TÉCNICAS DE INSPECÇÃO E ENSAIOS DE COLECTORES DE ÁGUAS RESIDUAIS Análise de resultados obtidos por inspecção CCTV Pedro André Fonseca Garez Gomes Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Prof. Doutor António Alexandre Trigo Teixeira Orientador: Prof a . Doutora Filipa Maria Santos Ferreira Orientador: Prof. Doutor Vítor Faria e Sousa Vogal: Prof. Doutor José Manuel de Saldanha Gonçalves Matos Vogal: Eng. João Manuel Belo Marçal dos Santos e Silva Julho de 2013
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TÉCNICAS DE INSPECÇÃO E ENSAIOS DE COLECTORES DE ÁGUAS
RESIDUAIS
Análise de resultados obtidos por inspecção CCTV
Pedro André Fonseca Garez Gomes
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Prof. Doutor António Alexandre Trigo Teixeira Orientador: Profa. Doutora Filipa Maria Santos Ferreira
Orientador: Prof. Doutor Vítor Faria e Sousa Vogal: Prof. Doutor José Manuel de Saldanha Gonçalves Matos
Vogal: Eng. João Manuel Belo Marçal dos Santos e Silva
Julho de 2013
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Agradecimentos Finalizada mais uma etapa muito importante na minha vida, quero expressar o meu profundo agradecimento a
todos aqueles que directa ou indirectamente contribuíram para o meu sucesso.
Aos professores Filipa Ferreira e Vítor Sousa, orientadores da presente dissertação, agradeço por terem
acreditado em mim e pelo apoio e incentivo demonstrados ao longo do último ano. Sem os seus
conhecimentos, dedicação, simpatia e disponibilidade, a elaboração da presente dissertação não teria sido
possível.
Ao meu colega e grande amigo José Miguel Lourenço, agradeço os momentos passados ao longo de todo o
curso. Agradeço ainda toda a ajuda mútua e companheirismo, fundamentais na elaboração da presente
dissertação.
À Engª. Cátia Gomes, agradeço pela disponibilidade e por toda a ajuda que me facultou principalmente no
acompanhamento de inspecções CCTV aos emissários da SANEST, S.A.
À Engª. Conceição Granger e ao Eng. Hélder Caetano, agradeço pelo apoio e ajuda na recolha de informação
cadastral sobre o Sistema de Drenagem da Sanest, S.A.
À empresa Sanest, S.A., agradeço pelo fornecimento dos dados de inspecções CCTV de alguns dos emissários
que compões o sistema da drenagem.
A toda a minha família, com especial destaque para os meus pais e os meus irmãos, agradeço por todos os
sacrifícios, por terem sempre acreditado em mim, pelo interesse demonstrado ao longo do meu percurso
académico e por estarem sempre presentes, nos bons e maus momentos.
Aos meus amigos, em particular a Liliana Páscoa, a Catarina Lopes, a Rita Amaral, a Rute Pedro, a Ana Ferraz, a
Joana Pisoeiro, o Nuno Gonçalves, o João Amaral, o José Lourenço, o Vasco Raio, o Roberto Feijóo, o Francisco
Nunes, o Miguel Silva, o Manuel Mello, o Daniel Neves, o João Ângelo, o João Rocha, o João Pimentel e o João
Gil, por toda a amizade e carinho. Graças a eles, as memórias vividas nos últimos anos acompanhar-me-ão para
o resto da minha vida.
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Resumo Entre os requisitos estabelecidos na ISO 24511:2007 para a gestão patrimonial de sistemas de drenagem,
destaca-se a aferição da respectiva condição. Este é um aspecto central em todo o processo de tomada de
decisão neste âmbito, especialmente com o envelhecimento progressivo das infra-estruturas que compõem os
sistemas de drenagem e a necessidade de aplicar conscienciosamente os recursos limitados, de forma a
assegurar as exigências crescentes por parte das entidades legisladoras/reguladoras e do público em geral.
Na generalidade dos casos, a aferição da condição dos sistemas de drenagem é efectuada recorrendo a
inspecções CCTV (Closed-Circuit Television) para visualizar e identificar as anomalias existentes e protocolos
para codificar e ponderar a importância das anomalias observadas. Para além das simplificações e limitações
inerentes a esta solução, existem ainda outras fontes de incerteza no processo, nomeadamente aspectos
relacionados com inspector e com o protocolo utilizado. Pretende-se com este trabalho contribuir para
quantificar a incerteza nas inspecções CCTV.
Na presente dissertação são revistas as principais variantes tecnológicas de inspecção CCTV e comparados
diferentes protocolos para classificação e ponderação das anomalias. Apresenta-se ainda a análise estatística
da incerteza decorrente do inspector, em particular aspectos relacionados com a capacidade de identificar as
anomalias, e do protocolo, designadamente para o grau de condição estimado, com base nos resultados das
campanhas de inspecção periódica que a SANEST, S.A., tem vindo a realizar. Para o efeito utilizam-se os
resultados das inspecções efectuadas nos emissários de Caparide, Castelhana, Marianas e Sassoeiros.
A presente dissertação permitiu concluir que a incerteza decorrente do inspector na identificação de anomalias
é significativa. No caso de estudo, cerca de 56% das anomalias estruturais não são detectadas em inspecções
posteriores. No entanto, existe pouca repercussão da incerteza na aferição da condição dos colectores através
dos protocolos WRc e NRC. Relativamente à incerteza do protocolo, as análises efectuadas na presente
dissertação mostram que o protocolo WRc tem tendência a atribuir, geralmente, classificações mais severas do
que o protocolo NRC.
PALAVRAS-CHAVE: Condição de colectores; Gestão patrimonial; Inspecção CCTV; Protocolos de inspecção;
Sistemas de drenagem.
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Abstract Among the requirements of ISO 24511:2007 for the asset management of drainage systems, there is the
condition assessment. This is a central aspect in the whole process of decision making in this area, especially
with the progressive aging of the infrastructure that make up the drainage systems and the need to
conscientiously apply the limited resources, to ensure the growing demands on the part of entities legislators /
regulators and the general public.
In most cases, evaluating the condition of drainage systems means inspecting using CCTV (Closed-Circuit
Television) and applying protocols to encode and classify the anomalies observed according to its severity. In
addition to the simplifications and constraints underlying this solution, there are other sources of uncertainty
in the process, particularly aspects regarding the operator who carries out the inspection and also the protocol
used in the inspections. The aim of this study was to contribute to quantify the uncertainty in CCTV inspections.
In this thesis, the major CCTV technological variants are reviewed, as well as different protocols are compared
for classification and weighting of the anomalies. This thesis also presents the statistical analysis of the
uncertainty arising from operator, particularly aspects of the ability to identify all of the anomalies and the
application of protocols to estimate the degree of condition, based on the campaign results of periodic
inspections that SANEST,S.A. has made to the emissaries of Caparide, Castelhana, Marianas and Sassoeiros.
This dissertation showed that the uncertainty arising from the inspector to identify anomalies is significant. In
the case study, about 56% of structural defects are not detected in subsequent inspections. However, there is
little effect of the uncertainty in assigning the status of collectors through the protocols WRc and NRC. Another
important aspect was the uncertainty of the protocol, the analyzes in this dissertation show that the WRc
protocol has a tendency to assign more severe ratings than the NRC protocol.
2.2 CONCEITO DE GESTÃO PATRIMONIAL ................................................................................................ 6
2.3 ESTRATÉGIAS DE GESTÃO PATRIMONIAL ............................................................................................ 8
2.4 METODOLOGIA DE GESTÃO PATRIMONIAL ....................................................................................... 10
2.4.1 NOTA INTRODUTÓRIA ..................................................................................................................................... 10
2.4.2 INVENTARIAÇÃO DA INFRA-ESTRUTURA .............................................................................................................. 11
2.4.3 AFERIÇÃO DO RISCO DE FALHA DO SISTEMA .......................................................................................................... 12
2.4.5 TÉCNICAS DE INSPECÇÃO ................................................................................................................................. 14
2.4.6 AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO ESTRUTURAL E FUNCIONAL DAS INFRA-ESTRUTURAS .......................................................... 15
2.4.7 REABILITAÇÃO E FREQUÊNCIA DE FUTURAS INSPECÇÕES ......................................................................................... 16
CAPÍTULO 3 - TÉCNICAS DE INSPECÇÃO................................................................................................. 17
3.1 TIPOLOGIA DE TÉCNICAS DE INSPECÇÃO ........................................................................................... 17
3.2 TELEVISÃO DE CIRCUITO FECHADO ................................................................................................. 18
3.2.1 SISTEMA ESTACIONÁRIO .................................................................................................................................. 19
3.7.1 SISTEMA PIRAT ............................................................................................................................................ 36
3.7.2 SISTEMA KARO ............................................................................................................................................ 37
3.7.3 SISTEMA SAM .............................................................................................................................................. 37
3.7.4 SISTEMA SSET .............................................................................................................................................. 38
3.8 ADOPÇÃO DE OUTRAS TÉCNICAS INSPECÇÕES FACE À TRADICIONAL INSPECÇÃO POR CTTV ............................ 39
CAPÍTULO 4 - MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA INFRA-ESTRUTURA .................................................................. 41
4.2 PROTOCOLOS DE INSPECÇÃO ........................................................................................................ 41
4.2.1 NOTA INTRODUTÓRIA ..................................................................................................................................... 41
4.2.2 PROTOCOLO DE INSPECÇÃO PARA CODIFICAÇÃO DE ANOMALIAS - NORMA EUROPEIA EN 13508-2 ............................... 45
4.2.3 DESCRIÇÃO GERAL DA ESTRUTURA DOS PROTOCOLOS DE INSPECÇÃO PARA CLASSIFICAÇÃO DE ANOMALIAS ....................... 48
4.2.4 PROTOCOLO DE INSPECÇÃO DO WATER RESEARCH CENTER (WRC) ......................................................................... 50
4.2.5 PROTOCOLO DE INSPECÇÃO DO NATIONAL RESEARCH COUNCIL OF CANADA (NRC) .................................................... 55
CAPÍTULO 5 – METODOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS PROTOCOLOS WRC E NRC................................................ 59
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Índice de figuras FIGURA 2.1 - ESTRATÉGIAS DE GESTÃO PATRIMONIAL (MEHLE ET AL. (2001)). ...................................................................... 9
FIGURA 2.2 - ESQUEMA DAS ETAPAS DE GESTÃO DA INFRA-ESTRUTURA (ADAPTADA DE MCDONALD E ZHAO (2001)). .............. 11
FIGURA 3.1 - SISTEMA MÓVEL DE INSPECÇÃO CCTV ROVVER 225 (SEWERTECHNOLOGIESINC, 2012). .............................. 20
FIGURA 3.2 – A) INSPECÇÃO COM RECUSO A TÉCNICA LASER (REDZONE-ROBOTICS, 2012) B)OBTENÇÃO DO PERFIL DO COLECTOR
ATRAVÉS DA TÉCNICA LASER (TRENCHLESSAUSTRALASIA, 2012). ............................................................................... 21
FIGURA 3.3 - SISTEMA SAHARA® (ADAPTADA DE USEPA (2012)). ..................................................................................... 23
FIGURA 3.4 - SISTEMA AET (ADAPTADA DE BENGTSSON ET AL. (2005)). .......................................................................... 25
FIGURA 3.5 - EQUIPAMENTO DE INSPECÇÃO POR ULTRA-SONS (HYDROMAXUSA, 2003)..................................................... 26
FIGURA 3.6 - ESQUEMA DO SISTEMA FELL 41 (ADAPTADA DE PIPELINE SERVICES PTE LTD (2013)). ................................... 28
FIGURA 3.7 - ESQUEMA DO MÉTODO DE DETECÇÃO DE FUGA DE FLUXO MAGNÉTICO (ADAPTADA DE USEPA (2012)). .................. 29
FIGURA 3.8 - SISTEMA RFEC ( ADAPTADA DE USEPA (2012)). ......................................................................................... 31
FIGURA 3.9 - INPECÇÃO POR TERMOGRAFIA POR INFRA-VERMELHOS (ADAPTADA DE PRISTINEHOMEINSPECTIONS (2012)). ... 32
FIGURA 3.10 - A)ANTENAS DE 100MHZ NÃO BLINDADAS DO PULSEEKKO IV B) CONSOLA DE CONTROLO E RESPECTIVO LAPTOP.
(GRANGEIA E MATIAS, 2004) ................................................................................................................................. 33
FIGURA 3.11 - ESQUEMA DO SISTEMA DE REGISTO GAMMA-GAMMA (ADAPTADA DE USEPA (2010)). ..................................... 35
FIGURA 3.12 - SISTEMA PIRAT (KIRKHAM ET AL., 2000). .............................................................................................. 37
FIGURA 3.13 - SISTEMA KARO (KUNTZE E HAFFNER, 1998). ....................................................................................... 37
FIGURA 3.14 - SISTEMA SAM (ADAPTADA DE EISWIRTH ET AL. (2000))............................................................................ 38
FIGURA 3.15 - SISTEMA SSET (HASTAK E GOKHALE, 2003). ........................................................................................ 38
FIGURA 4.1 - CRONOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO DE PROTOCOLOS DE INSPECÇÃO (ADAPTADA DE THORNHILL E WILDBORE
FIGURA 4.2 - CODIFICAÇÃO TÍPICA UTILIZADA PELOS PROTOCOLOS. ...................................................................................... 49
FIGURA 5.1 - METODOLOGIA DE APLICAÇÃO DOS PROTOCOLOS WRC E NRC. ........................................................................ 59
FIGURA 5.2 - CLASSIFICAÇÃO DE UMA ANOMALIA DO TIPO INTRUSÃO DE RAÍZES. ................................................................... 68
FIGURA 6.1 - MAPA DO SISTEMA DE DRENAGEM DA SANEST, S.A. .................................................................................... 77
FIGURA 6.2 – A) TAMPA DA CÂMARA DE VISITA DE MONTANTE B) INSERÇÃO DO ROBOT NA CÂMARA DE VISITA DE MONTANTE. ....... 80
FIGURA 6.3 – A) CARRINHA DE INSPECÇÃO CCTV B) INSPECTOR A CONTROLAR EM TEMPO REAL O ROBOT. .................................. 81
FIGURA 6.4 – A) RECOLHA DO ROBOT DE INSPECÇÃO B) AJUDA DO AUXILIAR NO PROCESSO DE RECOLHA DO ROBOT. ..................... 81
FIGURA 6.5 - CARACTERÍSTICAS DOS EMISSÁRIOS DE A) CAPARIDE, B) CASTELHANA, C) MARIANAS E D) SASSOEIROS. .................... 82
FIGURA 6.6 - EVOLUÇÃO DA ANOMALIA INTRUSÃO DE RAÍZES NO TEMPO. ............................................................................. 84
FIGURA 6.7 - VARIAÇÃO DO NÚMERO DE ANOMALIAS IDENTIFICADAS ENTRE INSPECÇÕES CONSECUTIVAS. ................................... 84
FIGURA 6.8 - INCERTEZA DO GRAU DE CONDIÇÃO FUNCIONAL SEGUNDO O PROTOCOLO DO WRC, UTILIZANDO A) O PESO MÉDIO DAS
ANOMALIAS E B) O PESO MÁXIMO DAS ANOMALIAS. .......................................................................................................... 88
xii
FIGURA 6.9 - INCERTEZA DO GRAU DE CONDIÇÃO FUNCIONAL SEGUNDO O PROTOCOLO DO NRC, UTILIZANDO O PESO MÁXIMO DAS
TABELA 4.4 - CÓDIGO DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS SEGUNDO A NORMA EUROPEIA EN13508-2 (CONTINUAÇÃO). .................. 48
TABELA 4.5 - DEFEITOS MAIS COMUNS DETECTADOS NAS INSPECÇÕES (NRC-CNRC, 2004). ................................................... 49
TABELA 4.6 - CLASSIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS FUNCIONAIS SEGUNDO O PROTOCOLO WRC (ADAPTADA DE WRC (2001)). ........... 51
TABELA 4.7 - CLASSIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS SEGUNDO O PROTOCOLO WRC (ADAPTADA DE WRC (2001)). .......... 52
TABELA 4.8 - CLASSIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS ESTRUTURAIS SEGUNDO O PROTOCOLO WRC (CONTINUAÇÃO). ............................ 53
TABELA 4.9 - AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL DO COLECTOR COM BASE NA ABORDAGEM DO PESO MÁXIMO. ... 54
TABELA 4.10 - AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL DO COLECTOR COM BASE NA ABORDAGEM PELA MÉDIA DOS PESOS
DAS ANOMALIAS NO TROÇO DE COLECTOR. ...................................................................................................................... 54
TABELA 4.11 - CLASSIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS FUNCIONAIS SEGUNDO O PROTOCOLO NRC (ADAPTADA DE MCDONALD E ZHAO
TABELA 5.16 - CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL DOS COLECTORES. ........................................................................................... 74
TABELA 5.17 – CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL DOS TROÇOS DO EMISSÁRIO DE CASTELHANA EM 2010. ........................................ 74
TABELA 5.18 - CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL DOS TROÇOS DO EMISSÁRIO DE CASTELHANA EM 2010 (CONTINUAÇÃO). .................. 75
TABELA 6.1 - NUMERO DE CAMPANHAS DE INSPECÇÃO AOS EMISSÁRIOS ............................................................................... 78
TABELA 6.2 - DEFEITOS ESTRUTURAIS CONSIDERADOS NA ANÁLISE. ...................................................................................... 86
TABELA 6.3 - ANALISE DA INCERTEZA DO INSPECTOR NA IDENTIFICAÇÃO DE ANOMALIAS ESTRUTURAIS. ....................................... 87
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Abreviações e Siglas INSTITUIÇÕES ASCE American Society of Civil Engineers CERIU Centre d’Epertise et de Recherche en Infrastructures Urbaines NAAPI North American Association of Pipeline Inspectors NRC National Research Council OfWat Office of Water Services RWAs Regional Water Authoraties USEPA United States Environmental Protection Agency WRc Water Research Center TECNICAS DE INSPECÇÂO AET Acoustic Emission Testing CCTV Closed Circuit Television ECT Eddy Current Testing ELLM Electrical Leak Location Method FELL Metrotech Focused Electrode Leak Location System GPR Ground Penetrating Radar LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation MFL Magnetic Flux Leakage detection RFEC Remote Field Eddy Current Technology SASW Spectral Analysis of Surface Waves SONAR Sound Navigation and Ranging OUTRAS AACEM Australian Conduit Evaluation Manual PACP Pipelina Assessment and Certification Program TRRL 377 Transport and Road Research Laboratory Supplementary Report 377
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Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
1.1 ENQUADRAMENTO GERAL
Os sistemas de drenagem e tratamento de águas residuais constituem infra-estruturas de elevada importância.
