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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84809| Tipo: | Tese |
| Título: | Otimização do traçado de redes coletoras de esgoto utilizando estratégias de caminhos mínimos em árvores de busca em largura |
| Título em inglês: | Optimization of the layout of sewage collection networks using shortest path strategies in breadth-first search trees |
| Autor(es): | Farias, Guilherme Marques |
| Orientador: | Castro, Marco Aurélio Holanda de |
| Palavras-chave em português: | Árvores de busca em largura;Redes de esgoto;Teoria dos grafos;Otimização de traçado;Árvores (Teoria dos grafos);Nós terminais |
| Palavras-chave em inglês: | Breadth-First Search;Sewerage;Graph theory;Layout optimization;Trees (Graph theory);Terminal nodes |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::RECURSOS HIDRICOS |
| Data do documento: | 2026 |
| Citação: | FARIAS, Guilherme Marques. Otimização do traçado de redes coletoras de esgoto utilizando estratégias de caminhos mínimos em árvores de busca em largura. 2026. 135 f. Tese (Engenharia Civil-Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026. |
| Resumo: | O traçado de redes coletoras de esgoto é uma das fases mais desafiadoras no planejamento de sistemas de esgotamento sanitário, com grande influência sobre os custos de implantação e o desempenho hidráulico da rede. Em áreas urbanas com relevo irregular e alta densidade populacional, métodos convencionais, baseados na interpretação manual de curvas de nível e na experiência do projetista, tendem a resultar em soluções subótimas, que culminam em trechos invertidos, sobrecarga em poços de visita e necessidade de escavações profundas. Tais limitações reforçam a importância de abordagens automatizadas capazes de integrar critérios topográficos e hidráulicos no processo de definição do traçado. Diante desse cenário, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um algoritmo para geração automática do traçado de redes coletoras de esgoto, utilizando estratégias de caminhos mínimos aplicadas em árvores de busca em largura. A metodologia considera aspectos relacionadas à Teoria dos Grafos, com nós representando poços de visita e arestas correspondentes aos trechos de tubulação, e aplica rotinas para identificar e corrigir nós terminais e nós com múltiplas saídas. Foram utilizados critérios de declividade relativa, comprimento acumulado e penalização de trechos com sentido contrário ao fluxo gravitacional, com o objetivo de selecionar trajetórias hidraulicamente mais favoráveis e economicamente mais viáveis. O modelo foi validado em três estudos de caso reais, sendo estes, os bairros Alto da Expectativa e Belchior, no município de Sobral - CE, e uma rede de grande porte em Villa Hermosa, na República Dominicana. Os resultados demonstraram a eficácia do algoritmo em reduzir o número de trechos invertidos e reorganizar as sub-bacias de maneira a balancear as áreas de contribuição, mesmo em cenários com 3.157 trechos, 2.206 nós 219 nós terminais, como no caso da rede de Villa Hermosa. Além disso, constatou-se a eficiência econômica no estudo de caso do bairro Belchior, onde o traçado otimizado possibilitou uma redução de custo com tubulações e escavação da ordem de R$ 90.302,74. O tempo computacional variou de três segundos em redes menores a quatro minutos para a rede de Villa Hermosa. O algoritmo proposto destacou-se pela capacidade de explorar todos os caminhos possíveis no grafo, selecionar o traçado mais eficiente e oferecer uma solução robusta e aplicável ao planejamento urbano no que tange à área de projetos de saneamento básico. |
| Abstract: | The layout of sewer collection networks is one of the most challenging phases in the planning of sanitation systems, with a significant influence on implementation costs and the hydraulic performance of the network. In urban areas with irregular terrain and high population density, conventional methods, based on the manual interpretation of contour lines and the designer's experience, tend to result in suboptimal solutions, culminating in inverted sections, overloading of manholes, and the need for deep excavations. These limitations reinforce the importance of automated approaches capable of integrating topographic and hydraulic criteria in the layout definition process. Given this scenario, this work proposes the development of an algorithm for the automatic generation of sewer collection network layouts, using shortest path strategies applied to breadth-first search trees. The methodology considers aspects related to Graph Theory, with nodes representing manholes and edges corresponding to pipe sections, and applies routines to identify and correct terminal nodes and nodes with multiple outlets. Criteria such as relative slope, accumulated length, and penalties for sections running against the gravitational flow were used to select hydraulically more favorable and economically viable trajectories. The model was validated in three real-world case studies: the Alto da Expectativa and Belchior neighborhoods in the municipality of Sobral, Ceará, and a large-scale network in Villa Hermosa, Dominican Republic. The results demonstrated the algorithm's effectiveness in reducing the number of inverted sections and reorganizing sub-basins to balance contributing areas, even in scenarios with 3.157 sections, 2.206 nodes, and 219 terminal nodes, as in the case of the Villa Hermosa network. Furthermore, economic efficiency was observed in the Belchior neighborhood case study, where the optimized layout resulted in cost reductions for piping and excavation of approximately R$ 90.302,74. Computational time ranged from three seconds in smaller networks to four minutes for the Villa Hermosa network. The proposed algorithm stood out for its ability to explore all possible paths in the graph, select the most efficient route, and offer a robust and applicable solution for urban planning in the area of basic sanitation projects. |
| Resumen: | 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/84809 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0000-0002-6726-9210 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/3186143435546634 |
| ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0001-5134-7213 |
| Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/9250831617884112 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | DEHA - Teses defendidas na UFC |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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