REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/th10241014615
Tafnes Freitas de Oliveira.
Orientadora: Érika Cristina Nogueira Marques Pinheiro
1. INTRODUÇÃO
O Saneamento Básico tem suas diretrizes regulamentadas pela Lei nº 11.445 (BRASIL, 2007), que determina que todos os municípios devem, obrigatoriamente, elaborar e implementar um Plano Municipal de Saneamento Básico. Este plano deve ser fundamentado em quatro eixos essenciais, sendo eles: fornecimento de água, coleta e tratamento de esgoto, limpeza pública e gestão de resíduos sólidos, e drenagem e manejo das águas pluviais. Com base no quarto eixo definido pela lei de saneamento básico, temos a drenagem urbana, que é um conjunto de tubulações destinadas a coletar e dissipar as águas de chuva nas áreas urbanas. Campana e Bernardes (2012) comenta que o escoamento decorrente da precipitação lava ruas, telhados, calhas e demais superfícies, carreia os mais diversos detritos e contaminantes para os corpos receptores através da drenagem existente. O propósito desse sistema é prevenir danos e inconvenientes ao ambiente e aos moradores locais, tais como: contaminação do solo e erosões, deslizamentos de encostas, e problemas como enchentes, enxurradas e congestionamentos de veículos nas vias públicas.
Tucci et al. (2005) comenta que o grande desenvolvimento urbano no Brasil ocorreu no final dos anos 1960 até o final dos anos 1990, quando o país passou de 55% de população urbana para 76%. Esta concentração de população ocorreu principalmente em grandes metrópoles com aumento da poluição e da frequência das inundações em função da impermeabilização e da canalização. Nos últimos anos, o aumento da população urbana ocorre principalmente na periferia das metrópoles, ocupando áreas de mananciais e de risco de inundação e de escorregamento. Este processo descontrolado atua diretamente sobre as inundações pela falta de infraestrutura e da capacidade que o poder público possui para cobrar a legislação.
Neste contexto, delinearam-se os seguintes objetivos como referência central para este estudo: Objetivo geral: analisar a performance e a viabilidade financeira de tubulações PEAD (Polietileno de Alta Densidade) e concreto de rede de drenagem do Condomínio em questão. Os objetivos específicos deste estudo são:
a) Examinar o projeto do sistema de drenagem urbana já implantado na área demarcada; b) Realizar o dimensionamento da rede, utilizando tubulações de PEAD, conforme as orientações obtidas nas fontes bibliográficas; c) Estimar os custos de aquisição e instalação para ambos os sistemas d) Conduzir a análise de desempenho do novo sistema em comparação com o existente, destacando as vantagens e desvantagens do sistema reconfigurado.
A realização deste estudo se baseia na necessidade de se avaliar soluções de drenagem urbana mais eficientes e sustentáveis para a área do Condomínio, em Manaus. Considerando o aumento da impermeabilização das superfícies, a escolha adequada de materiais para redes de drenagem é fundamental para prevenir problemas como enchentes, erosões e deslizamentos, conforme aponta Tucci et al. (2005). Neste contexto, a comparação entre tubulações de PEAD (Polietileno de Alta Densidade) e concreto armado se faz necessária, pois cada material possui características distintas de desempenho e custo. Avaliar qual dessas alternativas é mais eficiente e economicamente viável permitirá que o planejamento urbano adote soluções que contribuam para a melhoria do saneamento básico e da infraestrutura de drenagem em locais vulneráveis.
Além disso, o estudo é relevante devido a aplicação pioneira de tubos PEAD no condomínio em questão, o que justifica uma análise aprofundada do desempenho dessa tecnologia frente à tubulação tradicional de concreto. O aumento da demanda por alternativas que ofereçam maior durabilidade, resistência à corrosão e menor custo de manutenção torna fundamental a comparação técnica e financeira entre os dois sistemas. Dessa forma, os resultados obtidos poderão embasar decisões futuras em projetos de drenagem, não só na cidade de Manaus, mas também em outras localidades que buscam otimizar seus sistemas de manejo de águas pluviais com foco em sustentabilidade e eficiência financeira.
O presente artigo terá como estudo de análise o condomínio de loteamento, localizado no bairro Tarumã-açu, zona oeste da cidade de Manaus, onde tivemos aplicação inovadora do sistema de rede com tubos PEAD e também rede de drenagem convencional com uso de tubo de concreto armado, vale ressaltar que o condomínio foi pioneiro na região a adotar essa tubulação inovadora.