Actualmente, nos países desenvolvidos (nomeadamente países da Europa, América do Norte e Oceânia), os
sistemas de drenagem servem cerca de 90% da população (WORLD HEALTH ORGANIZATION. et al., 2000). Só os
EUA dispõem de um património de redes de drenagem com comprimento estimado entre 1 e 1.3 milhões de
quilómetros (TAFURI et al., 2002). Nos países sub-desenvolvidos ou em vias de desenvolvimento, as taxas de
atendimento são inferiores, rondando os 49% na América Latina e Caraíbas, 18% na Ásia e 13% em África
(WORLD HEALTH ORGANIZATION. et al., 2000). No entanto, estas taxas de atendimento apresentam tendência
para aumentar e a construção de sistemas de drenagem é apontada como um dos requisitos para o
desenvolvimento sustentável destas nações (UN, 2011; UNICEF., 2006). Como tal, os sistemas de drenagem
representam um investimento significativo que se prolonga no tempo e no espaço, devido à necessidade de
assegurar a continuidade e melhoria constante das infra-estruturas existentes e o desenvolvimento de novas
infra-estruturas para acompanhar a evolução/transformação das comunidades.
A necessidade de conceber, construir, operar, manter, reabilitar e substituir sistemas de drenagem em zonas
urbanas decorre da interacção da actividade humana com o ciclo natural da água. De acordo com BUTLER e
DAVIES (2004), esta interacção assume duas formas principais:
• a captação e desvio de água do seu ciclo natural;
• a impermeabilização das superfícies e alteração das redes de drenagem naturais.
Consequentemente, a drenagem e tratamento de águas residuais desempenham objectivos essenciais para o
funcionamento e sustentabilidade das comunidades, especialmente nas vertentes de segurança (e.g.,
inundações, colapso das infra-estruturas), saúde pública e qualidade ambiental (ERTL e HABERL, 2006).
Estas infra-estruturas constituem vastas redes que, frequentemente, têm sido votadas ao esquecimento por
serem invisíveis ou pouco visíveis pelo público em geral devido a desenvolverem-se predominantemente no
subsolo. Tradicionalmente, as operações de manutenção só têm lugar em situações de funcionamento
deficiente dos sistemas e as intervenções de reabilitação decorrem, em geral, após uma falha grave, sendo as
falhas menos graves solucionadas por intervenções de reparação (ABRAHAM e GILLANI, 1999). Esta estratégia
de gestão reactiva resulta em intervenções com níveis de dificuldade e custos superiores, em comparações
com intervenções planeadas equivalentes. Para contrariar esta postura e garantir que o desempenho dos
sistemas se mantém num nível aceitável, o National Research Council Canada (NRC-CNRC, 2004) recomenda
que as entidades responsáveis devem adoptar uma estratégia pró-activa, mais sustentável na gestão e
Capitulo 1 – Introdução
2
investimento nas infra-estruturas, que é baseada no conhecimento do tipo, características e condição em que
se encontram as infra-estruturas e identificando as necessidades e prioridades de intervenção.
Na generalidade dos casos, a aferição da condição dos sistemas de drenagem é efectuada através de
inspecções CCTV, recorrendo a protocolos normalizados para codificar e ponderar a importância das anomalias
observadas. Para além das simplificações e limitações inerentes a esta solução, subsistem ainda outras fontes
de incerteza no processo, nomeadamente aspectos relacionados com o inspector que efectua as inspecções e
com o protocolo adoptado para determinar a condição dos colectores.
A qualidade da avaliação da condição dos colectores depende dos limites técnicos estabelecidos pelo sistema
de inspecção CCTV utilizado. Além disso, a qualificação e motivação do inspector por um lado, e a
subjectividade da avaliação por outro lado, podem levar a consideráveis imprecisões na identificação e
classificação dos defeitos. Como resultado, a classificação dos troços dos colectores, em conformidade com os
protocolos utilizados, reflecte os factores referidos anteriormente.
Adicionalmente, a qualidade da inspecção depende essencialmente da qualificação e a motivação momentânea
do inspector (GANGL et al., 2006; OTTENHOFF e KORVING, 2006). Para este conjunto de factores as fontes de
erro podem ser:
• os defeitos ou outros pontos notáveis que afectam o bom funcionamento do colector são ignorados;
• o troço de colector não foi totalmente inspeccionado;
• os defeitos ou suas dimensões são descritas em termos inconsistentes ou não padronizados.
Segundo DIRKSEN et al. (2007) , os dados recolhidos através de inspecções CCTV apresentam boa qualidade se
a percentagem de erro associada à não detecção de uma anomalia em segunda inspecção for próxima de zero.
DIRKSEN et al. (2007) investigaram quatro bacias de drenagem na Holanda, tendo observado que cerca de 30%
das anomalias identificadas numa primeira inspecção não eram detectadas na inspecção posterior. Nesse
mesmo estudo, é apresentada uma análise relativa à detecção de anomalias estruturais em inspecções
consecutivas. As anomalias estruturais como infiltrações, juntas deslocadas, superfície do colector danificado,
corrosão e fissuras (este último agrupa fissuras e fracturas) foram alvo desta análise. A percentagem do
número de anomalias do tipo junta deslocada não detectadas em segunda inspecção, para as bacias analisadas
no estudo, varia entre 88% e 40%. Estes valores são justificados pela reduzida ocorrência deste tipo de defeitos
neste estudo, em reflexo do facto do inspector estar menos atento para a detecção deste tipo de defeitos. Para
as anomalias do tipo fissuras e fracturas, o estudo de DIRKSEN et al. (2007) apresenta, para as bacias em
análise, valores entre os 60% e 37% para colectores rígidos e de 10% para colectores flexíveis.
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Deste estudo pode concluir-se que a recolha de informação através de inspecções CCTV tem um elevado grau
de incerteza associado à avaliação estrutural dos colectores. No entanto, referem que a amostra de troços de
colectores utilizados nas análises é reduzida e que aferir conclusões sobre a qualidade geral dos dados de
inspecções CCTV requer análises adicionais. Segundo este estudo, a utilização dos dados de inspecção é
insuficiente para tomar decisões a nivel da reabilitação de colectores, também não é aconselhada a utilização
da informação recolhida nas inspecções em modelos de deteoração.
Outro aspecto importante na aferição da condição do colector é o protocolo de classificação utlizado. Na
Alemanha, MÜLLER e FISCHER (2007) estudaram a influência de diferentes inspectores e protocolos no grau de
condição obtido em inspecções simultâneas, concluindo que apenas em 45% dos casos o grau coincidia, dos
quais apenas em 16% dos casos tinha sido utilizado o mesmo protocolo.
1.2 ÂMBITO E OBJECTIVOS DA DISSERTAÇÃO
O presente trabalho incide sobre a temática da gestão patrimonial, em particular na sua operacionalização para
sistemas de drenagem de águas residuais. Nesse âmbito, um dos aspectos mais relevantes prende-se com o
processo de tomada de decisão relativamente às intervenções a realizar. No caso de se pretender implementar
uma estratégia pró-activa torna-se impreterível aferir a condição dos componentes dos sistemas. Assim, na
presente dissertação, é apresentada uma revisão sobre diferentes variantes tecnológicas aplicadas na
inspecção de sistemas de drenagem, dando enfase à inspecção por CCTV. Com base no caso de estudo do
sistema de drenagem da costa do Estoril (gerido pela SANEST, S.A.), nomeadamente nos resultados de
campanhas de inspecção CCTV realizadas nos emissários de Caparide, Castelhana, Marianas e Sassoeiros,
apresenta-se uma análise da incerteza do inspector na identificação de anomalias.
Adicionalmente, é ainda estudada a aplicação de protocolos para a classificação e ponderação da condição
estrutural e funcional dos colectores de cada emissário. O estudo visou a concepção de um método automático
que, através dos relatórios de inspecção fornecidos pela entidade gestora, permita obter uma classificação
quantitativa da condição estrutural e funcional dos colectores de acordo com os diversos protocolos analisados
no âmbito da presente dissertação. Apresenta-se também uma análise comparativa da diferença de grau
estrutural e funcional, obtidos pelos protocolos de inspecção WRc e NRC.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO DOCUMENTO
A presente dissertação de mestrado está organizada em sete capítulos. A organização da tese seguiu uma
estrutura tradicionalmente utilizada em documentos académicos, em que se apresenta uma introdução ao
tema, seguido do estado da arte antes de se incidir sobre o caso de estudo analisado. Para finalizar, são tecidas
algumas considerações finais. As partes que compõem o documento são as seguintes:
Capitulo 1 – Introdução
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• Capítulo 1: procura-se introduzir o tema desenvolvido na dissertação fazendo-se o respectivo
enquadramento geral e apresentando-se os objectivos, âmbito e organização do documento.
• Capítulo 2: são apresentados aspectos gerais da gestão de infra-estruturas de saneamento, dando-se
enfase à problemática da gestão patrimonial, bem como as estratégias possíveis de se adoptar e a
metodologia envolvida na gestão pró-activa.
• Capítulo 3: são abordadas as diferentes técnicas de inspecção disponíveis no mercado, evidenciando
as suas vantagens e desvantagens face à tecnologia mais comumente utilizada que é inspecção com
recurso a CCTV.
• Capítulo 4: descreve-se de uma forma geral os protocolos de inspecção, procurando estabelecer uma
enquadramento cronológico e as evoluções ao longo do tempo, o funcionamento geral dos protocolos
de inspecção. Por último, aborda-se especificamente a Norma Europeia EN 13508-2 utilizada nas
campanhas de inspecção para codificar as anomalias nos relatórios de inspecção CCTV do caso de
estudo e também se descreve os protocolos WRc e NRC utlizados na metodologia do capítulo 5 para
obter uma classificação estrutural e operacional dos colectores inspeccionados no caso de estudo.
• Capítulo 5: descreve-se a metodologia concebida para obter classificações estruturais e funcionais dos
colectores avaliados nas campanhas de inspecção que nos foram fornecidas pela SANEST, S.A.. Este
capítulo constitui um guia para que a entidade gestora possa reproduzir e aplicar o método a outras
campanhas de inspecção em toda a rede de drenagem, e assim poder ter disponível mais uma
ferramenta para ajudar nas decisões relativas à gestão patrimonial.
• Capítulo 6: introduz-se o caso de estudo, apresentando as características gerais dos emissários em
análise e descrevendo como se procede a uma inspecção CCTV aos emissários. De seguida aborda-se a
problemática da incerteza do observador na identificação de anomalias através da tecnologia CCTV,
procurando identificar o erro associado ao inspector através da diferença do número de anomalias
entre inspecções consecutivas e a repercussão desse erro quando se utilizam protocolos de inspecção
para obter uma classificação estrutural e funcional dos colectores. Também se analisa o erro associado
na identificação de anomalias estruturais entre inspecções consecutivas nos emissários que não
sofreram qualquer tipo de intervenção. Por último, analisou-se a diferença da classificação estrutural e
funcional obtida entre os protocolo WRc e NRC, procurando identificar os casos em que cada
protocolo é mais exigente que o outro na classificação.
• Capítulo 7: são apresentadas as conclusões do trabalho realizado e recomendações para
desenvolvimentos futuros relativos ao tema abordado.
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Capítulo 2 - GESTÃO PATRIMONIAL
2.1 ASPECTOS GERAIS
A garantia de um serviço prestado com qualidade e eficiência a um cliente por parte de uma entidade gestora
implica uma optimização e coordenação dos recursos e procedimentos utlizados nas actividades. No caso
particular dos sistemas de drenagem urbana, a gestão tem como objectivos a operação regular do sistema,
garantindo um bom nível de serviço, a manutenção e limpeza dos equipamentos mecânicos e o prolongamento
do tempo de vida útil do sistema através da sua conservação e reabilitação. Ao cumprimento dos objectivos
estão associados custos de operação, de manutenção e de investimento que as entidades gestoras pretendem
minimizar. Para além destes constrangimentos económicos também estão associadas problemas de ordem
legal e temporal (NADER, 1998). A gestão de sistemas de drenagem urbana constitui um problema complexo
devido aos diversos intervenientes envolvidos com objectivos divergentes e ao elevado número de fenómenos
e dados a processar.
As normas da ISO 24510:2007 vieram providenciar orientações para a gestão do sector da água. O principal
objectivo destas normas assenta num desenvolvimento sustentável, definido pela capacidades da comunidade
se desenvolver e prosperar com os recursos ambientais, infra-estruturais e económicos disponíveis, sem limitar
a utilização desses recursos pelas gerações futuras. Para os sistemas de drenagem e tratamento de águas
residuais, a norma ISO 24511:2007 identifica os seguintes objectivos para a gestão deste tipo de actividades:
• proteger a saúde pública;
• satisfazer as necessidades e expectativas dos utilizadores;
• providenciar o serviço em situações correntes e excepcionais;
• providenciar a continuidade da actividade desenvolvida;
• promover o desenvolvimento sustentável das comunidades;
• proteger o ambiente: natural, construído.
Esta norma centra-se no desenvolvimento sustentável nas vertentes de promoção do uso eficiente da água e
do controlo da poluição identificando os componentes envolvidos (SOUSA, 2012). Desta forma, os restantes
objectivos têm de ser geridos equilibradamente de modo a que possa ser garantida a continuidade da
actividade desenvolvida promovendo o desenvolvimento sustentável das comunidades.
A norma ISO 24511:2007 identifica os seguintes componentes da gestão de sistemas de drenagem:
• gestão de actividades e processos;
• gestão de recursos;
Capitulo 2 – Gestão Patrimonial
6
• gestão patrimonial;
• gestão de clientes;
• gestão de informação;
• gestão ambiental e gestão do risco.
No caso das entidades gestoras de infra-estruturas em geral, a gestão do património que compõe a infra-
estrutura destaca-se das restantes áreas de gestão, com as quais se relaciona e, sendo geralmente a actividade
condicionante as restantes. Neste contexto, a infra-estrutura constitui o elemento central no serviço prestado
pela entidade, pelo que a gestão patrimonial actua como o componente de gestão mais importante e complexo
que motiva e articula com a generalidade das actividades desenvolvidas (DNRM, 2001).
2.2 CONCEITO DE GESTÃO PATRIMONIAL
O património de uma dada entidade gestora consiste no conjunto de infra-estruturas necessárias para
prestação do serviço. Este património está sujeito a alterações ao longo do tempo, consequência das
necessidades do serviço e da evolução tenológica (CARDOSO, 2007). Tanto a reabilitação como a
renovação/substituição destas infra-estruturas tende a ser efectuada através da substituição de componentes
individuais, de modo a garantir a operacionalidade do sistema e a minimizar os períodos de interrupção do
serviço.
A American Public Works Association (APWA) define a gestão patrimonial de infra-estruturas como uma
metodologia para alocar os recursos de forma eficiente e equitativa aos diferentes objectivos que competem
entre si (ASCE/USEPA 2004). A alocação dos recursos faz-se numa classe específica de infra-estruturas, neste
caso sistemas de drenagem de águas residuais, e a atribuição de recursos é efectuada pelos gestores dos
sistemas ou por sistemas de gestão. A actividade de gestão do património permite optimizar o investimento no
sistema e apoiar o controlo dos custos operacionais diários relacionados com operações de manutenção do
sistema. Este método de gestão deve conduzir a um sistema eficiente e operado de forma optimizada
(ASCE/USEPA, 2004; CARDOSO, 2007).
ALEGRE e ALMEIDA (2007) descrevem a gestão patrimonial como a gestão do património que constitui as infra-
estruturas minimizando os custos e garantindo os níveis de serviço exigidos pelos clientes. Através desta
definição fica evidente que, em última análise, os clientes estabelecem os objectivos de desempenho e a
importância relativa desses objectivos no processo de tomada de decisão no âmbito da gestão patrimonial.
