmente na
rede de drenagem pluvial (BUTLER E DAVIES, 2000).
Segundo Cánovas (1988) os componentes menos resistentes ao contato
com aguas sulfatadas são o hidróxido de cálcio e alumínio tricálcico. Os primeiros
formam sais de cálcio e o segundo forma sulfoaluminato, que é expansivo.
Outro problema decorrente de sulfatos é a corrosão do concreto por ácido
sulfúrico. Segundo o ACI Committee 210 (1998), bactérias presentes na agua são
capazes de formar ácido sulfídrico. Quando este se desprende da agua outras
bactérias presentes no ar e no concreto o transformam em gás sulfúrico, que é
altamente nocivo ao concreto, causando sua corrosão.
Para que o ácido sulfídrico se transforme em gás sulfídrico, normalmente é
necessária uma baixa velocidade do fluxo e/ou turbulência, além da agua ter de
conter substancias orgânicas e oxigênio (Figura 6). O processo químico é
apresentado abaixo, com a liberação de S2- por bactérias anaeróbicas, reação
deste com 2𝐻+na agua, e após sua liberação e condensação na superfície do
tubos é oxidada por bactérias aeróbicas, formando o 𝐻2𝑆𝑂4, ácido sulfúrico
(BUTLER E DAVIES, 2000).
𝑆𝑂42− + 𝐶, 𝐻, 𝑂, 𝑁, 𝑃, 𝑆 → 𝑆2− + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑂2
𝑆2− + 2𝐻+ → 𝐻2𝑆
𝐻2𝑆 + 2𝑂2 → 𝐻2𝑆𝑂4
19
Figura 6 – Principais locais que sofrem corrosao por acido sulfúrico em uma tubulação.
Fonte: Butler e Davies (2000)
2.3 DESGASTE
O desgaste superficial da rede de drenagem é caracterizado pela perda de
material da estrutura e diminuição de sua seção. Este fenômeno se dá a partir da
superfície das galerias que está exposta aos fenômenos de deterioração que em
situações extremas pode vir a atravessar a parede das tubulações e galerias.
2.3.1 Abrasão
A água nas redes de drenagem normalmente carrega sedimentos, e estes,
dependendo de sua dureza, tendem a ser abrasivos. Quando atritam com a
superfície das galerias eles causam a abrasão, arrancando por fricção as partículas
da superfície (AGUIAR, 2009).
Para ACI Committee 210 (1998) e CIGB-ICOLD (2000), este processo
erosivo depende da velocidade e turbulência da agua, tamanho, formato e dureza
dos agregados sendo transportados e qualidade do concreto. Os danos variam
entre a perda de alguns centímetros até a erosão completa do material superficial.
Ainda segundo CIGB-ICOLD (2000) a abrasão erode primeiramente a pasta
de cimento, ocorrendo posteriormente danos ou arrancamento do agregado (Figura
20
7) podendo chegar a provocar a exposição da armadura. Vale destacar que a
exposição da armadura facilita o ataque químico da mesma.
Figura 7 - Erosão por abrasão em galeria pluvial na cidade de Belo Horizonte
Fonte: Aguiar (2012)
2.3.2 Cavitação
Cavitação é o nome que se dá ao fenômeno de vaporização de um líquido
pela redução da pressão, durante seu movimento. Segundo Linsingern (2008), a
cavitação por vaporização pode ocorrer em líquidos a baixa temperatura desde que
a pressão seja baixa o suficiente. Em certos pontos devido à aceleração do fluido,
a pressão pode cair a um valor menor que a pressão mínima em que ocorre a
vaporização do fluido (Pv) na temperatura T0. Então ocorrerá uma vaporização
local do fluido, formando bolhas de vapor. Quando ocorre o aumento da pressão, o
vapor formado se condensa e a agua é acelerada em direção as paredes do
sistema.
De acordo com CIGB-ICOLD (2000), o súbito colapso das cavidades de
vapor geram ondas de choque de pressão, que atingem a superfície com alta
pressão, causando danos. Estes podem em si gerar regiões de pressão reduzida,
que contribuem a formação de vapor e ocorrência de cavitação (Figura 8).
21
Segundo Aguiar (2012), o fenômeno da erosão por cavitação e abrasão
podem ser diferenciados pela natureza do dano causado, sendo o por cavitação
menos uniforme e mais profundo (Figuras 9).
Figura 8 – Localização do dano por cavitação em relação à irregularidades superficiais.
Fonte: ACI Committee 210 (1998)
22
Figura 9 – Dano por cavitação em superficie de concreto.
Fonte: Aguiar (2012)
2.4 INFILTRAÇÃO E VAZAMENTO
A infiltração e o vazamento de agua da rede de drenagem urbana pode
ocorrer por diversos motivos, sendo normalmente ligados as manifestações
patológicas listadas anteriormente. Dentre os efeitos nocivos destas, estão a
poluição do solo e agua subterrânea e a contribuição para a evolução de diversas
manifestações patológicas.
Segundo Butler e Davies (2000), a infiltração ocorre quando a água entra no
sistema de drenagem por meios indiretos, ou seja, não vem da drenagem pluvial
superficial ou conexões de esgoto sanitário (Figura 10). Entrando na rede através
de rachaduras, juntas entre seções ou pela porosidade do concreto.
De acordo com Cardoso e Coelho (2004), a infiltração não dependera
apenas das condições estruturais das tubulações mas também da altura do nível
d’agua, profundidade da rede, variação pluviométrica sazonal, umidade e tipo de
solo. Sendo que os efeitos desta são a redução da capacidade hidráulica, aumento
das enchentes, do custo de tratamento da agua, quando em redes de esgoto, e
redução de sua eficiência.
O vazamento de agua do sistema de drenagem depende do número e
tamanho dos defeitos em tubo, juntas e bueiros, além de sua idade e material, a
altura do nível d’agua dentro e fora das tubulações e o tipo de solo. Os riscos do
23
vazamento de esgoto e agua da chuva são a poluição das aguas subterrâneas e do
solo urbano, impondo riscos à saúde humana.
Butler e Davies (2000) ainda consideram o risco do esgoto entrar no sistema
pluvial de drenagem, seja por infiltração (Figura 11) ou ligações clandestinas, o que
contribui com a poluição da água pluvial e colabora para a deterioração dos canais
de drenagem, que não são dimensionados para receber estes tipo de poluentes.
Eles também apontam a grande dependência do nível de agua do terreno para que
ocorra vazamentos na rede.
Figura 10 – Infiltração em tubulação de esgoto pela junção entre dois segmentos.