2. METODOLOGIA
A metodologia adotada neste estudo é classificada como qualitativa porque será realizada análise de comportamento hidráulico e estrutural dos tipos de tubulação, considerando fatores como: capacidade de escoamento; resistência à pressão e corrosão; desempenho na instalação dos tubos. E quantitativa porque analisará a viabilidade financeira como: custo de aquisição e transporte de materiais; custos de instalações (necessidade de mão de obra especializada, equipamento, etc.); custos de manutenção ao longo da vida útil do sistema.
No estudo de caso do local será realizado um levantamento específico das condições do local, considerando características geológicas, ambientais e sociais que possam influenciar na escolha do material.
3. RESULTADO E DISCUSSÕES
3.1 Revisão da literatura
3.1.1 Tubos PEAD (Polietileno de Alta Densidade)
O Polietileno de Alta Densidade é um plástico termorrígido obtido do petróleo, reconhecido por sua elevada densidade molecular. Essa característica lhe atribui uma estrutura densa e sólida, garantindo resistência à tração, compressão e flexão.
Segundo Kanaflex (2023), o PEAD é um material dúctil e com excelente resistência ao alongamento na ruptura, o que permite que os tubos fabricados com esse material se deformem com o eventual movimento/acomodação do solo, sem apresentar quebras ou trincas.
O encaixe da tubulação deve ser executado de forma que não danifique a bolsa do material, uma proteção de batente deve ser utilizada, recomenda-se cortar um pedaço de uma ponta de um tubo, aproximadamente 50cm, e utilizála encaixando na bolsa onde a alavanca será realizada, evitando assim contato direto com a bolsa (Marotta, 2022).
3.1.2 Tubos de concreto
Baptista et al., (2015) os tubos de concreto produzido para coleta e transporte das águas pluviais, esgoto sanitário e efluente industriais, usados também em reservatórios, postes, estacas, pilares, assim como as aduelas de concreto utilizadas para a implementação de sistema de drenagem, todos produzidos nesse segmento industrial, são imprescindíveis para o meio ambiente e garantia de qualidade de vida
Os tubos de concreto são peças circulares, fabricadas em concreto e utilizados para diversas finalidades dentro do setor de saneamento e infraestrutura, como: Condução de água pluvial (redes de drenagem); Condução de esgoto sanitário (redes de esgoto); Condução de efluentes industriais; Poços de visita ou inspeção; Galerias técnicas para passagem de pessoas e/ou infraestrutura de cabos e redes de telecomunicação; Pipe jacking (instalação de redes pelo método não destrutivo – MND).
Espera-se que a avaliação ofereça informações coerentes para uma visualização técnica e financeiramente viável entre tubulações de PEAD e
concreto, levando em conta o contexto específico do Condomínio. Os resultados deverão destacar as principais vantagens e desvantagens de cada material, além de uma comparação dos custos associados a cada alternativa.
3.1.3 Dimensionamento das redes
Sistemas de drenagem urbana são planejados para reduzir os impactos das chuvas, principalmente no local de estudo, no qual é conhecido pelo grande quantidade de chuva no período do inverno, garantindo que as águas pluviais sejam escoadas rapidamente. A eficiência desses sistemas depende não apenas do dimensionamento correto, mas também da seleção dos materiais que formam as redes.
Para dar início ao estudo de caso, foi realizado o cálculo da curva IDF (intensidade, duração e frequência) de precipitação da cidade de Manaus e circunvizinhanças, cálculo este obtido por métodos estatísticos, que relacionam a intensidade da precipitação, em mm/h, como demonstra o gráfico na figura a seguir:
Figura 2: Curva IDF da cidade de Manaus.
Fonte: Serviço Geológico do Brasil (2015).
Após colhido os dados da curva IDF, será realizado o cálculo da vazão do local usando a fórmula de vazão de projeto pelo método racional:
Para a determinação do C – coeficiente de escoamento ou ‘run off’ – é necessário o conhecimento da região de estudo, em relação à sua utilização ou tipo de solo.
Tabela 1: valores usuais para coeficiente de escoamento “run off”.