Assim, a gestão patrimonial difere da prática habitual de minimizar os custos do sistema, ao focar na
maximização do valor do sistema para os clientes (NESC, 2005). De acordo com o exposto, o objectivo principal
da gestão patrimonial é obter o melhor compromisso entre o custo da infra-estrutura e o serviço prestado,
salvaguardando níveis mínimos exigidos legalmente ou regulamentarmente. Para uma gestão patrimonial
eficiente é necessário analisar o custo de prestar um dado serviço procurando (ANAO, 1996):
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
7
• minimizar a necessidade de adquirir/construir novas infra-estruturas;
• maximizar o potencial das infra-estruturas existentes;
• reduzir o custo global das infra-estruturas;
• assegurar a definição de objectivos e avaliação de resultados.
CARDOSO (2007) identifica como principais objectivos subjacentes à implementação da gestão patrimonial a
sistemas de drenagem urbana a sua operação regular, garantindo o bom funcionamento dos elementos que o
compõem e o desempenho global dentro dos padrões estabelecidos durante o período de tempo mais longo
possível. Numa perspectiva integrada, é um processo sistemático como a função de garantir a eficiência
económica das actividades de (MEHLE et al., 2001):
• operação e manutenção;
• reabilitação e substituição;
• ampliação e adequação.
A gestão patrimonial conjuga aspectos técnicos da prática de engenharia com aspectos de caracter financeiros
e económicos. O património tem um tempo de vida indefinido, que dependerá da sua degradação física ou
funcional, embora possa atribuir-se um tempo de vida económica (BURNS et al., 1999; CARDOSO, 2007). Uma
análise financeira do património infra-estrutural faz-se com base no método de depreciação. Este método
fundamenta-se na atribuição de um valor económico às componentes físicas do património ao longo do tempo,
em detrimento da dedução do custo inicial dessas mesmas componentes. De acordo com MEHLE et al. (2001)
para aplicar este método é necessário atribuir um custo inicial aos elementos da infra-estrutura e desvalorizar
anualmente cada elemento da infra-estrutura ao longo da vida útil. Eventualmente, pode ser definido um valor
residual mínimo do elemento.
A aplicação deste método não tem em conta factores importantes para a análise financeira, como os custos
associados à reabilitação e manutenção e os seus efeitos na vida útil dos elementos da infra-estrutura. A
American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) elaborou uma abordagem
alternativa que permite ter em conta os factores referidos anteriormente. Segundo MEHLE et al. (2001), a
operação de gestão patrimonial necessita de:
• Inventariação da infra-estrutura, obtendo:
o a caracterização actualizada dos elementos da infra-estrutura;
o a classificação da condição dos elementos que compõe a infra-estrutura ou de uma amostra
estaticamente representativa dos mesmos;
• Valoração da infra-estrutura, requerendo:
o a previsão da condição futura dos elementos da infra-estrutura;
o a atribuição de um valor monetário aos elementos;
Capitulo 2 – Gestão Patrimonial
8
• Avaliação da infra-estrutura e a priotização das intervenções, definindo:
o um sistema de avaliação do desempenho para os diversos elementos que compõe a infra-
estrutura;
o um modelo para distribuir os recursos disponíveis à gestão dos elementos da infra-estrutura.
Para se poder aplicar os diversos processos desta abordagem, torna-se necessário a entidade gestora possuir
um cadastro actualizado do património infra-estrutural, uma classificação da condição dos elementos
(colectores/câmaras de visita) da infra-estrutura ou uma amostra estatisticamente representativa dos
elementos e uma estimativa do custo anual de manter o sistema no nível exigido para a condição dos
elementos que compõem a infra-estrutura (MEHLE et al., 2001).
Não obstante do que foi referido sobre a estratégia elaborada pela AASHTO, uma implementação eficaz do
processo de gestão patrimonial requer ainda a escolha dos critérios de desempenho e a definição de
objectivos, o diagnóstico do sistema, incluindo a avaliação do desempenho actual e a previsão das condições
futuras e a escolha da estratégia de intervenção e definição das medidas a adoptar (ALEGRE, 2010; WRC, 2001).
A gestão patrimonial para o caso de infra-estruturas de drenagem deve concentrar-se na optimização do ciclo
de reabilitação e substituição das infra-estruturas de forma a obter, no futuro, uma melhor relação custo-
benefício. Desta forma, a substituição ou reabilitação de um determinado elemento da infra-estrutura não
deve ser efectuada antes do tempo, pois está-se a desperdiçar capacidades e recursos, mas deverá ser antes da
ocorrência de falhas com consequências e encargos indesejáveis (SOUSA, 2012). Em suma, deve realizar-se a
tarefa devida, nos componentes que o exijam, no momento certo e com as soluções técnicas adequadas
(ASCE/USEPA, 2004; CARDOSO, 2007).
2.3 ESTRATÉGIAS DE GESTÃO PATRIMONIAL
Na perspectiva da operação e manutenção de um sistema de drenagem, as estratégias de gestão patrimonial
podem ser classificadas em reactivas e pró-activas. Na abordagem reactiva as acções de reparação só são
realizadas quando ocorre uma falha no sistema. Numa estratégia pró-activa, as acções que permitem um
elemento da infra-estrutura permanecer em boas condições de funcionamento adveêm de uma rotina
sistemática de inspecção, detecção e prevenção de falha. Dentro estratégia pró-activa existem diversas
variantes, conforme se esquematiza na Figura 2.1.
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
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Figura 2.1 - Estratégias de gestão patrimonial (MEHLE et al. (2001)).
Estratégia reactiva baseada na operação
É o método mais simples de gestão patrimonial. Neste método a substituição ou reparação de um elemento do
sistema só ocorre aquando de uma falha. Os registos de operação e manutenção, bem como de ocorrência de
falhas são registados para futuras análises. Este método implica maiores riscos do ponto de vista da segurança
equiparando a outras estratégias, no caso de falha grave pode até resultar em perigos para a vida humana e/ou
danos significativos noutras infra-estruturas. Do ponto de vista financeiro, esta estratégia não se apresenta
como uma boa opção face a outras estratégias pois, de uma perspectiva que não se limite ao custo de reparar a
falha e inclua os custos indirectos dela resultante (e.g., interrupção do serviço; incomididade para as
populações; impactos ambientais),é sempre mais onerosa a reparação após falha do que antes da sua
ocorrência (MEHLE et al., 2001).
Estratégia pró-activa baseada na prevenção
Na estratégia preventiva os elementos da infra-estrutura são reabilitados e/ou reparados em períodos de
tempo fixos (MEHLE et al., 2001). Esta estratégia é baseada no historial e experiência da entidade gestora. A
optimização do intervalo de tempo fixo depende dos critérios económicos, de segurança e de nível de serviço.
Esta estratégia necessita de um grande volume de dados, para efectuar análises estatísticas que permitem
obter tempos de vida útil dos diversos elementos que compõe o sistema de drenagem (SOUSA, 2012).
Adicionalmente, a previsão da vida útil dos componentes corresponde a valores médios observados que
podem não corresponder ao padrão da infra-estrutura no futuro, o que poderá ter consequências em termos
da eficiência económica das intervenções efectuadas com base nesta estratégia.
Estratégia pró-activa baseada na inspecção
Esta estratégia envolve a realização de inspecções periódicas e a decisão de manter, reparar ou substituir é
determinada com base nos resultados dessas inspecções. É uma das estratégias mais utilizada pelas entidades
Capitulo 2 – Gestão Patrimonial
10
gestoras nos processos de gestão patrimonial. Neste método existe uma priorização dos elementos da infra-
estrutura a reparar, dando-se prioridade aos elementos em pior condição (MEHLE et al., 2001).
Estratégia pró-activa baseada na previsão
Esta estratégia tem como objectivo optimizar a performance e fiabilidade minimizando os custos associados
(MEHLE et al., 2001). Tendo em conta os limites de recursos disponíveis, esta estratégia promove a priorização,
dos elementos que necessitam de intervenção, através de modelos de degradação dos diversos elementos e da
previsão dos impactos da respectiva falha. Através desta estratégia é possível estabelecer prioridades de
intervenção e os custos associados a cada cenário (SOUSA, 2012). Esta estratégia apresenta-se como a melhor
abordagem do ponto de vista da previsão de falhas, planeamento de reparações ou substituições e distribuição
de recursos (MEHLE et al., 2001).
2.4 METODOLOGIA DE GESTÃO PATRIMONIAL
2.4.1 NOTA INTRODUTÓRIA
A metodologia da gestão patrimonial de infra-estruturas é composta por um conjunto de processos que
permitem conjugar a gestão técnica com a componente económica e financeira (CARDOSO, 2007). De acordo
com National Research Council Canada (NRC) os processos necessários para uma gestão pró-activa como o
objectivo de manter a performance dos sistemas de drenagem são: inventariação da infra-estrutura, aferição
do risco de falha do sistema, priritização das intervenções, inspecção da infra-estrutura, avaliação da condição
dos colectores e câmara de visita, decisão sobre o tipo de reabilitação a efectuar, reabilitação, estabelecimento
da frequência das inspecções futuras. As relações e dependências dos processos envolvidos na gestão pró-
activas são descritas pela Figura 2.2.
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
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Figura 2.2 - Esquema das etapas de gestão da infra-estrutura (adaptada de MCDONALD e ZHAO (2001)).
2.4.2 INVENTARIAÇÃO DA INFRA-ESTRUTURA
A inventariação das infra-estruturas corresponde ao conjunto de toda a informação sobre as características e o
historial das infra-estruturas, que deve ser exaustiva e continuamente actualizada. Esta etapa constitui a base
de suporte para a implementação da gestão patrimonial, em especial se o objectivo for adoptar uma estratégia
de gestão pró-activa. Geralmente, a inventariação das infra-estruturas de um sistema de drenagem requer uma
combinação de pesquisa de registos e verificações/levantamentos locais (ASCE/USEPA, 2004).
No estudo denominado An examination of methods for Condition Rating of sewer Pipelines, são descritas
algumas das informações fundamentais para o processo de inventariação (MEHLE et al., 2001):
• custo de construção do elemento;
• localização e características físicas actuais da infra-estrutura;
• características de projecto;
• histórico do funcionamento das componentes;
• registo das actividades de manutenção;
• utilizações, solicitações e condição actual das diversas componentes da infra-estrutura.
Capitulo 2 – Gestão Patrimonial
12
Dada a complexidade destas infra-estruturas, geralmente estas informações têm de ser recolhidas de fontes de
informação correspondentes a diferentes fases de projecto e também diferentes fases de operação do sistema.
Usualmente as entidades gestoras utilizam as seguintes fontes de informação (NRC-CNRC, 2004; SOUSA, 2012):
• elementos de projecto;
• telas finais;
• relatórios de inspecções realizadas;
• relatórios de estudos efectuados;
• relatórios e manuais de operação e manutenção;
• contacto com pessoal responsável pela operação e manutenção;
• registos de intervenções de reparação ou substituição;
• registos dos consumidores.
Na concepção do suporte para o inventário das infra-estruturas de drenagem, pode optar-se pela utilização
isolada de plataformas informáticas ou a conjugação de diversas soluções. Existem diversas soluções no
mercado baseadas em Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e/ou Desenho Assistido por Computador (DAC)
(SOUSA, 2012). A base de dados deve ser concebida de modo a que seja de gestão simples e a entidade gestora
deverá estabelecer procedimentos que permitam uma actualização constante (NRC-CNRC, 2004; SOUSA, 2012).
2.4.3 AFERIÇÃO DO RISCO DE FALHA DO SISTEMA
A gestão do risco é um processo que, no sector da água, tem vindo a ganhar importância. Inicialmente os
aspectos a ter em conta na apreciação do risco prendiam-se com critérios ambientais, mais concretamente
com a carga poluente descarregada no meio receptor. Este processo tem incorporado ao longo do tempo
outros conceitos de caracter económico e de enfoque no cliente, nomeadamente custos associados com a
perda e falha do serviço (SOUSA, 2012).
A norma ISO 24511:2007 faz referência à gestão de risco em sistemas de drenagem, associando a situações de
caracter excepcional de exploração, indicando a necessidade de abordagens de gestão pró-activa para
assegurar o serviço no caso de ocorrência dessas situações. Esta norma menciona os seguintes casos de
A abordagem de cada um destes casos de emergência implica a criação de cenários e a adequação do tipo de
estratégia de gestão patrimonial a adoptar pela entidade gestora a cada cenário. De acordo com UGARELLI et
al. (2010), ao considerar-se a gestão de risco, é possível adequar a cada situação uma estratégia de gestão
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
13
patrimonial, podendo coexistir estratégias reactivas com estratégias pró-activas no mesmo sistema de
drenagem.
Numa análise mais cuidada à norma é possível identificar algumas referências de riscos relacionados com
ambiente, segurança e saúde, mencionadas no âmbito de processos da gestão patrimonial, como o
desenvolvimento de processos de operação, concepção e implementação de programas de manutenção pró-
activos, inventariação de materiais e equipamentos críticos e elaboração de planos de contingência e
emergência (SOUSA, 2012).
No âmbito da gestão patrimonial, a gestão do risco de um sistema de drenagem urbana deve ser encarado
segundo duas perspectivas. A primeira centra-se nos riscos relacionados com a avaliação, interpretação e
previsão do desempenho das infra-estruturas. A segunda concentra-se nos riscos relacionados com os
resultados das intervenções efectuadas no desempenho das infra-estruturas (SOUSA, 2012). Embora estas
perspectivas não sejam totalmente independentes, a primeira envolve a incerteza associada à tomada de
decisões na fase de concepção, entendendo-se como concepção tanto um projecto de um novo sistema de
drenagem, como a definição de planos de manutenção ou operação ou até projectos de
reabilitação/substituição de sistemas existentes. A segunda tem em conta a incerteza de aspectos associados à
fase de operação do sistema (SOUSA, 2012).
A aferição do risco de falha do sistema estabelece os critérios utilizados na prioritização das inspecções e na
reabilitação, não devendo incluir apenas a condição física do colector mas também o grau de impacto
decorrente da falha do colector (MCDONALD e ZHAO, 2001).
Este grau de impacto também deve ter em conta as áreas de impacto externas em termos ambientais,
humanos e económicos. Tradicionalmente os impactos relacionados com infra-estruturas de saneamento
podem ser categorizados em termos da poluição ambiental, a afectação do sistema envolvente em termos
biológicos e antropológicos, as consequências em termos de segurança e saúde para a sociedade e o custo da
implementação e funcionamento do sistema na região. Na Tabela 2.1 encontram-se alguns dos potenciais
impactos de um sistema de drenagem agrupados nas diversas categorias descritas anteriormente:
Capitulo 2 – Gestão Patrimonial
14
Tabela 2.1 - Impactos num sistema de drenagem (adaptada de MARLOW et al. (2011); SOUSA (2012)).
Categoria Externalidade
Poluição
Contaminação do ar Contaminação do solo Contaminação de águas subterrâneas Contaminação de águas superficiais Emissão de gases de efeito de estufa Produção de resíduos perigosos
Envolvente Perda/geração de habitats Alteração da biodiversidade Perturbação de bens históricos e/ou arqueológicos
Segurança e saúde Higiene e saúde pública Segurança pública
Sociedade
Danos em bens (e.g., vias de comunicação) e serviços (e.g., circulação automóvel) Danos em bens (e.g., edifícios) e serviços (e.g., circulação automóvel) Incomodidade sonora e odorífera Impacto estético/visual e recreacional
Economia Custo da água potável, água residual e do terreno Encargos com danos Efeito no valor das propriedades
2.4.4 PRIORITIZAÇÃO
Os recursos disponíveis para a reabilitação tendem a ser escassos e limitados face às solicitações (ELISEO,
2009). Desta problemática decorre a necessidade de prioritizar os diferentes projectos de reabilitação. A
resolução deste desafio é bastante complexa, face ao conflito de interesses e objectivos das diferentes
Do ponto de vista técnico, estabelecendo o risco associado a cada troço de colector, é possível elaborar um
mapa da infra-estrutura com as zonas classificadas segundo o risco. Este mapa pode ser utilizado para a
prioritização das inspecções aos colectores, optando-se por inspeccionar previamente os de maior risco, se
mais nenhuma informação contradizer.
2.4.5 TÉCNICAS DE INSPECÇÃO
Complementarmente à caracterização dos componentes, a inventariação completa das infra-estruturas
envolve a avaliação da sua condição e capacidade actual. Tal implica o recurso a técnicas de inspecção e
ensaios de modo a complementar os eventuais registos de ocorrências e/ou de campanhas de monitorização.
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
15
As campanhas de inspecção ao colector podem ser efectuadas com recursos a diversas técnicas. As técnicas de
inspecção podem dividir-se em três grupos:
• técnicas visuais (inspecção pessoal; CCTV);
• sistemas físicos (laser; ultra-sons);
• sistemas geofísicos (termografia por infravermelhos; radar de penetração terrestre).
A escolha da técnica de inspecção ou da utilização de vária técnicas em conjunto depende do tamanho do
colector, do orçamento que a entidade gestora dispõe e se a já é conhecida informação adicional sobre os
colectores. No Capítulo 3 desta dissertação serão descritas várias técnicas de inspecção, explicitando as suas
vantagens e desvantagens.
2.4.6 AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO ESTRUTURAL E FUNCIONAL DAS INFRA-ESTRUTURAS
Na prática, a avaliação da condição dos sistemas de drenagem é efectuada, maioritariamente, através de
inspecções CCTV. Esta técnica avalia os defeitos por meio de uma câmara que recolhe imagens das anomalias à
medida que percorre o colector. Os defeitos possíveis de ser identificados pela câmara são os que se
encontram acima da superfície livre do colector, visto que a turbulência do escoamento e os detritos do
efluente não permitem obter imagens com qualidade suficiente para identificar anomalias em zonas
submersas. As anomalias podem ser identificadas e classificadas, segundo protocolos, por um inspector
treinado.