Fonte: Davies et al (2001)
24
Figura 11 – Infiltração de agua de vazamento do esgoto sanitário em tubulação de drenagem pluvial.
F o n t e : B u t l e r e D a v i e s ( 2 0 0 0 )
2.5 ASSOREAMENTO
O assoreamento acorre devido ao acumulo de material nas paredes e
no fundo da rede de drenagem. Estes podem vir através da drenagem urbana ou
infiltração na rede.
Tucci (1997) descreve o ciclo hidrossedimentológico, que são os processos
que regem o deslocamento de partículas solidas (Figura 12). Estes é separado em:
Desagregação;
erosão;
transporte;
decantação;
deposição;
consolidação.
25
Figura 12 – Ciclo hidrossedimentológico.
Fonte: Tucci (1997)
A desagregação e erosão pode-se relacionar a retirada das partículas de
seu estado de inércia, colocando-as em movimento. Segundo Butler e Davies
(2000), os sedimentos presentes no sistema de drenagem podem prover de três
lugares: superfície das cidades, rede de drenagem ou fontes sanitárias (esta última
sendo inserida na rede sem sofrer desagregação ou erosão).
Segundo Tucci (1997) as partículas sólidas presentes na agua podem ser
transportadas em suspenção ou arraste, dependendo de seu tamanho. A
turbulência tende a manter as partículas em suspensão, embora elas
eventualmente venham a decantar e se depositar, parando completamente.
De acordo com Butler e Davies (2000), com a diminuição da velocidade e a
parada do fluxo turbulento as partículas passam a se depositar no fundo da rede
(Figura 13), isto acontece principalmente quando a rede está mais seca. Ou seja,
durante a noite em sistemas de esgoto e durante períodos secos na drenagem
pluvial.
26
Figura 13 – Acumulo de sedimento em canal de drenagem pluvial da cidade de Belo Horizonte.
Fonte: Aguiar (2012)
A gordura e óleos presentes no esgoto sanitário também contribuem para o
assoreamento. Isto ocorre pois elas tendem a se aderir ao interior das tubulações
de drenagem, formando massas sólidas com estrutura porosa. (KENNER et al,
2008) (Figura 14).
Figura 14 – Acumulo de gordura em tubulação de esgoto.
Fonte: Kenner et al (2008)
27
Embora os sedimentos presentes na drenagem pluvial normalmente não
sejam coesivos, quando a invasão de esgoto sanitário na rede pluvial, os depósitos
sedimentares tendem a se tornar coesos segundo Butler e Davies (2000). Isto
dificulta que a agua consiga desagregar as partículas depositadas na rede, o que
leva a uma permanente perda de seção transversal em canais e aumento da
rugosidade.
2.6 INVASÃO POR RAÍZES
O crescimento descontrolado de raízes tende a causar danos na
infraestrutura urbana. Os exemplos mais conhecidos são calçadas e ruas, onde a
força das raízes tende a levantá-las. Algo parecido ocorre na rede de drenagem.
A presença de nutrientes e agua atraem as raízes, que nos solos
compactados das cidades também procuram lugares menos densos para
crescerem. IKT (2007) mostrou que a pressão da juntas dos canos não é capaz de
conter o crescimento das raízes (Figura 15).
Figura 15 – Raízes que penetraram pela junta macho-femea de uma tubulação.
Fonte: IKT (2007)
28
Uma vez dentro do cano as raízes tendem a se desenvolver mais e acabam
por bloquear, total ou parcialmente, a passagem de água. Dos espaços abertos por
raízes ainda pode ocorrer a infiltração de agua, que tende a trazer consigo
partículas de solo que contribuem para a sedimentação.
Figura 16 – Raízes que obstruíram completamente uma tubulação.
Fonte: IKT (2007)
29
3 LEVANTAMENTO DO BANCO DE DADOS
Para que seja possível gerir a infraestrutura de drenagem é necessário
conhece-la. Por isso é necessário construir um banco de dados. A construção do
banco de dados passa pela aquisição de informações básicas sobre a rede,
relacionadas a sua construção, chegando a sua inspeção, com o intuito de
conhecer a situação na qual se encontra.
Neste capitulo serão expostos métodos de monitoramento interno e externo.
Os externos (sondagens e uso de sensores) tem um foco na localização da rede
enterrada, enquanto os internos (CCTV, inspeção visual, infra vermelho, sonar,
teste de fumaça, monitoramento de vazão e medição com marcador) são utilizados
para avaliar possíveis danos existentes nela.
3.1 LEVANTAMENTO DE DADOS CADASTRAIS
Estes se referem a dados sobre a construção da rede de drenagem,
informações como materiais utilizados, capacidade hidráulica, geometria das
seções, declividade, ano de construção. Aguiar (2012) usa dados de inspeções
conduzidas durante a elaboração do Plano Diretor de Drenagem de Belo Horizonte,
com informações provenientes de medições in loco para aquisição de dados como
declividade e seção transversal. Para adquirir informações sobre a construção das
galerias foi necessário a consulta a “memorias vivas”.
“Memorias vivas” são empregados antigos das empresas responsáveis pela
drenagem e engenheiros que tenham trabalhado nas obras. Estes devem ser
entrevistados para adquirir informações sobre o material utilizado e o ano de
execução. Este tipo de pesquisa também é descrita por Gokhale et al (2005), que
aponta que as informações destes funcionários que trabalham a muito tempo com
o sistema de drenagem muitas vezes não pode ser encontrada nos registros
oficiais.
30
3.2 MAPEAMENTO
Para Gokhale et al (2005), o mapeamento da rede deve ser utilizado para
lançar dados encontrados durante inspeções internas, também para marcar lugares
com ocorrência de inundações e queixas de usuários. Quando estes são
Georreferenciados, há uma maior facilidade em acessar os dados, possibilitando
que pessoas com menor conhecimento técnico possam acessa-los, e possibilita o
rápido cruzamento de informações, como por exemplo declividade e desgaste
superficial.
Segundo Butler e Davies (2004), antes de se fazer qualquer tipo de inspeção
é aconselhável realizar o mapeamento da rede. Embora este possa ser possível
com dados cadastrais, muitas vezes eles estarão incorretos ou incompletos.
