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Type: Dissertação
Title: Desempenho operacional e custos em obras de redes coletoras de esgoto: uma abordagem com aprendizado de máquina e dados reais em Fortaleza-CE
Title in English: Operational performance and costs in sewage collection network works: an approach with machine learning and real data in Fortaleza-CE
Authors: Sousa, Wesley Maia de
Advisor: Barroso Junior, José Carlos Alves
Keywords in Brazilian Portuguese : Custos e Análise de Custo;Produtividade da construção;Aprendizado do computador;Saneamento básico;Redes coletoras de esgoto;Esgotos
Keywords in English : Costs and Cost Analysis;Construction productivity;Machine learning;Basic sanitation;Sewage collector networks;Sewerage
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL
Issue Date: 2026
Citation: SOUSA, Wesley Maia de. Desempenho operacional e custos em obras de redes coletoras de esgoto: uma abordagem com aprendizado de máquina e dados reais em Fortaleza-CE. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Saneamento Ambiental) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Abstract in Brazilian Portuguese: Obras de redes coletoras de esgoto apresentam elevada variabilidade operacional, forte dependência das condições locais de implantação e recorrentes dificuldades de planejamento físico-financeiro. Nesse contexto, esta dissertação investigou o desempenho operacional e os custos de implantação de redes coletoras e ligações prediais de esgoto a partir de dados reais de campo obtidos em obra executada em Fortaleza–CE entre outubro de 2022 e agosto de 2025. A base analisada compreendeu aproximadamente 160 km de rede coletora, 21 mil ligações domiciliares e 35 meses de acompanhamento contínuo das variáveis produtivas, geométricas, operacionais, climáticas e econômicas da obra. A pesquisa foi estruturada em dois pilares complementares. O primeiro avaliou o desempenho físico das frentes de serviço por meio de modelos de aprendizado de máquina aplicados à produtividade operacional. O segundo investigou os custos operacionais associados à implantação das redes, considerando consumo de insumos, equipes, equipamentos e condicionantes executivos. Foram utilizados algoritmos de regressão linear, Ridge, Random Forest, Gradient Boosting e Support Vector Regression, associados a protocolo de validação temporal com Nested Cross-Validation e TimeSeriesSplit, visando preservar a causalidade cronológica e reduzir viés otimista de avaliação. Os resultados mostraram forte diferença entre o desempenho ex-post e o desempenho prospectivo forecast safe, evidenciando as limitações da generalização preditiva em cenários reais de obras urbanas complexas. Apesar dos elevados coeficientes de ajuste obtidos no treinamento histórico, os modelos apresentaram degradação significativa na validação temporal externa, indicando que variáveis operacionais e construtivas possuem dinâmica altamente instável ao longo do tempo. Ainda assim, a modelagem permitiu identificar fatores relevantes associados à produtividade e aos custos, como profundidade de escavação, pavimentação, rebaixamento de lençol freático, sazonalidade e composição das equipes. Com base nesses resultados, foi estruturado um protótipo de simulador operacional voltado à análise comparativa de cenários e apoio ao planejamento executivo de obras de saneamento, utilizando parâmetros empíricos calibrados a partir da base histórica observada. A pesquisa contribui para o avanço das aplicações de aprendizado de máquina em engenharia sanitária ao demonstrar, simultaneamente, o potencial explicativo dessas técnicas e as limitações de sua aplicação preditiva em ambientes operacionais reais e temporalmente dinâmicos.
Abstract: Sewer network construction projects are characterized by high operational variability, strong dependence on local implementation conditions, and recurrent challenges related to physical and financial planning. In this context, this dissertation investigated the operational performance and implementation costs of sewer collector networks and household connections based on real field data collected from a large-scale project carried out in Fortaleza, Ceará, Brazil, between October 2022 and August 2025. The analyzed database comprised approximately 160 km of sewer network, 21,000 household connections, and 35 months of continuous monitoring of productive, geometric, operational, climatic, and economic variables. The research was structured into two complementary pillars. The first evaluated the physical performance of construction crews through machine learning models applied to operational productivity analysis. The second investigated operational costs associated with sewer network implementation, considering labor, equipment, fuel consumption, materials, and execution constraints. The study employed Linear Regression, Ridge Regression, Random Forest, Gradient Boosting, and Support Vector Regression algorithms, combined with a temporal validation protocol based on Nested Cross-Validation and TimeSeriesSplit, aiming to preserve chronological causality and reduce optimistic evaluation bias. The results revealed a significant discrepancy between ex-post performance and forecast-safe prospective performance, highlighting the limitations of predictive generalization in real-world urban construction scenarios. Although high goodness-of-fit metrics were obtained during historical adjustment, the models exhibited substantial degradation under external temporal validation, indicating that operational and construction-related variables present highly unstable dynamics over time. Nevertheless, the modeling process enabled the identification of relevant drivers associated with productivity and costs, including excavation depth, pavement type, groundwater lowering, seasonality, and crew composition. Based on these findings, an operational simulation prototype was developed to support comparative scenario analysis and planning decision-making in sanitation projects, using empirically calibrated parameters derived from the observed historical database. The research contributes to advancing machine learning applications in sanitary engineering by simultaneously demonstrating both the explanatory potential of these techniques and the limitations of their predictive application in real and temporally dynamic operational environments.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87330
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5085789461989135
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7034-7884
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0457743925733472
Access Rights: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: DEHA - Dissertações defendidas na UFC

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