XII Simposio Iberoamericano sobre planificacin de sistemas de abastecimiento y drenaje

Marco Aurlio Holanda de Castro (1), Erlandson de Vasconcelos Queiroz (2)

(1) (2) Campus do Pici, Bloco 713, Fortaleza-CE CEP: 60455-760 - Tel: +55 (85) 3366-9492 - e-mail:

marco@ufc.br; erlandsonqueiroz@gmail.com, erlandson_00@hotmail.com

RESUMO

De acordo com a constituio brasileira, dever do governo municipal prover a populao com servios

adequados de saneamento. Isso implica que o municpio deve arcar com custos na implementao de obras

para abastecimento de gua e esgoto, sistemas de drenagem de guas pluviais e coleta de lixo. A partir disto,

tem-se a necessidade de sistemas mais eficientes e mais baratos para execuo bem como para

monitoramento. Em engenharia, quando se fala em sistema bem executado, normalmente, tem-se em mente

um projeto cuja obra tenha sido bem feita. No entanto, a fase de projeto nas obras exerce uma funo

fundamental no resultado final do trabalho. A execuo correta de um conjunto incoerente ou mal elaborado

de projetos, certamente, resultar num produto de baixa qualidade, cheio de defeitos e, eventualmente,

elevados custos de manuteno. Por essa razo, os processos de execuo e avaliao de projetos tem se

tornado cada vez mais criteriosos. Nesse contexto, e em funo da crescente inovao tecnolgica, torna-se

cdigo aberto. Isto permite que o programa seja alterado para atender as diversas necessidades dos usurios.

Este projeto consiste em usar esse programa de geoprocessamento, para desenvolver um software de traado

e dimensionamento de redes de esgoto (UFC12).

Palavras chave: Geoprocessamento, redes coletoras de esgoto, SIG livre.

ABSTRACT

According to the constitution, it is a municipal government duty to provide the population with adequate

sanitation services. That implies that the municipality should bear costs on the implementation of

engineering solutions for water supply and sewage systems, storm water drainage and garbage collection.

Therefore, there is a need for cheaper and more efficient systems for its execution and monitoring. The

design phase has a key role on the final result of the engineering works. The correct execution of a poorly

prepared set of projects will certainly lead to a defective, low quality product and, eventually, with high

maintenance costs. For this reason, the implementation and evaluation process need to be increasingly more

accurate. Due to the increasing technological innovation, the GIS (Geographic Information System)

technologies have become more common. These technological GIS based solutions, allow the monitoring

and management of natural resources, allowing the information to be used in future projects. The GIS allows

the information storage by creating databases that can be remotely accessed, facilitating the resources

monitoring and assisting in decision-

notoriety for being an open source program. This allows the program to be changed to meet the user needs.

This project consists in using this software to develop a module for sewerage design (UFC 12).

Key words: Geoprocessing, sewerage, free GIS.

SOBRE O AUTOR PRINCIPAL

Marco Aurlio Holanda de Castro. Engenheiro Civil pela Universidade de Brasli. MSc em Engenharia

Civil pela Universityof New Hampshire EUA. PhD em Engenharia pela DrexelUniversity EUA.

Professor Titular do Depto. de Engenharia Hidrulica e Ambiental da Universidade Federal do Cear

mailto:marco@ufc.brmailto:erlandsonqueiroz@gmail.commailto:erlandson_00@hotmail.com

INTRODUO

No atual contexto da engenharia, a utilizao de

softwares no auxlio de desenvolvimento de projetos

tornou-se indispensvel. Mtodos e processos que

levavam dias para serem executados e testados, hoje,

com as tcnicas computacionais podem ser

resolvidos em questo de segundos. A manipulao

de dados geogrficos devia ser feita com utilizao

de mapas e outros documentos cartogrficos, que,

por vezes continham dados extremante defasados ou

incompatveis com outros mapas.

As ferramentas computacionais desenvolvidas para a

realizao das anlises de informaes geogrficas

recebem o nome de Sistemas de Informao

Geogrfica (SIG). Com estas ferramentas possvel

fazer a integrao dos dados obtidos por diversas

fontes, criando um banco de dados georreferenciado.

Aliando estas ferramentas a diversos mtodos

computacionais existentes, possvel criar softwares

que possam automatizar o desenvolvimento de

projetos de engenharia, gerando grande economia de

tempo com resultados extremamente precisos.

Com o advento dos SIG's, nasce tambm a

necessidade, principalmente para fins acadmicos,

de um software SIG com contedo gratuito e de

cdigo livre. O gvSIG um software livre de cdigo

aberto desenvolvido Conselleria d'Infraestructures i

Transports (CIT) sob a licena GNU GPL. O

programa permite a utilizao de uma linguagem

computacional para modificao dos cdigos

originais, disponibilizando todos os cdigos criados

para o sistema.