Por isso, de acordo com Campos (2014), é necessário conferir os dados
cadastrais obtidos, procurando em campo por bueiros e tentando aferir por meio
deles a direção em que segue a rede e sua localização aproximada. Mas quando
as informações são muito conflitantes se faz necessário o uso de métodos de
inspeção para encontrar a rede enterrada
Um destes métodos é o de sondagem, nele algumas sondagens de pequeno
diâmetro são realizada até que se encontre a infraestrutura enterrada. Este deve
ser realizado em áreas onde se acredita haver um trecho do sistema de drenagem,
devido à demora em sua execução.
Outro método é o uso de sensores, os eletromagnéticos possibilitam a
detecção de redes que contenham material metálico, como tampas de bueiro. Além
deste há o Geo-Radar, que através da emissão de pulsos magnéticos é capaz de
mapear o subsolo, detectando vazios, mudanças de material e descontinuidades.
(ISTT, 2016)
Uma vez encontrada a rede de drenagem esta deve receber inspeção
interna, afim de conferir dados cadastrais e coletar novo, como a sua integridade.
Na Figura 16 é apresentado o levantamento cadastral de um segmento de canal
pluvial, realizado por Aguiar (2012).
31
Figura 16 – Ficha cadastral de canal de drenagem pluvial da cidade de Belo Horizonte.
Fonte: Aguiar (2012)
3.3 INSPEÇÃO VISUAL
Consiste na inspeção feita por pessoal especializado, que entra nas galerias
e tubulações a fim de adquirir informações sobre as patologias que podem ser
encontradas em seu interior. Este método de inspeção pode ser conduzido apenas
em tubos com diâmetros elevados ou galerias altas, que comportem uma pessoa
em pé (GOKHALE et al 2005).
Segundo Butler e Davies (2004), este método de inspeção é perigoso e
lento, porém pode prover informações de qualidade, desde que a equipe seja bem
treinada para a tarefa e o método de anotação das informações seja eficiente.
Estas podem ser anotadas em fichas de papel ou aparelhos eletrônicos providos de
32
software adequado, sendo recomendado o registro fotográfico dos defeitos
encontrados.
Aguiar (2012) utilizou este método para avaliar galerias de drenagem na
cidade de Belo Horizonte. Por se tratar de um ambiente nocivo, que apresenta
gases tóxicos é necessário tomar-se várias medidas de segurança, dentre elas o
uso de detectores de gases tóxicos, macacão e botas de borracha, luvas e
máscara (Figura 17), sendo necessário a entrada de no mínimos dois técnicos, um
para a inspeção e outro para verificar as condições de segurança. Além disso os
trabalhos não podem ocorrer com tempo chuvoso ou nublado e é necessário o
monitoramento das condições meteorológicas dos trechos a montante da rede por
uma equipe de apoio.
Figura 17– Equipamento de segurança para inspeção visual de galerias de drenagem urbana.
Fonte: Aguiar (2012)
3.4 CIRCUITO FECHADO DE TELEVISÃO (CCTV)
Neste método de inspeção uma câmera é conduzida por uma tubulação,
esta pode ser carregada por um técnico, o que acarreta todos as dificuldades vistas
33
anteriormente, ou ser acoplada a um carrinho. Este será conduzido pelo sistema de
drenagem, sendo guinchado ou se movimentando com tração própria.
A câmera sobre o carrinho é preferível por questões de segurança, sendo
esta provida de zoom, capacidade de rotação de 360° e iluminação própria, devido
a falta de luz no subsolo. A câmera deve ser operada por um controlador, que
ficara do lado de fora da rede de drenagem e deverá fazer imagens das
manifestações patológicas encontradas, além de filmar as conexões à linha
inspecionada. (BUTLER E DAVIES 2004)
Figura 18 – Sistema móvel de inspeção CCTV.
Fonte: Campos (2014)
Segundo Gokhale et al (2005), este método é mais utilizado para tubos de
menor diâmetro, devido a distância entre a câmera e as superfícies das tubulações.
Ele permite a identificação do material e tamanho da rede defeitos estruturais,
pontos de infiltração localização das conexões.
Uma das principais desvantagens deste método é não ser capaz de
identificar defeitos abaixo da linha d’agua, ou o fato do aparelho muitas vezes não
conseguir passar por tubulações obstruídas. Além disso, todo o material deve ser
analisado em escritório.
Uma evolução neste método é o Sewer Scanning Evaluation Technology
(SSET). Com um equipamento semelhante ao tradicional CCTV, mas que além da
vista frontal, escaneia a superfície das tubulações por onde passa, apresentando-
34
as não apenas em forma de vídeo, mas de uma imagem contínua (Figura 19). Isto
agiliza não apenas a coleta de informações mas também a avaliação em escritório.
Figura 19 – Exemplo de imagem produzida por SSET
Fonte: Gokhale et al. (2005)
Outra vantagem do SSET é a possibilidade de perceber inclinações, o que
não é apenas uma ferramenta para melhorar os dados cadastrais, mas também
para detectar pontos de sedimentação.
3.5 SONAR
Um sonar percorre a tubulação sobre um carrinho ou pequena embarcação,
emitindo ondas sonoras que rebatem em objetos sólidos e retornam ao sonar. Uma
das vantagens deste método é a possibilidade de avaliar trecho submerso,
conseguindo identificar trechos assoreados e que possuem deformações em sua
seção transversal.
35
Figura 20 – Imagem produzida por sonar
Fonte: Gokhale et al. (2005)
3.6 INFRA VERMELHO
Neste método um aparelho que emite milhares de pontos de laser escaneia
o interior das tubulações, recriando-as em um modelo 3D. Ele permite a obtenção
de informações detalhadas sobre a superfície da rede de drenagem, como a
existência de fissuras.
Uma de suas maiores vantagens é a precisão com que inspeciona
tubulações de grande diâmetro, o que é um desafio quando se utiliza o método de
CCTV, devido a sua distância da superfície da tubulação. O seu maior problema é
não ser capaz de analisar trechos submersos.
36
Figura 21 – Imagem produzida por infra vermelho
Fonte: Gokhale et al. (2005)
3.7 TESTE DE FUMAÇA
Este método consiste na introdução de fumaça no sistema de drenagem,
normalmente por soprador de fumaça ou líquido produtor de fumaça dentro de uma
vasilha. Ele permite a localização de trechos com infiltração e/ou ligações
incorretas a rede (GOKHALE et al, 2005).
Os inspetores, que ficam do lado de fora da rede, devem procurar por
lugares que apresentem vazamento de fumaça, indicando-os em relação a pontos
de referência quaisquer na rua. Se a rede testada for pluvial e constatar-se
vazamento em uma casa, isto é um indicativo de ligação irregular, o mesmo se esta
ocorrer em poços de visita da rede elétrica ou de telefonia.