A aferição da condição do colector é efectuada com recurso aos protocolos de inspecção. Através destes
protocolos é possível estabelecer condições estruturais e funcionais dos colectores de acordo com os defeitos
encontrados nas inspecções e os pesos associados a esses defeitos por parte do protocolo utilizado. O peso é
atribuído de acordo com o tipo de defeito e a severidade do mesmo. A génese dos protocolos e a sua aplicação
serão apresentadas nos capítulos Capítulo 4 e Capítulo 5 respectivamente.
A utilização destes instrumentos deve ser considerada como um auxílio no processo de decisão de reabilitação
e não como substituto do conhecimento e experiência dos técnicos das entidades gestoras responsáveis por
estas decisões.
A decisão sobre o tipo de reabilitação a efectuar depende dos vários defeitos encontrados no colector, da
extensão dos mesmos e dos métodos de reabilitação disponíveis pela entidade gestora, incluindo as suas
características, o campo de aplicação, o seu custo e a duração da reparação proporcionada pelo método.
Capitulo 2 – Gestão Patrimonial
16
2.4.7 REABILITAÇÃO E FREQUÊNCIA DE FUTURAS INSPECÇÕES
A reabilitação a efectuar ao colector deve ter em conta risco associado, sendo o grau estrutural e funcional do
elemento indicadores da probabilidade de falha. As consequências da falha dependem de factores como a
dimensão, profundidade ou localização do colector.
A frequência das inspecções pode ser igual para toda a rede de drenagem gerida pela entidade gestora, por
exemplo de 3 em 3 anos inspeccionar toda a rede de drenagem, ou pode ser estabelecida de acordo com o
grau estrutural e funcional obtido na última inspecção aos colectores, em que uma melhor condição do
colector corresponde a inspecções mais espaçadas no tempo. O National Research Council Canada (NRC)
propõe que a frequência com que se inspecciona seja estabelecida com base no risco de falha do elemento da
infra-estrutura e na condição estrutural e funcional que o colector se encontra (Tabela 2.2). O risco de falha é
determinado em função da condição dos elementos do sistema de drenagem e das consequências resultantes
da eventual falha. No caso de colectores (e câmaras de visita), a condição é medida numa escala de 1 a 5,
sendo 5 a pior condição e 1 a melhor. A determinação da condição dos colectores resulta da ponderação da
severidade das anomalias observadas nas inspecções CCTV, utilizando para isso os protocolos de ponderação. A
génese dos protocolos e a sua aplicação para a obtenção da condição do colector serão apresentadas nos
capítulos Capítulo 4 e Capítulo 5 respectivamente. A metodologia do National Research Council Canada prevê
que as consequências da falha também sejam medidas numa escala de 1 a 5 tendo em consideração os
impactos no meio envolvente no caso de falha do elemento da infra-estrutura em análise, sendo que 5 o grau
mais severo da classificação. Os impactos no meio envolvente foram descritos no subcapítulo 2.4.3.
Tabela 2.2 - Frequência das reabilitações com base no risco de impacto e condição do colector (adaptada de MCDONALD e ZHAO (2001)).
Probabilidade de falha Impacto da falha
Frequência da inspecção (anos) Descrição Escala
Colapso eminente ou colector colapsado
5 1-5 Reabilitação
imediata
Colapso provável 4 5
Reabilitação imediata
1-4 2-6 Colapso improvável com
potencial para deterioração
3 5 3
1-4 5-10
Risco mínimo de colapso com algum potencial de
detioração 2
5 5
1-4 10-15
Condição excelente ou aceitável
0-1 5 10
1-4 15-25
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
17
Capítulo 3 - TÉCNICAS DE INSPECÇÃO
3.1 TIPOLOGIA DE TÉCNICAS DE INSPECÇÃO
O património infra-estrutural de sistema de drenagem de águas residuais desenvolve-se, na sua maioria, no
subsolo. Inicialmente, a inspecção destas infra-estruturas era efectuada através de inspecção visual directa.
Contudo, a maioria das infra-estruturas não é visitável, sendo a observação feita apenas a partir dos pontos de
acesso, e as que são visitáveis representam espaços confinados que acarretam riscos significativos para o saúde
e segurança dos técnicos. De modo a ultrapassar os obstáculos que impõem uma inspecção visual directa a
estas infra-estruturas, tem-se vindo a desenvolver e adoptar progressivamente, novas técnicas de inspecção
indirectas (KOO e ARIARATNAM, 2006).
A escolha da técnica apropriada para inspecção da infra-estrutura enterrada depende de vários factores,
nomeadamente o material do colector, se o uso do colector é para distribuição de água potável ou para águas
residuais e o tipo de informação a recolher (KOO e ARIARATNAM, 2006). Relativamente ao tipo de informação
a recolher, a selecção da técnica apropriada depende do objectivo da inspecção. A inspecção pode ser realizada
com o intuito de obter um reconhecimento posicional da infra-estrutura, pode ser realizada com o intuito de
inspeccionar internamente o colector ou inspeccionar externamente o mesmo (KOO e ARIARATNAM, 2006).
Actualmente existem diversos métodos disponíveis no mercado que permitem ir de encontro aos diversos
objectivos das campanhas de inspecção. A Tabela 3.1 pretende categorizar algumas das técnicas mais usuais na
recolha de informação em campanhas de inspecção a sistemas de drenagem, estas técnicas podem dividir-se
em técnicas visuais, sistemas físicos e sistemas geofísicos (NRC-CNRC, 2004; READ e VICKRIDGE, 1997; USEPA,
1999; WRC, 2001).
As técnicas visuais são amplamente adoptadas pelas entidades gestoras, pois estão bem ajustadas à aplicação
de protocolos baseados na observação de anomalias para o levantamento da condição dos colectores.
Contudo, estas técnicas apresentam limitações em termos de aplicação e detecção de anomalias,
nomeadamente na identificação de defeitos na parte submersa do colector devido à presença de detritos no
efluente e à turbulência do escoamento torna-se difícil a obtenção de imagens com qualidade suficiente para a
identificação de anomalias, estas técnicas também não permitem a identificação de problemas na envolvente
exterior do colector (MAKAR, 1999). Os sistemas físicos e geofísicos têm vindo a ser utilizados como fontes de
informação complementar, nomeadamente em condições onde as inspecções CCTV não são viáveis. No
entanto estes sistemas ainda não apresentam eficiências e níveis de confiança que lhes permitam substituir na
totalidade a inspecção visual, em particular devido à dificuldade de interpretação dos resultados (MAKAR,
1999).
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
18
Tabela 3.1 - Técnicas usuais de inspecção de sistemas de drenagem (SOUSA et al., 2006; USEPA, 2009)
Categoria Descrição Tecnologia
Técnicas visuais Permitem identificar anomalias através da inspecção ao interior dos colectores por operários especializados.
• Inspecção pessoal; • Televisão em circuito fechado
(CCTV).
Sistemas físicos
Recorrem a equipamentos que através da análise de correntes eléctricas, ondas electromagnéticas, ondas acústicas ou radiações, permitem obter informações sobre a geometria, condição de conservação dos colectores e solo envolvente.
• Detectores de fugas; • Sistema de monitorização acústica; • Sonar/Ultra-sons; • Sistema eléctrico de localização de
infiltrações; • RFEC – Remote field eddy current; • MFL – Magnetic flux leakage; • Laser.
Sistemas geofísicos
Através de equipamentos sofisticados que analisam ondas electromagnéticas ou radiações, possibilitam obter informações sobre o solo envolvente, a geometria e localização dos colectores.
• Termografia por infravermelhos; • Radar de penetração terrestre.
3.2 TELEVISÃO DE CIRCUITO FECHADO
A tecnologia de Televisão em Circuito Fechado (CCTV – Closed Circuit Television) tem sido amplamente utilizada
na inspecção de colectores, desde a sua introdução após a II Guerra Mundial, sendo uma das técnicas mais
utilizadas a par da inspecção pessoal (KOO e ARIARATNAM, 2006; READ e VICKRIDGE, 1997; WRC, 2001). Esta
técnica de inspecção consiste em identificar as anomalias existentes nos colectores por visualização das
imagens recolhidas através de câmaras CCTV que são introduzidas e deslocadas ao longo dos colectores.
Apresenta-se como uma técnica muito eficiente em termos de custo a longo prazo e também bastante eficaz
na detecção de vários tipos de anomalias (GOKHALE e GRAHAM, 2004; KOO e ARIARATNAM, 2006; USEPA,
1999).
A aplicação desta técnica limita-se à capacidade de apenas detectar anomalias visíveis na superfície interior do
colector (GOKHALE e GRAHAM, 2004). Outra limitação reside na impossibilidade de detecção de anomalias
existentes sob o escoamento. Esta técnica deixa de ser viável, pois não permite a obtenção de imagens com
qualidade, nos casos em que o sistema de colectores se encontre parcialmente ou totalmente bloqueado ou a
altura do efluente não permita obter imagens. No Reino Unido estima-se que cerca de 10000 a 15000 km se
encontrem nestas condições (DURAN et al., 2002). O facto de esta técnica depender muito da qualidade da
imagem obtida e da visualização das imagens recolhidas, torna o processo de análise demorado, subjectivo e
muito dependente da experiência do inspector (GOKHALE e GRAHAM, 2004; GOMEZ et al., 2004; KOO e
ARIARATNAM, 2006). Para colmatar algumas destas limitações, a tecnologia de inspecção CCTV tem sido alvo
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
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de evoluções tecnológicas nas últimas duas décadas, e a qualidade de imagem capturada tem sido melhorada.
A introdução de câmaras a cores e o aumento da resolução contribuíram para o melhoramento da qualidade
de imagem. Também foram introduzidas lentes de ampliação fixa ou controlada à distância que vieram a
permitir uma visualização global e em detalhe da superfície dos sistemas de colectores. Outra inovação
importante foi a introdução de câmaras com possibilidade de movimentação em direcções distintas do eixo do
colector possibilitando a inspecção das anomalias e das ligações com melhor detalhe. Em termos dimensionais,
os equipamentos CCTV têm sofrido uma redução do seu tamanho possibilitando a inspecção de mais
componentes das infra-estruturas (GOKHALE e GRAHAM, 2004; READ e VICKRIDGE, 1997; SOUSA et al., 2006;
WRC, 2001).
No âmbito do armazenamento das imagens vídeo, a técnica também foi alvo de inovação com registo dos
dados em formatos MPEG em CDROMs e DVDs, permitindo uma pesquisa mais rápida e o cruzamento com
informação complementar (localização e dados sobre defeitos) e comparação com dados de outros sistemas. O
processamento informático automático das imagens obtidas nas inspecções potenciou uma classificação mais
rápida e objectiva das anomalias detectadas. Por outro lado, o cruzamento de dados com outros métodos de
inspecção (laser; sonar), veio a permitir imagens mais completas tanto da parte imersa como
submersa(GOKHALE e GRAHAM, 2004).
Tendo em consideração a mobilidade das câmaras de CCTV, podem classificar-se os sistemas de inspecção por
CCTV em estacionários ou móveis (WRC, 2001).
3.2.1 SISTEMA ESTACIONÁRIO
Neste sistema, a câmara de inspecção é fixada numa câmara de visita, donde capta imagens do colector. A
câmara pode, eventualmente, ser dotada de sistema de ampliação da imagem. Através desta tecnologia, a
capacidade de detecção dos defeitos resume-se aos que são visíveis a partir do local onde a câmara é instalada
(MAKAR, 1999). Actualmente, as câmaras utilizadas neste sistema CCTV permitem obter imagens panorâmicas
e podem ampliar imagens até 30 metros em colectores de 150 mm de diâmetro e até 210 metros em
colectores de maior dimensão (USEPA, 2009).
Uma das limitações de utilização do sistema estacionário reside na incapacidade da técnica inspeccionar zonas
submersas dos colectores. A resolução da imagem, a iluminação e a ampliação são também uma desvantagem
desta técnica face a outras técnicas (USEPA, 2009).
Dadas as limitações de observação desta técnica, na prática a sua utilização é, maioritariamente, integrada
num processo de selecção das infra-estruturas prioritárias para inspecção complementar (MAKAR, 1999). Para
esta função, esta técnica é bastante eficiente, pois não necessita de uma operação de limpeza do colector
antes da realização da inspecção, permitindo que a equipa de inspecção análise de uma foram eficiente o
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
20
sistema a inspeccionar priorizando os troços de colector a serem alvos de uma inspecção mais cuidada (USEPA,
2009).
3.2.2 SISTEMAS MÓVEIS
Os sistemas móveis são os mais utilizados para a inspecção de colectores. Actualmente é usual a utilização de
robôs motorizados, controlados à distância, que se deslocam ao longo do eixo dos colectores, recolhendo
imagens de anomalias na sua passagem (Figura 3.1). Estes sistemas podem ainda ter velocidades reguláveis e
permitir o controlo da altura da câmara e/ou das luzes (READ e VICKRIDGE, 1997; WRC, 2001). Nos colectores
de menores diâmetros, em que os robôs não consigam entrar, ou nos colectores de grandes diâmetros, em que
não seja possível desviar o efluente devido à altura e velocidade de escoamento inviabilizem a sua utilização, é
frequente montar as câmaras em jangadas que são arrastadas ao longo do colector. Um dos grandes
problemas desta alternativa é o intervalo de tempo necessário para imobilizar a câmara, caso seja preciso
inspeccionar com maior detalhe alguma secção do colector (READ e VICKRIDGE, 1997; USEPA, 1999).
Figura 3.1 - Sistema móvel de inspecção CCTV Rovver 225 (SEWERTECHNOLOGIESINC, 2012).
Actualmente, já existem equipamentos comerciais móveis que permitem a inspecção de colectores com
diâmetros a partir de 100 mm (USEPA, 1999; WRC, 2001). É recomendado que a esta técnica só seja aplicada na
inspecção de colectores com diâmetros até 1200 mm (USEPA, 1999; WRC, 2001). Tal deve-se ao facto de, à
medida que o diâmetro do colector aumenta, a distância entre a câmara e as paredes aumenta e condiciona a
capacidade de visualização das anomalias. Para diâmetros superiores são necessárias câmaras que permitam
imagens de maior resolução e sistemas de iluminação mais potentes. A câmara deve ser montada de forma a
manter a lente o mais próximo possível do centro da tubagem, em colectores circulares ou rectangulares, ou a
dois terços da altura, em colectores ovais (READ e VICKRIDGE, 1997; USEPA, 1999).
3.3 LASER
Estes sistemas permitem obter imagens digitalizadas com elevado detalhe das superfícies interiores dos
colectores (Figura 3.2 a)) através de feixes de luz sobre a forma de LASER (Light Amplification by Stimulated
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
21
Emission of Radiation). As imagens digitalizadas produzidas por este sistema podem ser bi ou tri-dimensionais
(KOO e ARIARATNAM, 2006). A Figura 3.2 b) ilustra uma imagem tri-dimensional do perfil de um colector. A
detecção de anomalias por este sistema depende do grau com que o feixe de luz emitido é reflectido (MAKAR,
1999), sendo que as superfícies lisas reflectem o máximo da luz incidente, as superfícies fissuradas reduzem a
luz reflectida e as secções em falta ou fendas no colector não reflectem a luz incidente.
a)
b)
Figura 3.2 – a) Inspecção com recuso a técnica LASER (REDZONE-ROBOTICS, 2012) b)Obtenção do perfil do colector através da técnica LASER (TRENCHLESSAUSTRALASIA, 2012).
Os sistemas com tecnologia LASER apresentam uma vasta gama de aplicação, desde colectores com diâmetros
de 0,225 m até 1,5 m e com precisões na ordem dos 0,1 mm na medição da geometria do colector, permitindo
detectar eficazmente alterações à forma do colector originadas por deformações, corrosão ou
sedimentos(SOUSA et al., 2006; USEPA, 2009). Através deste sistema é possível detectar fissuras até 0,25 a 0,3
mm (SOUSA et al., 2006).
Na inspecção de colectores de grandes dimensões, estes sistemas são mais eficazes do que os sistemas de
inspecção CCTV, pois não apresentam limitações decorrentes da distância entre a câmara e a superfície do
colector e nem dificuldades em termos de nível de iluminação (GOKHALE et al., 2005). Por outro lado, esta
técnica, tal como a técnica CCTV, não é aplicável nas superfícies imersas dos colectores (KOO e ARIARATNAM,
2006).
No decorrer de uma inspecção por este método, a informação é analisada e gravada informaticamente,
reduzindo os erros decorrentes do inspector por cansaço ou falta de experiência do inspector e permitindo um
acesso mais eficaz aos dados por parte dos técnicos (MAKAR, 1999).
Do ponto de vista dos custos, este sistema requer um investimento inicial superior ao equipamento CCTV, mas,
do ponto de vista do processo de inspecção, apresenta encargos operacionais mais reduzidos que o CCTV pois
a inspecção processa-se de forma mais rápida (MAKAR, 1999). Os lasers são muitas vezes utilizados em
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
22
combinação com outros métodos de inspecção mais comuns, como CCTV e / ou sonar, de forma a colmatar as
limitações inerentes a cada técnica (USEPA, 2009).