O presente trabalho relata a tentativa de utilizar o

gvSIG como ferramenta suporte para criao de um

programa que permita o traado e dimensionamento

de uma rede coletora de esgoto sanitrio. No projeto,

foi utilizado um ambiente de desenvolvimento na

linguagem JAVA para executar os cdigos gerados

para gvSIG, incluindo os cdigos da framework

SEXTANTE que traz diversas ferramentas de

processamento de dados espaciais.

O trabalho pode ser desenvolvido em duas partes.

Numa primeira etapa, so escolhidos os modelos

adotados para a construo da rede, mtodos de

traado, dimensionamento e correo da rede,

modelos de tubos e rgos acessrios. Na segunda

parte, tem-se a criao do ambiente de trabalho

(workspace) com a gerao do programa com os

cdigos originais e a criao em JAVA das guias de

interface do usurio. Nesta parte, so desenvolvidas

todas as janelas e mtodos computacionais

referentes linguagem adotada.

BASE TERICA

A norma brasileira NBR 9648 (ABNT, 1986b)

estabelece algumas definies a respeitodo esgoto

sanitrio, entre estas definies, tem-se:

Esgoto sanitrio: "Despejo lquido constitudo de esgotos domstico e

industrial, guade infiltrao e a

contribuio pluvial parasitria."

Esgoto domstico: "Despejo lquido resultante do uso da gua para higiene e

necessidadesfisiolgicas humanas."

Esgoto industrial: "Despejo lquido resultante dos processos industriais,

respeitados ospadres de lanamento

estabelecidos."

gua de infiltrao: "Toda gua, proveniente do subsolo, indesejvel ao

sistema separador e que penetra nas

canalizaes."

Contribuio pluvial parasitria: "Parcela de deflvio superficial inevitavelmente

absorvida pela rede coletora de esgoto

sanitrio."

Destas contribuies, para projeto, uma das mais

relevantes a contribuio de esgotos domsticos.

Diversos fatores determinam a contribuio

domstica para esgoto, Sobrinho e Tsutiya (2000)

listaram os seguintesfatores:

Populao da rea de projeto;

Contribuio per capita;

Coeficiente de retorno esgoto/gua;

Coeficientes de variao de vazo.

Considerando estes parmetros, a contribuio de

vazo domstica (Qd) pode ser expressapela

equao:

400.86

.. qPCQd (1)

Onde: C = coeficiente de retorno;

P = populao de projeto;

Q = consumo per capita de agua.

O sistema de traado e dimensionamento de redes de

esgoto sanitrio (UFC12) feito para sistema

separador absoluto seguindo as recomendaes da

norma NBR 9649. A rede coletora de esgoto

sanitrio o subsistema responsvel pela coleta e

transporte do esgoto sanitrio, bem como

dispositivos para inspeo e/ou limpeza.

Determinam uma rede de fluxo com escoamento

permanenteuniforme onde o movimento dado por

ao gravitacional. Compreende as ligaes

prediais,coletores de esgoto e rgos acessrios.

Segundo as definies da NBR 9649 (ABNT,

1986b),tem-se:

Ligao predial: Trecho do coletor predial compreendido entre o limite do terreno e

ocoletor de esgoto;

Coletor de esgoto: Tubulao da rede coletora que recebe contribuio de esgoto

doscoletores prediais em qualquer ponto ao

longo de seu comprimento;

Coletor principal: Coletor de esgoto de maior extenso dentro de uma mesma bacia.

Coletor tronco: Tubulao da rede coletora que recebe apenas contribuio de esgoto

deoutros coletores.

rgos acessrios: Dispositivos fixos desprovidos de equipamentos mecnicos.

Podemser: poos de visita (PV), tubos de

inspeo e limpeza (TIL), terminais de

limpeza (TL) ecaixas de passagem (CP)

O sistema para traado deve ser capaz de interpretar

todos estes aspectos de uma rede de coleta de esgoto

sanitrio, bem como realizar o dimensiomento

hidrulico das tubulaes.

O GVSIG

O software gvSIG foi criado com intuito de ser um

programa livre de cdigo aberto de tecnologia SIG

que permitisse o trabalho de dados com informaes

geogrficas. Por ter sido desenvolvido em JAVA, o

programa oferece uma alta portabilidade, podendo

ser executado em ambientes Windows, Linux e

MAC OS X. O software encontra-se disponvel em

diversos idiomas, incluindo o portugus.

Diferente de outras tecnologias CAD, os SIG

permitem o trabalho de imagens georreferenciadas

em diversos sistemas de projeo. Os Sistemas de

informao Geogrfica so utilizados em diversas

reas, pois permitem a criao de bancos de dados

que disponibilizam as informaes de seus

elementos, sendo ideal para desenvolvimento de

projetos, planejamento territorial, modelagem,

avaliao de riscos, monitoramento e logstica.