A recomendação é que o teste seja conduzido com o solo seco, pois a
fumaça pode encontrar caminhos pelo solo, indicando que o trecho contem
infiltração (Figura 22).
37
Figura 22 – Fumaça saindo de meio-fio durante teste de fumaça
Fonte: Gokhale et al (2005)
3.8 MEDIÇÃO DE FLUXO
A medição de fluxo em trechos do sistema de drenagem é normalmente
utilizado para estimar a infiltração e vazamento nestes trechos. A diferentes
maneiras de se medir o fluxo, pode se utilizar aparelhos que meçam a velocidade e
profundidade da água, ou marcadores, que misturados a água permitem através de
medições de sua concentração quantificar o fluxo.
De acordo com Gokhale et al (2005), um equipamento que meça velocidade
e profundidade do fluxo deve ser instalado em um ponto do sistema, normalmente
durante o período chuvoso. Sendo as medições normalmente feitas por 60-120
dias.
É necessário antes da instalação do equipamento verificar as condições em
campo. O local selecionado deve ter boas condições hidráulicas, que permitam o
funcionamento do equipamento, além de permitir a entrada de pessoal e instalação
do equipamento.
Há diferentes equipamentos, que irão permitir medições precisas para
diferentes profundidades e velocidades de fluxo. Durante sua instalação devem ser
38
feitas medições precisas quanto a geometria da tubulação na qual o medidor foi
instalado (Figura 23).
Figura 23 – Sensor instalado em tubulação de drenagem
Fonte: Gokhale et al. (2005)
Há também a necessidade de se verificar o funcionamento do aparelho com
uma frequência que não deve passar de algumas semanas. Durante estas
inspeções o equipamento deve ser aferido, fazendo-se medições manuais e
comparando-as com os dados obtidos pelo medidor de fluxo.
Uma das aplicações deste método de inspeção é a estimativa do volume de
infiltração. Segundo De Bénédittis e Bertrand-Krajewski (2005), as medições em
tempo seco devem ser utilizadas para a estimativa da infiltração no sistema, a noite
para redes de esgoto e dias não chuvosos para redes pluviais. Para que a
estimativa seja precisa é necessário dados de pelo menos 8 dias.
Uma vez com os dados das medições, subtrai-se o valor estimado para
vazão que normalmente é produzida no trecho em questão da vazão total medida
pelo equipamento, obtendo-se assim o fluxo estimado de infiltração.
A utilização de marcadores normalmente se dá para a estimativa do fluxo de
vazamento nas tubulações de esgoto. De acordo com Rieckermann et al (2005),
39
uma quantidade conhecida de um marcador é dissolvido na agua no início de um
trecho de esgoto e no final mede-se a sua concentração. Considera-se qualquer
perda na concentração do marcador como um efeito de vazamento no trecho.
Um cuidado importante para a condução deste teste é que o marcador seja
uma substancia que não sejam encontradas na seção de esgoto investigada. Para
isto pode ser necessário um teste de poluentes.
Como este é um teste de difícil execução, que demanda mão-de-obra
especializada, recomenda-se utiliza-lo em trechos que já tenham ocorrido outras
inspeções, como CCTV, e que se conheça a existência deste problema (Rutsch et
al, 2005).
40
4 MÉTODOS DE GESTÃO PATRIMONIAL DA DRENAGEM URBANA
Depois de construído o banco de dados, é necessário o processamento de
suas informações, transformando-as em indicadores capazes de facilitar a
avaliação de cada trecho da rede.
Segundo Alegre e Coelho (2013), a gestão patrimonial de infraestrutura é um
conjunto de procedimentos que precisam estar em prática para garantir
atendimento a demanda, que os riscos estejam dentro de limites aceitáveis e que
os custos para reabilitação sejam os mais baixos possíveis. Ou seja, que o sistema
seja sustentável, economicamente e ambientalmente, estendendo a vida útil da
infraestrutura e garantindo atendimento adequado aos clientes, sendo capaz de
justificar a alocação dos recursos utilizados.
Assim, a gestão patrimonial de drenagem urbana deve propor medidas que
melhorem o sistema com o tempo, de tal maneira que no final do tempo de
avaliação, este esteja melhor do que no início, e não apenas melhor do que estaria
caso nada tivesse sido feito. Para que isto seja possível, os métodos apresentados
a seguir avaliam o estado da rede de drenagem, possibilitando um organização
consciente de planos de manutenção preventiva.
A seguir são apresentados três métodos para a estimativa do estado da rede
de drenagem urbana, o primeiro é o desenvolvido por Aguiar (2012), utilizado para
a priorização de intervenções na rede pluvial de galerias de Belo Horizonte, o
segundo é proveniente de norma alemã ATV-Merkblattes 143-2 para a estimativa
do estado da rede de drenagem e o terceiro são indicadores de desempenho para
infiltração e vazamento em redes de drenagem urbana desenvolvidos pela APUSS
(Assessing Infiltration and Exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems
– Estimando infiltração e vazamento no desempenho de redes de drenagem
urbana)
4.1 MÉTODO PROPOSTO POR AGUIAR
Aguiar (2012) avaliou as condições de operação de diversas galerias de
agua pluvial na cidade de Belo Horizonte, criando um plano de intervenções e
futuras inspeções. Para tanto ele realizou a atualização de dados cadastrais e a
41
inspeção visual das galerias, criando um plano de gestão a partir das informações
encontradas.
A fim de facilitar a avaliação das patologias encontradas, estas foram
separadas em seis categorias:
erosão por abrasão;
erosão por cavitação;
erosão por ataque químico;
assoreamento;
manifestações patológicas casuais (estruturais);
ausência de patologias.
Depois de determinado em qual das categorias a manifestação patológica se
enquadra, o inspetor deve definir qual o risco que esta traz a estrutura. Isto é feito
de maneira subjetiva e depende da experiência do responsável.
As classes de risco variam de 1 a 4, sendo:
1 – Risco nulo ou inexistente;
2 – Risco pequeno;
3 – Risco médio;
4 – Risco severo.
Para completar o levantamento de dados de um trecho ainda é necessário o
levantamento da extensão dos danos, sendo essa expressa em porcentagem da
área interna total do trecho. Considerando-se:
até 3% - irrelevante;
de 3 a 20% - pequena;
de 20 a 50% - média;
acima de 50% - grande.