3.4 SISTEMAS FÍSICOS ACÚSTICOS
A tecnologia acústica, em termos gerais, usa dispositivos de medição para detectar vibrações e/ou ondas de
som. Na avaliação da condição de colectores, os sensores acústicos são usados para detectar sinais emitidos
por defeitos. Estes são utilizados por uma variedade de produtos comercialmente disponíveis. Os sistemas
físicos acústicos são amplamente utilizados para a inspecção de redes de abastecimentos de água, por isso,
esta categoria de tecnologia de inspecção também pode ser utilizado para colectores sob pressão (condutas
elevatórias).
Existem três classificações distintas de tecnologias acústicas (USEPA, 2009):
• detectores de fugas, que são utilizados para detectar os sinais acústicos emitidos pelas fugas nas
condutas;
• sistemas de monitorização acústicos, que são usados para avaliar a condição de condutas de betão
armado pré-esforçado;
• SONAR, ou ultra-som, sistemas que emitem ondas sonoras de alta frequência e medem a reflexão
destas ondas na parede do colector, a fim de detectar uma variedade de defeitos do tubo.
3.4.1 DETECTORES DE FUGAS
Detectores de fugas são dispositivos usados para detectar o som ou vibração produzida por fugas em condutas
de redes de abastecimento de água e de redes de esgotos. Estes incluem dispositivos portáteis de escuta, como
hastes de escuta, microfones subaquáticos (hidrofones) e geofones (microfones terra); correlacionadores de
ruído; e dispositivos internos que recolhem informações sobre as fugas remotamente (USEPA, 2009). Os
dispositivos portáteis de escuta e os correlacionadores de ruído são comercialmente disponíveis e têm sido
usados na detecção de fugas à décadas. Os dispositivos internos de detecção de fugas são um avanço mais
recente na utilização de tecnologia acústica para a avaliação da condição das condutas (USEPA, 2009).
As formas mais simples de detectores de fugas são dispositivos de escuta mecânica. Estes incluem hastes de
escuta e hidrofones, que são as duas hastes metálicas equipados com um fone de ouvido. Estes dispositivos são
operados colocando a haste em contacto directo com a conduta, permitindo que o operador do dispositivo
possa ouvir as fugas através do fone de ouvido.
Geofones são outro tipo de dispositivo de escuta, estes são colocados sobre o solo ou pavimento acima da
conduta, permitindo ao inspector ouvir o som das fugas, uma vez que estes sons são transmitidos através do
solo.
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
23
Os hidrofones também podem ser electrónicos, estas são compatíveis com os dispositivos mecânicos descritos
acima, mas também podem incluir elementos especiais, tais como filtros de ruído, amplificadores ajustáveis e
elementos sensíveis, como materiais piezoeléctricos. As fugas, através deste sistema, podem ser detectadas
tanto por parte dos inspectores através de fones de ouvido ou em alguns casos por soundmeters que podem
armazenar os níveis de ruído emitidos por fugas em condutas para posterior análise, constituindo uma
vantagem face aos sistemas mecânicos (USEPA, 2009).
Os correlacionadores de ruído são um tipo de detectores de fugas mais complexo e preciso, que têm sido
utilizados para detecção de fugas desde 1980. Estes dispositivos computacionais são usados para medir o som
ou a vibração em dois pontos sobre uma conduta, localizados em ambos os lados de uma suspeita de fuga.
Dependendo do dispositivo, as medições são realizadas por um sensor de vibrações que pode ser um
acelerómetro ligado aos pontos de contacto com a conduta ou um microfone subaquático, que é inserido na
própria conduta. Os sinais detectados pelo sensor são transmitidos através de uma rede sem fios para o
dispositivo de correlação, que indica a localização de fugas com base no intervalo de tempo entre os sinais de
fuga medidos a partir dos dois pontos.
As formas mais complexas de detectores de fugas são os dispositivos internos, que são implantados na conduta
e monitorizam continuamente as fugas. A Figura 3.3 exemplifica o sistema Sahara® composto por um
hydrophone que permite inspeccionar condutas. Através deste sistema o inspector pode ouvir os sinais
detectados pelo sensor directamente ou pode ver o sinal através de um computador com um software de
espectrograma. O sistema localiza as fugas identificando os sinais acústicos. O tamanho da fuga pode ser
estimado com base no sinal registado pelo dispositivo (USEPA, 2012; USEPA, 2009).
Figura 3.3 - Sistema Sahara® (adaptada de USEPA (2012)).
Existem várias soluções comercialmente disponíveis para dispositivos internos de detecção de fugas que
utilizam tecnologias acústicas para a condição de condutas. Os prestadores de serviços regionais e nacionais
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
24
têm a capacidade de avaliar os sistemas de águas residuais, embora esta tecnologia seja muito mais utilizada
na avaliação da condição dos sistemas de distribuição de água (USEPA, 2009).
3.4.2 SISTEMAS DE MONITORIZAÇÃO ACÚSTICA
Os sistemas de monitorização acústica são instalados ao longo de uma conduta de betão pré-esforçado para
fornecer uma monitorização contínua da condição geral da conduta. Historicamente, o betão pré-esforçado
tem sido utilizado para grandes diâmetros de condutas forçadas e têm ocorrido falhas devido a corrosão
interna ou externa. Os sistemas funcionam através da detecção do sinal acústico produzido pela ruptura do aço
pré-esforçado dentro da conduta. Este sistema não permite identificar defeitos individuais, mas apresenta-se
bastante útil como técnica de triagem para determinar se uma avaliação adicional da condição deve ser
realizada (USEPA, 2009).
Uma das técnicas utilizadas é o Teste de Emissão Acústica (Acoustic Emission Testing - AET) da empresa
Pressure Pipe Inspection Company. Este sistema de controlo acústico é utilizado principalmente para controlar
a deterioração de condutas de sistemas de adução em betão armado pré-esforçado, mas também tem sido
implementado para avaliar a condição de condutas forçadas em redes de esgotos. O sistema AET baseia-se na
detecção da energia acústica libertada quando os fios de pré-esforço fios atingem a rotura (seja esta por quebra
ou por cedência dos mesmos). O sistema detecta a descompressão geral, através da determinação da
frequência e do número de cedências durante um período de tempo. O sistema de AET determina a localização
das falhas com base no tempo de chegada dos sinais acústicos a uma série de sensores localizados no interior
do tubo. Uma vez que a técnica não detecta número de fios em rotura, mas em vez disso determina a
descompressão generalizada num troço da conduta, recomenda-se que esta técnica seja usada como uma
técnica de triagem antes de utilizar outros métodos para detectar defeitos (USEPA, 2009).
O sistema de AET é constituído por uma série de unidades instaladas ao longo da conduta. Cada unidade
contém um sensor (um hidrofone ou um acelerómetro), um processador de sinal, uma estação de base e um
dispositivo de precisão temporal. Os hidrofones são instalados com um espaçamento de cerca de 500 a 3000
pés, o espaçamento é largamente dependente do diâmetro da conduta (condutas menores exigem um
espaçamento mais próximo do que as maiores) (USEPA, 2009). Os acelerómetros são montados à superfície;
espaçamento é mais flexível, quando este tipo de sensor é utilizado. O processador de sinal é um pequeno
computador que está instalado perto do hidrofone. Este monitoriza os sinais detectados pelo hidrofone e
transmite os sinais que indicam eventos relacionados com fios de pré-esforço para a estação de base. A
estação de base é constituída por um computador pessoal, um dispositivo de comunicação de redes sem fios e
um dispositivo de ligação à internet. O dispositivo precisão temporal é constituído pela antena de GPS e pelo
processador, fornecem informações sobre a localização de cada sensor e determina o calendário de eventos
acústicos (USEPA, 2009). Os elementos que compõem o sistema apresentam-se na Figura 3.4.
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
25
Figura 3.4 - Sistema AET (adaptada de BENGTSSON et al. (2005)).
O AET pode ser usado para monitorizar activamente a descompressão em condutas de betão pré-esforçado de
450 mm ou de maior diâmetro. O sistema funciona com as condutas em serviço. A técnica é importante para
fornecer um aviso prévio da falha de uma conduta e para a triagem das redes, determinando quais as condutas
que se estão a deteriorar. No entanto, esta técnica tem a desvantagem de não poder detectar defeitos
individuais dentro de uma conduta (USEPA, 2009).
3.4.3 ULTRA-SONS (SONAR)
Esta técnica de inspecção recorre a ondas sonoras de elevada frequência. As ondas emitidas pelo equipamento
propagam-se até e através do material a inspeccionar. Conhecendo a velocidade do som no meio de
propagação, a densidade e elasticidade do material a inspeccionar, é possível aferir as distâncias a que o
material se encontra do aparelho. As anomalias são detectadas quando existe uma alteração da densidade do
material, em que parte da energia se propaga ao material seguinte e a outra parte da energia sonora incidente
é reflectida e posteriormente detectada pelo sensor ultra-sónico. A orientação das anomalias influencia a
capacidade de detecção das mesmas, sendo as fissuras paralelas às ondas mais difíceis de detectar do que as
perpendiculares (EISWIRTH et al., 2000; MAKAR, 1999).
Esta técnica detecta deformações na parede do colector, corrosão, vazios, fissuras e fracturas. Em termos de
defeitos funcionais a técnica também pode detectar e quantificar detritos, gorduras e lodo, e pode distinguir
entre detritos duros e moles, no entanto, os defeitos na parede do tubo, por vezes, podem ser ocultados por
gorduras e detritos (USEPA, 2009). Do ponto de vista da precisão, é possível detectar alterações geométricas na
superfície interior do colector, podendo detectar anomalias do tipo fissuras, vazios e mesmo picadas de
corrosão de 5 mm. Desta forma, pode fornecer imagens bastante precisas da secção do colector, tanto para
secções emersas como para secções submersas (GOKHALE e GRAHAM, 2004; KOO e ARIARATNAM, 2006).
Actualmente, os equipamentos disponíveis no mercado não permitem efectuar medições em zonas submersas
e emersas em simultâneo, dado que o meio de propagação da onda difere nos dois casos, sendo que no
primeiro caso o meio de propagação é o efluente e no segundo caso é o ar (EISWIRTH et al., 2000).
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
26
Figura 3.5 - Equipamento de inspecção por Ultra-sons (HYDROMAXUSA, 2003).
Em alguns equipamentos, o sistema de sonar é utilizado em conjunto com um sistema CCTV, de modo que se
possa realizar simultaneamente a inspecção dos colectores acima e abaixo da linha de água. Para ultrapassar
esta limitação do sistema, têm sido realizadas investigações para o desenvolvimento de sistemas com
transdutores separados, um para uso em meio aéreo e outro para o meio aquático, de modo que a inspecção
de colectores parcialmente cheios pode ser realizada (USEPA, 2009).
Os resultados obtidos por meio desta técnica dependem em grande parte da interpretação efectuada dos
dados recolhidos, pelo que se torna importante que a inspecção seja efectuada por um técnico especializado
(GOKHALE e GRAHAM, 2004; KOO e ARIARATNAM, 2006). Esta técnica é bastante eficiente visto não necessitar
de efectuar operação de limpeza antes de se realizar a inspecção ao colector e poder ser realizada a inspecção
com o colector em serviço (USEPA, 2009).
3.5 SISTEMAS FÍSICOS ELÉCTRICOS E ELECTROMAGNÉTICOS
Tem sido investigada a aplicação de métodos de inspecção com base em correntes eléctricas e
electromagnéticas. Estas técnicas são comumente utilizadas noutras indústrias como a do gás e do petróleo. O
método de detecção de fuga de corrente eléctrica permite detectar fugas, fissuras e fracturas em condutas e
também em colectores em carga não metálicos. O método de fuga de fluxo magnético permite detectar
corrosão, fissuras e fracturas. Os ensaios de correntes induzidas e ensaios de correntes induzidas por campo
remoto são técnicas que permitem detectar corrosão, fracturas, fissura, infiltrações, exfiltrações e a espessura
da parede do colector ou da conduta metálica (USEPA, 2012; USEPA, 2009).
3.5.1 MÉTODO DE DETECÇÃO DE FUGA DE CORRENTE ELÉCTRICA
O método de detecção de fuga de corrente eléctrica (Electrical Leak Location Method) foi desenvolvido pela
primeira vez em 1981 para a inspecção de revestimentos de geomembrana. O método tornou-se
comercialmente disponível em 1985, e é uma das técnicas mais amplamente utilizadas para a detecção de
fugas em revestimentos de geomembrana. A técnica envolve a colocação de um eléctrodo em ambos os lados
do material a ser testado, gerando-se uma diferença de potencial entre os dois eléctrodos e como o material a
ser testado é um isolante eléctrico, a tensão flui somente através de orifícios no material. As áreas onde
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
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existem defeitos no material têm uma elevada densidade de corrente, a qual pode ser detectada através da
medição do potencial eléctrico na área do levantamento. Embora seja utilizada principalmente para inspecção
de geomembranas, a técnica é também aplicável a inspecções a colectores (USEPA, 2009).
Como esta tecnologia se baseia no facto do material dos colectores ser um isolante eléctrico, só pode ser usado
em tubagens não metálicas. A tecnologia é útil para inspeccionar condutas forçadas e colectores de pequeno
diâmetro. Embora seja possível inspeccionar colectores de grande diâmetro, uma vez que a tecnologia requer
que os colectores estejam em carga, o tempo e esforço necessários para encher tubos maiores pode tornar
este método de inspecção inviável.
Embora existam mais de vinte fornecedores comerciais de serviços detecção de fugas de corrente eléctrica
para monitorização da integridade de revestimentos de geomembrana, o sistema FELL é o único método
desenvolvido especificamente para a detecção de fugas em condutas e colectores. O FELL, também conhecido
como tecnologia Electro-Scan, foi desenvolvido na Alemanha pela Seba Dynatronic em 1999. A empresa GRW
Engineers, Inc. introduziu o sistema FELL nos EUA. O sistema FELL identifica potencial vazamento em materiais
não-condutores (i.e., não metálicos) em redes de esgotos, colectores de gravidade e laterais de serviço,
utilizando a tecnologia de continuidade eléctrica. Originalmente, o FELL-41 foi projectado para uso em
condutas em pressão. A técnica foi mais tarde desenvolvida para permitir a inspecção a colectores gravíticos. A
empresa desenvolveu mais tarde FELL-21 para inspecção dos ramais prediais. Até 2004, havia três dispositivos
eletro-scan localizados nos Estados Unidos, dois dos quais são de propriedade GRW Engineering em Louisville,
KY (USEPA, 2009).
No sistema FELL 41 (Seba Dynatronic/Metrotech), ou Electro-Scan, a inspecção realiza-se alimentando um
eléctrodo móvel (sonda) através do colector a inspeccionar. Simultaneamente, um eléctrodo fixo de superfície,
geralmente uma placa de metal, é colocado no solo. A corrente eléctrica é gerada pelo eléctrodo móvel e flui
através da água no interior do colector, da parede do tubo e da terra em torno do colector, até ao eléctrodo
fixo de superfície. Como a água, a terra e os cabos de ligação têm uma baixa resistência eléctrica e o material
do tubo tem uma resistência eléctrica elevada, existe muito pouco fluxo de corrente entre os dois eléctrodos
(Figura 3.6). Contudo, se existir uma fuga na tubagem, a corrente eléctrica flui através do defeito facilmente,
quanto maior for o defeito, maior será o fluxo de corrente. A corrente eléctrica que passa entre os dois
eléctrodos é medida no eléctrodo móvel e estes dados são então transmitidos para um computador portátil,
que os regista e mostra graficamente a corrente que flui através do colector.
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
28
Figura 3.6 - Esquema do sistema FELL 41 (adaptada de PIPELINE SERVICES PTE LTD (2013)).
A técnica só detecta defeitos em áreas submersas do colector; assim, para inspeccionar toda a circunferência
dos colectores (que normalmente não estão em carga), é necessário encher completamente com água o
colector. Duas técnicas são usadas para encher o colector para a inspecção com o FELL-41. A primeira envolve
ligar a câmara de visita de jusante e, em seguida, encher o colector com água suficiente para este esteja
coberto ate à câmara de visita de montante, este método pode ser muito demorado e pode resultar no back-
up das laterais de serviço (USEPA, 2009). O método alternativo envolve a utilização de um tampão. O eléctrodo
móvel é ligado ao lado a montante do tampão, que é instalado manualmente a uma curta distância da zona de
montante do colector. A zona de montante do colector é cheia com água de modo que o eléctrodo móvel
esteja submerso, e, em seguida, o tampão e o electro móvel ligado a este são puxados através do colector, de
modo que a toda a parede do colector possa ser avaliada (USEPA, 2009).
O FELL-41 também é adequado para a inspecção de condutas forçadas com um diâmetro de 0,1524 m até
1,524 m. Este sistema só funciona em tubos não-condutores e tubos metálicos revestidos, e só pode detectar
defeitos abaixo da linha de água. Embora esgotos por gravidade possam ser cheios manualmente para permitir
uma inspecção completa, o processo de enchimento de colectores de grande diâmetro requer muito tempo e
preparação. O produto pode ser usado para detectar fugas causadas por fendas radiais e longitudinais, bem
como as juntas defeituosas (USEPA, 2009).