Na área demarcada, conforme a tabela 1, foram estabelecidos os valores de C = 0,8 para áreas de vias públicas (ruas e calçadas). Dessa forma, foram levantados dados das curvas de nível do terreno e os diâmetros das galerias atuais para determinar as áreas de influência sobre cada um dos trechos analisados. A partir dessa análise, foi possível calcular a área de influência acumulada em cada trecho do perfil da galeria estudada neste trabalho. Para obter a área de influência de cada trecho que compõe o sistema, foi utilizado o método de divisão das quadras a partir da bissetriz de cada vértice delas, obtendo a área aproximada de direcionamento das águas pluviais.
3.1.4 Dimensionamento com uso de tubos PEAD
O cálculo das velocidades reais dos trechos segue o método de considerações geométricas proposto por Saatçi (1990), utilizando a Equação de
Manning. Após definir a vazão, inclinação e o diâmetro, calcula-se a constante ‘k’ e o ângulo central ‘Ө’, e em seguida determina-se a área molhada ‘Am’. Com isso, pode-se calcular a velocidade e a profundidade ‘h’, indicador da relação de preenchimento da seção do tubo h/D. No uso desse método, já está implícito nas equações o limite para o preenchimento da seção h/D ≤ 0,85, conforme apontado por diversos autores. As equações são apresentadas a seguir:
A tubulação de Polietileno de Alta Densidade (PEAD) é um material plástico que se destaca pela leveza, resistência à abrasão e alta durabilidade. Em sistemas de drenagem, os tubos de PEAD são conhecidos por sua habilidade de suportar deformações sem romper, além de demandarem menos manutenção ao longo do tempo e também por ter o coeficiente de rugosidade de manning (η) entre 0,009 e 0,011, menor que as tubulações de concreto, havendo menor retenção de resíduos sólidos, afetando diretamente a capacidade de escoamento da tubulação, representada pela seguinte fórmula:
Os tubos de PEAD apresentam elevada resistência estrutural e conseguem suportar pressões significativas. Sua capacidade de suportar pressão depende principalmente da espessura da parede do tubo e do tipo de material utilizado. A classificação dos tubos em termos de pressão é geralmente baseada na:
PN (Pressão Nominal): A pressão máxima que o tubo pode suportar de maneira contínua em condições normais de uso, normalmente medida em bar (1 bar ≈ 0,1 MPa). Os valores típicos de PN para tubos de PEAD podem variar, como:
PN 6: para pressões de até 6 bar;
PN 10: para pressões de até 10 bar;
PN 16: para pressões de até 16 bar.
3.1.5 Vantagens na resistência à pressão:
O PEAD possui uma flexibilidade superior em comparação com materiais como o PVC ou o aço, permitindo que os tubos suportem deformações e se expandam devido à pressão. Sua capacidade de absorver esforços evita a formação de fissuras, especialmente em condições de pressões mais elevadas. tubos de PEAD podem ser utilizados tanto em sistemas de baixa quanto de alta pressão, com ajustes na espessura da parede.
3.1.6 Resistência à Abrasão dos Tubos de PEAD:
Resistência a abrasão: O polietileno de alta densidade (PEAD) apresenta ótima durabilidade à abrasão em comparação a outros materiais empregados na produção de tubulações para uso em infraestrutura. (Kanaflex, 2023)
Para verificar essa característica, foi criado um procedimento de teste, conhecido como Ensaio de Abrasão de Darmstadt, como demonstra a figura 3:
Figura 3: Gráfico da resistência a abrasão do tubo PEAD.
Fonte: Kanaflex, 2023.
O desempenho dos tubos de PEAD (Polietileno de Alta Densidade) durante a instalação é destacado por diversos motivos, devido às suas propriedades físicas e mecânicas. Suas característica são: Facilidade de Transporte e Manuseio: leveza, flexibilidade; conexão e soldagem com uso de pasta lubrificante.
Por sua vez, as tubulações de concreto, amplamente utilizadas em sistemas de drenagem, são conhecidas por sua elevada resistência estrutural e capacidade de suportar grandes cargas. Algumas vantagens das tubulações de concreto incluem: alta durabilidade e resistência mecânica, maior capacidade de suportar variações térmicas e impactos, vida útil prolongada em condições ideais. A categoria de resistência aponta a quantidade de peso suportada pela tubulação, ou seja, sua capacidade estrutural; quanto maior for essa categoria, maior será a carga que a tubulação suportará após ser instalada na obra. A categoria dos tubos é representada por uma abreviação formada por uma letra e um número. Esse número não indica a quantidade ou tipo de reforço de aço presente dentro do tubo, uma vez que cada fabricante pode produzir uma tubulação com reforços diferentes e ainda alcançar a mesma categoria de resistência. Tubos de concreto destinados à condução de água pluvial demonstrado no quadro 1 abaixo: Com armação: PA1, PA2, PA3, PA4.