Uma vez avaliado o risco de cada patologia e sua extensão, deve-se avaliar as
condições dos trechos analisados. Para tanto existem dois indicadores, o
indicadores de ações de rotina (IR) e o indicadores de ações emergenciais (IE). O
primeiro irá instituir uma rotina de intervenções que se estenderá a longo prazo,
priorizando trechos em pior estado, enquanto o IE servirá para indicar trechos que
precisam de intervenções imediatas.
O IR é calculado através da média ponderada dos pesos dos níveis de risco
de cada patologia pela sua extensão, em porcentagem da área interna por ela
42
ocupada. Sendo os pesos de 0 a 3 (nível 1 peso 0, nível 2 peso 1, nível 3 peso 2 e
nível 4 peso 3).
𝐼𝑅 =∑ 𝐴𝑟𝑒𝑎 ∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜
100
O IE é calculado pela soma simples das extensões das patologias com nível
4.
As obras de recuperação devem ser feitas tal que todos os trechos com IE
devem receber intervenções emergenciais, de priorizando os trechos com IE mais
elevado. E se deve fazer uma plano de intervenções que atendam primeiramente
os piores trechos (IR mais alto).
Além da priorização de intervenções nos trechos mais problemáticos, o
método desenvolvido por Aguiar (2012) também apresenta um plano para a
realização de inspeções de rotina. Estas tem como objetivo não apenas monitorar o
surgimento e avanço de patologias mas também fiscalizar o lançamento ilegal de
esgoto em galerias pluviais, que como visto anteriormente não apenas polui a água
mas também contribui com a degradação por desagregação e assoreamento.
Para a elaboração do plano de inspeções, foi necessário primeiro
estabelecer parâmetros relacionados com o risco de deterioração. Para tanto foi
feita uma análise estatística dos dados provenientes do monitoramento, procurando
relacionar patologias a características geométricas das galerias. Abaixo são
relacionados as características e as patologias que a elas se relacionam:
Degraus – abrasão, cavitação, ataque químico e assoreamento.
Rampas – abrasão, cavitação e ataque químico.
Calhas – abrasão, ataque químico e assoreamento.
Idade das galerias – abrasão, cavitação e ataque químico.
Declividade – abrasão e cavitação.
Feita esta análise, foram considerado os seguintes fatores de risco, de
acordo com Aguiar (2012, p. 112):
- presença de contaminação por esgoto;
- galerias com mais de 20 anos de construção;
- presença de fatores de risco (calhas, degraus e rampas);
43
- deficiência de qualidade do material utilizado.
Estes foram chamados pelo autor de indicadores de suscetibilidade, sendo
que cada um deles vale 1 ponto na elaboração do fator de suscetibilidade (FS), que
vai de 0 a 4.
O FS é então lançado em uma tabela com a classe de declividade da
galeria, a fim de se determinar o intervalo entre inspeções para o trecho
considerado, que varia de 2 a 5 anos (Tabela 1).
Tabela 1 – Intervalo entre inspeções regulares, levando-se em conta classe de declividade e FS.
Fator de
suscetibilidade
(FS)
0 1 2 3 4
Classe A
(até 1%) 5 anos 5 anos 4 anos 4 anos 3 anos
Classe B
(1% a 3%) 5 anos 4 anos 4 anos 3 anos 2 anos
Classe B
(1% a 3%) 4 anos 4 anos 3 anos 2 anos 2 anos
Classe B
(1% a 3%) 4 anos 3 anos 3 anos 2 anos 2 anos
Classe B
(1% a 3%) 3 anos 2 anos 2 anos 2 anos 2 anos
Fonte: Aguiar (2012)
4.2 ATV-MERKBLATTES 143-2
O Ministério dos Transportes, Construção e Desenvolvimento Urbano em
sua publicação Abeitshilfen Abwasser (Guia para trabalhos com esgoto), de 2006
descreve os métodos para avaliação da rede de drenagem presentes na norma
ATV-Merkblattes 143-2, que serão apresentados abaixo.
44
A fim de tornar o sistema mais objetivo e menos dependente no fator
humano, este método primeiramente separa danos a estrutura e danos ao meio
ambiente. Sendo que cada um destes recebera subdivisões e depois serão
convertidos em fatores numéricos, afim de possibilitar sua comparação direta.
A divisão das patologias se dá devido as suas diferentes causas e
consequências, sendo incluídas nesta divisão lugares específicos que tendem a
apresentar problemas, como conexões à rede principal ou juntas. As diferentes
classes são: defeito nas junções, tubulação rompida, corrosão, deformação,
conexões defeituosas, obstáculos (impedimento), segmentos desencontrados,
fissuras, conexão, permeabilidade, desgaste mecânico e demais danos. Para que
estas sejam classificadas deve-se avaliar sua extensão, condição e/ou localização.
Os danos ao meio ambiente são decorrentes do vazamento de agua das
tubulações ou da infiltração de esgoto doméstico ou industrial em trechos da rede
destinados a agua da chuva. Para sua avaliação são consideradas as condições do
meio em que este está inserido, assim como as condições da rede. Os critérios
avaliados são: tipo da rede (pluvial, esgoto doméstico ou esgoto industrial), a zona
de proteção a agua subterrânea local, o tipo de solo, o nível d’agua, a densidade
de danos (patologias com nível maior que 2 pelo comprimento do trecho) e
comprimento dos danos (porcentagem do comprimento de trecho com danos).
A seguir são listadas as classes de avaliação das patologias e quais pontos
serão avaliados para cada uma (Tabela 2):
Tabela 2 – Patologias a serem observadas na avaliação de cada uma das classes.