O FELL-21 trabalha sobre o mesmo princípio que FELL-41, mas foi projectado para inspeccionar a ligação da
rede de esgoto predial ao colector público, podendo ser utilizados em ligações com diâmetros entre 0,0762 m e
0,1524 m. Tal como FELL-41, este dispositivo só pode ser utilizado para a inspecção de tubos não condutores. O
FELL-21 detecta fugas causadas por fendas radiais e longitudinais, bem como as juntas defeituosas (USEPA,
2009).
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
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3.5.2 MÉTODO DE DETECÇÃO DE FUGA DE FLUXO MAGNÉTICO
O método de detecção de fuga de fluxo magnético (Magnetic Flux Leakage detection) é uma técnica de
inspecção amplamente utilizada em oleodutos e gasodutos. A técnica MFL foi desenvolvida em 1920 e 1930
para testes de materiais. O Tuboscope, que se tornou comercialmente disponível em 1965, foi a primeira
ferramenta desenvolvida especificamente para inspecção de sistemas de recolha de águas residuais(USEPA,
2009).
A detecção pelo método MFL envolve a colocação de um ou mais ímanes perto de uma parede do colector,
levando à indução de um campo magnético na parede do colector. A força e direcção dos campos magnéticos
são representadas por linhas de fluxo. Quando um íman está perto de uma parede de um colector condutor, a
maioria das linhas de fluxo passam através desse mesmo colector. No entanto, em áreas de corrosão, existe
menos fluxo do que em secções intactas. Isto conduz à fuga de fluxo em zonas do colector que tenham sido
submetidas a fenómenos de corrosão, bem como uma alteração da forma do campo magnético induzido
(Figura 3.7). A fuga de fluxo magnético é detectada por sensores e o software de computador é então usado
para determinar o tipo e tamanho das anomalias detectadas pelo sensor (USEPA, 2012; USEPA, 2009).
Figura 3.7 - Esquema do método de detecção de fuga de fluxo magnético (adaptada de USEPA (2012)).
Os dispositivos MFL consistem em vários sistemas empacotados em uma única ferramenta. No mínimo, uma
ferramenta MFL contém um elemento de magnetização, um sensor, um sistema de gravação de dados e um
sistema de energia. As ferramentas MFL são geralmente classificadas como peça única ou segmentada. As
ferramentas do tipo peça única contêm todos as componentes do sistema em uma única ferramenta rígida,
enquanto as ferramentas segmentadas consistem em várias peças unidas umas às outra com conectores
flexíveis (USEPA, 2009).
A Inspecção de colectores através da detecção de MFL envolve o transporte de um dispositivo de MFL ao longo
do colector. À medida que o dispositivo se move através da calha a ferramenta detecta e regista mudanças no
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
30
fluxo magnético. Os dispositivos MFL tradicionais, também chamados MFL axiais, produzem um campo
magnético orientado ao longo do eixo do tubo. Mais recentemente foi desenvolvido o MFL circunferencial,
através deste sistema o campo magnético é orientado à volta do colector, permitindo uma melhor detecção de
defeitos axiais, tais como fissuras, defeitos de soldadura e defeitos de corrosão (USEPA, 2009).
A inspecção por MFL só funciona em colectores em metálicos. A maioria dos dispositivos de MFL são grandes e,
portanto, apenas são adequados para colectores de maior diâmetro, no entanto, algumas aplicações
comerciais foram desenvolvidos para utilização em colectores de menor diâmetro (USEPA, 2012; USEPA, 2009).
Embora MFL é mais vulgarmente utilizado para detectar a corrosão, a técnica pode detectar uma variedade de
anomalias em colectores, incluindo fissura e fracturas circunferenciais e longitudinais. Mais recentemente, as
ferramentas de MFL são, adicionalmente, capazes de produzir medições precisas de defeitos do tubo(USEPA,
2009).
Dada a utilização generalizada de tecnologia MFL na indústria do petróleo e do gás, há uma grande variedade
de produtos comerciais disponíveis. No entanto, a tecnologia ainda tem que ganhar aceitação e dar provas na
avaliação da condição dos sistemas de colectores de águas residuais (USEPA, 2009).
3.5.3 ENSAIOS DE CORRENTES INDUZIDAS E ENSAIOS DE CORRENTES INDUZIDAS POR CAMPO
REMOTO
As tecnologias ECT (Eddy Current Testing) e RFEC (Remote Field Eddy Current Technology) envolvem a geração
de correntes eléctricas e campos magnéticos para investigar a condição de materiais metálicos. A inspecção
através da tecnologia ECT de colectores ou condutas envolve a utilização de uma bobina magnética para
induzir uma corrente eléctrica em colectores ou condutas condutoras. Por sua vez, a corrente eléctrica cria
pequenos campos magnéticos ou correntes de Eddy em oposição ao campo magnético da bobina, o que resulta
numa mudança na impedância da bobina. À medida que a bobina magnética atravessa o colector ou a conduta,
a alteração da impedância é medida, permitindo a identificação de defeitos. A eficácia da ECT para inspecção
de colectores e condutas é limitada por um fenómeno electromagnético chamado de "efeito peculiar". A
densidade de corrente Eddy diminui exponencialmente com a profundidade. Isto limita a detecção de defeitos
para os que se encontram na superfície do colector ou da conduta mais próximos da bobina magnética, porque
os defeitos mais profundos situados dentro do colector ou da conduta podem não ser detectados (USEPA,
2009).
O método RFEC foi desenvolvido para ultrapassar as limitações das inspecções através de ensaios de corrente
de Eddy padrão. Este método pode detectar ambos os defeitos internos e externos em colectores e condutas.
RFEC envolve a implantação de uma sonda que consiste em múltiplas bobinas magnéticas, uma bobina de
excitação e uma ou mais bobinas de detecção, através do colector ou conduta (Figura 3.8). Tal como no ensaio
padrão de corrente de Eddy, as correntes são induzidas na parede do colector ou conduta. Estas correntes
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
31
directas atenuam-se rapidamente à medida que fluem ao longo da parede do colector em direcção à bobina de
detecção, que está normalmente localizada aproximadamente dois diâmetros da bobina de excitação. Um
segundo campo magnético passa da bobina de excitação para o exterior do colector ou conduta e flui ao longo
da parede exterior e em seguida volta para o interior do colector ou conduta até atingir o detector. Este campo
atenua muito lentamente ao longo da parede exterior e é muito mais forte que o campo directo quando se
atinge o detector. Os defeitos e espessura da parede afectam a propagação dos campos magnéticos ao longo
das paredes do colector ou conduta, alterando, assim, o sinal recebido pelo detector, permitindo a
identificação de defeitos (USEPA, 2012; USEPA, 2009).
Figura 3.8 - Sistema RFEC ( adaptada de USEPA (2012)).
Os métodos ECT e RFEC são utilizados principalmente para a detecção de defeitos tais como corrosão, fugas e
fissuras em paredes de colectores ou condutas metálicas. Estes métodos de inspecção podem ser usados para
a inspecção de condutas ou colectores de pequeno diâmetro, em alguns casos, tão pequeno como duas
polegadas de diâmetro, assim como colectores e condutas de grande diâmetro. ECT e o RFEC podem ser usados
em tubagens vazias, em carga, ou parcialmente cheias. Os dispositivos que utilizam ECT e tecnologia RFEC
podem ser usados para inspeccionar condutas forçadas e colectores, no entanto, como a maioria dos
colectores não são construídos de materiais ferrosos, a tecnologia tem uso limitado para esta aplicação
(USEPA, 2012; USEPA, 2009).
3.6 OUTROS MÉTODOS DE INSPECÇÃO INOVADORES
3.6.1 TERMOGRAFIA POR INFRA-VERMELHOS
Esta tecnologia assenta na teoria da transferência da energia. Segundo esta teoria a energia flui de zonas mais
quentes para as mais frias (Figura 3.9). O fluxo de energia depende das características do meio que atravessa,
resultando diferenças de temperaturas (WIRAHADIKUSUMAH et al., 1998).
Desta forma, anomalias como falhas ou vazios podem ser detectadas devido à diferença de propriedades
térmicas e à difusão do calor que se processa a diferentes velocidades consoante o material, permitindo assim
detectar a localização das anomalias e a profundidade a que se encontram (DURAN et al., 2002).
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
32
Figura 3.9 - Inpecção por termografia por infra-vermelhos (adaptada de PRISTINEHOMEINSPECTIONS (2012)).
No recurso desta técnica em inspecções a colectores, torna-se necessária a utilização de uma fonte de energia
que permita estabelecer o fluxo de energia. Dependendo da fonte de energia utilizada para a execução desta
técnica existem sistemas passivos ou activos (DURAN et al., 2002).
O sistema passivo, quando utilizado de dia, recorre ao sol como fonte de energia, mas no caso de ser realizada
a inspecção de noite o próprio terreno serve de fonte de energia. Este sistema é utilizado na detecção e
localização de colectores, na detecção de infiltrações e/ou exfiltrações, vazios e defeitos no exterior de
colectores. A inspecção pode ser realizada manualmente ou através de câmaras montadas em veículos ou
aeronaves. Na variante activa do sistema, a fonte de energia são lâmpadas de infravermelhos. Estas são
utilizadas para aquecer o colector a inspeccionar. Através deste sistema é aplicada uma carga térmica ao
colector e procede-se à sua medição (termográfica por impulso). Esta abordagem destina-se à detecção de
anomalias através do interior dos colectores. (DURAN et al., 2002; GOKHALE e GRAHAM, 2004;
WIRAHADIKUSUMAH et al., 1998).
Esta tecnologia apresenta vantagens na velocidade de inspecção, permitindo inspeccionar entre 5 a 160 km de
tubagem por dia (GOKHALE e GRAHAM, 2004; WIRAHADIKUSUMAH et al., 1998). Outra vantagem é o elevado
potencial para inspeccionar anomalias invisíveis (exfiltrações) (SOUSA et al., 2006). A utilização desta técnica de
inspecção apresenta diversas limitações, destacando-se as seguintes:
• Os defeitos superficiais podem ocultar os restantes defeitos (DURAN et al., 2002);
• A aplicação da técnica é fortemente condicionada pelas condições climatéricas, nomeadamente a
chuva que pode reduzir as diferenças de temperatura entre os vários elementos (GOKHALE e
GRAHAM, 2004);
• A interpretação dos resultados fornecidos pelos termogramas exige um técnico experiente no seu
processamento (EISWIRTH et al., 2000).
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
33
3.6.2 RADAR DE PENETRAÇÃO TERRESTRE
A técnica de inspecção com recurso ao Radar de Penetração Terrestre (GPR- Ground Penetrating Radar) ou
Georadar consiste na análise da reflexão e comportamento das ondas electromagnéticas ao atravessarem
meios com densidades distintas (SOUSA et al., 2006).
O equipamento de GPR é composto por um gerador de sinal e uma antena, em modo estático, que realiza
conjuntamente as funções de emissão e recepção ou um par de antenas, em modo bi-estático, com as funções
exercidas separadamente. O sinal obtido durante a realização da inspecção pode ser visualizado e armazenado
em sistemas próprios, sendo o computador pessoal o sistema mais comumente utilizado. Consequentemente é
possível o pré-processamento e controlo dos dados obtidos (DURAN et al., 2002; GRANGEIA e MATIAS, 2004).
a)
b)
Figura 3.10 - a)Antenas de 100MHz não blindadas do PulseEKKo IV b) consola de controlo e respectivo Laptop. (GRANGEIA e MATIAS, 2004) .
As inspecções com recurso a GPR dependem essencialmente da frequência central das ondas
electromagnéticas, dado que quanto maior for a frequência maior será o detalhe e o rigor na detecção (SOUSA
et al., 2006). Contudo, o aumento da frequência também implica um menor comprimento de onda e resulta
numa menor profundidade de investigação, (normalmente não vai para além de 20 comprimentos de onda)
(ALLOUCHE e FREURE, 2002; DURAN et al., 2002). A escolha da frequência na inspecção resulta de um
compromisso entre a profundidade de investigação e a resolução necessária (SOUSA et al., 2006).
A profundidade que se obtém a resolução máxima, para uma dada frequência, é da ordem do comprimento de
onda correspondente. Outro parâmetro, para além das características da onda, que tem influência na
resolução e na profundidade relaciona-se com as propriedades electromagnéticas do meio, nomeadamente a
condutividade do meio (DURAN et al., 2002; GOKHALE e GRAHAM, 2004; GRANGEIA e MATIAS, 2004; READ e
VICKRIDGE, 1997). De acordo com SOUSA et al. (2006), quanto maior a condutividade do meio menor terá de
ser a frequência da antena, e menor será a resolução obtida. As características dos objectos a detectar,
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
34
designadamente a dimensão, o material e a altura de água no interior dos colectores, têm influência da
profundidade obtida na inspecção.
A inspecção com recurso a técnica de GPR permite identificar objectos enterrados de natureza diversa,
obtendo-se informações sobre (WIRAHADIKUSUMAH et al., 1998):
• O colector, designadamente o tipo de material, a espessura e a suas condição estrutural;
• O terreno circundante, nomeadamente a presença de outras infra-estruturas;
• A interface solo-colector, nomeadamente o nível freático.
No caso especifico das águas residuais, esta técnica tem sido utilizada na França desde o início da década de 80
(EISWIRTH et al., 2000). Na detecção de exfiltrações esta técnica permite identificar:
• Cavidades nos solos circundantes, criadas pelo escoamento turbulento da água nos locais de fugas;
• Confirmar a verdadeira profundidade dos colectores que devido ao aumento da constante dieléctrica
dos solos saturados pela água exfiltrada acabaram por se afundar.
As vantagens da utilização desta técnica residem na possibilidade de obter informações sobre a envolvente e a
interface colector-envolvente e na rapidez de execução das inspecções, permitindo inspeccionar 600 a 1200
metros de colector diariamente (DURAN et al., 2002; WIRAHADIKUSUMAH et al., 1998).
A interpretação e processamento dos dados recebidos através desta técnica é uma tarefa complexa e de
grande importância, tornando-se necessário que seja executada por técnicos habilitados e experientes (KOO e
ARIARATNAM, 2006; READ e VICKRIDGE, 1997). Outra das limitações da utilização desta técnica reside na
atenuação do sinal, em especial quando se utilizam frequências elevadas em materiais condutores, com
constantes dieléctricas ou magnéticas elevadas, reduzindo a profundidade de inspecção (MAKAR, 1999). No
caso das inspecções a redes de drenagem de águas residuais, esta limitação é comum em solos argilosos
saturados ou contaminados com sais (READ e VICKRIDGE, 1997). Na detecção de vazios, especialmente quando
é utilizada pelo exterior, esta técnica apresenta erros associados significativos. Quando o objectivo de uma
inspecção seja a detecção deste tipo de anomalias esta técnica não deve ser utilizada isoladamente (GOKHALE
e GRAHAM, 2004; MAKAR, 1999). De acordo com as limitações da utilização da técnica GPR, autores como
(READ e VICKRIDGE, 1997) recomendam a utilização desta técnica, isoladamente, apenas para localização da
infra-estrutura e não na sua inspecção.
3.6.3 REGISTO GAMMA-GAMMA
O registo Gamma-gamma é uma técnica usada principalmente para avaliar estacas de betão pré-moldado e
para a investigação de poços nas indústrias mineiras, de petróleo e de gás. A técnica envolve a utilização de
sondas de gama-gama, constituída por uma fonte de radiação gama como o césio-137 e um ou mais detectores
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
35
de gama. Os detectores são protegidos da radiação directa por um metal pesado como chumbo. A sonda
gamma-gamma emite fotões que reagem ao material circundante com base na densidade. Os fotões são
retrodifundidos pelo material circundante, e os dados são gravados como um registo de densidades. As
inspecções usando esta técnica são realizadas elevando e descendo uma sonda dentro de um tubo de controlo
de PVC que é inserida na estaca de betão pré-moldado ou no poço. Os resultados da inspecção consistem em
informações de controlo sobre a densidade média do betão (USEPA, 2009). Esta técnica também pode ser
usada para localizar os vazios (Figura 3.11).
Figura 3.11 - Esquema do sistema de registo Gamma-Gamma (adaptada de USEPA (2010)).
O registo de gama-gama não tem sido usado na inspecção de colectores e condutas de betão. No entanto,
investigadores da Universidade de Karlsruhe, na Alemanha, realizaram testes laboratoriais que indicaram que a
sonda gama-gama pode ser utilizada para localizar conexões laterais e localizar e medir o tamanho das
cavidades no solo circundante ao colector ou conduta (USEPA, 2009). A tecnologia pode ser aplicável para a
avaliação da condição geral de colectores ou condutas de betão ou para a detecção de lacunas no solo
circundante aos colectores ou às condutas.
3.6.4 MICRO-DEFLEXÃO
A Micro-deflexão é uma tecnologia não destrutiva utilizada para avaliar a condição de materiais de alvenaria ou
de betão. O método envolve a utilização de uma carga para criar uma ligeira deformação no material de teste.
A mudança de posição da estrutura é medida e um gráfico de carga/deformação é produzido. Estruturalmente,
nos materiais de teste em boas condições, é esperado que a variação da deformação com a carga seja
constante, enquanto em secções degradadas do material terá uma variação diferente no gráfico (USEPA, 2009).