O programa trabalha, disponibilizando seus

elementos em camadas com tabelas de atributos

associadas a seus elementos. Para cada entidade

criada, um conjunto de dados associado,

permitindo o controle de vrias caractersticas de um

projeto em diversos nveis. Segue a imagem do

programa gvSIG com um mapa contendo vrios

elementos em camadas e seus atributos

Figura 1. Mapa no gvSIG com camadas e

tabela de atributos

METODOLOGIA

Para o traado de redes coletoras de esgoto, foi

desenvolvida a extenso UFC12, em JAVA para

gvSIG. Suas ferramentas funcionam para gvSIG

1.10 ou verses superiores e permitem o traado e

visualizao de redes de esgotamento sanitrio, bem

como da instalao de rgos acessrios a rede

como poos de visita e terminais de limpeza

A extenso, permite a automatizao do traado da

rede, reduzindo ao mnimo a quantidade de

parmetros necessrios para a alocao dos tubos

coletores e demais rgos. De posse de alguns

arquivos e dados que devem ser obtidos em estudos

preliminares como arquivo de curvas de nvel e

arruamento, assim como estudos de demanda de

gua e populao da regio estudada. O sistema faz

ainda, interface com o programa UFC9 utilizado

para dimensionamento e clculo de custos da

instalao da rede.

Para os dados de elevao na rede utilizados pelo

sistema, o programa necessita de um arquivo de

curvas de nvel. Com as curvas de nvel, o sistema

faz o clculo das cotas em cada ponto atravs de

interpolao. Pode ser adicionado tambm, um

arquivo de arruamento em formato vetorial ou raster

para informao do posicionamento da rede na

regio. Segue a imagem de um mapa vetorial de

arruamento com curvas de nvel em Acara - CE.

Figura 2. Mapa com arruamento e curvas de

nvel

TUBOS COLETORES

Na rede de coleta de esgoto, os tubos do sistema

devem funcionar como condutos livres. Nestes, a

lmina d'gua est em contato com o ar atmosfrico,

resultando numa presso nula. O fluxo de gua

promovido pela ao da gravidade, sendo necessrio

o assentamento do tubo com declividades positivas

ao longo da rede. Os tubos iniciam com vazo nula,

e recebem contribuies ao longo da rede.

Os dados dos tubos precisam ser definidos

inicialmente, como um valor inicial para os dados da

rede. Dados como material, dimetro, tipo de rede e

recobrimento mnimo do tubo devem ser definidos

na ferramenta Default do sistema. A ferramenta

disponibiliza diversos materiais, com seus dimetros

disponveis. O coeficiente de Manning pode ser

definido para o tubo, sendo disponibilizado

inicialmente os valores para cada material de acordo

com a literatura. Os materiais disponveis para tubos

so: PVC, cimento-amianto, tubo cermico, ferro

fundido, concreto, ao soldado e polister/RPVC,

com dimetros comerciais de 100mm a 2000mm.

Segue a imagem com a janela Default com as opes

disponveis.

Figura 3. Opes de configurao de tubos

coletores

No traado do coletor, o sistema calcula as cotas de

montante e jusante do terreno, posicionando o tubo

na cota relativa ao recobrimento adotado. A uma

certa distncia de atendimento das casas, definida

pelo usurio, o sistema calcula as cotas em vrios

pontos para determinar o ponto mais baixo no trecho

e verificar se a casa no ponto crtico atende as

condies de declividade do tubo de ligao. O tubo

possui em sua tabela de atributos todas as

informaes necessrias para seu dimensionamento

como: cotas, dimetro, comprimento, declividade e

rugosidade manning. Segue a ilustrao de um

trecho de tubulao traada com o sistema.

Figura 4. Tubo no sistema UFC12

RGOS ACESSRIOS DA REDE

Segundo a norma NBR 9649, deve ser instalado um

poo de visita (PV) em cada ponto singular da rede,

ou seja: incio de coletores, mudanas de direo, de

declividade, de dimetro e de material, na reunio de

coletores e onde h degraus. Os poos de visita so

cmaras visitveis cujo objetivo a execuo de

trabalhos de manuteno.

Em substituio aos poos de visita, existem outros

rgos acessrios que podem ser utilizados em casos

especficos. A caixa de passagem (CP) pode ser

utilizada nas mudanas de direo, dimetro,

declividade e material, quando no existe degrau e

as condies de acesso ao equipamentos de limpeza

jusante sejam garantidas. Os terminais de limpeza

(TL) podem ser utilizados em substituio aos poos