(continua)
Classes Patologias
Junção de tubos/canais Junção mal construída
Junção entupida
Entrada de raízes pela junção
Trinca na junção (proximidades)
Junção fechada
45
(continuação)
Classes Patologias
Junção de tubos/canais Junção mal construída
Junção entupida
Entrada de raízes pela junção
Trinca na junção (proximidades)
Junção fechada
Tubulação rompida Pedaço de tubo faltando nas
conexões/bueiro
Pedaço de tubo faltando na junção
Tijolo faltando
Ruptura da tubulação sem ocorrência de
deformação
Pedaço cerâmico faltando
Colapso
Buraco
Corrosão Corrosão interna
Corrosão nas juntas
Corrosão da argamassa
Deformação Deformação em tubos flexíveis
Deformação devido a trincas
Conexões incorretas Conexão incorreta
46
(continuação)
Classes Patologias
Obstáculo (impedimento) Impedimento em geral
Sedimentação, areia
Sedimentação, detritos
Conexão que se projeta para dentro do
tubo (Problema secundário)
Deposito solidificado
Deposito solidificado (quando o deposito
não pode ser descrito por visualmente)
Impedimento por borracha de vedação
solta
Incrustação
Tijolo que se projeta para dentro do tubo
Impedimento por material de vedação
Entrada de raízes (Problema
secundário)
Pedaço da cobertura
Cruzamento de outra linha d’agua ou
cabo
Segmentos desencontrados Recalque diferencial entre segmentos
Deslocamento no sentido longitudinal
Deslocamento horizontal, esquerda
visível
Deslocamento horizontal, direita visível
Deslocamento vertical, parte superior
visível
Deslocamento vertical, parte inferior
visível
47
(conclusão)
Classes Patologias
Conexão Conexão construída incorretamente
Conexão entupida
Conexão para dentro
Conexão para fora
Entrada de raízes pela conexão
Fissuras na conexão
Conexão fechada
Permeabilidade Infiltração no poço de visita
Infiltração na junção entre canos
Infiltração na parede do cano
Desgaste mecânico Desgaste mecânico em geral
Desgaste mecânico/desplacamento nas
conexões/bueiros
Desgaste mecânico/desplacamento na
junta dos tubos
Desplacamento da parede do tubo
Demais danos Muita infiltração d’agua
Cada um destes critérios, quando encontrado, recebera uma nota de 1 a 5,
sendo 1 para patologias tão pequenas que podem ser consideradas insignificantes
e 5 para patologias tão grandes que demandam atenção imediata. Destas, apenas
a maior nota ira ser considerada para a avaliação do estado do trecho.
A nota que cada uma das manifestações patológicas irá receber dependerá
de sua natureza, trincas e fissuras dependem de sua espessura, impedimentos ao
fluxo do quanto este ocupa a seção transversal interna e deformações tendem a ter
uma nota fixa perante seu aparecimento. Devido ao grande número de variáveis
envolvidas na avaliação de cada patologia e sendo o objetivo deste trabalho uma
exposição geral dos métodos de avaliação, estas não serão apresentadas.
Como o sistema de pontuação para a avaliação do potencial de dano ao
meio ambiente é diferente, a nota de cada trecho deve ser convertida, abaixo são
apresentados os valores de conversão (Tabela 3):
48
Tabela 3 – Valores de conversão.
Classe de deterioração Valor do trecho
1 0
2 100
3 200
4 300
5 400
Abaixo são apresentados os fatores a serem avaliados em relação aos
danos ao meio ambiente (Tabela 4):
Tabela 4 – Critérios e pontuação para a avaliação dos fatores ambientais.
Critérios Pontos
Tipo de rede Pluvial
Esgoto doméstico/Misturada
Esgoto industrial
0
40
150
Zona de
proteção
Nenhuma
Zona de proteção IIIb
Zona de proteção IIIa
Zona de proteção II
0
20
40
250
Solo Argila, silte
Areia fina
Areia media, grossa, pedra
0
20
40
Nível d’agua Acima da tubulação? Sim
Não
0
10
Densidade dos
danos
Até 0,015
0,015 até 0,2
Acima de 0,2
0
10
20
Comprimento
dos danos
Até 10%
10 até 50%
Acima de 50%
0
10
20
49
Diferente das patologias, todos os pontos atribuídos ao trecho avaliado são
somados, não apenas o mais grave deles.
Depois de consideradas as patologias e fatores ambientais, a pontuação de
ambos é somada, afim de se obter o valor do trecho avaliado. Este é convertido
para uma escala de 1 a 5, seguindo os valores apresentados abaixo (Tabela 5):
Tabela 5 – Valores de conversão.
Nota do trecho Classe do trecho
0 1
100 – 199 2
200 – 299 3
300 – 299 4
400 – 890 5
Para se obter a classe de todo o sistema, deve-se fazer a média ponderada
das notas de cada trecho, levando em consideração seu comprimento:
𝐶𝑙𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = ∑ 𝑁𝑜𝑡𝑎 ∗ 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Os trecho que receberem nota 5 devem receber intervenções imediatas,
sendo os mais importantes aqueles que recebem maior quantidade de agua. As
intervenções sobre os demais devem ser planejadas a médio e longo prazo,
levando em conta suas notas.
4.3 APUSS
Como visto no segundo item, são muitas as patologias que podem causar
infiltração ou vazamento. A APUSS trabalha desenvolvendo indicadores de
desempenho para tubulações de esgoto em relação a infiltração e vazamento. Ela
50
tenta compor indicadores que demonstrem a conformidade ou não de uma
tubulação ou galeria mediante o desempenho que dela é esperado.
Em sua publicação Infiltration and Exfiltration Performance Indicators
(Indicadores de desempenho para infiltração e vazamento) de 2004 (Cardoso et al)
são descritos indicadores de desempenho para infiltração e vazamento. Também é
sugerida uma escala de avaliação, porém não são propostos limites para a
separação entre os valores desta escala.
Como apresentado por Cardoso et al (2004) a infiltração irá depender do
tamanho do esgoto, número de poços de visita e conexões, o nível d’agua no solo,
variações do nível de chuvas, a humidade do solo, a profundidade do fluxo no
esgoto e o tipo de solo nas proximidades da rede. Pensando nisto, foram propostos
os seguintes indicadores de desempenho para infiltração:
PII1 – Porcentagem do fluxo máximo (Qfull) da tubulação ocupado por agua
de infiltração (Qinf). Não permite uma comparação adequada entre trechos com
capacidades diferentes.
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝑄𝑓𝑢𝑙𝑙 𝑒𝑚 (%)
PII2 – Porcentagem do fluxo em tempo seco (Qavdwf) que provem de infiltração
(Qinf). Bom para a estimativa da quantidade de agua tratada que tem origem na
infiltração.
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝑄𝑎𝑣𝑑𝑤𝑓 𝑒𝑚 (%)
PII3 – Porcentagem do fluxo de esgoto doméstico (Qavdwf - Qinf) que provem de
infiltração (Qinf).
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝑄𝑎𝑣𝑑𝑤𝑓 − 𝑄𝑖𝑛𝑓 𝑒𝑚 (%)
51
PII4 – Fluxo de infiltração (Qinf) em função da área superficial da tubulação. Sendo
possível delimitar apenas a área relativa ao trecho ou pedaço de tubulação abaixo
do nível d’agua.
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑒𝑚 (𝑚3 𝑑𝑖𝑎⁄ /(𝑐𝑚. 𝑘𝑚))
PII5 – Fluxo de infiltração (Qinf) em relação ao comprimento do sistema.