Embora não seja um método generalizado para avaliar colectores, a micro-deflexão foi usada para avaliar
colectores de alvenaria. No entanto, a utilidade da micro-deflexão é limitada, porque o processo só pode dar
uma percepção geral das condições do colector em vez de identificar individualmente os defeitos. Além disso,
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
36
materiais plásticos, tais como PVC e HDPE, não podem ser inspeccionados utilizando este método (USEPA,
2009).
3.6.5 IMPACTO POR ECO E ANÁLISE ESPECTRAL DE ONDAS DE SUPERFÍCIE
O impacto por eco e a análise espectral de ondas de superfície (Spectral Analysis of Surface Waves - SASW) são
duas técnicas para a avaliação de materiais de betão e de alvenaria. Ambos funcionam submetendo o colector
ou a conduta a um impacto elástico, produzido por um martelo pneumático, o qual, se propaga em seguida
através do colector ou da conduta. As ondas são reflectidas pelos defeitos internos e as ondas reflectidas são
detectadas por um geofone situado no exterior do tubo. A técnica pode localizar e medir fissuras, fracturas,
delaminações e espaços vazios (USEPA, 2009).
Serviços de teste por impacto por eco são fornecidos por várias empresas e a sua aplicabilidade para as
condutas tem sido investigada. O Acoustic Impact Hammer, desenvolvido pela Universidade de Karlsruhe, na
Alemanha, utiliza um martelo para a superfície interior de um tubo; que em ensaios laboratoriais resultou na
detecção de fissuras e cavidades. A tecnologia desenvolvida na Alemanha que utiliza lasers para analisar a
resposta aos impactos e analisá-los através do sistema SASW está disponível para túneis e colectores ou
condutas de grandes diâmetros, visto que este sistema requer a entrada no colector ou conduta e, portanto, só
é adequado para colectores e condutas de grande dimensão (USEPA, 2009).
3.7 SISTEMAS MULTI-SENSORIAIS
Algumas das tecnologias apresentadas anteriormente, quando utilizadas isoladamente, apresentam limitações
que face às vantagens só podem ser aplicadas em casos específicos. Desta forma surge a necessidade de
desenvolver sistemas que permitem associar o potencial de diversas técnicas, aumentando o grau de confiança
dos resultados por não dependerem de um único sensor. Por outro lado, estes sistemas estão normalmente
associados a sistemas de processamento automático, permitindo a redução dos erros associados à
interpretação de resultados (SOUSA et al., 2006). Dos sistemas que actualmente existem no mercado,
destacam-se os seguintes:
3.7.1 SISTEMA PIRAT
Concebido para inspeccionar e avaliar automaticamente a condição de conservação dos colectores (Figura
3.12). Este sistema cria um modelo cilíndrico do interior do colector que é analisado através de técnicas de
inteligência artificial, de modo a diminuir a interferência da subjectividade e inexperiência do inspector. Para a
detecção de anomalias este sistema dispõe dos seguintes sensores: CCTV, Laser e Sonar. (KIRKHAM et al., 2000;
SOUSA et al., 2006).
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
37
Figura 3.12 - Sistema PIRAT (KIRKHAM et al., 2000).
3.7.2 SISTEMA KARO
Este sistema robotizado de controlo remoto destina-se a inspeccionar colectores e condutas, recorrendo a um
sistema baseado na teoria fuzzy-logic. Este sistema incorpora os seguintes sensores: óptico tridimensional,
ultra-sónico, microondas e GPR (opcional). Este sistema relaciona a informação recolhida pelos sensores para
efectuar automaticamente o diagnóstico da condição do colector, detectando automaticamente o tipo, a
localização e dimensão dos defeitos no colector (SOUSA et al., 2006).
Figura 3.13 - Sistema KARO (KUNTZE e HAFFNER, 1998).
3.7.3 SISTEMA SAM
Este sistema constitui uma evolução relativamente ao sistema KARO (SOUSA et al., 2006). O sistema apresenta
um maior número de sensores que o sistema KARO que permitem executar mais análises complementares
(Figura 3.14). As tecnologias incorporadas neste sistema são: CCTV, triangulação óptica, sensor microondas,
sensor geoeléctrico, sensor acústico, sensores hidro-químicos e sensores radioactivos.
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
38
Figura 3.14 - Sistema SAM (adaptada de EISWIRTH et al. (2000)).
3.7.4 SISTEMA SSET
Este sistema constitui uma evolução da técnica convencional de inspecção por sistema CCTV móvel. Este
sistema incorpora uma câmara de CCTV com scanner digital e um giraoscópio triaxial. Através deste sistema
obtém-se uma imagem digital de todo o perímetro ao longo do comprimento do colector, identificando-se
assim as deformações horizontais e verticais do colector. Tal como os sistemas CCTV convencionais, com este
sistema não existe a possibilidade de detecção de defeitos situados no interior da parede do colector ou de
defeitos que de alguma forma estão ocultados por outros objectos. Por outro lado a digitalização contínua do
colector minimiza a possibilidade de erro do inspector e torna o processo mais rápido, visto não requerer
paragem para uma avaliação mais cuidada de alguma secção. (KOO e ARIARATNAM, 2006; SOUSA et al., 2006).
Figura 3.15 - Sistema SSET (HASTAK e GOKHALE, 2003).
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
39
3.8 ADOPÇÃO DE OUTRAS TÉCNICAS INSPECÇÕES FACE À TRADICIONAL INSPECÇÃO POR CTTV
A maioria das técnicas anteriormente apresentadas encontram-se em fase de desenvolvimento ou disponíveis
para colectores com características especificas, consequentemente existem algumas dificuldades no controlo
dos parâmetros que podem comprometer a qualidade dos resultados da inspecção realizada.
Como se pode verificar na Tabela 3.2, estas novas técnicas apresentam vantagens em diversos parâmetros face
ao sistema tradicional de inspecção visual por CCTV. Destaca-se os sistemas multi-sensoriais, por aliarem
diversas tecnologias de inspecção num único produto, permitindo a recolha de dados através de diversas
fontes e obtendo-se resultados com maior detalhe e precisão do que sistemas que utilizem uma só tecnologia
de inspecção. O facto de estas técnicas estarem frequentemente associados a sistemas de detecção, validação
e avaliação automáticos, permite que o erro associado à incerteza associada a avaliação da condição dos
colectores não tenha uma componente associada ao erro do inspector na identificação de anomalias como no
caso das inspecções tradicionais por CCTV.
Do ponto de vista económico, as novas tecnologias de inspecção apresentam geralmente um custo inicial
superior aos da inspecção visual por CCTV e este pode ser um factor impeditivo a utilização destas tecnologias
por parte das empresas que realizam inspecções. Outro factor impeditivo relaciona-se com a interpretação dos
resultados obtidos das análises efectuadas por estas novas tecnologias, que requerem pessoal especializado e
experiente para poder analisar os dados obtidos nas inspecções. Este factor implica um investimento por parte
das empresas na especialização dos seus funcionários na utilização destas novas tecnologias.
A adopção de novas tecnologias nas inspecções a colectores requer um estudo do ponto de vista económico e
da sustentabilidade, pois o custo global de adopção de uma nova tecnologia de inspecção, incluindo os
encargos de operação, pode ser menor do que numa inspecção tradicional quando ocorrem as seguintes
situações (SOUSA et al., 2006):
• As condições de inspecção são de extrema dificuldade:
o Caudais elevados (exige a necessidade de desviar caudais);
o Paredes de colectores com elevadas camadas de material a recobrir (necessidade de executar
uma limpeza prévia ao colector);
o Locais de difícil acesso.
• A extensão da rede de drenagem a inspeccionar é elevada;
• As anomalias não são detectáveis à vista desarmada.
Capitulo 3 – Técnicas de inspecção
40
Tabela 3.2 - Vantagens e obstáculos das técnicas de inspecção (WIRAHADIKUSUMAH et al., 1998).
Técnica de inspecção Vantagens Obstáculos na implementação
4.2.5.2 CONDIÇÃO FUNCIONAL E ESTRUTURAL SEGUNDO O PROTOCOLO NRC
A classificação funcional e estrutural dos colectores, segundo o protocolo NRC, tem em conta o peso da
anomalia mais severa no colector. A classificação estrutural pode variar entre 1 e 5. O primeiro nível está
associado a colectores em que o peso da anomalia mais severa seja inferior ou igual a 4, os colectores que se
Capitulo 4 – Métodos de avaliação da infra-estrutura
58
inserem neste grupo encontram-se em condição aceitável. O último nível está associado a colectores em
condição de colapso eminente ou que já colapsaram, segundo este protocolo os colectores que se inserem
neste patamar apresentam a anomalia mais severa com um peso de 20. A descrição dos restantes níveis, bem
como os pesos associados a cada nível para a classificação estrutural e funcional dos colectores segundo a
anomalias mais severa encontram-se descritos na Tabela 4.14.
Na ponderação da classificação funcional, ao contrário do protocolo WRc, este protocolo sugere que a
classificação tenha em conta unicamente a abordagem pela anomalia mais severa. Neste caso os colectores
que estão no primeiro nível, ou seja em condição aceitável, a anomalia mais severa só pode ter um peso
máximo de 2. Os colectores no nível cinco, apresentam anomalias com o peso associado entre 9 e 10. Os pesos
associados aos restantes níveis também se encontram descritos na Tabela 4.14 na coluna referente à
classificação funcional.
Tabela 4.14 - Avaliação da condição funcional e estrutural do colector, segundo o protocolo NRC, com base na abordagem do peso máximo (NRC-CNRC, 2004).
Desta análise pode concluir-se que os defeitos estruturais do tipo Deformações, apesar de só terem sido
registados no emissário das Marianas, são um tipo de anomalia que é detectado eficazmente pelo inspector,
sendo que só 14% das anomalias não foram detectadas na segunda inspecção. As anomalias do tipo Fissuras
em termos gerais não foram detectadas em segunda inspecção em 73% dos casos, são um tipo de anomalias
estruturais que são passiveis de serem ocultadas por sujidade nas paredes do colector. O defeito do tipo Junta
deslocado em termos gerais não foi detectado em segunda inspecção em 64% dos casos. O defeito do tipo
Fracturas e a analise conjunta dos defeitos Colector partido e Colapso, apresentam em termos de total
percentagens de 43% e 52%, respectivamente, mas quando analisados em conjunto os três tipos de anomalias
(Fracturas, Colapso e Colector partido) a percentagem de anomalias não detectadas em segunda inspecção
reduz-se para cerca de 39%, indicando que no horizonte de 4 anos é possível haver uma evolução em termos
de tipo de anomalias estrutural, podendo uma anomalia em 1ª inspecção ser identificado como uma Fractura e
Capitulo 6 – Aplicação ao caso de estudo
88
na inspecção posterior ter evoluído para um Colector partido ou um Colapso. Em termos gerais, verifica-se que
cerca de 56% das anomalias estruturais, não foram detectadas em segunda inspecção.
6.4.4 REPERCUSSÃO DA INCERTEZA DO INSPECTOR NA CLASSIFICAÇÃO PELOS PROTOCOLOS WRC E
NRC
No seguimento das análises anteriores, avaliou-se a repercussão da incerteza associada à identificação das
anomalias na atribuição do grau de condição funcional e estrutural através dos protocolos WRc e NRC. Para
determinar a condição de cada colector, as anomalias codificadas segunda a norma EN 13508-2 foram
convertidas para os protocolos WRc e NRC, tendo-se analisado a respectiva diferença entre o grau de condição
atribuído nos colectores, em inspecções consecutivas, para cada um dos emissários.
6.4.4.1 GRAU FUNCIONAL PELOS PROTOCOLOS WRC E NRC
Na Figura 6.8 apresentam-se as diferenças em termos do grau de condição funcional dos colectores, entre
inspecções sucessivas, segundo os protocolos do WRc nas abordagens pelo peso médio das anomalias e pelo
peso máximo, respectivamente. Os troços de colector que não apresentam defeitos ou não apresentam
defeitos identificáveis pelos protocolos de inspecção em ambas as inspecções aos emissários, também não
apresentam diferença no grau entre inpecções. Apesar de não haver diferença de grau, estes casos constituem
uma particularidade porque não repercutem a incerteza do inspector na identificção de anomalias. Nestas
análises estes casos foram identificados como N.C. (não considerados).
a) b)
Figura 6.8 - Incerteza do grau de condição funcional segundo o protocolo do WRc, utilizando a) o peso médio das anomalias e b) o peso máximo das anomalias.
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
89
Comparando a proporção de diferenças negativas, entre a primeira abordagem e a segunda abordagem do
protocolo WRc, constata-se que as repercussões da incerteza associada à identificação de anomalias, por parte
do inspector, são menos significativas na atribuição do grau de condição funcional pela abordagem do valor
médio, do que pela do valor máximo, para a qual foram observadas diferenças negativas em cerca de 18% do
colectores do emissário de Castelhana.
A Figura 6.9 apresenta a mesma avaliação do grau de condição funcional dos colectores, entre inspecções
sucessivas, mas segundo o protocolo NRC pelo peso máximo.
Figura 6.9 - Incerteza do grau de condição funcional segundo o protocolo do NRC, utilizando o peso máximo das
anomalias.
A utilização do protocolo NRC, na atribuição do grau de condição funcional, apenas se observam diferenças
negativas de 1 grau entre inspecções consecutivas, limitadas a um número reduzido de colectores. No entanto,
o conjunto de anomalias que contribuem para estimar o grau de condição funcional neste protocolo é muito
inferior ao do protocolo do WRc, designadamente a existência de depósitos de gorduras ou de anéis de
estanquidade protuberantes não é tida em consideração.
6.4.4.2 GRAU ESTRUTURAL PELOS PROTOCOLOS WRC E NRC
Na Figura 6.10 apresentam-se as diferenças em termos do grau de condição estrutural dos colectores, entre
inspecções sucessivas, segundo os protocolos do WRc e NRC. A abordagem para atribuição da classificação
estrutural por ambos os protocolos é pelo peso máximo, seguindo a recomendações de ambos os protocolos.
Os troços de colector que não apresentam defeitos ou não apresentam defeitos identificáveis pelos protocolos
de inspecção em ambas as inspecções aos emissários, também não apresentam diferença no grau entre
inpecções. Apesar de não haver diferença de grau, estes casos constituem uma particularidade porque não
repercutem a incerteza do inspector na identificção de anomalias. Nestas análises estes casos foram
identificados como N.C. (não considerados).
Capitulo 6 – Aplicação ao caso de estudo
90
a) b)
Figura 6.10 - Incerteza do grau de condição estrutural segundo protocolo a) do WRc e b) do NRC.
Observa-se que, em ambos os protocolos, as diferenças negativas são reduzidas, indicando que a incerteza
associada à identificação das anomalias pelo inspector não tem grande influência na atribuição do grau de
condição estrutural. Este resultado pode ser explicado pelo facto da condição estrutural ser dada pelas
anomalias, em princípio, mais visíveis e, como tal, mais prováveis de serem detectadas de forma consistente
nas inspecções.
6.4.5 INCERTEZA DO PROTOCOLO Outra fonte de incerteza é o protocolo adoptado. Os pesos que os protocolos atribuem às diferentes anomalias
são, em grande medida, subjectivos, pelo que é expectável haver diferenças no grau de condição obtido.
Adicionalmente, a abordagem utilizada para ponderar os pesos e os critérios estabelecidos, para converter no
grau de condição respectivo, também são fontes de variabilidade. Em particular, no caso da atribuição do grau
de condição funcional no protocolo WRc, a utilização da abordagem do peso médio das anomalias no colector
ou a abordagem do valor máximo, utilizando os critérios respectivos para determinar o grau de condição, pode
originar resultados distintos.
Esta análise foi realizada para cada inspecção dos emissários de Caparide, Castelhana, Marianas e
Sassoeiros.Este subcapitulo foi organizado comentando-se os resultados obtidos por emissário. Para cada
emissário foram interpretados os resultados da diferença de grau funcional obtido para diferentes abordagens
do protocolo WRc, a diferença de grau funcional obtido entre os protocolos WRc e NRC e por último a
diferença de grau estrutural obtido entre o protocolo WRc e NRC.
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
91
a) b)
Figura 6.11 - Incerteza do grau de condição entre os protocolos do WRc e do NRC usando a abordagem do peso máximo para a) a condição funcional e b) a condição estrutural, na 1ª inspecção.
a) b)
Figura 6.12 - Incerteza do grau de condição entre os protocolos do WRc e do NRC usando a abordagem do peso máximo para a) a condição funcional e b) a condição estrutural, na 2ª inspecção.
Capitulo 6 – Aplicação ao caso de estudo
92
a) b)
Figura 6.13 - Incerteza do grau de condição funcional – Diferença de grau funcional entre as abordagens do peso médio e do peso máximo segundo o protocolo do WRc na a) 1ª inspecção e b) 2ª inspecção.
6.4.5.1 EMISSÁRIO DE CAPARIDE
Diferença de grau funcional segundo o protocolo WRc entre as abordagens do peso médio e peso máximo
Na aplicação do protocolo WRc para determinar o grau de condição funcional no emissário de Caparide, as
abordagens pelo peso médio e pelo peso máximo apresentam uma diferença de 1 grau em cerca de 26% do
número de troços do emissário na 1ª inspecção e de 62% do número de troços do emissário na 2ª inspecção.