Quadro 1: Relação de tubos de concretos e suas respectivas força.
Fonte: ABTC (Associação Brasileira dos Fabricantes de Tubos de Concreto).
3.1.7 Estudo de caso.
A obra em questão é realizada na zona oeste de Manaus, situada no bairro Tarumã-açu, como mostra a figura 3, e compreende um condomínio de lotes. A área em que se encontra a obra é uma região com um potencial de desenvolvimento muito grande, podendo levar em consideração a proximidade do aeroporto, e também por se encontrar próximo do maior dos pontos turísticos de Manaus(Praia da Ponta Negra). A figura 4 nos apresenta o projeto de drenagem do local.
Figura 3: Vista aérea do Condomínio: hachurado em amarelo.
Fonte: Google Earth, 2024.
Figura 4: Planta da rede de Drenagem: treco de estudo hachurado em amarelo.
Fonte: Projeto de drenagem do condomínio.
Obtido todos os dados do dimensionamento do trecho da rede de drenagem com tubos PEAD e tubos de concreto, através de cálculos e métodos específicos, será feito a comparação de viabilidade financeira usando ambos tubos no trecho especificado. Durante o dimensionamento, são aplicados os ajustes nas inclinações, assim como as velocidades são controladas dentro dos limites mínimo e máximo, com o objetivo de alcançar as menores profundidades de escavação possíveis como apresentados nas tabelas 2 e 3.
Dimensionamento da Rede com tubo de concreto:
A comparação de custos busca trazer conhecimento de qual o material menos oneroso, mas que obtenha grande qualidade e ótima vida útil à rede de drenagem. Os dados a seguir foram obtidos, com base no SINAPI, (Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil) através do empreiteiro responsável pela execução do serviço:
Os resultados do levantamento orçamentário realizado em setembro de 2024 estão apresentados na tabela 4 a seguir:
Vale ressaltar que, para o trecho da rede em questão, os valores para aquisição de tubos PEAD com o diâmetro pedido em projeto, será 13,75% menor.
Para a realização da escavação, conforme figura 5 e 6, reaterro, compactação e auxílio no assentamento do tubo, as tabelas 5 e 6 demonstrará o orçamento de maquinários:
Por sua vez, o uso de maquinários em questão com a rede com tubos PEAD, demandará um menor tempo de uso já que serão 4 dias de uso comparado à 7 de dias com tubo de concreto, tendo assim uma economia de 43% no valor do aluguel.
Insumos, conforme demonstra nas figuras 7 e 8, usados para o orçamento na tabela 7 de assentamento e conexão de tubos:
O valor de insumos para uso com ambos em termo de comparação terá os materiais necessário para o tubo PEAD obtendo grande economia em comparação aos tubos de concreto.
De acordo com as figuras 9 e 10, que apresentam a mão de obra usada para a execução da rede de drenagem para realizar o Levantamento orçamentário da mão de obra adequada na tabela 8:
Os valores de mão de obra tubo de concreto obtém leve economia.
Das tabelas anteriores, verifica-se que o fornecimento e a instalação de tubos de PEAD são mais econômicos, quando somados todos os parâmetros, terá 11% de economia em comparação aos tubos de concreto.
3.1.8 Quanto a manutenção dos tubos PEAD
Os tubos de PEAD têm alta resistência à corrosão, o que os torna menos vulneráveis a problemas causados por substâncias químicas e agressivas presentes no solo e na água, como ácidos ou poluentes. Além disso, são flexíveis, o que lhes confere uma capacidade natural de suportar deslocamentos e acomodações do terreno. Isso reduz significativamente a necessidade de reparos estruturais durante sua vida útil.
A manutenção dos tubos de PEAD costuma ser simples e menos frequente, com intervenções ocasionais para limpeza e desobstrução. Outro benefício relevante é sua longa durabilidade, estimada em até 50 anos ou mais, o que diminui a frequência de substituições.