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑔𝑜𝑡𝑜 𝑒𝑚 (𝑚3 𝑠⁄ 𝑘𝑚⁄ )
PII6 – Fluxo de infiltração (Qinf) por poço de visita. Utilizado para avaliar a influência
do número de poços de visita na quantidade de infiltração.
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜ç𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑠𝑖𝑡𝑎 𝑒𝑚 (𝑚3 𝑠⁄ )
PII7 – Fluxo de infiltração (Qinf) pelo número de conexões. Utilizado para avaliar a
influência do número de conexões na quantidade de infiltração
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥õ𝑒𝑠 𝑒𝑚 (%)
Os cinco primeiros indicadores podem ser calculados para cada trecho do
sistema, segmentos separados em grupos ou para todo o sistema. Enquanto para
os dois últimos é aconselhado o uso por trecho ou segmentos de rede de mesmo
comprimento, afim de evitar a influência da infiltração no decorrer da tubulação.
Como apresentado por Cardoso et al (2004) os vazamentos irão depender do
tamanho e número do esgoto, poços de visita e conexões, da idade do esgoto, o
nível d’agua no solo, o material, a profundidade do fluxo no esgoto e o tipo de solo
nas proximidades da rede. Pensando nisto, foram propostos os seguintes
indicadores de desempenho para vazamento:
PIE1 – Porcentagem do fluxo em tempo seco (Qavdwf) que vaza (Qexf).
52
𝑄𝑒𝑥𝑓
𝑄𝑎𝑣𝑑𝑤𝑓 𝑒𝑚 (%)
PIE2 – Fluxo de vazamento (Qexf) em relação ao comprimento do sistema.
𝑄𝑒𝑥𝑓
𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑔𝑜𝑡𝑜 𝑒𝑚 (𝑚3 𝑠⁄ 𝑘𝑚⁄ )
PIE3 – Fluxo de vazamento (Qexf) em função da área superficial da
tubulação.
𝑄𝑒𝑥𝑓
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑒𝑚 (𝑚3 𝑑𝑖𝑎⁄ /(𝑐𝑚. 𝑘𝑚))
PIE4 – Fluxo de vazamento (Qexf) por poço de visita.
𝑄𝑒𝑥𝑓
𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜ç𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑠𝑖𝑡𝑎 𝑒𝑚 (𝑚3 𝑠⁄ )
PIE5 – Fluxo de vazamento (Qexf) pelo número de conexões.
𝑄𝑒𝑥𝑓
𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥õ𝑒𝑠 𝑒𝑚 (𝑚3 𝑠⁄ )
Com os valores dos indicadores de desempenho calculados, recomenda-se
separá-los em “valores de desempenho”, que variam entre 0 e 4, tal que:
4 – Ótimo
3 – Adequado
2 – Aceitável
1 – Inaceitável
0 – Inoperante
Como o método proposto procura ser flexível, não são indicados para quais
valores numéricos haverá a passagem de um valor para outro. Assim fica por conta
53
do responsável pelo plano de gestão o estabelecimento de fronteiras entre os
valores de desempenho, de maneira que estes espelhem a realidade local.
Também fica por conta do responsável a escolha de quais indicadores de
desempenho deseja utilizar. Isto irá depender não apenas das condições da rede e
dos prováveis motivos para infiltração e vazamento mas também da possibilidade
de aquisição de dados.
Por exemplo, uma rede onde constatou-se que a maioria dos pontos de
infiltração ocorre em conexões a rede principal, o PII7 deve ser avaliado. Quanto a
aquisição de dados, muitas vezes não será possível medir o fluxo em todos os
trechos de uma rede de drenagem, seja por falta de equipamento e de condições
para sua instalação, por isso a rede pode ser avaliada em pequenos trechos ou
como um todo.
Quando se utiliza mais de um indicador de desempenho é aconselhado a
soma ponderada de seus valores. E com o resultado estabelecer quais trechos
serão considerados prioritários e em quais cabe a tomada de ações de
emergência.
4.4 CONSIDERACÕES FINAIS
Há diversas diferenças entre os métodos apresentados anteriormente para a
gestão patrimonial da drenagem urbana, principalmente quanto ao processamento
de dados. É importante salientar que a escolha de um método ou de outro depende
da realidade local, como por exemplo quais dados estão disponíveis para análise.
Quando olhamos pelo lado dos dados necessários para utilizar cada um dos
métodos, é possível perceber semelhanças e diferenças quanto ao tipo de
inspeção e a qualidade dos dados. Todos os métodos necessitam de conhecimento
das características da rede, embora para Aguiar e a APUSS seja necessário
apenas sua descrição geométrica e materiais construtivos enquanto para a ATV-
MERKBLATTES 143-2 necessitamos também de informações quanto ao local
aonde a rede está inserida.
Os indicadores de desempenho da APUSS necessitam de dados de
infiltração e vazamento enquanto os de Aguiar e ATV-MERKBLATTES 143-2
utilizam imagens para avaliar a condição interna da rede de drenagem. Sendo que
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a necessidade de qualidade de imagens destas também varia, uma vez que na
segunda é necessário a avaliação de, por exemplo, a espessura de trincas,
enquanto na primeira a avaliação é feita de maneira subjetiva pelo inspetor.
Há também diferenças quanto a subjetividade da avaliação, no método
proposto por Aguiar a maior parte da classificação de risco depende da opinião do
avaliador. Para a APUSS é necessária a escolha dos indicadores de desempenho,
que dependem de uma avaliação previa da rede, embora após está o método se
torne bastante objetivo. Já a ATV-MERKBLATTES 143-2 dispõe de itens para a
avaliação completa da rede, apresentando itens objetivos para a avaliação de uma
gama enorme de manifestações patológicas, o que faz dela um método que
dependa pouco da opinião dos profissionais envolvidos.
Além da importância dos dados adquiridos e de mecanismos implantados
para seu processamento, existe a necessidade de aferição periódica do
indicadores de risco utilizados. Para isto Cherqui et al (2008) recomenda a consulta
a diversos especialistas, realizando entrevistas e comparando as diversas opiniões
na busca de um consenso quanto a gravidade de diferentes manifestações
patológicas e sua importância para o bom funcionamento do sistema de drenagem.
Outro ponto importante além da análise de patologias é como o plano de
gestão se encaixa dentro da previsão de obras da cidade. Riel et al. (2015) aponta
que a tomada de decisões quanto aos trechos a receberem intervenções muitas
vezes estão relacionados a troca ou reforma de pavimentos, ou ainda a
revitalização de parques e praças.