Esta diferença entre os resultados obtidos para as das duas inspecções explica-se porque na 1ª inspecção, este
emissário apresentava um número reduzido de anomalias funcionais em comparação com a 2ª inspecção. A
diferença de um grau entre as abordagens explica-se pelo facto de na abordagem segundo o peso máximo, a
atribuição da condição do troço de colector faz-se com base na anomalia mais severa, ou seja o estado do troço
de colector é classificado com base no estado da secção em que se encontra a anomalia mais severa. No caso
da abordagem pelo peso médio, a atribuição da condição do troço de colector faz-se com base na média
ponderada do peso das anomalias encontradas ao longo do troço do colector, através desta abordagem
obtém-se o estado geral de todo o colector (Figura 6.13).
Diferença de grau funcional entre os protocolos WRc e NRC
Na avaliação da diferença na atribuição do grau de condição funcional entre o protocolo WRc e NRC, observa-
se uma variação de comportamento entre inspecções. Na primeira inspecção observa-se que cerca de 60% do
número de troços do emissário não apresentam diferença de grau entre os dois protocolos, pois nesta
inspecção a maioria dos trechos não apresenta qualquer defeito funcional. Na segunda inspecção, a maioria
dos trechos apresenta defeitos, o que pode ocorrer naturalmente, resultando na variação da condição entre
protocolos de 1 grau em cerca de 90% da extensão do emissário (Figura 6.11 - a e Figura 6.12 - a). Este
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- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
93
resultado da segunda inspecção explica-se pelo facto de o protocolo WRc em geral atribuir um grau superior às
anomalias observadas.
Diferença de grau estrutural entre os protocolos WRc e NRC
A avaliação estrutural deste emissário denota que a maioria dos trechos não apresenta qualquer defeito
estrutural na primeira inspecção, pelo que cerca de 99% dos troços não apresentam diferença do grau de
condição estrutural entre os dois protocolos. Na inspecção mais recente, cerca de 80% dos troços ainda não
apresenta qualquer diferença do grau de condição e as diferenças observadas são bastante reduzidas, cerca de
20% repartidos por variações de 1 grau e 2 graus (Figura 6.11 - b e Figura 6.12 - b).
6.4.5.2 EMISSÁRIO DE CASTELHANA
Diferença de grau funcional segundo o protocolo WRc entre as abordagens do peso médio e peso máximo
O comportamento, em termos da variação do grau de condição funcional entre as diferentes abordagens do
protocolo WRc, é similar em ambas as inspecções do emissário de Castelhana. Não há qualquer variação em
cerca de 43% a 52% dos troços. A variação de grau mais significativa é de 1 grau em cerca de 40% dos troços do
emissário em ambas as inspecções. A variação mais uma vez pode ser explicada pelas diferenças conceptuais
das duas abordagens, sendo que a abordagem pelo máximo classifica com base no estado da secção mais
degradada do troço de colector, onde se encontra a anomalia mais grave, e a abordagem pela média classifica
numa óptica do estado geral de todo o troço de colector (Figura 6.13).
Diferença de grau funcional entre os protocolos WRc e NRC
Na primeira inspecção, a comparação entre o grau de condição funcional entre protocolos resulta na diferença
de 1 grau em 90%, estando associada ao facto do WRc atribuir um grau superior para as anomalias observadas.
Já a diferença de 2 graus em 10% dos troços resulta da tendência do protocolo NRC atribuir graus superiores
quando a anomalia dominante é a “intrusão de raízes”. Na segunda inspecção, a diferença de 1 grau entre
protocolos em 45% do emissário e de 2 graus em 17% do emissário decorre dos mesmos motivos (Figura 6.11 -
a e Figura 6.12 - a).
Diferença de grau estrutural entre os protocolos WRc e NRC
Em termos estruturais, a maioria dos trechos em ambas as inspecções apresenta um grau de condição
estrutural superior a 0, o que indica que a maioria dos troços tem defeitos estruturais. Na primeira inspecção,
não há qualquer diferença de grau entre ambos os protocolos em 49% dos troços inspeccionados. A diferença
de 1 grau nesta inspecção está associada a 45% dos troços e o protocolo que atribui um grau superior é o WRc.
As restantes diferenças são pouco representativas nesta inspecção. Na segunda inspecção, verifica-se um
aumento para 68% de troços que não apresentam diferença do grau de condição estrutural. Este aumento de
Capitulo 6 – Aplicação ao caso de estudo
94
inspecção para inspecção aparenta indicar que o agravamento dos defeitos ao longo do tempo leva a que o
grau atribuído pelo NRC tende a igualar o grau atribuído pelo WRc. As restantes categorias de diferença do
grau de condição estrutural entre protocolos são pouco representativas (Figura 6.11 - b e Figura 6.12 - b).
6.4.5.3 EMISSÁRIO DAS MARIANAS
Diferença de grau funcional segundo o protocolo WRc entre as abordagens do peso médio e peso máximo
Na primeira inspecção, as diferentes abordagens do protocolo WRc para a classificação funcional no emissário
de Marianas, não existe diferenças de grau em cerca de 78% dos troços do emissário, a variação de 1 grau é a
mais predominante e verifica-se em cerca de 18% dos troços. A variação de 1 grau entre abordagens na
segunda inspecção é superior, cerca de 47% dos troços. Para esta inspecção mais recente, não ocorre qualquer
variação em cerca de 49% dos troços e a variação de 2 graus é pouco significativa cerca de 4%. Esta diferença
de comportamento entre inspecções é justificada pelo aumento de defeitos funcionais entre as inspecções,
sendo que na primeira inspecção o número de defeitos funcionais era reduzido. Mais uma vez as diferenças de
grau atribuído devem-se às diferenças conceptuais entre as abordagens (Figura 6.13).
Diferença de grau funcional entre os protocolos WRc e NRC
Cerca de 13% dos troços do emissário apresentam uma diferença de 1 grau na avaliação funcional dos
protocolos em ambas a inspecções e, tal como nos outros emissários, deve-se na maior parte dos casos ao
protocolo WRc atribuir um grau superior ao protocolo NRC (Figura 6.11 - a e Figura 6.12 - a).
Diferença de grau estrutural entre os protocolos WRc e NRC
Na avaliação estrutural, é de notar que em ambas as inspecções a maioria dos troços de colector não apresenta
defeitos estruturais associados, desta forma não existe diferença de grau de condição estrutural em quase toda
a extensão do emissário. As diferenças de grau de condição estrutural entre protocolos são pouco
representativas para ambas as inspecções (Figura 6.11 - b e Figura 6.12 - b).
6.4.5.4 EMISSÁRIO DE SASSOEIROS
Diferença de grau funcional segundo o protocolo WRc entre as abordagens do peso médio e peso máximo
Os troços do emissário de Sassoeiros apresentam na sua maioria defeitos funcionais. A diferença de 1 grau
entre as abordagens pelo peso médio e pelo peso máximo das anomalias, segundo o protocolo WRc, é mais
acentuada neste emissário, afectando cerca de 53% do total de troços do emissário (Figura 6.13). Estas
diferenças também são explicadas pela diferença conceptual de atribuição da classificação aos troços de
colector pelas diferentes abordagens.
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
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Diferença de grau funcional entre os protocolos WRc e NRC
O grau de condição funcional entre protocolos apresenta uma diferença de 1 grau em cerca de 60% dos troços
do emissário. Este resultado é consequência do protocolo WRc atribuir, em regra, um grau superior ao
protocolo NRC. Nesta análise, é de destacar que 30% dos troços do emissário apresentam o mesmo grau de
condição funcional para ambos os protocolos (Figura 6.11 - a e Figura 6.12 - a).
Diferença de grau estrutural entre os protocolos WRc e NRC
Dois dos materiais mais utilizados nos troços deste emissário são o PVC e o PVC-C, representando cerca de 27%
dos troços do emissário. Os anos de construção dos troços nestes materiais situam-se entre os anos de 2000,
2005 e 2007, pelo que é usual não se verificar qualquer defeito estrutural. Este facto contribui para que não
sejam observadas diferenças do grau e condição estrutural em cerca de 77% do emissário (Figura 6.11 - b e
Figura 6.12 - b).
Capitulo 6 – Aplicação ao caso de estudo
96
Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
- Análise de Resultados Obtidos por Inspecção CCTV-
97
Capítulo 7 – CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES
No estabelecimento de uma estratégia de gestão pró-activa com o objectivo de melhorar a performance dos
sistemas de drenagem, a avaliação da condição dos colectores e a decisão sobre o tipo de reabilitação a
efectuar são factores importantes para atingir este objectivo. A ferramenta desenvolvida nesta dissertação,
para ponderação e classificação automática da condição funcional e estrutural dos colectores de cada
emissário, segundo os protocolos WRc e NRC, veio permitir a comparação das classificações obtidas entre os
protocolos. Neste âmbito, é importante referir que o protocolo WRc, de um modo geral, tende a atribuir
classificações mais severas do que o protocolo NRC, tanto para a classificação funcional como para a
classificação estrutural. No caso do protocolo WRc há que referir que este protocolo permite a atribuição da
condição funcional segundo duas abordagens, uma pela ponderação do peso médio das anomalias encontradas
no troço e outra com base no peso da anomalia mais severa encontrada no troço. Das análises efectuadas no
subcapítulo 6.4.5, podemos verificar que existe um número significativo de troços dos emissários em estudo
que apresentam a diferença de um grau na atribuição da condição funcional entre as duas abordagens do
protocolo WRc. Esta diferença é explicada pela diferença conceptual das duas abordagens. Na abordagem pelo
peso médio, a atribuição da condição funcional do troço de colector faz-se com base na ponderação da média
dos pesos das anomalias encontradas no troço de colector. Através desta abordagem a classificação obtida
para o troço apresenta uma melhor descrição de todo o troço do colector. No caso da abordagem pelo peso
máximo, a atribuição da condição do troço faz-se com base na anomalia mais severa encontrada no colector.
Nesta abordagem a classificação do troço do colector descreve apenas a secção mais degrada do troço, ou seja,
o local onde se encontra a anomalia mais grave.
Recomenda-se o uso de ambas as abordagens do protocolo WRc para a ponderação do estado funcional do
colector por parte da entidade gestora, visto que a análise de ambas as classificações permite, num processo
de tomada de decisão, que se tenha em consideração não só tenha o estado geral do troço, mas também o
estado específico da secção mais degrada do mesmo troço, sem ter de consultar os vídeos da inspecção CCTV.
Outro processo importante na implementação de uma estratégia pró-activa é a inspecção da infra-estrutura de
drenagem. No caso de estudo, a inspecção da infra-estrutura faz-se com recurso à técnica de CCTV. A incerteza
associada a esta técnica decorre das limitações explicadas no subcapítulo 6.4.1, destas limitações destaca-se o
erro decorrente do inspector na identificação de anomalias. As análises à incerteza do inspector na
identificação de anomalias (subcapítulo 6.4.2) e à incerteza do inspector na identificação de defeitos
estruturais no colector (subcapítulo 6.4.3) revelam que o erro associado à incerteza ainda é significativo. Na
análise do subcapítulo 6.4.2 destaca-se que existe incerteza associada à identificação de anomalias em cerca
de:
• 13% dos troços do emissário de Castelhana;
Capitulo 7 – Considerações finais e recomendações
98
• 23% dos troços do emissário de Caparide; • 24% dos troços do emissário de Marianas.
Na análise do subcapítulo 6.4.3, destaca-se que 56% das anomalias estruturais não foram detectadas em
inspecção posterior, valor bastante superior comparado com o estudo de DIRKSEN [et al.] (2007), onde cerca
de 30% das anomalias estruturais identificadas numa primeira inspecção não eram detectadas na inspecção
posterior. No estudo de DIRKSEN [et al.] (2007), também foi analisada a incerteza associada à identificação de
algumas anomalias estruturais. As anomalias do tipo fissuras e fracturas, no estudo de Dirksen apresentam
valores entre os 60% e 37% para colectores rígidos e de 10% para colectores flexíveis. Na análise do subcapítulo
6.4.3, não foi efectuada esta distinção do material do colector, mas as fissuras e fracturas foram avaliadas
separadamente. Para as fissuras registou-se um valor de 73% de anomalias não detectadas em segunda
inspecção, valor que é considerado normal visto que este tipo de defeito pode facilmente ser ocultado por
outros defeitos no colector, nomeadamente gorduras e incrustações. No caso de defeitos do tipo fractura o
valor foi de 43%, estando este de acordo com os resultados da análise efectuada por DIRKSEN [et al.] (2007).
No caso das anomalias do tipo junta deslocada não detectadas em segunda inspecção, no estudo de DIRKSEN
[et al.] (2007), a incerteza na identificação deste tipo de anomalias varia entre 88% e 40%. Estes valores são
justificados pela reduzida ocorrência deste tipo de defeitos neste estudo, em reflexo do facto do inspector
estar menos atento para a detecção deste tipo de defeitos. Comparativamente, na análise efectuada no
subcapítulo 6.4.3, a percentagem de anomalias não detectadas do tipo junta deslocada foi de 64%. Na análise
do subcapítulo 6.4.3, a amostra de anomalias para cada tipo de anomalia estrutural é reduzida, logo os valores
associados à incerteza na identificação de cada anomalia estrutural são pouco representativos para tirar
conclusões acerca eficácia do inspector na identificação das mesmas. Recomenda-se que em estudos futuros
seja efectuada novamente esta análise, com a inclusão de dados de inspecção de outros emissários permitindo
ampliar a amostra.
Apesar da incerteza do inspector na identificação de anomalias ainda ser significativa, quando se avalia a
condição do colector com recurso aos protocolos, a análise do subcapítulo 6.4.4 demonstra que não se
repercutem os erros decorrentes do inspector na identificação de anomalias nas classificações estruturais e
funcionais dos colectores. Estes resultados explicam-se pelo facto das anomalias mais severas serem
geralmente detectadas pelo operador em inspecções consecutivas e, como o peso associado a estas anomalias
é superior às restantes do troço, estas vão ter maior relevância na atribuição da classificação ao troço. Da
análise do subcapítulo 6.4.4 recomenda-se o uso do protoclo de inspecção WRc para a classificação estrutural
por apresentar a menor repercussão do erro do inspector na identificação de anomalias. No caso da
classificação funcional recomenda-se tabém o uso do protocolo WRc, apesar de este apresentar maior
repercussão do erro na identiifação de anomalias funcionais. Visto que o protoclo NRC não tem em conta
anomalias funcionais como depósitos de gorduras ou anéis de estanquidade protuberantes. Outro aspecto a
salientar da análise do subcapítulo 6.4.4 é o facto da repercussão do erro na classificação funcional ser mais do
que nas classificações estruturais, independentemente do protocolo. Este resultado é explicado pelo facto das
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anomalias funcionais poderem desaparecer ao longo do tempo e consequentemente de uma inspecção para
outra não serem detectadas. Defeitos como gordura, incrustações e sedimentos podem ser limpos devido a um
episódio em que o caudal permita a sua remoção.
O uso dos dados de inspecção para a tomada de decisões e a aplicação em modelos de previsão com base em
processo de deterioração deve ser efectuado com cuidado, visto que o erro associado ao inspector ainda é
significativo. Para a elaboração de modelos de deterioração, o que poderá constituir um tópico para futura
investigação, deve utilizar-se a condição dos colectores atribuída por protocolos, visto que a condição do
colector é geralmente calculada com base na anomalia mais grave, tendo esta mais probabilidade de ser
detectada pelo inspector em inspecções consecutivas.
Em termos de recomendações para estudos futuros, refere-se que a ampliação da amostra com outros
emissários pode proporcionar o estudo de outros factores que influenciam a incerteza do observador. Sugere-
se, nomeadamente, uma análise das características fisicas do colector que podem influenciar a identificação de
anomalias (por exemplo, a cor ou textura da tubagem podem dificultar a detecção, na imagem obtida por
CCTV, das anomalias). Outra característica fisica que pode ser alvo de análise é o diâmetro do colector. Esta
caracterisctica pode influenciar a luminosidade e ter repercussões directas na qualidade da imagem obtida pela
inspecção CCTV. Outra análise importante é verificar a influência do estado de geral de conservação do
colector na eficácia com que o inspector identifica as anomalias, ou seja num colector mais degradado o
inspector terá tendência a realizar a inspecção com mais cuidado, contrariamente a um colector menos
degradado, onde o inspector terá tendência a avançar com o robot de inspecção mais rápido e por
consequência não detectar anomalias. Outro factor que pode ser objecto de análise é a altura do dia que é
efectuada a inspecção, pois pode ter influência na motivação do inspector e por consequência na sua eficiência
na identificação de anomalias.
Outra recomendação de estudo futuro, consiste na análise da influência das operações de limpeza na
identificação de anomalias estruturais em inspecções CCTV. Esta análise pode ser efectuda comparando os
dados das inspecções CCTV antes e após uma operação de limpeza. Dado que as operações de limpeza
permitem eliminar anomalias como incrustações, gorduras e detritos e estas podem ocultar alguns defeitos
estruturais das paredes dos colectores, é esperado que haja um incremento no número de anomalias
estruturais identificadas na inspecção posterior à operação de limpeza.
Em relação às técnicas que podem servir de alternativa ao CCTV para a obtenção de dados relativos ao estado
dos colectores, recomenda-se o uso de sistemas multi-sensoriais, pois estes incorporam várias técnicas de
inspecção no mesmo sistema e são menos dependentes do inspector, permitindo obter dados sobre os
colectores com um maior rigor e qualidade.
Capitulo 7 – Considerações finais e recomendações
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Técnicas de Inspecção e Ensaios de Colectores de Águas Residuais
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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