3.1.9 Quanto a manutenção dos tubos de concreto armado
Os tubos de concreto armado, por sua vez, são amplamente utilizados em sistemas de drenagem por sua robustez e resistência mecânica, especialmente em grandes diâmetros e profundidades. No entanto, o concreto armado é suscetível à corrosão do aço em seu interior, caso não haja um tratamento adequado contra agentes corrosivos presentes no ambiente, como águas ácidas e contaminantes. Isso pode gerar um aumento nos custos de manutenção ao longo do tempo, principalmente em ambientes mais agressivos.
Além disso, os tubos de concreto armado podem sofrer infiltrações de água nas juntas, exigindo manutenções mais frequentes para prevenir vazamentos ou danos estruturais. Em comparação ao PEAD, os reparos e substituições de trechos danificados podem ser mais complicados e caros, devido ao peso e à rigidez do material.
Por outro lado, os tubos de concreto apresentam custos iniciais mais baixos de aquisição e instalação, sendo uma escolha economicamente mais viável em projetos de curto prazo ou quando os fatores de agressividade do ambiente não são críticos.
4. Considerações finais
Esta pesquisa comparativa examinou o uso de dois tipos diferentes de materiais para a implementação de uma rede de escoamento de águas pluviais em uma construção de um condomínio fechado realizada na cidade de Manaus.
Apesar de ter usado tubo de concreto no trecho especificado, o artigo demonstrou que o projeto utilizando tubos PEAD apresentou eficiência hidráulica superior, com o melhor desempenho de escoamento devido sua parede interna ter baixa rugosidade. Em relação à viabilidade econômica, evidenciou-se que o custo final da execução do trecho apresentado utilizando tubos PEAD seria inferior ao custo da rede com tubo de concreto.
Portanto, ficou constatado que a utilização dos tubos em PEAD para drenagem pluvial é uma solução construtiva e viável economicamente.
Como indicação para pesquisas futuras, propõe-se o dimensionamento de uma bacia com sistema de drenagem pluvial inexistente, para que se já analisando o tempo de concentração ao utilizar tubos em PEAD. É proposto a realização de um orçamento analítico para este tipo de obra, considerando que o SINAPI apresenta valores médios para o Amazonas, podendo assim, conter fornecedores com custos mais acessíveis, tornando viável a utilização de tubos de PEAD para obras de microdrenagem e macrodrenagem.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DOS FABRICANTES DE TUBOS DECONCRETOwww.abtc.com.br/tubos-e-aduelas
BAPTISTA, André Luis de Brito; BICALHO, Luiz de Araujo; MAGNAGO, Roberto de Oliveira. Produção de tubos de concreto por centrifugação. Cadernos UniFOA, Volta Redonda, n. 27, p. 33-44, abr. 2015.
CAMPANA, Nestor Aldo; BERNARDES, Ricardo Silveira. Qualidade do escoamento na rede de drenagem pluvial urbana: a situação de Brasília-DF. Revista de Gestão de Água da América Latina, v. 7, p. 53-65, 2010.
CARDOSO, Albert Teixeira; PICKBRENNER, Karine; PINTO, Eber José de Andrade.
Atlas pluviométrico do Brasil; equações intensidade-duração-frequência(desagregação de precipitações diárias): estação pluviométrica Manaus; códigos
00360000 (ANA) e 82331(INMET); município Manaus, AM. Goiânia: Serviço Geológico do Brasil – CPRM, 2015. Programa de Gestão de Riscos e Resposta a Desastres. Informações de Alerta de Cheias e Inundações.
DrenPro – ADSTigre Brasil
FLORÊNCIO, Guilherme Matos. Comparativo de desempenho e viabilidade econômica entre tubulações de PEAD e concreto para sistemas de drenagem pluvial–estudo de caso. 2016.
Instruções Técnicas Projetos De Drenagem – 1ª. Versão _(1_) [19n05wogxp4v] (idoc.pub).
Kanaflex Brasil – Gestão da Qualidade
Lei Federal Nº 11.445, de 5 de janeiro de 2007.
MAROTTA, Tomás Silvestrini. Drenagem pluvial: tubos de PEAD versus tubos de concreto. 2022.nov/dec. 1990.
Pipes. ASCE Journal of Environmental Engineering, vol. 116, n. 6, p. 12021208.
Repositório Institucional deGeociênciashttps://rigeo.sgb.gov.br/handle/doc/23586
SAATÇI, A, Velocity and Depth of Flow Calculations in Partially Filled
TUCCI, Carlos EM. “Drenagem urbana.” Ciência e cultura 55.4 (2003): 36-37