Assim, fica aparente a necessidade de conhecimento da capacidade local
para a coleta e processamento de dados para a escolha de um método de gestão
da rede de drenagem urbana. E que este deve ser integrado a outras necessidades
da cidade.
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5 CONCLUSÃO
A maioria das redes de drenagem das grandes cidades do mundo se
encontra em situação de deterioração. Isto causa muitos problemas não apenas
operacionais, por não atenderem mais a demanda e causaram inundações, mas
também ambientais, por permitirem a contaminação do solo e proliferação de
agente patogênicos.
Ao analisar os três métodos apresentados para a gestão patrimonial da
drenagem urbana, constatou-se grande diferença nos dados necessários para a
condução de cada um. Enquanto o método proposto por Aguiar e o da normativa
alemã ATV-Merkblattes 143-2 tem uma forte dependência em CCTV ou inspeção
visual, o método da APUSS se limita a dados de estimativa de infiltração e
vazamento.
Outra grande diferença se dá na importância dada aos responsáveis pela
rede, enquanto o método proposto por Aguiar (2012) a avaliação do nível de
degradação da rede é bastante subjetivo, o da ATV-Merkblattes 143-2 necessita
uma avaliação objetiva, com limites bem definidos para cada um dos níveis.
Não foi possível durante a realização deste trabalho o teste dos métodos de
gestão utilizando, sendo este uma sugestão para trabalhos futuros. Estes poderiam
estudar as facilidades e dificuldades na inserção de cada um deles em uma
localidade.
Assim, a escolha entre um deles se deve mais aos dados disponíveis do que
a preferência do responsável pelo sistema de drenagem. Cabendo a cada cidade
selecionar dentre estes o que mais se encaixa a sua realidade.
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6 REFERÊNCIAS
ACI Committee 210 Erosion of concrete in hydraulic structures. ACI 210R-93,
1998
AGUIAR, E. J. Estudos das características técnicas e operacionais das
galerias de águas pluviais como subsídios para gestão patrimonial e
estabelecimento de diretrizes para projetos de sistemas de drenagem urbana.
Belo Horizonte: UFMG, 2012
ALEGRE, H.; COELHO, S. T. Infrastructure asset management of urban water. In:
Water supply system analysis – selected topics. Lisboa: LNEC, 2013. Cap 3.
BUNDESMINISTERIUM FÜR VERKEHR, BAU, UND STADTENTWICKLUNG.
Arbeitshilfen Abwasser: Planung, Bau, und Betrieb von abwassertechnischen
Anlagen in Liegenschaften Bundes. Berlin, 2006
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 8890: Tubos de
concreto de seção circular para aguas pluviais e esgotos sanitários - Requisitos e
métodos de ensaios. Rio de Janeiro, 2008
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 15645: Execução de
esgoto sanitário de águas pluviais utilizando-se tubos e aduelas de concreto. Rio
de Janeiro, 2008
BUTLER, D.; DAVIES, J. W. Urban drainage. 2 ed. London: E & FN Spon, 2000
CÁNOVA, M. F., Patologia e terapia do concreto armado. 1. Ed. São Paulo:
PINI, 1988.
CÁNOVAS, M. F. Patologia e terapia do concreto armado. São Paulo: PINI,
1988
57
CAMPOS, A, R, O. Soluções de reabilitação de sistemas de drenagem de
aguas residuais. Porto: FEUP, 2014
CARDOSO, A.; COELHO, S.T.; ALMEIDA, M. C. APUSS project, Deliverable 9.2,
Infiltration and exfiltration performance indicators: Sewer systems performance
assessment methodology, formulation, computational application and case studies.
Lisboa: LNEC, 2004
CASCUDO, O. O controle da corrosão de armaduras em concreto: inspeção e
técnicas eletroquímicas. Goiânia: Ed. UFG, 1997
CHERQUI, F. et al. CCTV inspection of sewer segments: calibration of
performance indicators based on experts’ opinions. In: 11th international
conference on urban drainage, Edinburgh, 2008
CIGB-ICOLD Reabilitação de barragens e de estruturas anexas: técnica atual e
exemplos. Rio de Janeiro: Criativos, 2000
DAVIES, J. P. et al. Factors influencing the structural deterioration and collapse of
rigid sewer pipes. Urban Water 3, 2001, p.73-89
DE BÉNÉDITTIS J., BERTRAND-KRAJEWSKI J.-L. Infiltration in sewer systems:
comparison of measurement methods. In: Proceedings of the 4th International
conference on "Sewer Processes and Networks", Madeira, Portugal, 22-24
November 2004
GOKHALE, S.; GRAHAM; J. A.; BOWNS, S. Sanitary Sewer Evaluation Surveys:
Why and how. 2005
KEENER, K. M; DUCOSTE, J. J.; HOLT, L. M. Properties influencing fat, oil and
grease deposit formation. In: Water Environment Research 80, 2008 p. 2241-
2246.
58
IKT – INSTITUT FÜR UNTERIRDISCHE INFRASTRUKTUR Wurzeleinwuchs in
Abwasserletungen und Kanäale “Ergänzungsvorhaben”. Gelsenkirchen: IKT,
2007.
ISTT Electromagnetic and Ground Penetrating Radar Location Technologies
Disponível em: <http://www.istt.com/guidelines/ground-pentrating-radar> Acesso
em: 24 out. 2016, 10:30:30.
LINSINGEN, I. v. Fundamentos de sistemas hidráulicos. 3 ed. Florianópolis: Ed.
Da UFSC, 2008.
RIEL, WOUTER. et al. Dicision-making for sewer asset management: theory
and practice. Londres: Taylor & Francis, 2015
RIECKERMANN J. et al. Assessing exfiltration from sewers with dynamic
analysis of tracer experiments. In: Proceedings of the 19th European Junior
Scientist Workshop on "Process Data and Integrated Urban Water Modelling", 11-
14 March 2004, Lyon, France, 8 p.
RIPPER, T.; SOUZA, V. C. M. Patologia, recuperação e reforço de estruturas
de concreto. São Paulo: PINI, 1998.
RUTSCH M., RIECKERMANN J., KREBS P. Quantification of sewer exfiltration -
a review. In: Proceedings of 10th ICUD - International Conference on Urban
Drainage, Copenhagen, Denmark, 21-26 August 2005, 8 p
TUCCI, C. E. M. (org.) Hidrologia: ciência e aplicação. 4 ed. Porto Alegre: Ed. Da
UFRGS, 1997.
